双离合自动变速箱动力性升挡过程控制策略研究.pdf

摘要：为解决双离合自动变速箱动力性升挡过程的换挡冲击问题，在分析湿式双离合自动变速箱工作原理的基础上，以 1 挡升 2 挡为例，对升挡过程进行了描述；综合分析现有升挡控制策略的不足，提出了一种新的升挡控制策略；最后通过 Simulink 建模，生成代码下载到变速箱控制单元中，通过客观评价测试系统对新的升挡控制策略进行实车测试验证。验证结果表明，所提出的升挡控制策略测试评价得分较高，能够有效避免升挡过程的换挡冲击问题，可明显提高升挡过程的平顺性。关键词：双离合自动变速箱升挡控制策略客观评价测试系统中图分类号：U463.212文献标识码：A文章编号：2095-8234（2023）04-0019-04Research on Control Strategy of Power Upshift of DCTHONG Jie;ZHANG Jinchao;SHI Liming;TU AnquanTechnical Center,Anhui Jianghuai Automobile Group Co.,Ltd.(Hefei,Anhui,230091,China)Abstract：In order to solve the shift shock problem in the process of DCT power upshift，on the basis ofanalyzing the working principle of the DCT,taking the first gear up to the second gear as an example,theupshift process is described,and a new upshift control strategy is proposed by comprehensively analyzingthe shortcomings of the existing control strategies.Finally,through Simulink modeling,the generated codeis downloaded to the TCU,and the new control strategy is tested and verified through the objective evalua原tion test system.The verification results show that the proposed upshift control strategy has a high test e原valuation score,which can effectively avoid the problem of shift impact during upshift,and can significant原ly improve the smoothness of the upshift process.Keywords：DCT;Up shifting;Control strategy;Objective evaluation test system作者简介：洪洁（1988-），男，硕士，工程师，主要研究方向为自动变速箱控制策略。引言双离合自动变速箱（Double Clutch Transmission，DCT）是近年来出现的一种机械式自动变速箱，由于其结构简单、换挡速度快、传动效率高等优点日益得到重视1。换挡工况在车辆驾驶过程中使用最为频繁，其过程控制也最为复杂。如果控制不好，会造成换挡冲击，严重影响整车驾驶感受，因而对换挡过程控制策略研究的重要性日益凸显。本文在分析 DCT 结构和工作原理的基础上，以 1 挡升 2 挡为例，对升挡过程进行了描述，综合分析现有升挡控制策略的不足，提出了一种新的升挡控制策略，并通过 Simulink建模，生成代码下载到变速箱控制单元中。在整车上，通过客观评价测试系统对新的升挡控制策略进行了实车验证试验。1DCT 工作原理双离合自动变速箱结构如图 1 所示，主要包括 2个离合器、4 个拨叉、8 个变速箱挡位及相应的换挡同步器，以及其他的换挡控制系统和电控单元。它是双离合自动变速箱动力性升挡过程控制策略研究洪洁张金超史力铭涂安全（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心安徽合肥230091）小 型 内 燃 机 与 车 辆 技 术SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUE第 52 卷第 4 期圆园23 年 8 月Vol.52 No.4Aug.2023小型内燃机与车辆技术第 52 卷表 1AVL-DRIVE 软件预设评价标准分级定义表分数评价描述910卓越驾驶性能超越所有客户的期望89优秀驾驶性能满足所有客户的期望78满意驾驶性能满足大部分客户的期望67可接受满足基本驾驶需求，但不满足大部分客户的期望56较差一些客户会抱怨该驾驶性能45不可接受大部分客户会抱怨该驾驶性能34缺陷所有客户均会抱怨驾驶性能23危险操控驾驶受限或极不安全12无法操控无法操控车辆图 2AVL-DRIVE 软件界面图 3AVL-DRIVE 软件加权计算规则图示基于手动变速箱动力传递原理开发的，通过两组离合器分离和结合分别控制奇数挡、偶数挡的换挡过程，从而实现动力传递的无间断。其中，离合器 1 控制 1 挡、3 挡、5 挡和 7 挡的动力输出，离合器 2 控制2 挡、4 挡、6 挡和 R 挡的动力输出。当车辆在 P 挡或者 N 挡停止时，变速箱的双离合器均处于断开状态，不传递动力。当挡位挂入 D 挡起步时，变速箱的自动换挡机构将挡位切换到 1 挡，离合器 1 结合，车辆开始运行。当车辆在 1 挡运行时，离合器 2 处于断开状态，不传递任何动力，车辆继续加速到接近 2 挡换挡点时，变速箱自动换挡机构提前将 2 挡对应拨叉挂上。当车辆加速触发 2 挡换挡点时，正式进入换挡控制，电控系统控制离合器 1 开始分离，同时离合器 2 开始结合，两个离合器配合进行传递动力的交替切换，直到离合器 l 完全分离，离合器 2 完全接合。这时动力由离合器 2 和 2 挡传递，整个换挡过程结束。当车辆以 2 挡行驶时，后续挡位的切换过程与上述过程类似，加速则下一挡位为 3 挡，减速则下一挡位为 1挡。由于换挡过程 2 个离合器的切换是交替进行的，不需要完全切断动力传递，因此，湿式双离合器自动变速箱实现的是动力换挡2。2客观评价测试系统客观评价测试系统即 AVL-DRIVE 系统，软件主界面如图 2 所示，它是一个全自动实时测量分析工具，用于分析车辆驾驶质量并做出评分，即所谓的“驾驶性能”评价。所有的驾驶模式评价均采用 110 分制，见表1。通常评分到 7 分即达到量产标准。AVL-DRIVE软件通过加权计算规则得到综合评分，如图 3 所示。同时，所有不同的驾驶模式都会分别打分以尽快鉴定出车辆优势以及可能引起客户不满的方面。由于 AVL-DRIVE 软件已进行预先编程，对多种等级的车辆进行评分，可以立即提供类似标杆竞品车型的数据用作驾驶质量分数的参考，故被各大主流汽车厂应用在新产品开发过程中。3DCT 换挡控制策略变速箱的换挡过程，即为 2 个离合器动力交接切换过程。为了保证换挡过程动力不中断，2 个离合器必然存在工作重叠的部分3。因此，换挡过程的重点在于对 2 个离合器进行精确合理的控制。3.1DCT 换挡过程分析本文以变速箱 1 挡升 2 挡为例，换挡过程如图 4图 1DCT 示意图内输入轴外输入轴第二幅轴第一副轴P15RFD143762FD2SC3SC4SC1SC220第 4 期所示，控制逻辑图如图 5 所示。整个换挡过程可以分为 3 个阶段：1）换挡准备阶段。当变速箱目标挡位到 2 挡时，离合器进入此阶段，主要动作是 2 挡拨叉挂上，离合器 2 进行充油控制。离合器 1 结合压力开始下降，但仍然处于结合状态；离合器 2 开始充油，结合压力开始升高，离合器摩擦片开始摩擦，但由于充油只是充到离合器半结合点（Kisspoint 点），转速没有比较明显的变化。2）转矩交替阶段。此阶段 2 个离合器转矩进行交替，传递动力交替切换。离合器 1 的压力继续下降，离合器 2 的压力迅速上升，2 个离合器均处于滑摩阶段，动力传递逐渐由离合器 2 传递。3）转速同步阶段。此阶段主要通过发动机降转矩来实现发动机转速与结合轴转速同步，最终完成 1挡升 2 挡。离合器 1 断开，不传递动力，动力由离合器 2传递。3.2现有升挡控制策略的不足当实车进行动力性升挡控制优化时，发现现有的升挡控制策略存在不足，会造成动力性升挡过程出现顿挫。具体分析如下：现有技术在转矩交替结束时的判断依据是结合离合器转矩达到发动机转矩，即 Tqz=TqENG。这样造成转矩交替结束时发动机转速与脱离轴转速处于完全同步状态，导致转速同步开始阶段因发动机转速迅速下降带动脱离轴转速抖动，造成升挡顿挫，且油门越大顿挫越明显，严重影响驾驶感受，如图 6 所示。因此，现有升挡控制策略存在一定缺陷，需要进一步优化。3.3优化后的升挡控制策略针对现有变速箱动力性升挡控制策略的不足，对相关控制策略进行优化，新的升挡总体控制示意图如图 7 所示，控制逻辑图如图 8 所示。在原有的控制基础上修改了动力性升挡控制方法，设定动力性升挡的目标转速，并设定升挡参考转矩交替结束的标志为：结合离合器转矩（T结）与一个定值的半接合点转矩（3N m）的总和大于离合器总转矩，即：T结+3逸 Tqz（1）式中：离合器总转矩 Tqz的计算公式为：Tqz=Tqz-1+驻Teng+Tpi（2）式中：Tqz-1为离合器上一阶段总转矩，N m；驻Teng为发动机转矩变化值，N m；Tpi为根据实际转速与目标转速 Ntgt的差进行比例积分计算所得转矩，N m。其中，升挡目标转速 Ntgt的计算公式为：Ntgt=Ninp+Npedal（3）式中：Ntgt为升挡目标转速，r/min；Ninp为脱离轴转速，图 4动力性升挡过程示意图图 5动力性升挡控制逻辑图时间换挡控制时间换挡准备转矩交替转速同步（离合器充油）参考转矩发动机转矩脱离离合器转矩结合离合器转矩KP 点转矩发动机转速脱离轴转速结合轴转速换挡控制开始即将结合离合器充油控制车辆触发动力性升挡充油是否完成转矩交替阶段，控制结合离合器转矩以一定斜率上升，同时控制分离离合器转矩以一定斜率下降结合离合器转矩逸发动机转矩转速同步阶段结束否否是是是否图 6升挡顿挫洪洁等：双离合自动变速箱动力性升挡过程控制策略研究脱离轴转速发动机转速结合轴转速发动机转矩结合离合器转矩脱离离合器转矩3002001000油门开度1 8001 60004008001 2001005006 5005 5004 5003 5002 500时间/ms21小型内燃机与车辆技术第 52 卷图 7新的动力性升挡控制示意图图 8新的动力性升挡控制逻辑图开始即将结合离合器充油控制车辆触发动力性升挡充油是否完成转矩交替阶段，控制结合离合器转矩以一定斜率上升，同时控制分离离合器转矩以一定斜率下降结合离合器转矩+3 N m逸离合器总转矩转速同步阶段否否是是是参考发动机转矩以及实际转速与目标转速差计算离合器总转矩根据油门开度、挡位信息，获得升挡目标转速结束换挡控制时间换挡控制时间换挡准备转矩交替转速同步（离合器充油）参考转矩发动机转矩脱离离合器转矩结合离合器转矩离合器总转矩KP 点转矩发动机转速脱离轴转速结合轴转速升挡目标转速否r/min；Npedal为根据不同油门开度设定的转速标定值，r/min。3.4实车验证为了验证优化后的动力性升挡控制策略的实际控制效果，将新的升挡控制策略通过 Simulink 建模，生成代码并下载到变速箱的 TCU 中，在实车上优化后通过 AVL-DRIVE 系统进行相关评价验证试验，测试升挡最终得分。在实车上，连通 AVL-DRIVE 系统后，分别进行10%、20%、30%、50%、80%、100%油门开度的升挡测试。图 9 为一组 20%油门开度的升挡数据。AVL-DRIVE 系统采集数据后从几个维度评价升档性能，见表 2。计算各个子项的得分，最后综合得出升挡的总得分，即 AVL-DRIVE 系统测试升挡得分，为 7.59分，得分在标杆竞品车型范围内（标杆竞品车型得分为7.05 分耀7.6 分），达到量产标准。实车验证试验结果表明，新的动力性升挡控制策略在整车上可实现升挡过程无冲击，确保了车辆驾驶过程的平顺性和舒适性。4结论对 DCT 工作原理以及动力性升挡控制过程进行了研究，针对现有升挡控制策略的不足，提出了一种新的动力性升挡控制策略，并通过 Simulink 建模，生成代码下载到变速箱控制单元中，通过客观测试评价系统对新的控制策略进行实车验证试验。验证结果表明，所提出的升挡控制策略测试评价得分在标杆竞品车型范围内，从而证明所提出的动力性升挡控制策略能够有效避免升挡过程的换挡冲击问题，可明显提高升挡过程的平顺性。参考文献1徐瑞雪，尹良杰，陈加超，等.DCT 自动变速箱在升档过程中的离合器油压控制J.汽车实用技术，2017（12）：214-216.2葛安林援自动变速器（一）自动变速器综述J援 汽车技术，2001（5）：1-3.3马瑾，孙伟，刘国强.改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究J.现代制造工程，2013（1）：46-50.（收稿日期：2022-06-03）图 920%油门开度的升挡数据表 2动力性升挡性能评价项目表子项细分项升挡结合时的冲击反冲击振荡转速下降延迟转速超调换挡期间转速下降挡位延伸性发动机转速输入轴 1 转速输入轴 2 转速实际挡位油门开度22