湿式双离合自动变速器换挡控制策略的试验研究.pdf

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2011年第6期(总第239期)农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGNo．6201l(Totally239)doi：10．3969／i．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)06-0026-04AnExperimentalStudyontheGearshiftStrategyofWetDoubleClutchTransmissionSunWei，YuDeze(DepartmentofMechanicalEngineering，AcademyofArmoredForcesEngineering，Beijing100072，China)Abstract：TheworkingprincipleandstructureofwetDCTisbrienyintroduced．Thedefinitionofshiftingqualityandtheindexofevaluatingisputforward．Thegearshiftstrategyofwetdoubleclutchtransmissionisexpatiated．ThrocghthetestsontheDQ250ofVW．thebettergearshiftstrategyisproposed．Keywords：wetDCT；gearshiftstrategy；test0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111。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l收稿日期：201l—03—21作者简介：孙伟(1969一)，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。一26一输入轴图1双离合自动变速器工作简图出轴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l，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121。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 孙伟等：湿式双离合自动变速器换挡控制策略的试验研究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人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Cl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Cl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翻。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：_『=争=丽ioi≯ld出T￡一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：z≯瓦一瓦广如输出扭矩大小为：瓦=}[(i-+i2)(瓦一功+“广i2)(瓦广￡2)】=以￡-+瓦2)(3)故等效减速比为：沪鼍警(4)实际传递扭矩：T：Td+Ta(5)修正后的冲击度计算公式为：．卜鲁(城⋯TaK产瓣i|一it=i～。。lK：譬(耻孙％，K2=赶游絮乎)⋯式中Z——发动机输出扭矩；疋。——离合器C1传递的扭矩；瓦厂离合器C2传递的扭矩；野一速箱输出扭矩；厶——与离合器Cl相关联的变速器挡位传动比：卜与离合器C2相关联的变速器挡位传动比；C。——离合器C1；c2_一离合器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。21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：，t2w=J。，瓦@-刊出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[41。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[Sl。图2中阶段I和阶段V分别是l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。一27— 2011年第6期农业装备与车辆工程IⅡⅢⅣV(a)lIlⅢⅣV∞⋯·发动机期望转速——输入轴1转速一．．输入轴2转速——离合器1压强一一离合器2压强图2升挡过程示意图阶段II为低挡转矩相，此时离合器1接合、离合器2滑摩。阶段IlI为惯性相。此时2个离合器都处于滑摩状态。该阶段的离合器转矩交换需综合考虑以下几点要求：①为保证DCT换挡过程动力不中断，必须保证2个离合器传递的转矩都大于零，不至于出现换挡过程中的输出转矩突变甚至动力中断。而在该阶段若对发动机转速不加控制，发动机转速将会在离合器2从动盘的带动下稍有下降．导致发动机转速低于离合器l从动盘转速。使离合器1获得负转矩，这在正转矩升挡时是不允许的。因此为满足发动机转速要求，需要通过控制发动机节气门开度和点火正时使发动机转速稍微提高．这在图中表示为发动机期望转速稍高于输入轴1转速。②要保证图中两离合器压力交叉时刻在离合器l打滑之后．否则会导致离合器发生转矩干涉。③控制两离合器压力变化曲线。使两离合器传递转矩之和与发动机输出转矩相适应。阶段Ⅳ为高挡转矩相，此时离合器1分离。离合器2滑摩。在该阶段需考虑以下两点问题：为使发动机转速适应输入轴2转速，发动机必须降速；在高挡转矩相前期不应使离合器2摩擦片间的压强迅速升至最大值．以避免产生较大的滑摩功。3．2降挡控制策略以二挡降一挡为例，介绍DCT降挡过程，通过理论分析得出，降挡过程示意图3。图3中．阶段I和阶段V分别是2挡和1挡的在挡运行相．不作重点分析。阶段Ⅱ为扭矩相。此时离合器2接合、离合器一28一IⅡmⅣV(a)离合器1压强离合器2压强llIⅡl1VV嘞图3降挡过程示意图1滑摩。在扭矩相阶段。主要是通过控制离合器1压强变化率来保证车辆获得较小的冲击度。阶段III为惯性相，此时2个离合器都处于滑摩状态。此时发动机油门较小，被传动系统反拖，因此惯性相时。发动机转速会在离合器1的摩擦作用下转速稍有提高。该阶段的离合器转矩交换过程需综合考虑以下5点要求161：①要保证图中两离合器压强交叉时刻在离合器2打滑之后。否则将会导致离合器发生转矩干涉。②调控两离合器压力及压力变化率，使两离合器传递转矩之和与发动机输出转矩相适应。③在该阶段。由于发动机转速高于输入轴2的转速。离合器2受到正扭矩的作用．为减小该正扭矩在降挡过程中的不利影响，可以控制离合器2的压力较快下降。④在惯性相结束时。离合器2摩擦片间压力应降至0．以保证在下一阶段传递转矩平稳变化。阶段IV为滑摩相。此时离合器2分离，离合l滑摩。在该阶段需考虑以下两点问题：为使发动机转速适应输入轴l转速。发动机必须升速；在滑摩相前期不应使离合器l摩擦片间的压强迅速升至最大值。以避免产生较大的滑摩功。4试验研究根据前述换挡控制策略及试验分析得出的每一挡位换挡压力曲线，模拟平坦路面直驶工况，以大众DQ250为目标变速箱．进行连续换挡过程台架试验。根据试验结果进行比较验证对换挡控制策略的分析。由试验结果图4及6可知一挡至六挡连续升 孙伟等：4走月癣台自动女建$换挡控制肇略的*n日宽20II}6月降挡过程平稳．换捎冲击度完全满足高品质换n的要求南圈5和图7—4知连续51挡和降挡过程冲击度都满足理魁冲击度的耍求。囤6《续镕挡过g试验圈7连续*挡过程冲击度5结束语理想的换H控制繁略是实现L)C【性能的前提保证．本文通i=上耐换抖丘上程分析．以满足理魁换H品质的口求为f1橱．制定r柑心的换捎控制策略．通过试验进行分析论i酣I参考女献lIJ**m，＆^*#女HH自}￡自自￡＆≈*自t％《#Ⅱ###*⋯nHI“}H2007A3(7}：188—19412lii4￡*}*"自eg自$n《4#j#^UJ☆4￡m##2004(Io)Ⅲ3目m}一t}自自i＆g(帅*#=月m￡f1)li^洞*^}2CeA⋯i4＆§tM^"AIIMATEFI,OW”^MT#“X4*^i＆IJJ}*#自女H*200S11)[5JR$＆等tf##A±目¨^Ml}*№M*￡Ⅲ{“i口{％{n2{X)5I，f“24—28【6J±*“女±，¨Ⅲ％^☆￡自自￡《s###Ⅱ"￡Ⅲtt}1n200426H_=《3—457『7I☆№￡tKn№自自tt{‰###Ⅻi4目tIⅧf＆：!^^{2(X)529