干式雙離合自動變速器分段優化換擋的分析

楊浩 劉森

南陽農業職業學院 河南 南陽 473000

引言

在雙離合自動變速器的動力方面，分別采用奇數與偶數兩個擋位進行驅動，在保障自動與手動變速器不發生變化的情況下，利用雙離合器彌補換擋過程中動力上的缺陷，具有較為良好的體驗感、經濟性與動力性。但是，如若在雙離合器換擋的過程中控制不合理，則會產生動力循環、滑摩過度等情況，不但無法提高綜合性能，甚至還會影響變速器的使用。因此，本文以干式雙離合自動變速器為例，對其換擋過程的分段優化措施進行分析與研究。

1 干式雙離合自動變速器換擋過程概述

1.1 動力學模型的構建

雙離合自動變速器又可稱為DCT，本文所研究的干式DCT動力學模型可表示為：

式中，Te代表的使發動機扭矩；Tco代表的是奇離合器傳遞扭矩；Tce代表的是偶離合器傳遞扭矩；ω代表的使發動機的速度；m代表的使整車質量；rw代表的使車輪本經；TR代表的使阻力矩。

根據干式DCT結構，利用控制液對液壓機構壓強進行控制，從而對離合器的傳遞扭矩進行控制。如若離合器處于接合狀態，則傳遞發動機扭矩；如若離合器處于滑摩狀態，則傳遞離合器滑摩扭矩，表達式如下：

式中，Tc代表的是離合器傳遞扭矩；Tf代表的使離合器滑摩扭矩；代表的使離合器片摩擦因數；Fc代表的使離合器壓盤壓緊力；Rc代表的是等效摩擦半徑。

1.2 DCT換擋過程劃分

將DCT的換擋過程劃分為四個部分，在換擋過程中，奇數離合器利用的使分離離合器；偶數離合器采用的是接合離合器。第一階段屬于預充階段，與離合器相互連接后建立油壓，并且對分離離合器中的油壓進行降低，使其屬于臨界值；第二階段屬于扭矩交互階段，與離合器相接觸后不斷的增壓，不斷增加傳遞發動機中的扭矩；同時對分離離合器中的油壓進行降低，使其與傳遞扭矩相一致，直至與接合離合器傳遞發動機扭矩完成一致；第三階段屬于調速階段，奇偶離合器均為滑摩狀態，利用接合離合器油壓，使發動機降扭，以此來使結合離合器主片與動片都處于同步狀態；第四階段在完成上述操作以后，將油壓增加，使其處于系統安全油壓范圍。

1.3 換擋過程的關鍵節點

在DCT換擋的過程中，各個階段動力學特性不盡相同，因此各個階段的分界點都屬于換擋控制的關鍵節點。在第一與第二階段相結合的位置，如若離合器沒有建立油壓，則會使動力不斷降低，如若離合器建立的油壓，但油壓較快，則會形成沖擊，第一階段輸出的軸扭矩可以表示為：

式中，i1代表的是第一階段擋轉動比；i2代表的是第二階段擋轉動比； 代表的是偶數離合器摩擦因數；Cce代表的是偶數離合器控制系數；Pce代表的使液壓閥壓強。

由此可見，如若扭矩交互很快完成，將會產生換擋動力；如若完成的較慢，則會在兩個離合器之間產生動力回路，進而對效率與舒適度產生較大影響。在第三階段結束以后，便是換擋過程中的又一個關鍵點，該點十分容易受到沖擊，如若發動機扭矩的請求沒有得到合理的控制，則很容易在同步點的位置產生較大的沖擊[1]。

2 干式雙離合自動變速器換擋方法

通過上文的分析和闡述可知，在換擋過程中關鍵節點需要制定有效的策略進行控制，不但要對換擋過程進行優化，還應為關鍵節點提供切實保障，特別是同步點性能，以此來達到換擋整體優化的效果。DCT換擋應與摩擦功、沖擊度相結合，并且確保關鍵節點的功能得以充分展現。本文將以第一部分與第二部分為例，對DCT整體控制方式進行分析。

2.1 預充階段換擋方式

在預充階段中，離合器沒有正式開始傳遞扭矩，分離離合器也沒有開始滑摩，這時兩個離合器在油壓方面也沒有過大的差距，在沖擊度與摩擦功方面也不會產生較大的影響，因此在油壓變化的分析上，應以系統運行中的最大速度為依據。預充結束的關鍵節點控制的前提為離合器中存在少量的正滑摩；當離合器控制按照加速度波動超過在擋行駛加速度時，應以自然波動的變化程度為先決條件，二者的判斷依據如下：

2.2 扭矩交互階段換擋方式

在該階段中，分離器的狀態始終為接合，摩擦功較低，因此應更多的側重于沖擊度方面。通過公式計算可知，該階段的沖擊度與離合器的增壓相比屬于正相關關系，所傳遞出來的扭矩由分離離合器轉移到接合離合器當中，因此后者在增壓狀態下，分離離合器中的油壓勢必會降低。由駕駛員對沖擊度閥值進行設定，然后明確前者的增壓速率以及后者的減壓速率。

在扭矩交互階段中，主要的控制難點在于保障分離離合器的臨界位置，事實上，通過主從動片中產生小量滑摩能夠看出，其與主動片轉速滑摩之間存在一定的聯系，在對跟隨控制效果進行計算時，算法為：

將εΔω設置為轉速差的控制目標，如若分離離合器的轉速差與εΔω設置的數值相同或者超過設置的數值時，則代表著預充結束，并且開始正式扭矩交互控制；

根據上文中所闡述的方式，對雙離合器的油壓進行變動實驗，并且以分離離合器中的轉速差作為反饋信號，對離合器中的油壓進行控制，保障扭矩在交互時都能夠以εΔω為中心產生波動，這樣做不但能夠使分離離合器對發動機進行驅動，還能夠保障扭矩始終為正，不會由于分離離合器中的從動片轉速超過發動機而產生較大的沖擊；

當分離離合器中轉速差與△ω0相比較大時，則代表著扭矩交互正式完成，可以進入到下一個階段[2]。

2.3 調速階段換擋方式

針對調速階段的控制，不但要針對整個換擋過程沖擊度進行分析，使其能夠與滑摩功之間處于均衡狀態，還應注重最終的同步點沖擊，因此在離散動態規劃情況下，可以通過公式對換擋策略進行設計，公式為：

式中，xk代表的是KT時的狀態矢量；uk代表的是控制矢量數值；Φ（XN）代表的是終端性能指標；J代表的是總性能泛函。在離散動態規劃目標方面，為了能夠尋找到最佳控制序列，應盡可能的減少J的數值。在實車應用的過程中，對于不同車速、駕駛員意圖、檔位等因素影響，離散狀態規劃經過計算機完成運算，將結果輸入到TCU當中，并在此基礎上構建二維表，通過標定對基準值進行糾正，最終繪制成實車的控制曲線。

3 DCT換擋控制策略的實際應用

將文中所研究的分段優化換擋策略應用到車輛實驗中，針對A市試車場中的車輛進行實車測試，選擇的實驗環境為平面公路，工況為靜態起步踩油門換擋。在實驗中所選擇的車輛等級為B，質量為1450kg，在發動機中最大的扭矩為225N·m，裝配干式DCT，第一與第二擋傳動比為15.14與9.52，其中包含減速比。

3.1 新舊一擋升二擋控制效果對比

分別采用傳統方式與新型策略對車輛在全油門工況下，第一擋升級為第二擋時的效果進行對比分析。在以往控制策略當中，通過標定PI參數的方式，保障輸出扭矩的數值不發生改變，通過扭矩與降扭兩個階段，促使發動機轉速發生改變。為了方便對比分析，在新制定的策略中對換擋時間，通過計算可知，在新策略當中，前后摩擦功均相同，主要的性能區別體現在沖擊度當中。

通過實驗結果可以看出，在以往傳統的換擋過程中，調速階段中產生的沖擊力最大，并且沒有重點對關鍵節點進行優化，致使扭矩在交互與分界的過程中，在兩個關鍵節點上產生了較大的沖擊現象；而使用新型分段優化策略則能夠有效的避免上述問題的發生，在整個換擋過程中，都能夠感受到均勻的沖擊程度，并且將沖擊力有效的控制在較為合理的范圍之內。另外，根據試驗數據能夠對一次全油門溫度的提升進行計算，使第一擋在上升到第二擋時，平均溫度上升到35—40℃之間，在滑摩功方面也能夠得到有效的控制與保障。

3.2 新舊油門控制效率的對比

通過不同的油門測試，對實驗車輛的DCT進行分段優化控制，從效果的對比分析中能夠看出，無論在何種油門工況情況下，新策略都能夠在確?；Σ辉黾拥耐瑫r，對沖擊度進行有效的控制。在扭矩交互方面，也能夠有效防止發動機的異常轉動產生的轉速波動；對于同步點性能的優化來說，能夠有效防止在傳遞扭矩的過程中由于特性發生改變而產生的同步沖擊[3]。

4 結論

綜上所述，換擋過程控制屬于干式DCT控制中的重中之重，同時也具有較強的復雜性。在本文的研究中，通過實車實驗的方式，將整體的換擋過程劃分為四個部分，使干式DCT的換擋性能得到有效的改善。在本文所提出的策略當中，還將關鍵節點的控制融入其中，針對可能對其產生影響的因素進行評價，并且獲取到十分良好的控制效果。