干式DCT有動力升檔性能優化

丁 健

(上海汽車變速器有限公司 技術中心-軟件開發與系統控制部 上海 201807)

0 引言

干式雙離合器自動變速器(以下簡稱dDCT)憑借其傳動效率高、結構緊湊、成本相對較低等優點，得到國內外市場的青睞[1]。干式雙離合器是dDCT核心零部件之一，由于采用風冷散熱，在車輛使用過程中，隨著干式雙離合器的溫度變化，離合器傳扭特性也在實時發生變化，因此，要求控制軟件策略及參數的魯棒性必須足夠高，才能夠確保大批量dDCT產品、耐久前后、單一樣本不同工況性能都在可接受范圍內。

本文基于某dDCT產品，針對最常見的有動力升檔工況進行研究，重點解決了1檔升2檔軸系抖動現象。

1 有動力升檔工況

1.1 有動力升檔控制基本原理

為了表述清楚，后續將換檔過程中要接合的離合器稱為Oncoming離合器(簡稱Onc離合器)，把換檔過程中要分離的離合器稱為Offgoing離合器(簡稱Offg離合器)。有動力升檔發生在車輛加速踏板被駕駛員踩下，同時車輛穩定向前加速的工況，在該工況下功率由發動機輸出，從變速器離合器正向傳遞到輸出軸。

dDCT由于采用雙離合器的結構設計，因此，可以實現在打開一個離合器的同時接合另外一個離合器，從而實現動力換檔，此時要求Onc離合器具備傳遞正向扭矩的能力，即發動機側摩擦片轉速大于車輪側摩擦片轉速，同時，該Onc離合器活塞缸建立油壓。

圖1為有動力升檔換檔過程控制原理圖，整個過程劃分為3個階段：預充、扭矩交互、調速。由于Onc離合器在進入升檔控制前處于非工作狀態，即打開狀態，因此，首先進行預充控制，將Onc離合器接合到Kisspoint點，也就是即將傳遞扭矩的位置。扭矩交互階段的作用是在減小Offg離合器扭矩的同時，增加Onc離合器扭矩，實現前者扭矩能力的釋放以及后者扭矩能力的建立。調速階段的作用是，通過離合器扭矩及對發動機扭矩請求的控制，實現發動機轉速與Offg離合器分離，并逐步與Onc離合器同步的調速過程。

圖1 有動力升檔離合器換檔過程示意圖

1.2 扭矩交互階段的控制策略

在扭矩交互階段開始，Onc離合器到達Kisspoint，具備了建立扭矩容量的能力，而Offg離合器已經將扭矩容量下降到略大于其實際傳遞扭矩，該階段的控制目標是讓Onc離合器平穩地接管Offg離合器所傳遞的扭矩。

1.2.1 有動力升檔扭矩交互階段常規Offg離合器控制方法

在扭矩交互過程中，常規Offg離合器控制方法，是以當前周期離合器目標扭矩為起點，按照目標時長，向目標扭矩終點值下降。

Tcurr=(Tend-Tpre)×

[Tist÷(Tiramp-Tiact)]+Tpre

(1)

式中，Tcurr為當前周期輸出的Offg離合器目標扭矩；Tend為扭矩交互階段Offg離合器最終目標扭矩；Tist為軟件模塊運行周期；Tiramp為扭矩交互目標總時長；Tiact為扭矩交互已進行的時長；Tpre為上一周期輸出的Offg離合器目標扭矩。

對于clutch base架構的控制方法，式(1)中關鍵是確定Tend，主要基于工況、檔位等進行補償。

Tend=Tkp+Tofs

(2)

式中，Tkp為Kisspoint點對應扭矩；Tofs為對Kisspoint對應扭矩的修正值。

1.2.2 有動力升檔扭矩交互階段常規Onc離合器控制方法

在扭矩交互過程中，常規Onc離合器控制方法是以當前周期離合器目標扭矩為起點，按照目標時長向目標扭矩終點值上升，ramp方法可參考式(1)。其中，關鍵是確定扭矩交互階段Onc離合器最終目標扭矩Tend-onc，可按照如下式進行標定計算。

Tend-onc=TDynEng×FACgear×FACeng×

FACcluTemp×FACslp

(3)

式中，Tend-onc為扭矩交互階段Onc離合器最終目標扭矩；TDynEng為動態發動機扭矩；FACgear為基于檔位的補償系數；FACeng為基于發動機扭矩的補償系數；FACcluTemp為基于離合器溫度的補償系數；FACslp為基于發動機與Offg離合器輸入軸之間轉速差的補償系數。

1.3 輸入軸轉速“抖動”現象

圖2是典型的有動力1檔升2檔工況，由于實際奇偶離合器扭矩控制不當，造成的輸入軸抖動現象，由于奇偶輸入軸均有同步器檔位在位，因此，輸入端轉速的抖動會傳遞至變速器輸出軸以及車輪端，對車輛駕乘舒適性造成極大影響。

圖2 有動力升檔工況輸入軸抖動現象

在有動力升檔的扭矩交互階段，理論上為了保證奇偶離合器所傳遞的發動機扭矩總和保持不變，Onc離合器扭矩上升斜率應與Offg離合器扭矩下降斜率相等，一旦離合器扭矩控制不當，可能造成功率回流(Tie-up)或發動機飛車(Flare)現象。但在實際車輛工況中，由于控制軟件對離合器采用閉環控制方法，且本文所研究的dDCT奇數離合器內含彈簧減震機構、離合器接合行程與所傳遞扭矩關系的非線性、整個傳動系統機械間隙及扭轉剛性等因素，導致實際車輛在有動力升檔過程中，并不一定僅出現典型的Tie-up或Flare現象，而可能以離合器輸入軸轉速“抖動”的現象出現[2]。

造成此種現象的原因是，奇偶離合器實際傳遞的總扭矩偏小，由于變速器后端整車其它部件轉動慣量大，一旦離合器實際傳遞扭矩偏小，則變速器輸出軸倒拖輸入軸減速，而此時，發動機端富余的正向扭矩，會造成發動機轉速flare趨勢，但發動機轉速flare的程度取決于實際離合器總扭矩與發動機實際扭矩差值大小，通常如果扭矩偏差小，且離合器扭矩能夠在較短時間內通過閉環控制接近發動機扭矩，則發動機轉速flare并不明顯。當離合器扭矩無法及時恢復時，則會造成明顯的發動機轉速flare，如圖3所示。

圖3 有動力升檔工況輸入軸抖動及發動機轉速flare現象

Fig.3 Input shaft shake and engine speed flare during power on upshift process

2 有動力升檔控制方法優化

要解決有動力升檔過程中軸系抖動的現象，關鍵是避免出現功率回流或Tie-up的情況，可采用控制離合器實際傳遞扭矩與發動機輸出扭矩匹配、在扭矩交互階段控制保證Onc和Offg離合器扭矩變化率匹配的方法。本文從如下方面進行優化。

2.1 微滑摩控制

微滑摩控制是變速器中離合器控制的一種常用方法，其原理是通過閉環控制，實現離合器主、從動盤之間形成穩定微小轉速差。針對有動力升檔工況，在開始換檔控制前，在滿足一定工況條件下，工作離合器即已經開始微滑摩控制，則離合器實際傳遞扭矩略低于發動機輸出，在換檔開始后，在“扭矩交互”階段維持微滑摩控制，由于采用了閉環控制，這樣能夠最大限度的避免出現離合器總扭矩與發動機實際輸出不匹配的情況，另外，也能夠保證在“調速”階段初期，發動機轉速能夠與Offg軸轉速更加容易分離。

微滑摩控制內核采用常規的PID閉環控制，工程應用時主要開發內容包括：微滑摩控制激活條件判定、轉速及轉速差信號濾波、目標轉速差的計算、PID參數標定、工況切換時離合器目標扭矩銜接等[3]。

2.2 有動力升檔過程中的分階段離合器位置控制

在有動力升檔的扭矩交互階段，此時發動機轉速與Offg軸轉速同步或存在微滑摩，且微滑摩控制的目標轉速差也是發動機與Offg軸之間的轉速差，因此，發動機轉速及軸系轉速對Offg離合器扭矩控制更加敏感。

本文針對“有動力升檔工況輸入軸抖動及發動機轉速flare現象”，采用“分階段離合器位置控制”的方法，對有動力升檔扭矩交互階段Offg離合器控制進行優化。從“扭矩交互”開始，將Offg離合器控制區分為3個階段：

(1) 第1階段ramp：仍然采用離合器扭矩控制，控制目標為：基于前端微滑摩控制計算得到的離合器總扭矩，根據標定的扭矩交互時長確定的斜率進行ramp；

(2) 第2階段ramp：Offg離合器采用位置控制，控制目標為：Offg離合器使用位置控制，往離合器半結合點增加偏移量的目標位置ramp，而前端微滑摩控制計算得到的離合器總扭矩，通過Onc離合器扭矩控制進行保證；

(3) 第3階段ramp：進入“調速”階段，Offg離合器由當前位置往離合器打開位置進行ramp，而Onc離合器扭矩基于發動機轉速變化率進行閉環控制。

圖4 有動力升檔工況Offg離合器分階段控制

Fig.4 Offgoing clutch multi-stage control during power on upshift

3 優化后控制效果

實施本文優化的控制后，在某搭載干式DCT車型進行驗證效果如圖5，可以發現：

(1) 在進入有動力升檔工況及扭矩交互階段，發動機轉速與Offg軸轉速之間存在較穩定轉速差；

(2) “扭矩交互”階段發動機及軸系轉速穩定；

(3) “調速”階段發動機轉速平穩下降，且軸系轉速平穩。

圖5 控制方法優化后有動力升檔工況實車表現

4 結論

本文針對實際工程開發項目中遇到的干式DCT有動力升檔工況軸系抖動問題進行分析，總結原因為由于離合器扭矩控制不準確造成的離合器功率回流或Tie-up。本文從控制策略的角度，首先對有動力升檔工況控制過程進行定義，結合不同階段的控制目標，通過采用微滑摩控制方法，以及將Offg離合器區分為3個階段的控制，最終消除了軸系抖動的問題，經實車驗證，有動力升檔工況的性能得到了顯著的提升。