干式DCT有动力升档性能优化

丁 健

(上海汽车变速器有限公司 技术中心-软件开发与系统控制部 上海 201807)

0 引言

干式双离合器自动变速器(以下简称dDCT)凭借其传动效率高、结构紧凑、成本相对较低等优点，得到国内外市场的青睐[1]。干式双离合器是dDCT核心零部件之一，由于采用风冷散热，在车辆使用过程中，随着干式双离合器的温度变化，离合器传扭特性也在实时发生变化，因此，要求控制软件策略及参数的鲁棒性必须足够高，才能够确保大批量dDCT产品、耐久前后、单一样本不同工况性能都在可接受范围内。

本文基于某dDCT产品，针对最常见的有动力升档工况进行研究，重点解决了1档升2档轴系抖动现象。

1 有动力升档工况

1.1 有动力升档控制基本原理

为了表述清楚，后续将换档过程中要接合的离合器称为Oncoming离合器(简称Onc离合器)，把换档过程中要分离的离合器称为Offgoing离合器(简称Offg离合器)。有动力升档发生在车辆加速踏板被驾驶员踩下，同时车辆稳定向前加速的工况，在该工况下功率由发动机输出，从变速器离合器正向传递到输出轴。

dDCT由于采用双离合器的结构设计，因此，可以实现在打开一个离合器的同时接合另外一个离合器，从而实现动力换档，此时要求Onc离合器具备传递正向扭矩的能力，即发动机侧摩擦片转速大于车轮侧摩擦片转速，同时，该Onc离合器活塞缸建立油压。

图1为有动力升档换档过程控制原理图，整个过程划分为3个阶段：预充、扭矩交互、调速。由于Onc离合器在进入升档控制前处于非工作状态，即打开状态，因此，首先进行预充控制，将Onc离合器接合到Kisspoint点，也就是即将传递扭矩的位置。扭矩交互阶段的作用是在减小Offg离合器扭矩的同时，增加Onc离合器扭矩，实现前者扭矩能力的释放以及后者扭矩能力的建立。调速阶段的作用是，通过离合器扭矩及对发动机扭矩请求的控制，实现发动机转速与Offg离合器分离，并逐步与Onc离合器同步的调速过程。

图1 有动力升档离合器换档过程示意图

1.2 扭矩交互阶段的控制策略

在扭矩交互阶段开始，Onc离合器到达Kisspoint，具备了建立扭矩容量的能力，而Offg离合器已经将扭矩容量下降到略大于其实际传递扭矩，该阶段的控制目标是让Onc离合器平稳地接管Offg离合器所传递的扭矩。

1.2.1 有动力升档扭矩交互阶段常规Offg离合器控制方法

在扭矩交互过程中，常规Offg离合器控制方法，是以当前周期离合器目标扭矩为起点，按照目标时长，向目标扭矩终点值下降。

Tcurr=(Tend-Tpre)×

[Tist÷(Tiramp-Tiact)]+Tpre

(1)

式中，Tcurr为当前周期输出的Offg离合器目标扭矩；Tend为扭矩交互阶段Offg离合器最终目标扭矩；Tist为软件模块运行周期；Tiramp为扭矩交互目标总时长；Tiact为扭矩交互已进行的时长；Tpre为上一周期输出的Offg离合器目标扭矩。

对于clutch base架构的控制方法，式(1)中关键是确定Tend，主要基于工况、档位等进行补偿。

Tend=Tkp+Tofs

(2)

式中，Tkp为Kisspoint点对应扭矩；Tofs为对Kisspoint对应扭矩的修正值。

1.2.2 有动力升档扭矩交互阶段常规Onc离合器控制方法

在扭矩交互过程中，常规Onc离合器控制方法是以当前周期离合器目标扭矩为起点，按照目标时长向目标扭矩终点值上升，ramp方法可参考式(1)。其中，关键是确定扭矩交互阶段Onc离合器最终目标扭矩Tend-onc，可按照如下式进行标定计算。

Tend-onc=TDynEng×FACgear×FACeng×

FACcluTemp×FACslp

(3)

式中，Tend-onc为扭矩交互阶段Onc离合器最终目标扭矩；TDynEng为动态发动机扭矩；FACgear为基于档位的补偿系数；FACeng为基于发动机扭矩的补偿系数；FACcluTemp为基于离合器温度的补偿系数；FACslp为基于发动机与Offg离合器输入轴之间转速差的补偿系数。

1.3 输入轴转速“抖动”现象

图2是典型的有动力1档升2档工况，由于实际奇偶离合器扭矩控制不当，造成的输入轴抖动现象，由于奇偶输入轴均有同步器档位在位，因此，输入端转速的抖动会传递至变速器输出轴以及车轮端，对车辆驾乘舒适性造成极大影响。

图2 有动力升档工况输入轴抖动现象

在有动力升档的扭矩交互阶段，理论上为了保证奇偶离合器所传递的发动机扭矩总和保持不变，Onc离合器扭矩上升斜率应与Offg离合器扭矩下降斜率相等，一旦离合器扭矩控制不当，可能造成功率回流(Tie-up)或发动机飞车(Flare)现象。但在实际车辆工况中，由于控制软件对离合器采用闭环控制方法，且本文所研究的dDCT奇数离合器内含弹簧减震机构、离合器接合行程与所传递扭矩关系的非线性、整个传动系统机械间隙及扭转刚性等因素，导致实际车辆在有动力升档过程中，并不一定仅出现典型的Tie-up或Flare现象，而可能以离合器输入轴转速“抖动”的现象出现[2]。

造成此种现象的原因是，奇偶离合器实际传递的总扭矩偏小，由于变速器后端整车其它部件转动惯量大，一旦离合器实际传递扭矩偏小，则变速器输出轴倒拖输入轴减速，而此时，发动机端富余的正向扭矩，会造成发动机转速flare趋势，但发动机转速flare的程度取决于实际离合器总扭矩与发动机实际扭矩差值大小，通常如果扭矩偏差小，且离合器扭矩能够在较短时间内通过闭环控制接近发动机扭矩，则发动机转速flare并不明显。当离合器扭矩无法及时恢复时，则会造成明显的发动机转速flare，如图3所示。

图3 有动力升档工况输入轴抖动及发动机转速flare现象

Fig.3 Input shaft shake and engine speed flare during power on upshift process

2 有动力升档控制方法优化

要解决有动力升档过程中轴系抖动的现象，关键是避免出现功率回流或Tie-up的情况，可采用控制离合器实际传递扭矩与发动机输出扭矩匹配、在扭矩交互阶段控制保证Onc和Offg离合器扭矩变化率匹配的方法。本文从如下方面进行优化。

2.1 微滑摩控制

微滑摩控制是变速器中离合器控制的一种常用方法，其原理是通过闭环控制，实现离合器主、从动盘之间形成稳定微小转速差。针对有动力升档工况，在开始换档控制前，在满足一定工况条件下，工作离合器即已经开始微滑摩控制，则离合器实际传递扭矩略低于发动机输出，在换档开始后，在“扭矩交互”阶段维持微滑摩控制，由于采用了闭环控制，这样能够最大限度的避免出现离合器总扭矩与发动机实际输出不匹配的情况，另外，也能够保证在“调速”阶段初期，发动机转速能够与Offg轴转速更加容易分离。

微滑摩控制内核采用常规的PID闭环控制，工程应用时主要开发内容包括：微滑摩控制激活条件判定、转速及转速差信号滤波、目标转速差的计算、PID参数标定、工况切换时离合器目标扭矩衔接等[3]。

2.2 有动力升档过程中的分阶段离合器位置控制

在有动力升档的扭矩交互阶段，此时发动机转速与Offg轴转速同步或存在微滑摩，且微滑摩控制的目标转速差也是发动机与Offg轴之间的转速差，因此，发动机转速及轴系转速对Offg离合器扭矩控制更加敏感。

本文针对“有动力升档工况输入轴抖动及发动机转速flare现象”，采用“分阶段离合器位置控制”的方法，对有动力升档扭矩交互阶段Offg离合器控制进行优化。从“扭矩交互”开始，将Offg离合器控制区分为3个阶段：

(1) 第1阶段ramp：仍然采用离合器扭矩控制，控制目标为：基于前端微滑摩控制计算得到的离合器总扭矩，根据标定的扭矩交互时长确定的斜率进行ramp；

(2) 第2阶段ramp：Offg离合器采用位置控制，控制目标为：Offg离合器使用位置控制，往离合器半结合点增加偏移量的目标位置ramp，而前端微滑摩控制计算得到的离合器总扭矩，通过Onc离合器扭矩控制进行保证；

(3) 第3阶段ramp：进入“调速”阶段，Offg离合器由当前位置往离合器打开位置进行ramp，而Onc离合器扭矩基于发动机转速变化率进行闭环控制。

图4 有动力升档工况Offg离合器分阶段控制

Fig.4 Offgoing clutch multi-stage control during power on upshift

3 优化后控制效果

实施本文优化的控制后，在某搭载干式DCT车型进行验证效果如图5，可以发现：

(1) 在进入有动力升档工况及扭矩交互阶段，发动机转速与Offg轴转速之间存在较稳定转速差；

(2) “扭矩交互”阶段发动机及轴系转速稳定；

(3) “调速”阶段发动机转速平稳下降，且轴系转速平稳。

图5 控制方法优化后有动力升档工况实车表现

4 结论

本文针对实际工程开发项目中遇到的干式DCT有动力升档工况轴系抖动问题进行分析，总结原因为由于离合器扭矩控制不准确造成的离合器功率回流或Tie-up。本文从控制策略的角度，首先对有动力升档工况控制过程进行定义，结合不同阶段的控制目标，通过采用微滑摩控制方法，以及将Offg离合器区分为3个阶段的控制，最终消除了轴系抖动的问题，经实车验证，有动力升档工况的性能得到了显著的提升。