湿式DCT换挡过程离合器交错程度研究*

孙 伟，宁 哲，华玉龙

(装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072)

1 前言

离合器分离接合规律一直是DCT研究的重点，也是实现自动控制技术的理论基础。针对双离合器交互程度，国内外都做了大量的研究，包括最优控制方法，建立模糊控制器或利用有开度、发动机转速等进行控制的方法。但是由于双离合器分离接合过程机理的复杂性，影响因素的多元性，且涉及很多非线性的条件，给精确建立模型和推导计算带来了困难，理论研究方面还需进一步发展［1］。笔者依据对离合器请求扭矩的分析进行实验，实现压力控制，验证与请求扭矩相关联的控制方法。

2 换挡品质的评价指标

换挡品质是指换挡过程的平顺性。理想换挡品质的基本要求是换挡过程能够快捷、平稳地进行，在换挡过程中车速变化平稳，乘客无不舒适感，并且应降低动力传动系统零部件的动载荷，提高动力传动系的使用寿命。换挡品质的评价指标有两个［2-3］:冲击度和滑摩功。

(1)冲击度 冲击度是评价汽车换挡平顺性的指标，其定义为车辆纵向加速度对时间的导数，数学表达式为:

式中:v为汽车车速，m/s;a为汽车加速度，m/s2。

式(1)表明，冲击度j与汽车加速度变化率成正比，加速度变化越快，传动系统冲击越大，同时这也说明冲击度j能较好地反映换挡过程的动力学本质。冲击度不仅可反映人对舒适程度的感觉，而且可将道路条件引起的弹跳与颠簸加速度以及非换挡操作的影响排除在外，真实地反映换挡过程汽车传动系统载荷变化以及车辆的运动状态。不同国家给出了不同的冲击度限定标准，德国标准:j＜10 m/s3，我国标准:j＜17.64 m/s3。

(2)滑摩功 滑摩功是指离合器主从动摩擦片间滑动摩擦力矩所做的功，它反映了换挡过程中离合器滑摩所产生的热量及磨损。其数学表达式为:

式中:Tc为离合器传递扭矩，N·m;ω1为离合器主动部分角速度，rad/s;ω2为离合器从动部分角速度，rad/s;t1为离合器滑摩开始时间，s;t2为离合器滑摩结束时间，s。

滑摩过程产生的热被离合器片和油液所吸收，使得离合器片温度和油液温度升高，高温对摩擦片的寿命以及摩擦系数都有较大影响，因此在换挡过程中必须合理控制滑摩功的大小。

3 离合器的扭矩传递［4］

在无接触状态和滑摩状态，离合器传递扭矩主要由作用到压盘的正压力决定;在离合器同步阶段，离合器传递的扭矩主要由离合器的扭矩决定。

在滑摩阶段，由于输入力矩影响动态摩擦力矩，定义了输入力矩影响参数:

则离合器扭矩传递特性如下:

式中:Tcs为离合器静摩擦力矩;μds为离合器动态摩擦系数;μd为离合器静摩擦系数;Fn为离合器油压对压盘的正压力;Rc为离合器当量摩擦半径。

即在滑摩过程中离合器所传递的扭矩与施加在离合器上的压力成正比，反之，若已知离合器应当传递的扭矩，称之为离合器的请求扭矩，则可计算出施加在离合器上的压力，从而通过控制程序实现换挡过程中对离合器交互的控制。

4 离合器分离接合控制策略

在国内大量的理论研究中，都对动力性换挡过程中2个离合器传递扭矩的变化进行过详细的分析和公式推导整理［5］。以此为基础，可作为离合器的请求扭矩，结合经验数值进而制定可行且详细的控制策略，并以实验作为最终检验和修正手段。图1为发动机扭矩及离合器请求扭矩变化示意图。取C1为奇数离合器;C2为偶数离合器;Te为发动机当前扭矩。

图1 发动机扭矩及离合器请求扭矩变化示意图

以2挡升3挡为例，详细介绍控制方法:

(1)低档运行阶段Ⅰ 此阶段未进行换挡动作，离合器的传递扭矩不发生变化，所以施加在离合器上的也保持不变。

(2)低档转矩阶段Ⅱ 离合器C2的请求扭矩在Ⅱ阶段开始时刻便降低，值取1.05～1.2倍的Te，此时离合器的请求扭矩大于发动机扭矩，因而是完全接合未发生滑摩。

(3)惯性阶段Ⅲ 此阶段离合器C2的请求扭矩在逐渐减小，至Ⅲ阶段结束时刻降为0。根据压力与扭矩成正比，令施加在离合器C2上的压力也逐渐降低，离合器C2请求扭矩减少的速率即斜率，设定Ⅲ阶段的持续时间为500 ms，从而离合器C2分离速率为每10 ms减少2.1%Te～2.4%Te。由于双离合器自动变速器换挡过程很短，一般认为发动机扭矩恒定(见图1)亦可拟定离合器分离为匀速。在离合器C2分离的同时离合器C1也在缓慢结合，离合器请求扭矩在该阶段比较复杂是控制的核心和难点。如果上升过程过慢，会导致发动机“飞车”，如果上升过程过快，会导致离合器干涉，发生“挂双挡”现象。

(4)高档转矩阶段 离合器C2完全分离，离合器C1仍滑摩，为减小同步时间，应短暂减小节气门开度对发动机进行调节。

(5)高档稳定运行阶段 离合器C1滑摩结束，换挡动作结束，离合器C1请求扭矩继续上升，离合器压力也持续增加，为离合器增大扭矩储备。

5 离合器交互程度实验

根据已经制定的方法，编写程序进行实验修正，调试离合器压力取值，得到适合的离合器交互程度。实验中保持发动机参数不变，在平坦板油路面实验，记录并分析试验结果。如图2～4所示。

图2 离合器交互过小试验曲线

图2所示，离合器C2在T1时刻的请求扭矩为105%Te(点a)，分离速率为每10 ms请求扭矩减小2.1%Te;T2-T1为300 ms。离合器C1请求扭矩由0(点a)升至85%Te(点b)，结合速率为每10 ms增大2.8%Te，T2-T3阶段离合器请求扭矩保持在85%Te。由于b点到c点离合器C1请求扭矩过小且离合器C2即将分离且扭矩较小，导致发动机发生“飞车”现象，虽对冲击度造成影响不大，却大幅度增加了滑磨功。

图3所示，T1时刻离合器C2的请求扭矩为110%Te，分离速率为每10 ms减少2.2%Te;T2-T1为250 ms，离合器C1扭矩由T1时刻的0(点a)上升至100%Te(点b)，结合速率为4%Te，T2到T3阶段离合器C1请求扭矩保持在100%Te。由于离合器C1结合过快，导致2个离合器出现干涉，冲击度最大达到8.4 m/s3，严重损害离合器和影响舒适性换挡品质变差，必须竭力避免该现象的发生。

图3 离合器交互过大实验曲线

如图4所示，T1时刻离合器C2的请求扭矩为110%Te，分离速率为2.2%Te;T2-T1为300 ms，b点为90%Te，离合器C1的结合速率为3%Te，T2到T3时刻离合器C1请求扭矩保持在90%Te。该取值下，发动机转速变化平稳、冲击度小，最大冲击度仅2.3 m/s3，符合换挡品质的要求。

图4 离合器合适试验曲线

6 总结

利用换挡过程中离合器应达到的扭矩变化即请求扭矩及扭矩传递公式，得出离合器压力的变化。根据经验和资料查阅，确定换挡过程中各数值的初始范围，以2挡升3挡为例制定换挡控制策略。编写控制程序，实车试验调试得到适合的值。

本文控制策略与最后取值皆由查阅和试验得出，放弃了繁琐地理论方法研究，谨以试验数据为依据，验证了控制策略，对离合器交错程度进行了研究。

［1］ 吴佐铭，褚超美，黄明礼.双离合自动变速器技术研究发展与应用现状［J］.机械设计与制造，2008，11(11):241-243.

［2］ 刘振军，董小洪，秦大同，等.双离合器自动变速换挡品质分析与控制［J］.重庆大学学报，2010，33(5):29-34.

［3］ 侯军海，崔俊杰，张 腾.双离合自动变速换挡过程的动力学仿真［J］.机械，2011(11):25-28.

［4］ 冯 巍.DCT起步与换挡特性的仿真方法研究［D］.长春:吉林大学，2007.

［5］ 谢先平.汽车自动离合器结合过程控制策略研究［D］.哈尔滨理工大学，2008.