湿式双离合器自动变速器的升档控制

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
1
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
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
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。
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。
注：t1——升档开始时刻；t2——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
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。
本文所研究的双离合器由两组湿式多片离合器组成 （图 1） ，离合器 C1 控制 1、3、5 档，离合器 C2 控制 2、 4、6 档。 湿式多片离合器相对干式离合器具有更好的控制特 性。其分离和接合过程柔顺，输出转矩平稳；通过改变 摩擦面间的压力就可以控制所传递的扭矩；磨损均匀， 且磨损后对扭矩传递特性影响很小。 湿式多片离合器所传递的扭矩为[4]
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
2
湿式离合器的控制
Tc
R 3 R13 2 s SZP[ 02 ] 3 R0 R12
（2）
第5期
陆中华等：湿式双离合器自动变速箱的升档控制
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式中：μ s ——离合器摩擦片的摩擦系数；S——摩擦片的 有效摩擦面积；Z——摩擦副的接触面数；P— — 作用在 摩擦片上的油压；R1、R0——摩擦面内、外圆半径。
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@163.com ※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@yahoo.com
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。
3
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
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
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。
4
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]。
Βιβλιοθήκη Baidu132
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)