关于某双离合变速器偶发5挡顿挫问题的分析

韦建宁

（东风柳州汽车有限公司，柳州 545007）

1 引言

随着双离合变速器的装车率越来越高，因离合器原因导致变速器换挡不平顺的故障也越来越多。对于湿式双离合变速器来说，有2 套离合器（离合器1 和离合器2），各自由活塞、油腔、主从动摩擦片和回位弹簧等部件组成。2 套离合器通过与内外输入轴连接，分别控制着变速器的奇数挡和偶数挡，并通过2 个离合器的交替切换完成换挡过程，实现不切断动力情况下传动比的改变，从而缩短换挡时间，改善驾驶舒适性。

离合器的结合过程通常可分为4 个阶段，分别为空行程阶段、空滑阶段、滑磨阶段和同步阶段。变速器控制单元TCU 会根据实时采集到的油门开度、车速和制动等信号判断驾驶员的驾驶意图。当需要某个离合器结合时，为加快响应速度，需要向离合器的油腔进行快速预充油，使离合器达到半结合点（touch point）位置，消除离合器空行程，完成离合器结合前的准备，再根据驾驶意图完成离合器后续的控制。

在离合器预充油过程中，如果离合器预充油油压过高，则会引发冲击顿挫。如果预充油油压不足，则会导致离合器滑磨时间变长，影响响应速度，同时加快离合器的磨损，影响使用寿命。

本文针对某车型7 挡湿式双离合变速器售后反馈偶发换挡顿挫问题进行研究分析，找出故障发生的根本原因，提出解决方案，有效解决问题，降低客户抱怨。

1 离合器半结合点自适应

离合器半结合点是离合器系统控制中一个非常重要的控制参数，它是指离合器刚刚开始传递发动机扭矩的起始点，通常为3～5 N·m。离合器半结合点对离合器的控制性能有着重要影响，主要体现在当驾驶意图改变时，对车辆的响应速度以及离合器滑摩的控制。

对于理想的控制系统来说，可认为控制系统的各零部件和尺寸参数等因素是固定不变的，因此只需根据这些控制对象的特性设计控制算法，就能实现对控制目标的稳定可靠控制。然而由于零部件制造工艺、加工精度以及装配精度的影响，同型号不同的2 个离合器之间也会存在一定的差异，同时离合器半结合点也会存在差异。

另外由于不同的驾驶习惯以及使用过程中离合器的磨损，离合器半结合点也会随之发生变化，如果无法自动调节，将会影响到变速器的工作性能。故而在车辆行驶过程中，当系统检测到满足自适应条件时，如变速器油温、工作离合器滑磨转速差、换挡时间、车速和行驶挡位等，会进行离合器半结合点的自适应（简称STA）。系统会根据实际情况调整离合器半结合点，以确保TCU 对变速器的控制精度和离合器持续稳定的工作性能，从而保证整车的驾驶品质。

2 故障原因分析

某国产SUV 售后反馈多起车辆行驶过程偶发5 挡顿挫问题，引起客户抱怨。经过对故障工况进行调查，发现当车速在55 km/h 左右，发动机转速为1 600 r/min 左右时，5 挡定油门行驶时偶发顿挫。根据故障表现，初步怀疑可能的原因有以下几点。

①预选挡进挡冲击。

②发动机扭矩跳变引发冲击顿挫。

③离合器预充油引发冲击。

④离合器半结合点STA 异常引发冲击等。

因潜在影响因素较多，故需开展现场调查，结合故障工况和故障车采集数据进行分析。

根据4S 店现场调查，模拟客户驾驶工况故障得以复现，通过读取数据流进行分析，发现冲击发生在非工作离合器2的STA 被打断后（图1）。此时离合器2 目标扭矩为0 N·m，而实际扭矩为93 N·m，存在异常突变。对故障车进行离合器自学习后，按照故障工况行驶一段时间仍会偶发顿挫，故障未能解决。

图1 离合器2 扭矩异常示意图

经过进一步数据分析，发现该处冲击发生时，STA 触发了故障导致该自适应终止。具体故障表现为：STA 自适应过程中，离合器滑磨转速差（Actual path slip）大于50 r/min（STA自适应条件要求滑磨转速差＜50 r/min），导致退出当前STA程序（图2）。

图2 离合器STA 异常示意图

同时该处故障发生时，离合器的状态发生变化（图3）。在驾驶性标定的充油功能中，该处工况点会在5 挡预选4 挡时，提前对非工作的离合器2 油腔进行预充油，用以加快降挡响应速度。根据以上分析，初步怀疑故障原因为故障工况STA异常中断后同时立即请求预充油导致离合器油压过充，进而引发冲击顿挫。

图3 离合器状态变化示意图

3 故障复现验证

通过对控制软件的修改，人为将离合器2 半结合点压力提高20 kPa，模拟离合器充油过冲情况，并按照故障工况进行故障再现测试，结果故障顿挫表现与售后基本一致。通过人为缩短系统STA 间隔时间进行多次STA 自适应后发现如下状况。

①若STA 正常结束，离合器充油无过充现象，同时未出现顿挫。

②当出现顿挫时，皆为STA 异常终止的同时，离合器立即充油。

③降低离合器2 半结合点压力10 kPa 进行验证，无法感知顿挫，虽然从数据上可以看出实际扭矩有过充，但是过充引发的扭矩波动较小，主观上无法感知。

4 故障原因分析

通过上述分析，锁定根本原因如下。

（1）STA 时的离合器状态不能表征离合器油腔中实际油压表现。

在STA 进行全程中，离合器2 状态为CLU_DISENGAGE 未接合状态。当系统进行STA 时，由于发动机转速与输入轴转速差大于50 r/min，STA 被打断，离合器开始进行泄油。但是在标定策略中，此时预选低挡位会立刻请求充油。虽然离合器状态为未接合状态，实际扭矩也在0 N·m，但此时离合器未完成泄油，油腔中仍有油压，控制系统却继续按照没有油压进行充油，故而导致油压过充。

STA 被打断是因为离合器滑磨转速差＞50 r/min 导致。而离合器滑磨转速差的影响因素较多，主要有以下2 点。

①与发动机扭矩精度有关，滑差的控制取决于发动机扭矩与离合器扭矩配合。发动机扭矩精度差异也会导致实际滑差大小有偏差，特别是在油门微小变化时的影响。

②在非工作离合器（passive path）加载扭矩，一般也会导致短时间内离合器滑磨转速差增加，增加多少取决于非工作离合器实际加载的扭矩大小。

（2）预选低挡充油转速条件与STA 转速范围重叠。

控制策略仅在4～7 挡满足特定条件下会进入STA。根据预选挡策略中4～7 挡预选低挡位对应的发动机转速区间与油门开度大小情况，结合STA、充油和预选挡对应的发动机转速条件对比，得出理论上同时进行STA、充油和换低挡位的发动机转速区间（表1）。

表1 4～7 挡STA、充油和预选挡对应的发动机转速

通过统计得出，仅在5 挡1 490～1 600 r/min 和6挡1 200～1 800 r/min 的转速条件下，预充油与STA 的转速范围出现重叠，与售后反馈的故障挡位和发动机转速基本吻合。而4 挡和7 挡由于STA 和预充油转速区间没有重叠，因此也不会出现类似预充油过充导致的顿挫问题。

综上所述，故障原因为STA 时离合器状态不能表征实际油压表现，同时预选低挡充油转速条件与STA 转速范围重叠。当STA被打断且未将油腔里的油泄完时，立即快速预充油，导致充油异常，引发冲击顿挫。

5 对策制定

5.1 控制策略优化

基于上述原因分析，提出如下TCU 软件控制策略优化方案。

（1）软件优化方案：当进行STA 被打断后，利用一种压力控制逻辑（change of mind function for pressure control）的功能，降低在此工况下充油的PWM 弱化系数，从而改善预充油表现。

（2）标定优化方案：通过降低预充油的转速条件以避开与STA 的转速范围重叠。同时提高5 挡降4 挡、6 挡降5 挡和7 挡降6 挡的零油门开度降挡点，以补偿增加充油时间而带来的延迟换挡。

5.2 优化效果验证

人为增大离合器半结合点压力，复现售后的故障工况进行效果验证。试验过程中，STA 同样是因为离合器滑磨转速差大于50 r/min 被打断，但离合器2 充油未出现油压过冲（图4）。经多次模拟故障工况驾驶验证，未出现顿挫情况，整改方案有效。

图4 优化软件验证数据示意图

6 结束语

本文结合离合器工作原理，简述离合器预充油和离合器半结合点控制的重要性。针对售后故障开展现场调查及模拟故障再现验证，对变速器离合器半结合点自适应过程及降挡预充油进行分析。最后针对故障原因制定软件优化方案并开展效果验证，有效解决车辆偶发5 挡顿挫问题，提高整车驾驶品质，降低客户抱怨。