干式双离合自动变速器分段优化换挡的分析

杨浩 刘森

南阳农业职业学院 河南 南阳 473000

引言

在双离合自动变速器的动力方面，分别采用奇数与偶数两个挡位进行驱动，在保障自动与手动变速器不发生变化的情况下，利用双离合器弥补换挡过程中动力上的缺陷，具有较为良好的体验感、经济性与动力性。但是，如若在双离合器换挡的过程中控制不合理，则会产生动力循环、滑摩过度等情况，不但无法提高综合性能，甚至还会影响变速器的使用。因此，本文以干式双离合自动变速器为例，对其换挡过程的分段优化措施进行分析与研究。

1 干式双离合自动变速器换挡过程概述

1.1 动力学模型的构建

双离合自动变速器又可称为DCT，本文所研究的干式DCT动力学模型可表示为：

式中，Te代表的使发动机扭矩；Tco代表的是奇离合器传递扭矩；Tce代表的是偶离合器传递扭矩；ω代表的使发动机的速度；m代表的使整车质量；rw代表的使车轮本经；TR代表的使阻力矩。

根据干式DCT结构，利用控制液对液压机构压强进行控制，从而对离合器的传递扭矩进行控制。如若离合器处于接合状态，则传递发动机扭矩；如若离合器处于滑摩状态，则传递离合器滑摩扭矩，表达式如下：

式中，Tc代表的是离合器传递扭矩；Tf代表的使离合器滑摩扭矩；代表的使离合器片摩擦因数；Fc代表的使离合器压盘压紧力；Rc代表的是等效摩擦半径。

1.2 DCT换挡过程划分

将DCT的换挡过程划分为四个部分，在换挡过程中，奇数离合器利用的使分离离合器；偶数离合器采用的是接合离合器。第一阶段属于预充阶段，与离合器相互连接后建立油压，并且对分离离合器中的油压进行降低，使其属于临界值；第二阶段属于扭矩交互阶段，与离合器相接触后不断的增压，不断增加传递发动机中的扭矩；同时对分离离合器中的油压进行降低，使其与传递扭矩相一致，直至与接合离合器传递发动机扭矩完成一致；第三阶段属于调速阶段，奇偶离合器均为滑摩状态，利用接合离合器油压，使发动机降扭，以此来使结合离合器主片与动片都处于同步状态；第四阶段在完成上述操作以后，将油压增加，使其处于系统安全油压范围。

1.3 换挡过程的关键节点

在DCT换挡的过程中，各个阶段动力学特性不尽相同，因此各个阶段的分界点都属于换挡控制的关键节点。在第一与第二阶段相结合的位置，如若离合器没有建立油压，则会使动力不断降低，如若离合器建立的油压，但油压较快，则会形成冲击，第一阶段输出的轴扭矩可以表示为：

式中，i1代表的是第一阶段挡转动比；i2代表的是第二阶段挡转动比； 代表的是偶数离合器摩擦因数；Cce代表的是偶数离合器控制系数；Pce代表的使液压阀压强。

由此可见，如若扭矩交互很快完成，将会产生换挡动力；如若完成的较慢，则会在两个离合器之间产生动力回路，进而对效率与舒适度产生较大影响。在第三阶段结束以后，便是换挡过程中的又一个关键点，该点十分容易受到冲击，如若发动机扭矩的请求没有得到合理的控制，则很容易在同步点的位置产生较大的冲击[1]。

2 干式双离合自动变速器换挡方法

通过上文的分析和阐述可知，在换挡过程中关键节点需要制定有效的策略进行控制，不但要对换挡过程进行优化，还应为关键节点提供切实保障，特别是同步点性能，以此来达到换挡整体优化的效果。DCT换挡应与摩擦功、冲击度相结合，并且确保关键节点的功能得以充分展现。本文将以第一部分与第二部分为例，对DCT整体控制方式进行分析。

2.1 预充阶段换挡方式

在预充阶段中，离合器没有正式开始传递扭矩，分离离合器也没有开始滑摩，这时两个离合器在油压方面也没有过大的差距，在冲击度与摩擦功方面也不会产生较大的影响，因此在油压变化的分析上，应以系统运行中的最大速度为依据。预充结束的关键节点控制的前提为离合器中存在少量的正滑摩；当离合器控制按照加速度波动超过在挡行驶加速度时，应以自然波动的变化程度为先决条件，二者的判断依据如下：

2.2 扭矩交互阶段换挡方式

在该阶段中，分离器的状态始终为接合，摩擦功较低，因此应更多的侧重于冲击度方面。通过公式计算可知，该阶段的冲击度与离合器的增压相比属于正相关关系，所传递出来的扭矩由分离离合器转移到接合离合器当中，因此后者在增压状态下，分离离合器中的油压势必会降低。由驾驶员对冲击度阀值进行设定，然后明确前者的增压速率以及后者的减压速率。

在扭矩交互阶段中，主要的控制难点在于保障分离离合器的临界位置，事实上，通过主从动片中产生小量滑摩能够看出，其与主动片转速滑摩之间存在一定的联系，在对跟随控制效果进行计算时，算法为：

将εΔω设置为转速差的控制目标，如若分离离合器的转速差与εΔω设置的数值相同或者超过设置的数值时，则代表着预充结束，并且开始正式扭矩交互控制；

根据上文中所阐述的方式，对双离合器的油压进行变动实验，并且以分离离合器中的转速差作为反馈信号，对离合器中的油压进行控制，保障扭矩在交互时都能够以εΔω为中心产生波动，这样做不但能够使分离离合器对发动机进行驱动，还能够保障扭矩始终为正，不会由于分离离合器中的从动片转速超过发动机而产生较大的冲击；

当分离离合器中转速差与△ω0相比较大时，则代表着扭矩交互正式完成，可以进入到下一个阶段[2]。

2.3 调速阶段换挡方式

针对调速阶段的控制，不但要针对整个换挡过程冲击度进行分析，使其能够与滑摩功之间处于均衡状态，还应注重最终的同步点冲击，因此在离散动态规划情况下，可以通过公式对换挡策略进行设计，公式为：

式中，xk代表的是KT时的状态矢量；uk代表的是控制矢量数值；Φ（XN）代表的是终端性能指标；J代表的是总性能泛函。在离散动态规划目标方面，为了能够寻找到最佳控制序列，应尽可能的减少J的数值。在实车应用的过程中，对于不同车速、驾驶员意图、档位等因素影响，离散状态规划经过计算机完成运算，将结果输入到TCU当中，并在此基础上构建二维表，通过标定对基准值进行纠正，最终绘制成实车的控制曲线。

3 DCT换挡控制策略的实际应用

将文中所研究的分段优化换挡策略应用到车辆实验中，针对A市试车场中的车辆进行实车测试，选择的实验环境为平面公路，工况为静态起步踩油门换挡。在实验中所选择的车辆等级为B，质量为1450kg，在发动机中最大的扭矩为225N·m，装配干式DCT，第一与第二挡传动比为15.14与9.52，其中包含减速比。

3.1 新旧一挡升二挡控制效果对比

分别采用传统方式与新型策略对车辆在全油门工况下，第一挡升级为第二挡时的效果进行对比分析。在以往控制策略当中，通过标定PI参数的方式，保障输出扭矩的数值不发生改变，通过扭矩与降扭两个阶段，促使发动机转速发生改变。为了方便对比分析，在新制定的策略中对换挡时间，通过计算可知，在新策略当中，前后摩擦功均相同，主要的性能区别体现在冲击度当中。

通过实验结果可以看出，在以往传统的换挡过程中，调速阶段中产生的冲击力最大，并且没有重点对关键节点进行优化，致使扭矩在交互与分界的过程中，在两个关键节点上产生了较大的冲击现象；而使用新型分段优化策略则能够有效的避免上述问题的发生，在整个换挡过程中，都能够感受到均匀的冲击程度，并且将冲击力有效的控制在较为合理的范围之内。另外，根据试验数据能够对一次全油门温度的提升进行计算，使第一挡在上升到第二挡时，平均温度上升到35—40℃之间，在滑摩功方面也能够得到有效的控制与保障。

3.2 新旧油门控制效率的对比

通过不同的油门测试，对实验车辆的DCT进行分段优化控制，从效果的对比分析中能够看出，无论在何种油门工况情况下，新策略都能够在确保滑摩功不增加的同时，对冲击度进行有效的控制。在扭矩交互方面，也能够有效防止发动机的异常转动产生的转速波动；对于同步点性能的优化来说，能够有效防止在传递扭矩的过程中由于特性发生改变而产生的同步冲击[3]。

4 结论

综上所述，换挡过程控制属于干式DCT控制中的重中之重，同时也具有较强的复杂性。在本文的研究中，通过实车实验的方式，将整体的换挡过程划分为四个部分，使干式DCT的换挡性能得到有效的改善。在本文所提出的策略当中，还将关键节点的控制融入其中，针对可能对其产生影响的因素进行评价，并且获取到十分良好的控制效果。