干式双离合器接合过程最优控制

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1、干式双离合器接合过程最优控制摘要：为提高双离合器自动变速器(DCT)的换挡品质，对干式双离合器重叠接合过程的动力学行为进行了研究。结合滑摩功、冲击度与发动机输出转矩多项指标，建立最优目标泛函。再依据极小值原理，求解了双离合器重叠控制的泛函极值问题。对不同权值下控制方案的换挡品质进行了仿真分析，结果表明，最优控制的应用能够改善车辆换挡品质以满足原整车各项设计指标，为自动变速器控制单元的开发奠定了基础。关键词：双离合器自动变速器；换挡重叠；最优控制中图分类号:U463.211文献标文献标识码:A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.03.03双

2、离合器自动变速器(Dual-ClutchTransmission,DCT)具备无动力中断换挡，综合最优的传动效率、结构紧凑度与复杂度、工作可靠性、燃油经济性和动力性，以及手动变速器生产技术与设备的优良继承性，是适合我国研究开发并生产的一种自动变速器［1-2］。装备双离合器自动变速器的车辆，其换挡过程可分为准备期、惯性相和转矩相3个阶段［3］。准备期主要完成预换挡和待接合离合器消除空行程两个主要任务。在转矩相阶段，两个离合器均与发动机发生滑摩并同时将动力传递至车轮。在惯性相阶段，最终分离离合器已完全分离，而最终接合离合器此时还在系统惯性的作用下没有与发动机转速完全同步，故需继续

3、控制最终接合离合器以使其与发动机转速完全同步。准备期发动机与离合器不发生任何机械接触，该阶段应尽快完成。惯性相阶段的动力学机理和普通AMT离合器接合过程相同，所以可参考AMT换挡离合器接合过程控制的研究成果，故在此将不赘述。在转矩相阶段，两个离合器同时传递发动机转矩，消除了换挡动力中断，该阶段两个离合器与发动机的重叠匹配状况决定了转矩相换挡品质，也是双离合器自动变速器的特色与双离合器本身控制策略设计的难点所在。1系统动力学模型的建立1.1换挡转矩相双离合器接合过程的动力学建模DCT双离合器换挡控制策略研究的重点是减小换挡过程所产生的滑摩功与冲击度，建模时可假设传动系各部件均为

4、刚体，各部件的传动运动副为刚性连接，离合器摩擦片摩擦系数为常数并忽略空气阻力［4］。所建动力学模型如图1所示。根据以上假设，可建立该工作过程的动力学模型。式中：Je为发动机输出转矩；Teo为奇数挡离合器摩擦转矩；Tee为偶数挡离合器摩擦转矩；Tmo为奇数挡输入轴齿轮所承受的来自偶数挡中间轴齿轮的啮合转矩；Tme为偶数挡输入轴齿轮所承受的来自偶数挡中间轴齿轮的啮合转矩；Tmol为奇数挡输入轴齿轮传递至奇数挡中间轴齿轮的啮合转矩；Tmel为偶数挡输入轴齿轮传递至偶数挡中间轴齿轮的啮合转矩；Tmo2为奇数挡中间轴齿轮所承受的来自输出轴齿轮的啮合转矩；Tme2为偶数挡中间轴齿轮所承受

5、的来自输出轴齿轮的啮合转矩；Tmo3为奇数挡中间轴齿轮传递至输出轴齿轮的啮合转矩；Tme3为偶数挡中间轴齿轮传递至输出轴齿轮的啮合转矩；Tm为输出轴齿轮所承受的来自驱动轴齿轮的啮合转矩；Tm'为输出轴齿轮传递至驱动轴齿轮的啮合转矩；Tr为车轮所承受的路面阻力矩；se为发动机转速；3CO为奇数挡离合器从动盘转速；3ce为偶数挡离合器从动盘转速；«col为奇数挡中间轴齿轮转速；3cel为奇数挡中间轴齿轮转速；30为输出轴转速；or为驱动轴与车轮转速；Je为发动机飞轮转动惯量；Jio为奇数挡离合器从动盘、输入轴以及输入轴齿轮的转动惯量；Jie为偶数挡离合器从动盘、输入轴以及输入轴齿

6、轮的转动惯量；Jiol为奇数挡中间轴被驱动齿轮转动惯量；Jiel为偶数挡中间轴被驱动齿轮转动惯量；Jio2为奇数挡中间轴和中间轴驱动齿轮转动惯量；Jie2为偶数挡中间轴和中间轴驱动齿轮转动惯量；Joo为输出轴上与奇数挡中间轴驱动齿轮啮合的齿轮的转动惯量；Joe为输出轴上与偶数挡中间轴驱动齿轮啮合的齿轮的转动惯量；Jo为输出轴上与驱动轴齿轮啮合的齿轮的转动惯量；Jout为驱动轴转动惯量；JM为换算至车轮的整车以及车轮的等效转动惯量。式中：igo为奇数挡输入齿轮与中间齿轮间的传动比；ige为偶数挡输入齿轮与中间齿轮间的传动比；igol为奇数挡输出齿轮与传动轴齿轮之间的传动比；ig

7、el为偶数挡输出齿轮与传动轴齿轮之间的传动比；io为主减速器传动比。1.2发动机的非线性输出特性在不同节气门开度下进行发动机的稳态特性试验，得到稳态工况下发动机的稳态输出转矩，然后利用四次多项式良好的逼近特性对试验数据进行回归分析，可以拟合出发动机的输出转矩为[5]发动机大部分时间都在非稳态工况下工作。非稳态工况下发动机的输出转矩和燃油消耗率跟稳态时相比有很大的差异。发动机转矩的变化与曲轴角加速度呈线性关系，并且变化量不超过发动机最大转矩的4%〜5%,因此发动机在动态时的转矩为1.3离合器摩擦片滑动摩擦