双离合变速器无动力降挡控制策略.pdf

降挡控制是双离合器变速器控制中的关键技术之一。提出了3 种无动力降挡的控制策略，分别为基于离合器扭矩调速的控制策略、基于发动机扭矩请求调速的控制策略及基于发动机转速请求调速的控制策略，灵活的降挡控制策略可以匹配不同的客户，同时满足不同驾驶模式下的平顺性、经济性及换挡时间要求。AbstractjDownshift control is one of the key technologies in dual clutch transmission control.Three con-trol strategies for power off downshift are proposed,which are the speed regulation control strategy basedon clutch torque,the speed regulation control strategy based on engine torque request and the speed regula-tion control strategy based on engine speed request.The flexible downshift control strategy can match dif-ferent customers,meeting the requirements of smoothness,economy and shifting time under different driv-ing modes.关键词：双离合器无动力降挡控制离合器扭矩控制扭矩请求转速请求Key words:dual clutchpower off down shiftclutch torque controltorquerequestspeed request中图分类号：U463.212文献标识码：B0引言换挡控制是双离合器变速器控制的关键核心技术，降挡控制包括无动力降挡与动力降挡两种类型，其中动力降挡多发生于急加速工况，无动力降挡多发生于车辆减速滑行工况，无动力降挡相对动力降挡发生的频率更高。本文基于换挡时间、燃油经济性、平顺性及EMS接口类型方面要求，提出了3种不同的无动力降挡控制策略，满足换挡时间、燃油经济性、平顺性要求，并可以与不同接口的EMS进行匹配。1双离合变速器换挡原理双离合变速器结构原理图如图1所示，双离合变速器有奇数轴与偶数轴。固定挡位行驶时，选择该挡位对应的轴进行动力传递，传递路径为离合器（通过奇偶离合器选择不同的传递路径）、输入轴、中间轴（通过不同的同步器选择不同的传递路径）、主减速器、差速器、半轴、车轮。换挡过程中通过奇数与偶数离合器的扭矩交互及拔叉的切换实现无中断动力传递。同步器7.3.5EF主诚速器奇数输入轴奇数离合器中间轴偶数输入轴偶数离合器REV5.差速器1.半轴图1双离合变速器结构示意图Fig.1Dual clutch transmission structure schematic2无动力降挡控制方式仲裁无动力降挡控制包括基于离合器扭矩调速的作者简介：宋秀锋（198 9），男，汉，工程师，研究方向：自动变速器控制。E-mail：x i u f e n g s s a g w.c o m14宋秀锋：双离无动力降挡控制策略控制方法、基于发动机转速请求调速的控制方法和基于发动机扭矩请求调速的控制方法。控制方法仲裁控如图2 所示。在S模式、M模式下，驾驶员期望较快地完成换挡，则TCU通过对EMS的转速或增扭请求，实现快速完成调速过程，缩短换挡时间。如果EMS能够响应转速请求，则TCU向EMS发送转速请求，如果EMS能够响应增扭请求，则TCU向EMS发送增扭请求。在项目初期，TCU方与EMS方共同商定选用转速接口还是扭矩接口。D模式下坡工况，随着车速增加，OffGoing轴与OnComing轴的转速差会增加，则需要更大的离合器扭矩或更长的调速时间进行调速，导致换挡过程中加速度不线性或时间过长，甚至导致换挡超时，离合器强制同步，引起冲击，因此在D模式下坡工况，也需要进行发动机转速或扭矩干预。在D模式非下坡工况，不进行发动机扭矩或转速干预，发动机一直处于断油状态，进而大大降低油耗。开始S模式或M模式或D模式下坡工况是EMS转速接口是基于离合器扭矩调基于发动机转速请基于发动机扭矩请速的降挡控制求调速的降挡控制求调速的降挡控制结束图2#降挡控制方法仲裁流程图Fig.2Downshift control method arbitration flowchart3基于离合器扭矩调速的降挡控制基于离合器扭矩调速的降挡控制过程分为预充、扭矩交互和调速控制3 个阶段，如图3 所示换挡前预充扭矩交互调速换挡结束梯度控转速控OnComing转速发动机转速OffGoing转速OffGoing扭矩发动机扭矩OnComing扭矩图3 基于离合器扭矩调速的降挡控制过程Fig.3Downshift speed regulation control process based on clutch torque3.1离合器控制3.1.1预充阶段换挡开始时，首先进入预充控制阶段。3.1.1.1OffGoing离合器控制预充阶段，OffGoing离合器扭矩计算采用PID算法，使OffGoing离合器维持临界闭合的状态，如式(1)式（4)所示offgCluTrqSum=BaseTrq+PIDTrq(1)BaseTrq=max(Eng TrqwoTCUReqwoLos,CluResTrq)(2)CluResTrq=Mar f(Eng TrqwoTCUReqwo-Los),f(VehSpd)Xf(BrkPrs,ActGear)(3)PIDTrq=PFacXErrSpd+(IFacXErrSpd)dt（4)其中，OffgCluTrqSum为OffGoing离合器总扭矩；BaseTrq为基础扭矩；PIDTrq为PID扭矩；EngTrqwoTCUReqwoLos为不包含TCU请求扭矩的发动机扭矩；CluResTrq为阻力矩；f（En g T r q-woTCUReqwoLos）为基于 EngTrqwoTCUReqwo-15宋秀锋：双离合变速器无动力降挡控制策略Los的标定值；f（V e h Sp d）为基于车速的标定值；f（Br k Pr s，A c t G e a r）为基于制动压力和实际挡位的标定系数。PFac为P项标定系数；IFac为I项标定系数；ErrSpd为OffGoing轴转速与发动机转速与目标转速差的差值，目标转速差约10 rpm。该PID算法可以使OffGoing离合器扭矩保持在临界扭矩附近，用于修正基础扭矩的偏差。3.1.1.2OnComing离合器控制OnComing离合器进行预充控制，对于无动力降挡，预充到KissPoint点即可，因为无动力降挡，输入端的驱动扭矩或负载扭矩相对比较小，On-Coming离合器扭矩增长速率相对慢，预充到Kiss-Point点通常也可以满足OnComing离合器实际压力的跟随性。如图4所示，OnComing离合器预充阶段的压力控制分为Phasel、Ph a s e 2 和Phase3三个阶段，Phasel通常为短时间高电流的脉冲控制，其目的是让离合器电磁阀能够响应迅速，使液压油快速充满油道；Phase2是充油阶段，液压油快速达到压力线性增长点压力;Phase3阶段压力为预充阶段离合器目标扭矩对应的目标压力。由于外界环境的不同，会在预充过程中根据相应输入参数（例如油温）对各个阶段的压力进行修正，同时会通过预充自适应控制对阶段2 的充油压力进行修正，保证预充控制过程的精确性与稳定性。压力PPP时间图4预充控制过程Fig.4Prefill control process3.1.2扭矩交互阶段预充完成后，进入扭矩交互阶段，离合器传递扭矩逐渐由OffGoing离合器过渡到OnComing离合器。3.1.2.1OffGoing离合器控制OffGoing离合器扭矩由上一阶段结束时的扭矩经过标定时间Ramp到目标扭矩（KissPoint扭矩）附近。3.1.2.2OnComing离合器控制OnComing离合器扭矩由上一阶段结束时的扭矩经过标定时间Ramp到目标扭矩。目标终点扭矩通过发动机Woint扭矩和温度查表得到。3.1.2.3Ramp算法初始化时，即Ramp第1个运行周期，输出扭矩OutVal（0）为上个周期的扭矩值，如式（5）所示。OutVal(o)=StrtVal(5)式中，OutVal（o）为初始时刻扭矩值；StrtVal为上个周期的扭矩值。第2 个周期开始，扭矩计算策略如式（6)所示OutVal（k）=O u tV a l（k 一1)+（EndValRunTme-OutVal(k-1)，k=1,2,3.(6)TargetTme式中，OutVal(k）为当前周期的扭矩值；OutVal（k 一1）为上个周期的扭矩值；EndVal为最终的目标扭矩值;RunTme为OffGoing离合器进人Ramp阶段后的运行时间；TargetTme为目标时间。其中，RunTime/TargetTme 限值在o 1。Ramp过程中，目标时间发生变化时，式（6)中的 TargetTme 变为 TargetTmeNewEre，T a r-getTmeNewEre计算如式（7)所示。但当运行时间超过原目标时间一定标定比例时，TargetTme维持不变。TargetTmeNewEre=RunTmeFreezeRunTmeFreeze+1)TargetTmeNew(7)TargetTmeOld式中，RunTmeFreeze为目标时间变化时刻运行时间；TargetTmeOld为原目标时间；TargetTmeNew为新目标时间；TargetTmeNewEre为最终执行目标时间。3.1.3调速阶段调速阶段分为2 个子控制过程，分别为基于发动机目标转速变化率的PID控制阶段和基于发动机目标转速的PID控制阶段。首先进人基于目标转速变化率的PID控制，以下任意条件满后，进人基于目标转速的PID控制：（1)发动机转速与OffGoing转速差大于标定值；（2）发动机转速变化率大于标定值且维持时间大于标定值；（3)基于目标转速变化率的PID控制维持时间大于标定值。进入基于目标转速的PID控制后，基于目标转速变化率的控制扭矩锁住其激活最后一个周期的扭矩值。3.1.3.1基于目标转速变化率的PID控制阶段基于发动机目标转速变化率的PID控制目的为通过OnComing离合器扭矩将发动机转速变化16宋秀锋：双离无动力降挡控制策略方向由负变正，（1）O f f G o in g 离合器控制该阶段，OffGoing离合器扭矩维持上一阶段的扭矩，可根据外界环境参数及换挡工况等进行相应扭矩补偿。（2）O n C o m i n g 离合器控制OnComing离合器扭矩计算如式（8）式（14）所示。OnCluTrqSum=BaseTrq-PTrq-ITrq+sgn(EngSpd-OffgCluSpd)XOffgCluTrq(8)BaseTrq=maa(EngTrqReq,ResTrq)(9)PTrq=TrqErrXPTermFac(10)ITrq=J(TrqErrXITermFac)dt(11)TrqErr=ActEngDynTrq-TargetEngDynTrq(12)EngSpd(k)-EngSpd(k-1)ActEngTrq=SmpleTme2元XInrt(13)602元TargetEngDynTrq=TargetGrad XXInrt60(14)式中，OncCluTrqSum为OnComing离合器总扭矩;BaseTrq为基础扭矩;PTrq为PID控制P项扭矩；ITrq为PID控制I项扭矩；EngSpd为发动机转速；OffgCluSpd为OffGoing离合器转速；Off-gCluTrq为OffGoing离合器扭矩；EngTrqReq为TCU请求的发动机扭矩；ResTrq为阻力矩，通过目标挡位及车速查表得到；TrqErr为实际动态扭矩与目标动态扭矩差值；EngSpd（k）为当前周期的发动机转速；EngSpd（k 一1)为上一周期的发动机转速；Intrt为主动端转动惯量，包括发动机曲轴、飞轮及离合器主动端的转动惯量；SmpleTme为离合器控制模块的运行周期；TargetGrad为发动的目标转速变化率3.1.3.1基于目标转速的PID控制阶段基于发动机目标转速的PID控制目的为使发动机转速按照目标转速与OnComing离合器同步，通过对目标转速的处理，实现发动机转速同步前快后慢，平顺结合的控制效果（1）O f f G o in g 离合器控制该阶段，OffGoing离合器扭矩维持上一阶段的扭矩，可根据外界环境参数及换挡工况等进行相应扭矩补偿。（2）O n Co m i n g 离合器控制OnComing离合器扭矩计算如式（15）式（2 4）所示。OncCluTrqSum=BaseTrq+FFTrq+PTrq+ITrq+sgn(EngSpd-OffgCluSpd)XOffg-CluTrq(15)BaseTrq=mar(Eng TrqwoTCUReqwoLos,Res Trq)(16)FFTrq=TargetEngDynTrq(17)TargetEngDynTrqTargetEngSpd(k)-TargetEngSpd(k-1)SmpleTme2元XXInrt(18)60PTrq=SpdErrXPTermFac(19)ITrq=J(SpdErrXITermFac)dt（2 0)SpdErr=TargetEngSpd-EngSpd(21)TargetEngSpd=EngSpdSpdFrzX(1-OutSFac)+TargetEngSpdFnl XOutSFac(22)TargetEngSpdFnl=OutArlSpd X TargetRat(23)RunTmeOutSFac=sin(min(max(元OTargetTme1)X2(24)式中，OncCluTrqSum为OnComing离合器总扭矩;BaseTrq为基础扭矩；FFTrq为前馈扭矩；PTrq为P项扭矩；ITrq为I项扭矩；EngSpd为发动机转速；OncCluSpd为OnComing离合器转速；Off-gCluTrq为OffGoing离合器扭矩；EngTrqwoT-CUReqwoLos为无TCU扭矩干预下的发动机净扭矩；ResTrq为阻力矩，通过目标挡位及车速查表得到；TargetEngDynTrq为目标发动机动态扭矩；TargetEngSpd（k）为当前周期发动机目标转速；TargetEngSpd（k 一1）为上个周期发动机目标转速；SmpleTme为软件组件运行周期；Inrt为离合器主动端转动惯量；EngSpdFrz为进人该阶段时刻的发动机转速；RunTme为该阶段的运行时间；TargetTme为目标时间；OutArlSpd为输出轴转速；TargetRat为目标挡位对应的速比；Tar-getEngSpdStatFnl为输出轴转速*目标挡位速比对应的转速；TargetEngSpd为发动机目标转速。3.2实车测试图5为基于离合器扭矩调速降挡控制的实车数据。从数据中可以看出，在整个换挡过程中，发动机转速与输人轴转速均比较平滑，无明显抖动，整个换挡过程中平顺性很好。17宋秀锋：双离合变速器无动力降挡控制策略OnComing轴转速发动机转速发动机目标转速offGoing轴转速OnComing离合器扭矩-OffGoing离合器扭矩发动机实际扭矩发动机Woint扭矩目标梯度控制P工招矩目标转速控制P1扭矩图5基于离合器扭矩调速的降挡控制实车测试数据Fig.5Vehicle test data of downshift control based on clutch torque speed regulation4基于发动机扭矩请求调速的控制基于发动机扭矩请求调速的降挡控制过程分为3 个阶段，包括预充、扭矩交互和调速阶段，如图6 所示。换挡前预充扭矩交互调速换挡结束OnComing转速发动机转速OffGoing转速OffGoing 扭矩发动机实际扭矩发动机Woint扭矩OnComing扭矩请求扭矩图6“基于发动机扭矩请求调速的降挡控制过程Fig.6Downshift speed regulation control process based on engine torque request4.1离合器控制4.1.1预充阶段OffGoing与OnComing离合器控制方法与基于离合器扭矩调速的降挡控制方法相同。4.1.2扭矩交互阶段OffGoing与OnComing离合器控制方式与基于离合器扭矩调速的降挡控制方法相同。4.1.3调速阶段OffGoing离合器控制方法与基于离合器扭矩调速的降挡控制方法相同。OnComing离合器扭矩通过发动机Woint扭矩和温度查表得到，与扭矩交互阶段OnComing离合器终点扭矩的计算方式相同，该扭矩实时更新。4.2扭矩请求控制该控制方法是通过发动机的增扭请求使发动机的扭矩增加来提升转速，进而使发动机转速与OnComing轴转速同步。发动机请求扭矩基于离合器扭矩和发动机目18宋秀锋：双离食变速器无动力降挡控制策略标转速变化率计算得到。目标转速变化率基于调速进度进行修正，越接近调速完成，目标转速变化率越小，从而保证更加平顺结合。请扭值计算如式(25）式（3 0)所示。EngTrqReq=sgn(EngSpd-OffgCluSpd)XOf fgCluTrq+sgn(EngSpd-OncCluSpd)XOncCluTrq+PTrq+ITrq（2 5)PTrq=TrqErrXPTermFac(26)ITrq=（T r q Er r XI T e r m Fa c)d t(27)TrqErr=TargetEngDynTrq-ActEngDynTrq(28)EngSpd(k)-EngSpd(k-1)ActEngTrqSmpleTme2元XInrt(29)602元TargetEngDynTrq=TargetGrad XXInrt60(30)其中，EngTrqReq为请求EMS扭矩；EngSpd为发动机转速；OffgCluSpd为OffGoing离合器转速；OffgCluTrq为OffGoing离合器扭矩；OncCluSpd为OnComing离合器转速；OncCluTrq为Onc-CluTrq离合器扭矩；PTrq为PID控制P项扭矩；ITrq为PID控制I项扭矩；PTermFac为PID控制P项系数；ITermFac为PID控制I项系数；TrqErr为目标动态扭矩和实际动态扭矩的差值；ActEngTrq为发动机实际动态扭矩；TargetEng-DynTrq为目标动态扭矩；EngSpd（k）为当前周期发动机转速；EngSpd（k 一1)为上个周期的发动机转速；Inrt为主动端转动惯量，包括发动机曲轴、飞轮和离合器主动端；TargetGrad为发动机目标转速变化率。4.3实车测试图7 为基于发动机扭矩请求调速降挡控制的实车数据。该方法通过发动机扭矩控制，实现了转速控制，换挡平顺OnComing轴转速发动机转速Of2Going轴转速OnComing离合器扭矩offcoing离合器扭矩发动机woint扭矩发动机实际扭矩请求扭矩图7基于发动机扭矩请求调速的降挡控制实车测试数据Fig.7Vehicle test data of downshift control based on engine torque request speed regulation5基于转速请求调速的降挡控制基于转速请求调速的降挡控制包括3 个阶段，分别为OffGoing卸扭/OnComing预充阶段、调速阶段、OnComing锁止阶段，如图8 所示。5.1离合器控制5.1.1OffGoing卸扭及OnComing预充阶段OffGoing离合器开始RampDown，起始扭矩为进人降挡时的扭矩，终点扭矩为KissPoint扭矩加相应的补偿值，补偿值主要考虑油温、实际挡位等因素。OnComing预充完成后，从预充3 阶段的扭矩向终点目标扭矩Ramp。以上Ramp算法与基于离合器扭矩调速的控制中扭矩交互阶段提出的Ramp算法一致5.1.2调速阶段OffGoing离合器扭矩维持KissPoint扭矩附近。OnComing从上一阶段结束时的扭矩继续向目标终点扭矩Ramp，如果在上一个阶段已经Ramp完成，则维持终点扭矩。终点扭矩通过发动机Woint扭矩和温度查表得到。5.1.3OnComing离合器锁止阶段OnComing离合器迅速加扭，使离合器闭合19宋秀锋：双离合变速器无动力降挡控制策略OffGoing离合器逐渐Ramp打开。OnComing预充OnComing换挡前OffGoing泄扭调速锁止换挡结束OnComing转速发动机转速OffGoing转速OffGoing扭矩发动机实际扭矩发动机Woint扭矩OnComing扭矩请求转速图8 基于发动机转速请求调速的降挡控制过程Fig.8Downshift speed regulation control process based on engine speed request5.2转速请求控制当OffGoing离合器扭矩降低到小于标定阈值后，开始进行转速请求。根据离合器输出轴转速乘目标挡位对应速比作为请求转速值。5.3实车测试通过实车测试数据（图9）可以看出，该控制策略可以实现较快平顺性换挡。Uncoming拍将述发动机转速OffGoing轴转速发动机实际扭矩OffGoing离合器扭矩OnComing离合器扭矩发动机Woint扭矩发动机目标转速图9基于发动机转速请求调速的降挡控制实车测试数据Fig.9Vehicle test data of downshift control based on engine speed request speed regulation6结论提出了3 种不同的无动力降挡控制策略。基于离合器扭矩调速的控制方式，可以使发动机在断油状态下完成换挡，降低油耗，提升经济性；可以根据EMS支持增扭请求或转速请求及EMS的扭矩、转速响应效果选择基于发动机扭矩请求调速的控制策略还是基于发动机转速请求调速的控制策略。通过试验数据可以看出，三种控制策略换挡平顺，且三种策略均已在多个量产项目中应用，市场表现较好。参考文献1徐向阳.自动变速器电控系统及其应用软件开发技术M.北京：机械工业出版社，2 0 18.