張友皇

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

濕式雙離合器自動(dòng)變速器蠕動(dòng)控制及性能分析

張友皇

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章首先提出對(duì)蠕動(dòng)控制的需求，基于此需求進(jìn)行基于目標(biāo)車(chē)速的PI蠕動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)和蠕動(dòng)切換策略的設(shè)計(jì)，然后對(duì)蠕動(dòng)控制性能指標(biāo)進(jìn)行了識(shí)別和定義，最后通過(guò)實(shí)車(chē)調(diào)試對(duì)軟件策略進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明蠕動(dòng)控制策略能夠滿(mǎn)足需求也能達(dá)到性能指標(biāo)的要求。

雙離合器自動(dòng)變速器；蠕動(dòng)；性能

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-159-03

引言

典型的濕式雙離合器自動(dòng)變速器(dual clutchtrans mission，DCT)由兩個(gè)同軸嵌套或平行布置的離合器，同軸且內(nèi)外嵌套布置的兩根輸入軸，兩根平行布置的輸出軸，布置在輸出軸上的多個(gè)同步器裝置、多個(gè)換擋撥叉以及1個(gè)差速器組成。變速器奇、偶數(shù)檔輸入齒輪分別布置在兩根輸入軸上，通過(guò)兩個(gè)離合器的切換以及不同同步器動(dòng)作，經(jīng)由不同輸出軸實(shí)現(xiàn)扭矩變換和輸出。

濕式雙離合器自動(dòng)變速器的蠕動(dòng)控制功能是指駕駛員將換擋桿從駐車(chē)檔（P檔）移動(dòng)到倒檔（R檔）或者前進(jìn)擋（D檔、M檔、S檔）模式后，松開(kāi)制動(dòng)踏板且油門(mén)踏板開(kāi)度不超過(guò)一定門(mén)限值時(shí)（一般小于5%），控制相應(yīng)的離合器壓力在Kisspoint點(diǎn)（半聯(lián)動(dòng)點(diǎn)）附近使得車(chē)輛能平穩(wěn)啟動(dòng)且達(dá)到車(chē)輛最低穩(wěn)定車(chē)速的過(guò)程。

本文主要闡述了一種可以應(yīng)用于濕式雙離合器自動(dòng)變速器的基于車(chē)速的蠕動(dòng)PI控制策略，并制定蠕動(dòng)性能指標(biāo)，通過(guò)實(shí)車(chē)調(diào)試驗(yàn)證，策略可行有效，且性能達(dá)標(biāo)，滿(mǎn)足駕駛需求。

1 蠕動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)

1.1 蠕動(dòng)控制需求分析

1）考慮到行駛檔位都需要有蠕動(dòng)控制，因此蠕動(dòng)功能應(yīng)該具備前進(jìn)擋蠕動(dòng)、R檔蠕動(dòng)，其中前進(jìn)擋除具備1檔蠕動(dòng)外，還需要考慮跛行模式下的蠕動(dòng)，因此需要具備2檔蠕動(dòng)功能；

2）考慮駕駛員的操作習(xí)慣和誤操作，可能會(huì)出現(xiàn)蠕動(dòng)過(guò)程切換換擋桿的情況，因此需要考慮前進(jìn)蠕動(dòng)與R檔蠕動(dòng)切換控制；

3）蠕動(dòng)過(guò)程中因離合器的結(jié)合增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)情況，因此需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的儲(chǔ)備扭矩提高其能力，因此需要有怠速控制；

4）蠕動(dòng)作為一種駕駛工況，是駕駛過(guò)程中必須要經(jīng)歷的，因此存在從蠕動(dòng)到其他駕駛工況或從其他駕駛工況到蠕動(dòng)的過(guò)渡控制。

1.2 蠕動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)

依據(jù)2.1中的需求，開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足需求的策略，主要分為以下幾部分：

1）蠕動(dòng)激活控制

按照蠕動(dòng)定義，考慮換擋桿位置信號(hào)、車(chē)速信號(hào)、油門(mén)信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)作為判定蠕動(dòng)是否激活的條件。同時(shí)考慮離合器狀態(tài)、離合器傳扭狀態(tài)、故障狀態(tài)等確定是否開(kāi)始蠕動(dòng)可控制。

圖1 蠕動(dòng)激活控制邏輯

上述條件適用于從靜止到蠕動(dòng)、也適用于從其他駕駛模式到蠕動(dòng)，若有任何一個(gè)不滿(mǎn)足都不能進(jìn)入正常蠕動(dòng)控制過(guò)程。

2）正常蠕動(dòng)控制

蠕動(dòng)正?？刂剖紫雀鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速狀態(tài)和制動(dòng)狀態(tài)確定目標(biāo)車(chē)速，然后基于目標(biāo)車(chē)速進(jìn)行PI控制輸出蠕動(dòng)控制扭矩，過(guò)程中結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制提供足夠的動(dòng)力。

圖2 目標(biāo)車(chē)速計(jì)算邏輯

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、期望怠速和制動(dòng)踏板信號(hào)分別計(jì)算出期望車(chē)速。兩者綜合考慮，計(jì)算出最終期望車(chē)速。首先，制動(dòng)壓力對(duì)期望車(chē)速的影響體現(xiàn)在完全松開(kāi)制動(dòng)時(shí)，期望車(chē)速最大，蠕動(dòng)以較大扭矩達(dá)到期望車(chē)速；部分制動(dòng)存在時(shí)，車(chē)輛能以較低車(chē)速緩慢行駛，因此需要降低期望車(chē)速。其次，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速狀態(tài)對(duì)期望車(chē)速的影響體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與怠速偏離越大，期望車(chē)速越大；偏離越小，期望車(chē)速越小。

圖3 蠕動(dòng)控制邏輯

根據(jù)實(shí)際車(chē)速和期望車(chē)速經(jīng)自適應(yīng)的PI控制器計(jì)算出蠕動(dòng)過(guò)程中離合器傳遞的期望扭矩。為了使得蠕動(dòng)控制具備良好的自適應(yīng)性，PI控制器的kp和ki參數(shù)會(huì)根據(jù)實(shí)際車(chē)速的變化而改變。在平坦路面，車(chē)輛從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始進(jìn)入蠕動(dòng)，為了保證起動(dòng)及低車(chē)速具備良好加速性，kp和ki值會(huì)較大；車(chē)輛在蠕動(dòng)情況下逐漸達(dá)到穩(wěn)定車(chē)速時(shí)，kp和ki值會(huì)逐漸減?。辉谏掀侣访?，要充分考慮積分系數(shù)Ki的大小，防止上坡時(shí)車(chē)輛車(chē)速下降太多；在下坡路面，要考慮實(shí)際車(chē)速超過(guò)期望車(chē)速的部分，同時(shí)要充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果，來(lái)設(shè)置Kp和Ki；蠕動(dòng)切換時(shí)，要考慮車(chē)輛的減速并往期望方向行駛來(lái)設(shè)置Kp和Ki。比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)計(jì)算的扭矩相加形成蠕動(dòng)過(guò)程離合器期望的扭矩值。

蠕動(dòng)過(guò)程控制需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)防熄火保護(hù)和制動(dòng)突然介入產(chǎn)生阻力對(duì)蠕動(dòng)的影響，因此當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于限值或制動(dòng)大于限值，則進(jìn)行離合器分離控制，需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)以一定斜率進(jìn)行降扭控制。

同時(shí)蠕動(dòng)工況因?yàn)槭窃诎l(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下工作，不可能無(wú)限制的增加扭矩使車(chē)輛蠕動(dòng)，需要對(duì)蠕動(dòng)扭矩進(jìn)行限制，達(dá)到最大或最小限值后，則將積分控制器輸入設(shè)為零，即積分環(huán)節(jié)輸出扭矩保持不變。

蠕動(dòng)控制過(guò)程中需要協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制，怠速控制主要依據(jù)溫度、大氣壓確定目標(biāo)怠速值，并考慮對(duì)油耗和排放的影響只有制動(dòng)條件滿(mǎn)足時(shí)才進(jìn)行怠速控制，防止高怠速。

3）蠕動(dòng)切換控制

若當(dāng)前處在離合器1蠕動(dòng)工況，此時(shí)移動(dòng)換擋桿到R檔且滿(mǎn)足R檔蠕動(dòng)激活條件，則觸發(fā)進(jìn)行蠕動(dòng)切換，切換采用積分方式進(jìn)行，當(dāng)離合器1扭矩小于某一限值時(shí)切換結(jié)束，離合器2進(jìn)入正常蠕動(dòng)控制，而離合器1則進(jìn)行泄油控制。

圖4 蠕動(dòng)切換邏輯

2 蠕動(dòng)性能指標(biāo)定義

2.1 蠕動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

蠕動(dòng)響應(yīng)時(shí)間是指駕駛員從松開(kāi)制動(dòng)踏板到車(chē)輛開(kāi)始有車(chē)速的時(shí)間Tr，表征駕駛員對(duì)于車(chē)輛動(dòng)作的期望時(shí)間，該值越大，表明響應(yīng)越慢，駕駛員會(huì)認(rèn)為車(chē)輛反應(yīng)慢；越小，表明響應(yīng)越快，過(guò)快會(huì)給駕駛員太突然的感覺(jué)，感覺(jué)車(chē)輛不受控。因此，該值最好控制在[0.5s,1s]范圍內(nèi)。

2.2 蠕動(dòng)車(chē)速穩(wěn)定時(shí)間

蠕動(dòng)車(chē)速穩(wěn)定時(shí)間是指車(chē)輛開(kāi)始有車(chē)速到達(dá)到穩(wěn)定車(chē)速的時(shí)間Ts，表征蠕動(dòng)過(guò)程車(chē)輛的加速情況，該值越大，表明蠕動(dòng)加速性差，駕駛員認(rèn)為車(chē)輛沒(méi)有動(dòng)力；該值越小，表明蠕動(dòng)加速性強(qiáng)，太強(qiáng)會(huì)給駕駛員較為突然的感覺(jué)，感覺(jué)車(chē)輛不受控。因此，該值也需要在合理范圍內(nèi)，一般在[5s,7s]范圍內(nèi)。

2.3 蠕動(dòng)最高穩(wěn)定車(chē)速

蠕動(dòng)最高穩(wěn)定車(chē)速是指蠕動(dòng)控制所能達(dá)到的最高的穩(wěn)定的車(chē)速，其表征蠕動(dòng)最快的行駛速度，該值越大，表明蠕動(dòng)速度越快，駕駛員也會(huì)有車(chē)輛不受控的感覺(jué)；越小，表明蠕動(dòng)速度越慢，駕駛員會(huì)認(rèn)為車(chē)輛沒(méi)有動(dòng)力。因此，該值需要在合理范圍內(nèi)，一般在[5kph,7kph]范圍內(nèi)。

2.4 蠕動(dòng)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化

蠕動(dòng)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化是指蠕動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和蠕動(dòng)車(chē)速穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下跌量，用于表征蠕動(dòng)過(guò)程是否出現(xiàn)拖拽發(fā)動(dòng)機(jī)情況，該值越大，表明拖拽嚴(yán)重，駕駛員認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)能力差；越小，表明蠕動(dòng)控制較為平穩(wěn)，因此，該值需要小于100rpm為宜。

3 蠕動(dòng)調(diào)試驗(yàn)證

基于設(shè)計(jì)的蠕動(dòng)控制策略，基于模型化開(kāi)發(fā)搭建控制模型、完成仿真測(cè)試、代碼生成與編譯，最終到實(shí)車(chē)環(huán)境中進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證。因?yàn)槿鋭?dòng)是駕駛工況中不可避免的工況，因此其所工作的路況多種多樣，包括：平直路面、上坡、下坡、彎道、砂石路面、泥濘路面、低附著路面等，同時(shí)還需要考慮外界環(huán)境等因素：車(chē)輛載重、高溫、高原、高寒等情況。本文選取半載、常溫、平直路面進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，調(diào)試之前必須保證基礎(chǔ)標(biāo)定已經(jīng)完成、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速請(qǐng)求工作正常。

基于本文策略設(shè)定調(diào)試過(guò)程為：①確定發(fā)動(dòng)機(jī)怠速請(qǐng)求期望值，根據(jù)實(shí)際怠速值、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、進(jìn)氣壓力確定請(qǐng)求怠速值；②確定目標(biāo)車(chē)速，先設(shè)定蠕動(dòng)最高穩(wěn)定車(chē)速目標(biāo)值，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差值和制動(dòng)情況，設(shè)置目標(biāo)蠕動(dòng)車(chē)速；③調(diào)整蠕動(dòng)PI控制，根據(jù)目標(biāo)車(chē)速與實(shí)際車(chē)速的差值，通過(guò)調(diào)整PI控制參數(shù)（先調(diào)整比例項(xiàng)，再調(diào)整積分項(xiàng)）控制離合器扭矩，保證實(shí)際車(chē)速能夠跟隨并達(dá)到目標(biāo)車(chē)速。

蠕動(dòng)調(diào)試分為兩個(gè)階段，第一階段是按照上述調(diào)試過(guò)程使車(chē)輛能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動(dòng)，第二個(gè)階段時(shí)結(jié)合蠕動(dòng)性能指標(biāo)和上述調(diào)試過(guò)程使車(chē)輛蠕動(dòng)表現(xiàn)滿(mǎn)足指標(biāo)要求。經(jīng)過(guò)調(diào)試后蠕動(dòng)表現(xiàn)如下圖所示：

圖5 蠕動(dòng)控制測(cè)試結(jié)果

如圖所示，車(chē)輛靜止?fàn)顟B(tài)、踩制動(dòng)，換擋桿從N檔移動(dòng)至D檔，然后松開(kāi)制動(dòng)，滿(mǎn)足蠕動(dòng)控制激活條件，進(jìn)入蠕動(dòng)控制，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制也滿(mǎn)足條件，發(fā)送怠速請(qǐng)求以提高發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，車(chē)輛因離合器扭矩的增加而開(kāi)始蠕動(dòng)，過(guò)程中因PI控制平穩(wěn)達(dá)到并維持在目標(biāo)車(chē)速附近，在踩下制動(dòng)后，車(chē)輛因負(fù)載增加而減速，檔制動(dòng)超過(guò)一定限值后，離合器回到kisspoint點(diǎn)，退出蠕動(dòng)控制，車(chē)輛繼續(xù)減速，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速請(qǐng)求關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)回歸正常怠速值，最后車(chē)輛停車(chē)。

在單個(gè)離合器的蠕動(dòng)調(diào)試完成后，進(jìn)行蠕動(dòng)切換調(diào)試，其調(diào)試重點(diǎn)在于對(duì)PI參數(shù)的調(diào)節(jié)上，經(jīng)調(diào)試后，蠕動(dòng)切換變現(xiàn)如下：

圖6 蠕動(dòng)切換控制測(cè)試結(jié)果

如圖所示：從靜止?fàn)顟B(tài)、踩制動(dòng)，換擋桿從N檔移動(dòng)到D檔，松開(kāi)制動(dòng)車(chē)輛按照離合器1蠕動(dòng)調(diào)試情況蠕動(dòng)，在前進(jìn)行駛一段時(shí)間后，不踩制動(dòng)的情況下，將換擋桿從D檔移動(dòng)到R檔，此時(shí)離合器2充油，其他條件均滿(mǎn)足離合器2蠕動(dòng)條件，因此可以進(jìn)行蠕動(dòng)切換控制，離合 器1的扭矩按照一定斜率下降到設(shè)定限值后，離合器2開(kāi)始進(jìn)行蠕動(dòng)控制，因?yàn)檐?chē)輛先是離合器1蠕動(dòng)向前進(jìn)方向行駛，后切到R檔方向需要向后行駛，因此在進(jìn)入離合器2蠕動(dòng)控制后，因離合器2的扭矩增加，車(chē)輛會(huì)先減速至0kph，然后再正常向后蠕動(dòng)。隨后，R檔蠕動(dòng)時(shí)切換到D檔蠕動(dòng)與上述過(guò)程類(lèi)似。

通過(guò)蠕動(dòng)調(diào)試證明兩點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)的蠕動(dòng)控制策略可行，能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動(dòng)控制，滿(mǎn)足功能需求；二是設(shè)計(jì)的蠕動(dòng)控制策略有效，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)蠕動(dòng)功能，更能夠滿(mǎn)足性能指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

本文從系統(tǒng)角度分析了蠕動(dòng)功能所需的需求，并據(jù)此需求設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套蠕動(dòng)控制策略，包括蠕動(dòng)激活控制、基于車(chē)速差的PI蠕動(dòng)過(guò)程控制和蠕動(dòng)切換控制，并據(jù)此策略設(shè)計(jì)調(diào)試驗(yàn)證方法，同時(shí)結(jié)合蠕動(dòng)性能指標(biāo)進(jìn)行試車(chē)調(diào)試驗(yàn)證，證明蠕動(dòng)控制策略不僅能夠?qū)崿F(xiàn)功能而且能夠滿(mǎn)足性能要求。因此，本文能夠?yàn)殡p離合器自動(dòng)變速器蠕動(dòng)控制提供參考。

[1] 徐瑞雪.雙離合器自動(dòng)變速箱蠕動(dòng)控制算法研究. [J]客車(chē)技術(shù).2015(04):9-13.

[2] 劉永剛.雙離合器自動(dòng)變速器電控單元控制策略模塊化設(shè)計(jì).[J]機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2O12(05):74—79.

[3] 劉國(guó)強(qiáng).雙離合器自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)研究．[J]中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào).2012(03)：321—324．

[4] 陳然.雙離合器式自動(dòng)變速器建模與控制系統(tǒng)仿真.重慶大學(xué)學(xué)報(bào).2010(09):1-6.

[5] 吳光強(qiáng),楊偉斌,秦大同.雙離合器式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)．[J]機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(2)：13—21．

Wet dual clutch transmission creeping control and performance analysis

Zhang Youhuang
( Anhui Jianghuai Automobile CO, LTD. Technical Center, Anhui Hefei 230601 )

This paper first propose the requirements of creeping control, and based on the requirements develop a creeping control strategy based on target vehicle speed PI control and also develop a fading strategy of creeping, then identify and define control performance index of creeping, finally verify the strategy through vehicle debugging, the results show that the control strategy can meet the requirements and also can achieve the performance index demand.

dual clutch automatic transmission; creeping; performance

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-159-03

張友皇(1985-)，男，碩士，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，主要從事自動(dòng)變速箱電控系統(tǒng)技術(shù)研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.058