湿式双离合器自动变速器换档控制

唐莹　张晔平

【摘要】根据湿式双离合器自动变速器的结构特性，提出了湿式双离合器的扭矩控制方法。并制定了具体的急加速降档控制策略和控制逻辑。在实车测试中，急加速的状态下得到了理想的降档效果。从而验证了湿式双离合器的扭矩控制方法正确性以及换挡控制策略合理性。

【关键词】湿式双离合器自动变速器；降档策略；扭矩控制

1、引言

换档过程控制是双离合器自动变速器（Duel Clutch Transmission， DCT）的控制重点之一。为了提高换档品质，必须在换档过程中精确控制两个离合器的动作。根据DCT的结构，对于急加速降档时，离合器的控制更为复杂。因此，针对DCT的急加速降档工况，本文提出了湿式双离合器的扭矩控制方法并且制定了换档控制策略。最后将控制策略应运用实车测试中，并进行数据分析。

2、离合器的控制原理

本文所研究的双离合器由两组湿式多片离合器组成，奇数离合器控制1、3、5档，偶数离合器控制2、4、6档。当车辆在行驶过程中，双离合器进行交替工作来完成升降档。根据扭矩平衡原理，得到离合器传递扭矩与发动机扭矩和输出轴扭矩之间的关系式为

式（1）中，Te为发动机扭矩，Tl为输出轴扭矩，Tcl为奇数离合器传递扭矩，Tc2为偶数离合器传递扭矩；为发动机转角加速度，为输出轴转角加速度；J1为发动机的转动惯量，J2为输出轴转动惯量；i1为奇数输入轴上同步档位的传动比，i2为偶数输入轴上同步档位的传动比；μ1，μ2为离合器摩擦片的摩擦系数；A1，A2为离合器活塞面积；R1，R2为离合器摩擦片有效半径；Pc1，Pc2为作用在离合器摩擦片上的油压。

3、急加速降档控制算法

根据DCT的机械结构，当进行急加速降档换挡时，换挡过程分为两种情况，即为降奇数档和降偶数档。当降奇数档时，离合器只要进行一次交替；当降偶数档时，离合器需要进行两次交替。

3.1降奇数档控制算法。考虑到换挡的平顺性和快捷性，降奇数档换挡过程分为5个阶段，如图1所示，以五档降二档为例。

a.t0-t1-t2阶段：在该阶段，由于油门开度增加，发动机的转速会随着增加，动态扭矩增加，使得奇数离合器传递扭矩有所下降，此时偶数离合器还处于打开状态，奇数离合器传递发动机扭矩。当偶数输入轴同步二档之后，偶数离合器开始预充到达Touchpoint点所传递的扭矩。

式（2）中：Δ为进行PI调节的动态扭矩的调节量，PI调节的输入量为设定的动态扭矩与实际动态扭矩的差值。其中，设定动态扭矩由油门开度决定，实际动态扭矩有当前发动机转速换算得到。通过PI调节使得发动机的实际转速上升斜率按照油门开度对应的理论值变化而变化，同时保证奇数离合器传递发动机输出扭矩。TTouchpoint为Touchpoint点离合器传递扭矩。

b.t2-t3-t4阶段：在该阶段为转矩相阶段，双离合器都进行扭矩控制。为了保证不断动力传递，由于处于急加速状态，在偶数离合器传递扭矩上升达到传递大部分发动机扭矩之前，奇数离合器必须跟随发动机输出扭矩，在一定时间T1内双离合器的扭矩按不同的斜率上升到发动机输出扭矩。在双离合器传递扭矩上升过程中，当双离合器传递扭矩相同时，奇数离合器传递扭矩在一定时间T2以一定斜率下降到Touchpoint点，而偶数离合器扭矩继续沿先前斜率上升，逐渐到达发动机实际输出扭矩。

式（3）中：Tcl?0为奇数离合器传递扭矩初始值；Tc2?0为偶数离合器传递扭矩初始值；β为扭矩上升调整系数，0≤β≤1，该值与离合器扭矩上升时间相关，在T时间内，从0线性变化到1。奇数离合器扭矩上升时间T1对应扭矩上升调整系数为β1，扭矩下降时间T2对应扭矩下降调整系数为β2。奇数离合器扭矩上升时间T1与扭矩下降时间T2之和为偶数离合器扭矩上升时间T。从理论角度讲，只要确定好离合器传递扭矩的变化率，就能很好的控制离合器的传递扭矩，多快的结合速度都不会产生冲击。

c.t4-t5阶段：在该阶段为惯性相阶段，离合器闭合速度放缓，防止离合器闭合的冲击感。这一阶段进行偶数离合器的调速，使得离合器慢慢闭合。因而偶数离合器会从滑磨状态进入完全同步状态（微滑磨），而奇数离合器为打开状态。此时完成离合器交替。

式（4）中：δ为经过PI调节的扭矩调节量，该PI调节器对偶数输入轴的转速进行调节，使得偶数输入轴转速与发动机转速维持在微滑磨状态。同时保证偶数离合器传递发动机扭矩。以上为急加速降奇数档换挡控制策略。经过5个阶段完成高品质换挡控制。

3.2降偶数档控制算法

因为DCT的机械结构，所以在降偶数档的控制中必须进行两次离合器交替。以三档降一档为例，三档必须降到二档，然后离合器再交替一次降到一档。考虑到换挡的平顺性和快捷性，降偶数档换挡过程分为7个阶段，如图2所示。

a.t0-t1-t2阶段：此阶段离合器控制策略与降奇数档控制策略相同。由于是急加速状态，在该状态保证奇数离合器传递扭矩和发动机转速随油门开度来确定的转速变化量设定值变化，同时对偶数离合器进行预充，使得偶数离合器传递扭矩达到。

b.t2-t3-t4阶段：在该阶段，考虑到换档快捷性，同步二档的偶数离合器进行转矩相和惯性相的合作控制策略，对偶数离合器传递扭矩从以一定斜率上升到Te'，同时通过PI调节器调整发动机的动态扭矩，使实际的动态扭矩随油门开度确定的设定值变化。对奇数离合器而言，在该阶段又分为同步三档的奇数离合器打开（t2-t3）与同步一档之后对奇数离合器进行预充（t3-t4）两个阶段。

式（5）中：Te′为在一定时间T内偶数离合器需要传递的扭矩，同时使发动机转速根据油门开度变化而变化。在该阶段，当前档位从三档交替为二档，同时，一档档位已经与奇数输入轴同步，准备进行第二次的离合器交替。在第一次离合器交替过程中，二档只是过渡档位，偶数离合器不必完全闭合，只要偶数离合器传递大部分的发动机输出扭矩，奇数离合器就可以打开，同步器就可以进行退三档同步一档的操作。

c.t4-t5-t6-t7阶段：

该阶段与降奇数档换挡时t2-t3-t4-t5阶段相同，在該阶段，首先调整双离合器的传递扭矩，使得奇数离合器传递发动机输出扭矩，同时下降偶数离合器传递的扭矩到Touchpoint点。然后调整奇数离合器的转速与发动机转速保持微滑磨状态，完成离合器的第二次交替。以上为急加速降偶数档换挡控制策略。经过7个阶段完成高品质换挡控制。其中当前档位为二档时只是个过渡阶段，因此偶数离合器没有完全闭合，离合器处于滑磨状态。其作用就是保证奇数离合器可以打开，进行奇数输入轴啮合档位切换，同时又保证不断动力的扭矩传递。

4、急加速降档控制逻辑

使得车辆行驶过程中，有较高的换挡品质，除了需要好的离合器传递扭矩控制算法外，必须要有一个合理的控制时序，在恰当的时刻使用恰当的控制算法。图3为急加速降档的控制流程图。state_CluOff为当前档位对应离合器的扭矩控制状态，state_CluOn为目标档位对应离合器的扭矩控制状态。

5、实验结果分析

采用CANape对试验车进行数据采集。试验在水平沥青路面上进行，这里给出了三档换一档急加速降档的换挡过程。在上文中已经提过，离合器传递扭矩与离合器摩擦片上所受油压成线性关系，由于试验车上未安装离合器扭矩传感器，所以采用离合器摩擦片上所受油压来反映离合器传递扭矩情况。图4为急加速三档换一档信号采集曲线。可看出试验曲线完全符合本文介绍控制策略的要求。

图4 急加速三档换一档降档曲线

6、结论

急加速降档控制是一个复杂的非线性控制问题，从试验结果可以看出，本文论述的基于扭矩的湿式双离合器自动变速器急加速降档控制策略取得了较好的效果，很好的控制了离合器的闭合、分离速度，减小了换挡时的冲击，提高了DCT的换挡品质。

参考文献

[1]陆中华，程秀生，冯巍.湿式双离合器自动变速器的升档控制[J].农业工程学报，2010.Vol.26（5）：132-136.

作者简介

唐莹.上海汽车变速器有限公司.软件工程师.

张晔平.上海汽车变速器有限公司.标定工程师.