基于DCT车辆大扭矩动力降挡热负荷问题的标定研究

张学锋 杨云波 王昊 武斐 董宇

（中国第一汽车集团有限公司研发总院，长春 130011）

主题词：双离合自动变速器 动力降挡 热负荷 标定

1 前言

双离合器式自动变速器（Dual Clutch Transmission,DCT）在换挡过程中不存在动力中断，换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且很大程度地改善了车辆的舒适性、经济性，可适用于各种排量的汽车，已经成为自动变速器发展的新趋势[1-2]。

在车辆实际行驶过程中，驾驶员为满足急加速或超车的工况需求，通常会进行大油门或全油门操作，此时为了提升车辆的加速能力变速器会进行动力降挡，由于此时离合器传递扭矩较大，降挡过程中离合器表面的热负荷会迅速增大，一方面会出现离合器表面温度超温报警问题，另一方面会加快摩擦片磨损从而严重影响离合器的使用寿命。

影响耕地变化的因子错综复杂，归纳起来有社会经济和自然因素方面。从对耕地数量的影响来看，又分为增加耕地的因素 (如开垦)和减耕地的因素 (城市化、基本建设、退耕还林)两种[4]。这些因素不仅与因变量之间存在着相关关系，而且相互之间存在耦合关联。如果单纯的相关分析，必然存在一定的差冗余，从钱塘江流域耕地变化的实际情况看，人类活动是主要影响因素，因此本文主要分析社会经济驱动力对耕地变化的影响。

针对DCT车辆大扭矩动力降挡工况，本文分析了换挡过程及离合器表面热负荷产生的原因，并对换挡过程的滑摩功进行了计算，通过标定手段对滑摩功的产生进行有效控制，在不影响驾驶性能的情况下将离合器表面的升温控制在了合理范围内。

2 大扭矩动力降挡热负荷分析

2.1 基于双参数换挡规律的动力降档

换挡规律通常分为单参数、双参数、三参数3种，单参数换挡规律只与车速相关，不能很好地反映驾驶员意图，已不使用；三参数换挡规律由于考虑到加速度因素，实际运用存在一定困难，故目前多采用双参数换挡规律[3]。在车辆行驶过程中，驾驶员准备超车或急加速时会进行大油门或全油门操作，根据设定的双参数换挡规律（图1），油门踏板从a点至b点或从c点至d点，变速器将执行6降3或7降4等大扭矩动力降挡动作。

图1 大油门动力降档示意

2.2 大扭矩动力降挡各过程分析

DCT传动原理见图2，该系统由7个前进挡和1个倒挡组成，在换挡过程中奇、偶数离合器扭矩进行交换。

图2 DCT传动原理

在车辆行驶过程中进行大油门加速时，如果控制器发出的目标挡位是3挡，由于当前挡位为6挡并且预挂了7挡，那么变速器会进行摘7挡挂3挡的动作，挂3挡成功后进行3挡离合器充油，充油结束后进入调速等待阶段，惯性相结束后进入扭矩相阶段，在此阶段6挡离合器的分离和3挡离合器的结合是同时进行的，这样就保证了发动机输出的动力没有中断，在设定的时间里完成扭矩交换，换挡过程结束[4]。为便于分析，将DCT动力降挡过程简化为如图3所示。

装载DCT的车辆在动力降挡过程要经历以下几个阶段：

将f(x)的具体表达式代入φ2,并利用φ和φ′在x=-b(或x=b)处的连续性,确定各个参数,并得到最终φ(x,z)的解,由ψ(x,z)=(z-φ(x,z))U,可求出受地形影响后大气运动流函数的值并绘出流线。在下节将给出一个具体的例子。

a.变速器高挡运行阶段。该阶段车辆稳定运行，6挡离合器接合，3挡离合器分离，此时3挡、6挡离合器传递转矩为：

变速器输出扭矩To为：

式中，μ为摩擦片摩擦因数；F2为偶数离合器弹簧压紧力；Z2为偶数离合器摩擦片摩擦面数；R20、R21分别为偶数离合器摩擦片外径和内径。

用于电力系统动态状态估计的改进鲁棒无迹卡尔曼滤波算法//曲正伟,董一兵,王云静,陈亮//(10):87

b.惯性相阶段。该阶段6挡离合器持续传递扭矩，3挡离合器分开，此时3挡、6挡离合器传递转矩为：

式中，Tc1为奇数离合器传递扭矩；Tc2为偶数离合器传递扭矩；i6为6挡传递速比；Te为发动机扭矩。

a. 增大摘、挂挡力，缩短摘、挂挡时间。根据式（10），在满足NVH及硬件可靠性的情况下，适当增大摘、挂挡力，缩短摘、挂挡时间可缩短时间t1-t2，进而减小滑摩功的产生。

图3 DCT动力降挡过程

变速器输出扭矩To为：

c.扭矩相阶段。该阶段6挡离合器开始分离，3挡离合器开始接合，此时传递的转矩已经开始重新分配，3挡、6挡离合器传递转矩为：

译 文 ：We willcontinue to strengthen the Party’s ability to purify itself,and forever maintain its close ties with the people.

1994年分税制改革后，我国对中央和地方政府事权进行了粗线条划分，中央和地方政府各自独立的事权划分不清晰，共同事权比较多，但其中的界限又不很清楚。一个较具说服力的例子是中央政府公务员占全国公务员人数的6%左右，若考虑同口径下把公立学校的教师纳入公务员统计人数的话，这一比例可能在4%以下。而在可比的其他大国，这一比例大都在30%以上①。从这个数字可以看出，中央政府大多数的事权和支出责任由中央层层下放给地方。由于政府间事权和支出责任划分模糊，共同事务不断增多，最终导致支出体系的混乱。

式中，F1为奇数离合器弹簧压紧力；Z1为奇数离合器摩擦片摩擦面数；R10、R11分别为奇数离合器摩擦片外径和内径。

b.缩短目标挡位充油时间。充裕的充油时间可保证离合器油腔彻底充油及后续油压响应，但在一定程度上会影响换挡时间而增加滑摩时间，因此需优化各充油参数，在满足充油需求情况下尽可能缩短充油时间。

d.变速器低挡运行阶段。该阶段车辆重新达到稳定运行状态，3挡离合器接合，6挡离合器处于分离状态，此时3挡、6挡离合器传递转矩为：

变速器输出扭矩To为：

式中，i3为3挡传递速比。

2.3 大扭矩动力降挡阶段的热平衡及影响因素

在离合器接合过程中，湿式离合器摩擦表面滑摩发热，滑摩产生的热量可由滑摩功计算，滑摩功是离合器热负荷计算的基础。在动力降挡各阶段下，当大油门动力6挡降3挡时，6挡偶数离合器产生的滑摩功为：

式中，Tc2为6挡离合器传递扭矩；t1为动力降挡调速开始时刻；t2为摘、挂挡结束时刻；t3为3挡充油结束时刻；t4为调速结束时刻；t5为扭矩交换结束时刻；ne为发动机角速度；w2为6挡离合器角速度。

铁皮石斛是我国传统的名贵中药材，富含多糖、氨基酸、生物碱等活性成分，具有消炎祛热，养阴生津，补益脾胃的功效。我校生命科学体验馆植物组织培养室育有大量的铁皮石斛苗，作为学生拓展课植物组织培养的材料。学生在撰写植物组培实验报告查找资料的过程中，发现了大量有关铁皮石斛药用价值的记载。在商业广告宣传盛行的社会环境下，学生提出质疑：铁皮石斛提高人体免疫力的功效有多少可信度？能否通过设计一些简单的实验进行验证？在这些问题的驱动下，师生共同开展了如下探究活动。

糖尿病为临床常见慢性代谢疾病类型，肺炎为糖尿病发生率最高的并发症类型，通过实施接种肺炎疫苗，可以有效“防御”肺炎疾病。但是目前阶段的糖尿病患者实际接种肺炎疫苗情况不理想[1]。该次研究2016年1月—2017年12月工作旨在探讨1 000例糖尿病患者接种肺炎疫苗的影响因素分析。现报道如下。

离合器冷却油单位时间从摩擦片上带走的热量计算式为[6]：

前段时间有个朋友说：“我不能上环，老公又不愿意戴套，已经流产9次了，怎么办啊？”“那可以吃避孕药啊。”“啊？避孕药？那多伤身体啊!”流产9次不伤身体？吃避孕药反倒伤身体？看来大家对避孕药的误会很深啊！

根据对知识和技术推动经济增长的作用视角的不同，经济增长模型主要有三大类：哈罗德中性型、希克斯中性型和索洛中性型（包玉香，2012）。由于本文研究的是老龄化对产业结构的影响，选用哈罗德中性的新古典经济增长模型，即Y=Kα(AL)β，其中α+β=1。该模型中主要包括四个变量：产量Y、资本K、知识或技术A和劳动L，考虑到时间因素t，经济产出的生产函数可表示为：

由式（11）可知，冷却油进、出口温度与当时系统热负荷相关，且冷却油热容量是其特定属性，通过增大单位时间内的冷却液流量是提高冷却效率的主要途径。但是冷却流量过大会影响摘、挂挡速度，进而影响换挡过程，所以在设定最大允许流量的情况下，只能通过减小滑摩功的途径解决大扭矩动力降挡的热负荷问题。

由式（10）可知，滑摩功由摘、挂挡时间、充油时间、调速等待时间、扭矩交换时间及在此时间内传递的扭矩和滑摩差共同决定，所以若要减小滑摩功，应从换挡各阶段的时间、滑摩差和离合器传递扭矩等方面进行优化。然而湿式离合器摩擦片热容量较小，瞬时较大的滑摩功会导致离合器摩擦片温度迅速上升，湿式双离合器的主要散热方式是冷却油散热，如果冷却油无法及时将热量带走，摩擦片会由于温度过高而导致摩擦材料烧蚀。保证离合器温度平衡的基本条件是离合器发热过程与散热过程之间的平衡[5]。

3 大扭矩动力降挡标定方案

在大扭矩动力降挡过程中，决定离合器热负荷的滑摩功主要取决于离合器传递的扭矩、离合器主从动盘的转速差及滑摩时间，因此在保证驾驶性的前提下，应尽快控制离合器的动作以缩短滑摩时间，从而降低离合器滑摩功和热负荷[7-8]。由于大扭矩动力降挡过程中传递扭矩不能改变，所以若减小滑摩功就应从缩短滑摩时间、减小滑摩差和增大冷却流量等方面入手。

声呐分辨力是指在多目标环境下对相邻2个目标的最小可分辨能力，一般按照目标的方位、距离、速度和加速度等参数来分辨，其中距离分辨力和速度分辨力仅取决于信号的形式及其参数。在采用匹配滤波的条件下，模糊函数是与目标距离和速度有关的信号回波通过匹配滤波器之后的输出[2]，可用来衡量信号对具有不同距离和不同速度的2个目标的分辨能力。当目标相对静止时，回波信号仅体现出时间延迟和衰减;当目标相对运动时，回波信号还会产生多普勒频移和时间上的压缩或展宽。

变速器输出扭矩To为：

式中，QL为冷却油经摩擦片带走的热量；tin为冷却油进入离合器前温度；tout为冷却油从离合器甩出后温度；τ为摩擦副冷却时间；qL为单位时间单个摩擦副的冷却油量；CLγL为单位体积内冷却液的热容量。

c.调整整个调速过程时间。调整6挡降3挡的调速时间，使摘挂挡时间、充油时间和调速时间相匹配，这样不但可将调速时间t1-t4缩短，又可消除调速等待阶段时间t3-t4。

d.调整调速过程发动机调速曲线。如果如图3中实线①所示，当发动机转速先上升较快再较慢上升时，会加大发动机与离合器之间的速差，增加滑摩功的产生。若在调速过程中发动机控制转速历程尽可能均匀变化，如图3中虚线②所示，则能减小偶数离合器和发动机的速差，减小滑摩功。

e.减小扭矩交换时间，从而减小滑摩时间。由图3、式（10）可知，在大扭矩6挡降3挡过程中，偶数离合器产生的滑摩功更大，更易超温，如果减小扭矩交换时间，使偶数离合器更快卸载，既可减少滑摩时间又可减小产生滑摩的负载，可有效减少滑摩功的产生。

f.增大换挡过程中离合器冷却流量。在摘、挂挡时，若冷却流量过大，冷却油的拖拽作用会造成摘、挂挡困难。为保证最佳冷却效果，可在摘、挂挡时将冷却流量减小，挂挡结束后再以最大流量进行冷却。

4 试验验证

4.1 试验方法

为验证所提出标定策略的可行性，以某搭载DCT变速器的混合动力车辆为对象进行试验验证。该车动力总成主要参数如表1所列。试验时使用同一车辆（满载）、同一驾驶员、在同一路面上行驶，车辆行驶至较高油温（约为100℃）时，分别利用新标定策略数据和原始标定数据进行大油门动力降挡试验，试验结果见图4～图7。

表1 试验车辆动力总成主要参数

图4 优化数据前换挡过程

图5 优化数据后换挡过程

4.2 试验验证

4.2.1 热负荷验证

由图4～图7可看出，两次试验的驾驶工况及初始离合器表面温度几乎一致（约100℃），但是使用新标定策略数据后，大扭矩动力降挡后的调速时间由1.60 s减少至1.19 s，扭矩交换时间由0.65 s减少至0.45 s，动力降挡过程产生的滑摩功由65.6 kJ减小至39.4 kJ，负载离合器表面升温由155℃减小至113℃，离合器表面瞬时升温明显减小。

4.2.2 驾驶性验证

如图4和图5所示，相同驾驶工况下踩下相同油门开度后，使用新标定策略数据后整车加速响应明显加快，响应时间由1.8 s缩至1.3 s，加速度变化率变化不大，最大加速度变化率即冲击度由12 m/s3增大为13.3 m/s3。

图6 优化数据前热负荷和冲击度

由上述分析可知，应用新的标定策略数据后，在大扭矩动力降挡驾驶中，换挡总时间减小了24%，离合器表面升温减小了27%，整车加速度响应时间减小了28%，整车最大冲击度只增大了10%，处于可接受范围内。

图7 优化数据后热负荷和冲击度

5 结束语

本文根据DCT车辆整车试验过程中出现的离合器表面温度超温报警问题，分析了DCT在大扭矩动力降挡过程离合器热负荷过大的原因，以及影响滑摩功产生的主要因素，通过多种途径减少了滑摩功的产生并增大了冷却流量，最后根据设定的原则进行了优化标定和实车试验，试验结果表明，此方法对DCT大扭矩动力降挡工况热负荷问题优化效果明显且可操作性强。