濕式DCT掛檔控制與同步點自適應研究

王小飛

摘 要：本文以濕式DCT為研究對象，在分析同步器同步過程的基礎上，結合同步器液壓系統(tǒng)的結構制定分階段式壓力閥+流量閥的掛檔控制策略，并應用到臺架和實車測試中，并與市場上最新DCT競品進行對標，掛檔時間達到同級水平，取得較好的控制效果。同時，為了提高同步器掛檔控制的穩(wěn)定性和一致性，提出同步點自適應的方法，并通過實車測試，驗證控制策略的正確性和合理性。

關鍵詞：掛檔控制;同步點;自適應;同步器;DCT

1 前言

同步器作為DCT換擋性能的關鍵部件[1]，其不但可以減小換擋時的齒輪嚙合沖擊，延長齒輪使用壽命，而且能減小換擋時傳動系統(tǒng)的噪音，使換擋更加平順，從而提高車輛的動力性、經濟性和換擋舒適性。因此，在DCT的換擋過程中，合理的掛檔控制策略是提高換擋品質的關鍵[2-3]，但由于同步器的零部件較多，動力學特性復雜，同步器的控制方法也是DCT控制的難點和關鍵技術之一。

2 同步器結構及液壓控制系統(tǒng)

同步器主要由齒套、定位銷、花鍵轂、同步環(huán)、結合齒等部件組成，如圖1所示。其作用是使齒套和待結合齒圈迅速完成嚙合同步，縮短換擋時間，并減小待結合齒圈達到同步之前的嚙合沖擊。液壓控制系統(tǒng)如圖2所示。機械泵提供的系統(tǒng)油壓，通過壓力閥和流量閥進入撥叉相連的液壓缸，通過控制壓力閥和流量閥的壓力和流量大小，以及流量閥的方向，實現目標檔位同步器的進檔和退檔控制。

3 同步器掛檔控制策略

根據同步器不同部件之間的相互作用，制定分階段式控制策略：

3.1 消除空行程階段

根據液壓系統(tǒng)的結構特性，該階段首先需要對同步器活塞缸內進行充油，并消除齒套、同步環(huán)和待結合齒圈之間的間隙，齒套鎖止面接觸同步環(huán)鎖止面。從空檔位置到轉速同步點起始的距離較短，且此階段阻力較小，如果進入液壓缸內的壓力過大或流量過大，很容易造成第一次接觸噪音，因此，本階段壓力閥控制采用開環(huán)控制的方式，流量閥采用前饋+閉環(huán)控制的方式控制齒套的移動速度。前饋控制的對象為目標移動速度，其通過目標位置和目標時間計算得出。閉環(huán)控制的對象為目標位置和實際位置的位移差值，調節(jié)流量閥的輸出來實現撥叉位置控制，如圖3所示。

3.2 轉速同步階段

此階段用于完成齒套和結合齒轉速同步，為實現快速平穩(wěn)的實現轉速同步，為了避免在同步時產生較大的轉速變化而產生沖擊，可以設置一個合理的目標同步轉速變化率。因此，流量閥控制采用開環(huán)控制的方式，設定同步過程中所需目標流量。壓力閥控制采用前饋+閉環(huán)控制方式控制同步壓力，控制的對象為目標同步的轉速變化率和實際變化率的差值，調節(jié)壓力閥控制壓力的大小，實現轉速同步，如圖4所示。當轉速差小于某值時，如50rpm，則定義為轉速同步完成，進入下一控制階段。

3.3 齒套與待結合齒圈嚙合階段

此階段齒套與待結合齒圈接觸，齒套與待結合齒圈的齒端作用分力波撥動待結合齒圈，使齒套與待結合齒圈嚙合。控制策略同樣采用前饋+閉環(huán)控制方式，如圖5所示。該階段一般需要相對較高的壓力，壓力閥目標控制值通常采用相對較高的值，但同時需要兼顧考慮換擋品質。流量閥控制以目標位置和實際位置差值為控制對象，調節(jié)流量閥輸出大小。當傳感器檢測到靠近掛檔位置時，目標控制壓力和目標控制流量逐漸下降至零，完成掛檔過程控制。

4 同步點自適應控制

同步器的同步點定義為齒套齒端與同步環(huán)齒端進入鎖止的起點位置。本文根據同步過程中齒套與同步環(huán)齒端接觸時，輸入軸與目標輸入軸轉速之間的差值變化特征，并設定轉速差變化的門限區(qū)域，在轉速差變化滿足設定門限值的臨界時刻，記錄該時刻位置傳感器數值，如圖6所示。

對記錄的同步點值進行合理性校驗，判斷該值是否滿足同步點合理范圍內，與上一個歷史值進行比較，并設定自適應更新的權重系數，按如下公式進行同步點的更新。

自適應新值=自適應舊值+（自適應新值-自適應舊值）*權重系數

5 標定與驗證

針對制定的掛檔控制策略與同步點自適應策略，分別在臺架和實車上進行試驗和標定驗證。在試驗過程中，標定并驗證壓力閥目標控制壓力、流量閥目標控制流量、PI控制參數等參數，使得換檔性能滿足換擋品質和時間指標。

圖7、圖8分別為實車升檔工況和降檔工況中掛檔控制過程。從測試數據可以看出，目標油壓與實際油壓控制均平穩(wěn)變化。同時，在轉速同步完成后進入自由行程階段時，通過控制目標流量，達到減緩齒套移動的速度，并緩慢上升掛檔壓力，避免回彈再次出現轉速差，同步行程變化平穩(wěn)，可以有效減小二次沖擊，從而避免同步器掛檔噪音，有利于同步器壽命。

進一步量化對比該同步器液壓控制系統(tǒng)和制定的掛檔控制策略，與市場上競品DCT進行對標，以動力降檔掛檔時間為例，如圖9所示。可以看出，掛檔時間超過競品DCT，且達到了領先水平。

在完成掛檔控制標定和驗證的基礎上，通過搭載該DCT的整車耐久試驗進一步驗證同步點自適應策略。對長達近3個月的數據進行統(tǒng)計，如圖10所示。各檔位同步點自適應均處于較合理的區(qū)域，同步時間一直保持穩(wěn)定，掛檔噪音均得到有效控制，進一步驗證了自適應策略的正確性。

6 結論

本文通過對同步器結構和液壓系統(tǒng)進行分析，充分考慮液壓系統(tǒng)的響應特性，采用開環(huán)與前饋+閉環(huán)控制的組合方式，制定了分階段式壓力閥+流量閥的掛檔控制策略，并應用到臺架和實車測試中。通過臺架和實車進行測試標定，并與市場上最新DCT產品掛檔時間進行量化對比，掛檔時間和噪音問題均得到明顯改善，取得較好的控制效果。同時，考慮到同步器零部件的磨損、同步點的變化，以及不同駕駛工況中同步器的控制需求，避免由此引起的掛檔噪音、同步時間延長以及差異性等問題的發(fā)生，提出同步點自適應的方法，并通過實車測試，驗證控制策略的正確性和合理性。

參考文獻：

[1]付超，王明成， 趙雪松，等.雙離合變速器鎖環(huán)式同步器設計開發(fā)[J].傳動技術， 2016，30（2）：11-16.

[2]牛波，董偉.雙離合自動變速器設計及換擋品質分析[J]. 傳動技術，2015，29（1）：25-29.

[3] 羅賢虎，李星，涂安全.改善雙離合自動變速器換擋品質的控制策略的研究[J]. 內燃機與配件， 2017（16）：1-3.