湿式双离合自动变速器换挡控制策略的试验研究

2011年第6期农业装备与车辆工程doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2011．06．008

湿式双离合自动变速器换挡控制策略的试验研究

孙伟，于德泽

（装甲兵工程学院机械工程系，北京100072）

摘要：简要介绍了湿式双离合自动变速器的结构和工作原理，提出了换挡品质的定义和评价指标。阐述分析了湿式双离合自动变速器的换挡策略，并结合以大众DQ250为目标变速器的换挡策略试验，比较验证，得出更为理想的换挡策略。

关键词：湿式双离合自动变速器；换挡策略；试验中图分类号：U463．212

文献标识码：A

文章编号：1673-3142(2011)06-0026-04

An Experimental Study on the Gearshift Strategy of Wet Double Clutch Transmission

Sun Wei ，Yu Deze

（Department of Mechanical Engineering ，Academy of Armored Forces Engineering ，Beijing 100072，China ）

Abstrac t ：The working principle and structure of wet DCT is briefly introduced．The definition of shifting quality and the index of evaluating is put forward．The gearshift strategy of wet double clutch transmission is expatiated．Through the tests on the DQ250of VW ，the better gearshift strategy is proposed．Keywords ：wet DCT ；gearshift strategy ；test

0引言

随着车辆操纵系统自动化的快速发展特别是微电子技术在车辆上的应用，自动变速技术取得了长足的进步。目前广泛应用于汽车的自动变速器有四种：液力机械式自动变速器（AT ）,无级变速器（CVT ）,电控机械式自动变速器（AMT ）,双离合器自动变速器（DCT ）。DCT 是由平行轴式手动变速器（MT ）发展而来，它既继承了AMT 结构简单、重量轻、传动效率高等优点，又融合了AT 动力换挡的特点，所以DCT 不仅保证了车辆的动力性和燃油经济性，而且极大地改善了驾乘的舒适性。要实现较好的换挡品质，就需制定适应的换挡策略[1]。本文从试验出发重点研究了换挡过程中离合器和发动机转速的控制策略。

1DCT 工作原理

双离合器自动变速机构主要包括与离合器、换挡同步器相联接的换挡控制系统和电控系统及变速器。本文以双中间轴式六挡自动变速器为例，分析DCT 实现无动力中断换挡的工作原理。图1

为双离合自动变速器工作简图。

由图1可知DCT 是由两套彼此独立的传动机构组成，每个传动机构与一多片式离合器相连。离合器C1驱动输入轴1，离合器C2驱动输入轴

2。输入轴1上布置了1挡,3挡,5挡和R 挡，输入

轴2上布置了2挡，4挡和6挡，通过双离合器的交替接合实现动力无间断自动换挡[2]。

在车辆处于停车状态时,2个离合器都是常开式的,不传递动力。当车辆起步时,因离合器C1分离,自动换挡机构将挡位切换为Ⅰ挡,然后离合器

C1被控制接合,车辆开始起步运行。

车辆换入Ⅰ挡运行后,因为此时离合器C2处

收稿日期：2011-03-21

作者简介：孙伟（1969-），男，博士，副教授，研究方向：军用车辆系统论证仿真与评估技术。

图1

双离合自动变速器工作简图

农业装备与车辆工程

AGRICULTURAL EQUIPMENT &VEHICLE ENGINEERING

2011年第6期（总第239期）

No．62011

（Totally 239）

2011年6月

于分离状态,不传递动力,当车辆加速,达到接近Ⅱ

挡的换挡点时,自动换挡机构可以将挡位提前换

入Ⅱ挡。达到Ⅱ挡换挡点后,开始进入换挡程序,电

控系统控制离合器C1开始分离,同时离合器C2

开始接合,两个离合器进行交替切换,直到离合器

C1完全分离,离合器C2完全接合,这时动力改由

离合器C2和Ⅱ挡传递运行,整个换挡过程结束。

车辆进入Ⅱ挡运行后,TCU可以根据相关传

感器信号感知车辆当前运行状态,进而判断车辆

即将进入运行的挡位。如果车辆加速,则下一个挡

位为Ⅲ挡,如果车辆减速,则下一个挡位为Ⅰ挡。

而Ⅰ和Ⅲ挡均联接在离合器C1上,因为该离合器

处于分离状态,不传递动力,故可以指令自动换挡

机构十分方便地预先换入即将进入工作的挡位,

当车辆运行达到换挡点时,只需要将正在工作的

离合器C2分离,同时将另一个离合器C1接合,配

合好2个离合器的切换时序,整个换挡动作全部

完成。

2换挡品质的定义及评价指标

2.1换挡品质的定义

换挡品质也称为换挡质量，用来表明车辆自

动变速器换挡过程性能的优劣[3]。

2.2换挡品质的评价指标

1)冲击度

换挡过程的冲击度等于车辆的纵向加速度对

时间的导数，数学表达式为：

j=d2v

dt2=i0i gη

δM0r

dT c

dt

(1)

在双离合器自动变速器换挡过程中，两个离合器需要切换，换挡冲击最大的阶段是在两个离合器都滑摩的惯性阶段，此阶段挡位传动比不等同于任一挡位传动比，因此需要对式（1）进行修正。

惯性阶段的惯性矩大小为：

T g=T e-T c1-T c2(2)

输出扭矩大小为：

T c=1

2

[(i1+i2)(T e-T g)+(i1-i2)(T c1-T c2)]=i g(T c1＋T c2)(3)故等效减速比为：

i g=i1T c1+i2T c2

T c1+T c2

(4)

实际传递扭矩：

T c=T c1+T c2(5)

修正后的冲击度计算公式为：

j=

K1dT c(T c=T c1，T c2，K1＝i0η

a r

i g，i g＝i1，i2)

K2dT c

dt

(T c=T c1+T c2，K2＝i0η

δM a r

i g，i g＝i1T c1+i2T c2

T c1+T c2

)

(6)式中T e——

—发动机输出扭矩；T c1——

—离合器C1传递的扭矩；T c2——

—离合器C2传递的扭矩；T0——

—变速箱输出扭矩；i1——

—与离合器C1相关联的变速器挡位传动比；i2——

—与离合器C2相关联的变速器挡位传动比；C1——

—离合器C1；C2——

—离合器C2。

修正后的计算公式对双离合器自动变速系统更具针对性和实用性。鉴于试验条件的限制，本文试验中主要通过观测输出轴转矩的变化率来判断冲击度的大小。

2)滑摩功

滑摩功是指离合器主从动摩擦片间滑动摩擦力矩做功的大小，其数学表达式为：

W=

t2

t1

乙T c(ω1-ω2)dt(7)滑摩过程产生的热能被离合器片所吸收，使得离合器片温度升高，高温对摩擦片的寿命有很大影响，因此接合过程中必须合理控制滑摩功大小，由滑摩功数学表达式可知合理控制接合过程中的滑摩时间和转速差即可实现对滑摩功的有效控制。

3换挡控制策略

DCT的换挡过程由两个步骤完成，第一步骤是目标挡位的选取，使目标挡位同步器和目标挡位齿轮啮合，此过程是提前完成，不作为研究的重点。第二步骤是两个离合器转矩的交换，通过合理的离合器转矩交换及发动机速度控制就能实现平稳的动力换，此阶段是实现理想换挡品质控制的关键[4]。

3.1升挡控制策略

本文以一挡升二挡为例，介绍升挡过程。通过理论分析得出，升挡过程分析示意图2。图2描述了DCT升挡过程中离合器转矩的切换和发动机转速的控制[5]。

图2中阶段I和阶段V分别是1挡和2挡的在挡运行相，属于车辆换挡前和换挡后的稳定运行过程，这里不作分析。

孙伟等：湿式双离合自动变速器换挡控制策略的试验研究