基于Simulink/Stateflow的雙離合自動變速器換擋策略研究

張健

(西安雙特智能傳動有限公司，陜西西安 710119)

基于Simulink/Stateflow的雙離合自動變速器換擋策略研究

張健

(西安雙特智能傳動有限公司，陜西西安 710119)

根據(jù)雙離合自動變速器(DCT)的特點，制定了DCT換擋規(guī)律及換擋控制策略，并通過MATLAB/Simulink/Stateflow平臺建立模型進(jìn)行分析驗證。試驗結(jié)果表明所制定的DCT換擋控制邏輯的正確性。

雙離合自動變速器；換擋策略；Simulink/Stateflow仿真

0 引言

雙離合自動變速器(Dual Clutch Transmission，DCT)是基于平行軸式手動變速器發(fā)展起來的，它將奇數(shù)擋位離合器和偶數(shù)擋位離合器分別和兩個中間軸連接，通過離合器的交替切換，完成換擋過程，實現(xiàn)動力換擋。DCT解決了AMT在換擋時的動力損失問題，換擋迅速平穩(wěn)，保證了車輛的加速性和舒適性。

1 DCT的結(jié)構(gòu)和工作原理

DCT主要由奇數(shù)軸、偶數(shù)軸離合器，機械部分變速箱，自動換擋機構(gòu)，電控單元及液壓系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，其中奇數(shù)擋位與離合器1相連，偶數(shù)擋位與離合器2相連，通過雙離合器的交替結(jié)合實現(xiàn)無動力間斷換擋。

當(dāng)車輛起步時，兩個離合器從動部分和主動部分均是分離的，這時1擋同步器和1擋齒輪嚙合，1擋傳遞的扭矩大于車輛的行駛阻力，車輛開始起步。當(dāng)車速繼續(xù)增加，到達(dá)了升擋點時，2擋同步器和2擋齒輪嚙合，同時離合器2開始慢慢結(jié)合，離合器1慢慢分離，當(dāng)離合器2完全結(jié)合、離合器1完全分離時，整個換擋過程結(jié)束。DCT在正常運行過程中，總有兩個擋位是同時掛入的，其中一個為工作擋位，另一個為預(yù)掛擋位。變速箱控制單元(Transmission Control Unit,TCU)根據(jù)車輛的運行狀態(tài)確定預(yù)掛擋位，即判斷預(yù)掛擋位為當(dāng)前擋位的高一擋位還是低一擋位。

2 DCT換擋規(guī)律

自動變速器的換擋規(guī)律是指配備自動變速器的車輛根據(jù)車輛狀態(tài)參數(shù)變化而進(jìn)行的自動換擋的規(guī)律。換擋規(guī)律的好壞不僅關(guān)系到車輛動力傳動系統(tǒng)各總成間性能的匹配和傳動系統(tǒng)整體最優(yōu)性能的發(fā)揮，還對車輛的動力性、經(jīng)濟性產(chǎn)生直接的影響。換擋規(guī)律根據(jù)換擋參數(shù)的不同，一般分為單參數(shù)換擋規(guī)律和兩參數(shù)換擋規(guī)律以及動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律。目前廣泛應(yīng)用的換擋規(guī)律均為兩參數(shù)換擋，即車速和節(jié)氣門開度，根據(jù)發(fā)動機特性及駕駛員意圖，操作自動變速器，使其在合適的速比下工作，使發(fā)動機的燃油消耗或輸出扭矩符合駕駛者的意圖。實際應(yīng)用中再根據(jù)汽車行駛的工況條件在換擋策略中設(shè)置多種模式，在每種模式下對基本的換擋規(guī)律進(jìn)行修正，以滿足各種工況下汽車所要求的性能及駕駛員的駕駛意圖。

文中根據(jù)最佳換擋規(guī)律的設(shè)計方法，根據(jù)車速信號(Vehicle Speed)和節(jié)氣門開度信號(Pedal Position)兩參數(shù)設(shè)計了基本的換擋規(guī)律曲線，如圖2所示。

3 DCT換擋策略的制定

3.1 預(yù)選擋位的確定

預(yù)選擋是DCT中一種特有的現(xiàn)象，在DCT中，奇、偶數(shù)擋位分別由兩個離合器獨立控制，進(jìn)行換擋操作前，將要工作擋位的離合器處于分離狀態(tài)，需要把將要工作擋位的同步器預(yù)先結(jié)合，才能進(jìn)行兩個離合器的切換。過早進(jìn)行預(yù)選擋操作，會導(dǎo)致將要工作的離合器主、從動片產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差，導(dǎo)致產(chǎn)生一定的滑摩功，使車輛的燃油經(jīng)濟性受影響；預(yù)選擋操作過晚，又會影響換擋操作的進(jìn)行，錯過最佳換擋點，對車輛的經(jīng)濟性和動力性產(chǎn)生影響。

采用圖3所示的預(yù)選擋位的確定方法，同時為了避免循環(huán)換擋的發(fā)生，在各擋位換擋車速前后3 km/h設(shè)計DCT預(yù)選擋的升降擋規(guī)律曲線。

3.2 自動換擋控制策略流程分析

換擋策略主要包括換擋規(guī)律的計算、預(yù)選擋規(guī)律的計算、換擋過程中兩個離合器的切換控制。換擋控制策略是整個換擋控制過程的神經(jīng)中樞，一切換擋動作都要遵循換擋控制策略進(jìn)行，因此換擋控制策略的優(yōu)劣直接關(guān)系到換擋品質(zhì)的好壞。

以當(dāng)前擋位為N擋為例，進(jìn)行自動換擋策略流程分析，如圖4所示：當(dāng)前駕駛員以N擋行駛，當(dāng)駕駛員意圖(油門、剎車)發(fā)生變化導(dǎo)致車速和節(jié)氣門開度發(fā)生變化時，如駕駛員加速(非急加速工況)，則當(dāng)前條件滿足N擋預(yù)掛N+1擋時，N+1擋同步器結(jié)合，即預(yù)掛N+1擋，若駕駛員繼續(xù)踩下加速踏板，則進(jìn)行離合器切換，完成N+1擋行駛，N擋降擋到N-1擋的原理相同。

4 DCT自動換擋策略仿真驗證

為了對設(shè)計的換擋策略進(jìn)行驗證，通過MATLAB/Simulink/Stateflow軟件平臺建立了發(fā)動機模型、雙離合自動變速器模型及整車模型。

4.1 仿真模型

通過Simulink/SimDriveline軟件庫搭建發(fā)動機模型、雙離合器模型及變速箱模型和整車模型，通過Simulink/Stateflow搭建DCT控制模型，模型整體框圖如圖5所示，DCT控制模型如圖6所示。其中DCT控制模型根據(jù)駕駛員意圖、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速及離合器狀態(tài)信號，根據(jù)設(shè)計的換擋規(guī)律發(fā)出選換擋命令，實現(xiàn)DCT的自動換擋功能。

4.2 仿真結(jié)果分析

圖中各擋位信號，從左至右依次是預(yù)選擋位、目標(biāo)擋位和當(dāng)前擋位。圖7中縱坐標(biāo)代表擋位信號，可以看出：當(dāng)車速到達(dá)預(yù)掛擋點以后，整車控制模塊首先發(fā)出預(yù)選擋位信號，此時，各擋位所對應(yīng)的同步器嚙合，完成同步器的預(yù)掛擋操作；隨著車速的繼續(xù)升高，當(dāng)車速到達(dá)升擋點以后，整車模塊即發(fā)出換擋信號，換擋總成接收換擋信號要求后，調(diào)度離合器進(jìn)行換擋操作；當(dāng)離合器換擋結(jié)束以后，DCT達(dá)到當(dāng)前擋位，此時當(dāng)前擋位與目標(biāo)擋位相同，車輛保持當(dāng)前擋位行駛。

5 結(jié)束語

對DCT的結(jié)構(gòu)特點及工作原理進(jìn)行了分析，同時根據(jù)車速信號和節(jié)氣門開度信號兩個參數(shù)設(shè)計了變速器的換擋規(guī)律曲線。

基于MATLAB/Simulink/Stateflow軟件平臺，建立了DCT的整車仿真模型，對所設(shè)計的換擋規(guī)律進(jìn)行了仿真驗證。結(jié)果表明：所設(shè)計的換擋規(guī)律能夠準(zhǔn)確實現(xiàn)DCT的預(yù)掛擋要求，對產(chǎn)品開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

【1】馮巍.濕式雙離合器自動變速器起步與換擋控制技術(shù)研究[D].長春:吉林大學(xué)，2010.

【2】吳光強，楊偉斌，秦大同.雙離合器式自動變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].機械工業(yè)學(xué)報，2007(2)：13-21.

【3】劉杰.基于模型的設(shè)計及嵌入式實現(xiàn)[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2010.

【4】張德豐.MATLAB/Simulink建模與仿真實例精講[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.

【5】李群.汽車雙離合器式自動變速器的換擋規(guī)律與控制邏輯研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2011.

StudyonShiftingControlofDualClutchTransmissionBasedonSimulink/Stateflow

ZHANG Jian

(Xi’an FC Intelligence Transmission Co.,Ltd.,Xi’an Shaanxi 710119,China)

The shift curves and shift strategy were designed for dual clutch transmission(DCT)according to its characteristics. Then a vehicle model was built to verify the shift strategy based on MATLAB/Simulink/Stateflow.The result shows the shift strategy works well.

Dual clutch transmission; Shift strategy; Simulink/Stateflow simulation

2014-10-13

張健(1984—)，碩士，主要從事變速箱電控系統(tǒng)開發(fā)。E-mail：zhjtdl100@163.com。