湿式双离合器自动变速器的升档控制_陆中华

通过在试验车上的调试不断修正，使冲击度在一个合理 的范围内。 以上的换挡控制策略没有发动机的参与，如果发动 机参与控制，可以进一步提高 DCT 的换挡品质。首先可 以减小发动机与变速箱输入轴的转差，减小冲击；其次 可以在换档时降低发动机扭矩，减少离合器滑摩，缩短 换档时间。
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结果分析
试验车为吉利 FC-1，发动型号是 JL4G18，变速箱型 号为 JL6DCT。变速箱控制器以英飞凌 XC164CS 为主芯 片，各输入信号和控制输出如图 3 所示，数据通过 CAN 总线上传至笔记本电脑[13-15]。
后，完成整个换档操作的总时间[4]。若要求换档快捷，应 减少换档时间；若要求换档平稳，则应适当延长。 2）滑摩功 在换档过程中，DCT 的两个离合器均会产生滑摩。 滑摩功 L 为离合器摩擦力矩所作的功[4]，用下式表示
L Tc (e c )dt
0
t
式中： Tc — — 离合器摩擦力矩； ωe — — 发动机转速； ωc — — 离合器从动片转速；t ——换档时间。 在换档过程中，滑摩产生的热量使离合器油的温度 迅速升高，会加剧摩擦片的磨损，离合器片的传递扭矩 特性变差。因此，要防止滑摩功 L 过大。 3）冲击度 j 冲击度为车辆纵向加速度的变化率[4]，其表达式为
Tc1 Tc 2
R10 3 R113 2 s S1 P Z [ ] 1 1 3 R10 2 R112 R 3 R213 2 s S2 P2 Z 2 [ 202 ] 3 R20 R212
（6） （7）
式中：S1、S2——离合器 C1、C2 摩擦片的有效摩擦面积； P 1、 P2——离合器 C1、 C2 的压力； Z1、 Z2——离合器 C1、 C2 的摩擦面数；R10——一档离合器摩擦片外圆半径； R11——一档离合器摩擦片内圆半径；R20——二档离合器 摩擦片外圆半径；R21——二档离合器摩擦片内圆半径。
dTc 2 2 R 3 R213 dP2 s S 2 Z 2 [ 202 ] dt 3 dt R20 R212
（10） （11）
图 3 控制器硬件结构示意图 Fig.3 Controller hardware structure
图 1 湿式双离合器结构示意图 Fig.1 Structure of wet double clutches
T 0 T c1 c2
两个离合器都处于滑摩状态，由公式（2）得到
（5）
由公式（1）和（2）可知，通过控制离合器油缸的 压力变化 ΔP 就可以控制换档过程中的冲击度 j。 很明显， 当压力变化快时，相应的换档时间就会缩短，很大程度 上可以减小滑摩功。因此，控制两个离合器的压力变化， 是综合控制 DCT 换档品质的关键。 同时，油温对湿式离合器的扭矩传递特性影响较大， 油温低时，黏度大，摩擦系数增大，传递的扭矩大，但 离合器建立压力慢；油温高时，黏度小，油膜薄，离合 器滑摩过程短，换档冲击增加。该湿式离合器最佳的工 作温度是 70℃。因此需要根据不同的温度来修正 ΔP。 PT P kT (T T0 ) （3 ） 式中：ΔPT ——修正后的压力增量；kT ——温度修正系 数；T ——当前温度值；T0——不需要修正的温度范围。
由公式（3） 、 （4）得
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3 Z ( R 3 R21 ) P P 1 1 2 20 3 3 P2 Z1 ( R10 R11 ) P2
农业工程学报
2010 年
（8 ）
离合器 C1 压力初始值 P1init 可由以下公式确定 3Te P （9 ） 1init 3 3 2s π Z1 ( R10 R11 ) 式中：β ——离合器 C1 初始压力调整系数，0＜β ＜1，β 的选取要保证发动机不飞车， 还要使离合器 C1 处于滑摩 状态，β需要在实车试验中不断修正，最终确定一个合理 的值。 由公式（8）可知，只要确定一个离合器压力的变化 率，另一个就可以确定，虽然从理论上讲，只要两个离 合器压力控制的好，多快的结合速度都不会产生冲击， 但实际上发动机扭矩是通过发动机部分负荷特性试验得 到的，无法精确计算，而且离合器传递的扭矩还与很多 因素有关，比如主从动盘的转差、离合器油温等，离合 器压力控制也达不到完全精确，所以在实际调试中，还 是要根据油门开度、主从动盘转差来确定离合器压力增 量，并通过实车试验加以修正。 2）惯性相阶段 该阶段为图 2 中 t3～t4，这一阶段发动机转速会发生 很大变化， 离合器 C2 也会从滑摩状态进入完全同步状态， 对车辆的输出扭矩会发生变化，因此这一阶段会产生相 对较大的冲击，所以此阶段控制的关键是以冲击度为主 要目标， 调整离合器 C2 的压力变化， 防止产生过大冲击。
0
引
言
换档过程控制是双离合器自动变速箱的控制重点之 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。目前关于双离合器自动变速器（double clutch transmission ，DCT ）的研究主要有：同济大学的 DCT 关键技术分析[1]；吉林大学关于 DCT 换档特性的仿 真研究[2]；密西根大学的双离合器动态模型仿真[3]等，都 是针对 DCT 本身特性的研究，没有从控制角度来研究换 挡过程，没有提出具体的控制策略，也没有在车上做试 验验证。针对 DCT 的换档品质问题，本文提出了湿式双 离合器的压力控制方法，并且制定了换档控制策略，解 决了在换挡时变速箱反拖发动机的问题。最终开发了该 双离合器自动变速箱的控制系统，应用于实车试验中， 解决了 DCT 换挡时的冲击问题和离合器磨损问题。
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第 26 卷 第 5 期 2010 年 5月
农 业 工 程 学 报 Transactions of the CSAE
Vol.26 No.5 May 2010
湿式双离合器自动变速器的升档控制
陆中华，程秀生，冯 巍
（吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春 130025） 摘 要：为了解决湿式双离合器自动变速箱的换档冲击和离合器磨损问题，在对换档品质评价指标分析的基础上，研究 了温度对湿式离合器压力传递特性的影响，提出了湿式双离合器的压力控制方法。并以一档升二档为例，制定了具体的 升档控制策略，讨论了发动机参与控制对双离合器自动变速箱换挡品质的影响。最后应用于实车试验中，在中、小两种 节气门开度的状态下均得到了理想的换挡效果，车速变化柔和，无明显冲击，油温变化小。验证了湿式双离合器的压力 控制方法正确，换档控制策略合理。 关键词：离合器，变速箱，控制，DCT，湿式离合器，升档策略 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.05.023 中图分类号：U463.212 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2010)-05-0132-05 陆中华，程秀生，冯 巍. 湿式双离合器自动变速箱的升档控制[J]. 农业工程学报，2010，26(5)：132－136. Lu Zhonghua, Cheng Xiusheng, Feng Wei. Up-shift control in wet double clutch transmission[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(5): 132－136. (in Chinese with English abstract)
传递全部发动机扭矩，导致发动机转速上升，同时控制 二档离合器 C2 压力调节阀， 使 C2 压力迅速提高至 P2init， P2init 为克服离合器回位弹簧和各种摩擦阻力的最小压力， 为了避免发动机转速过分升高，要同时控制压力 C1，C2 调节阀，使发动机转速保持稳定。逐渐降低 C1 压力，升 高 C2 压力，直到 C1 压力降为 0，转矩相结束，由于 C1 压力解除， 就可以杜绝反拖发动机的现象。 在 t2～t3 时段， 要保持发动机转速稳定，又要同时降低 C1 压力，升高 C2 压力，两个离合器压力变化率 ΔP1、ΔP2 的控制至关 重要，二者关系由以下公式推得 e Te (Tc1 Tc 2 ) J e （4） 式中：Te——发动机的扭矩；Je ——发动机及离合器主动 盘的转动惯量；Tc1、Tc2 ——离合器 C1、C2 摩擦力矩。 约为 0，则 e 、T 在 t2～t3 时段，时间很短，可认为 e 有
基金项目：国家“863”高技术研究发展计划资助项目（2006AA110109） 作者简介：陆中华（1981－） ，男，苏州人，博士生，主要从事自动变速理 论及控制技术的研究。长春 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室， 130025。Email: lu_zhonghua@ ※通信作者：程秀生（1958－） ，男，长春人，教授，博士生导师，主要从 事自动变速理论及控制技术的研究。 长春 吉林大学汽车动态模拟国家重点 实验室，130025。Email: xiusheng_cheng@
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换档控制原则与评价指标
研究 DCT 换档品质控制的目的就是要使换档冲击和 滑摩得到综合控制，以提高乘坐的舒适性和动力传动系 的使用寿命。 目前，常用以下 3 个指标来评价换档品质[4-5]：换档 时间 tg，滑摩功 L 和冲击度 j。 1）换档时间 tg 换档时间 tg 是指从发出换档指令开始到换入目标档
收稿日期：2009-08-17 修订日期：2010-03-28
d2v 1 kdTc （1） 2 dt m dt 式中：v——车速；δ ——旋转质量换算系数；m ——整车 质量；k——系数。 由公式（1）可知，控制 DCT 换档时的冲击度 j 就是 对两个离合器扭矩变化的控制。 j
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湿式离—转矩相开始时刻；t3——惯性相开始 时刻；t4——升档结束时刻；Pmax——离合器最大压力；P1init——离合 器 C1 的初始压力；P2init——离合器 C2 的初始压力。下同
Fig.2
图 2 换档过程示意图 Schematic of up-shift course
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升档控制策略
换档过程的评价指标中， j 对应着换档的平顺性要求； tg 对应着换档的快捷性要求，tg 时间越长，滑摩功越大， 所以为了限制滑摩功，就要求 tg 要短。换档的平顺性和 快捷性都与离合器压力变化率 ΔP 有直接关系， 所以换档 控制的关键是根据不同的油门开度和离合器主、从动盘 转速差 Δw 选择不同的 ΔP [6-9]， 使上述指标达到令人满意 的程度。 换档过程分为两个阶段[11-12] ，即转矩相和惯性相， 以一档升二档为例。 1）转矩相阶段 该阶段为图 2 中 t2～t3，这一阶段的关键是：一要避 免出现离合器反拖发动机的现象[6]，这种现象，会造成发 动机功率的浪费，换档平顺性无法保证，而 DCT 没有单 向离合器，这就需要在控制策略上实现单向离合器的功 能；二要通过协调控制两个离合器压力调节阀，保持发 动机转速稳定，避免出现发动机飞车。t1 时刻控制器发出 换档指令，控制一档离合器 C1 压力调节阀，使 C1 压力 迅速降低至 P1init，由于 C1 压力的降低，C1 离合器无法