一种湿式双离合自动变速器档位结合控制研究

涂安全， 李 星， 罗贤虎， 左波涛， 韩志军

(1.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥 230601；2.太原理工大学，太原 030024 )

一种湿式双离合自动变速器档位结合控制研究

涂安全1， 李 星1， 罗贤虎1， 左波涛1， 韩志军2

(1.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥 230601；2.太原理工大学，太原 030024 )

通过对某湿式双离合自动变速器(DCT)拨叉结合过程的机理分析，提出了基于拨叉位置的档位结合控制策略，得到了影响拨叉结合质量的两个主要因素：即档位的不同以及油温的影响.利用该控制策略对拨叉结合时间和振动加速度进行实车测试，结果表明：所提出的控制策略能够很好的平衡拨叉结合时间与结合噪音，从而有效提升DCT换挡质量.

双离合自动变速器；拨叉控制；拨叉位移；档位结合时间；换挡冲击

双离合自动变速器(简称DCT)以其传动高效、换档迅速等优点，成为当前自动变速箱领域重点发展的方向.换档迅速也成为双离合自动变速器的一个极具代表性的特点[1-2].

为了满足DCT快速换档的需要，档位的结合和分离控制也必须快速平顺，减少换档时间.DCT的档位的结合与分离是通过控制拨叉的移动来实现的，但由于拨叉结合过程中的阻力不同，所需结合力需要不断调整才能实现快速平顺的结合，因此，在实际控制中很容易出现拨叉结合不上或结合过快引起振动和响声.因此，拨叉控制策略是DCT控制技术的重点和难点[3].国内外许多学者和工程师对拨叉结合控制策略进行了诸多研究，宋瑞起等[4]分析了湿式 DCT 同步器的特点，针对不同阶段提出控制方法，建立了整车物理仿真模型，并通过仿真分析和实验验证证明控制方法的有效性和合理性；余洪、杨志斌等[5]基于DCT档位结合与分离的特点、换挡力与同步时间的关系，提出了同步容量的概念作为评价同步器总成综合性能的指标；杨伟斌、陈全世[6]等基于ECE+EUDC城市循环工况设计了最佳燃油经济性换挡规律，制定了DCT档位结合控制策略，并在试验台架上对其控制策略进行了有效验证.

但在平衡档位结合时间与结合时产生的响声和冲击方面研究甚少.本文对某湿式DCT对拨叉结合过程进行了机理分析，通过在变速箱壳体上安装加速度传感器试验得到了影响拨叉结合质量的两个因素.基于此制定了拨叉结合控制策略，并在实车上对控制策略进行了验证.验证结果表明，利用本文提出的拨叉结合控制策略能够较好的平衡档位结合时间与结合时产生的响声和冲击，从而有效提高DCT换挡质量.

1 拨叉结合控制过程分析

1.1 拨叉结合过程

双离合自动变速器拨叉结构类似于手动变速箱的拨叉结构，需要通过推动拨叉移动从而控制进档和退档.拨叉的移动控制通过电磁阀控制来调整液压油路的流量与压力来实现，如图1所示.

图1 某湿式DCT拨叉控制示意图

拨叉从空档到结合的过程中，可以通过设定拨叉的相对位置来定义拨叉的位移，从而定义出拨叉的空档位置与结合位置，一般设定在空档位置为0 mm，在档位置为±9 mm左右.换挡过程中拨叉物理位置示意图如图2所示.档位结合时间是指拨叉从空挡位置移动到在档位置所花的时间，即图2中的T6.

图2 某湿式DCT拨叉位置示意图

图中，0为空档位置，即换挡起始位置；A为预同步位置齿套滑块和同步环接触点，0→A为第一次空滑行；B为同步位置，该位置包含同步环转入锁止位置、同步、拨环解锁，持续时间为T3-T2；C为同步器齿套和结合齿套开始接触位置，B→C为第二次空滑行、对齿与拨动结合齿回正，持续时间为T4-T3；D为档位结合完成位置，C→D为第三次空滑行以及齿套与结合齿啮合两个过程，T5为拨叉结合完成时间，T6为档位结合完成时间.

1.2 响声与振动产生的原因分析

拨叉结合速度的变化会伴随着响声和振动的变化，所以在提升拨叉结合速度的同时，需要重点关注拨叉结合时的响声和振动.从拨叉结合过程来分析，声音和振动主要来源于两个部分，一是同步器接触时发生的敲击声，发生在图2中的B位置；二是拨叉结合上后出现的敲击声，发生在图2中的D位置.

1.3 基于拨叉结合过程中关键控制点的选择

为了减小拨叉结合时的响声和振动，同时提升拨叉结合速度，在控制过程中选取拨叉位置时，选取拨叉起始位置(对应图2中的0)、同步器接触位置(对应图2中的B)、对齿完成位置(对应图2中的C)、拨叉结合完成位置(对应图2中的D)、档位结合完全位置等5个位置为关键控制点，通过这5个关键控制点提前进行控制调整.拨叉结合过程中关键控制点选取如图3所示.

图3 拨叉结合过程中关键控制点示意图

2 基于拨叉位置的拨叉控制策略

2.1 拨叉结合控制策略

本文依据关键控制点建立基于拨叉位移的拨叉结合控制策略，从拨叉的结合过程分析来看，首先，需要建立一定的推动力促使拨叉移动；其次，当同步器接触后需要加大推动力才能完成对齿及同步，此时需要的推动力最大；最后，当完成对齿后，需要维持一定的推动力促使拨叉完全结合上[7].

当有档位结合需求时，首先判断需要结合的档位.通过对多路阀的电磁阀控制流量方向，以达到选择目标档位拨叉的目的；然后，通过控制液压油路中对应的流量和压力控制的电磁阀，调节档位结合所需的流量和压力大小，在对应拨叉位移中控制液压油路中的压力和流量的上升和下降，从而使用不同的力度推动拨叉的移动，达到拨叉结合的目的.

基于本文提出的拨叉结合过程中的关键控制点，考虑到档位结合过程中响声和振动产生的原因，本文提出的拨叉结合过程中流量和压力控制策略如下：

流量控制：从拨叉起始位置到同步器接触点位置，采用较大的流量，推动拨叉后到对齿完成位置采用较小的流量，从对齿完成到拨叉完全结合再次采用较大的流量以确保拨叉成功结合.

压力控制：整个档位结合过程中，压力以一定斜率正比例增加，拨叉达到档位结合位置后迅速降下电磁阀压力.具体来说，在关键控制点从拨叉起始位置到拨叉结合位置压力以正比例增加，之后从拨叉结合位置到档位结合位置迅速下降.流量和压力控制示意图如图4所示.

图4 拨叉结合压力和流量控制示意图

2.2 拨叉控制的评价指标

在实际的使用过程中，一般期望拨叉能够快速的结合，同时也无结合冲击及响声，基于这些控制要求，拨叉结合过程主要建立的评价指标[8]有：

(1)拨叉位移从空档位置到在档位置所需要的时间.一般档位结合时间不超过300 ms为宜；

(2)拨叉结合过程中的冲击.一般通过主观感受或使用加速度传感器测得，冲击度小于10 g左右为宜；

(3)拨叉结合过程中的声音.一般标定过程中采用主观判断，以是否能听到声音和声音的可接受程度来确定.

2.3 拨叉结合质量的影响因素分析

本文使用Vector CANape 型号VN1640A作为数据采集设备，见图5所示.CANape是一种可用于TCU开发、标定、诊断和测量数据采集的综合性工具.通过该设备采集变速箱内部的换挡压力阀、换挡流量阀、拨叉位置传感器、变速箱油温传感器等传感器或执行器的信号，并用于数据分析.

图5 采集设备CANape VN1640A

为探究影响拨叉结合质量的因素，首先让不同档位采用相同的标定参数，通过在变速箱壳体上安装加速度传感器来测量拨叉结合过程中变速箱的纵向冲击，加速度传感器安装于变速箱壳体上，并确保测量方向为车辆行驶方向，加速度传感器的主要性能参数见表1.加速度传感器信号由CANape采集得到.

表1 加速度传感器主要性能指标

通过测量不同变速箱油温和不同拨叉在档位结合和分离时的加速度(见图6)，得到了影响拨叉结合质量的两个因素：

(1)档位的不同影响拨叉结合质量.从图6可知，相同温度下，不同档位结合过程中峰值加速度差异很大，且档位结合的冲击大于档位分离的冲击；

(2)变速箱油温影响拨叉结合质量.油温主要影响变速箱油液的粘性系数，从而影响电控液压系统响应精度.同一档位，变速箱油温越低，拨叉结合时冲击越大，因此，充分暖机有助减小换挡冲击；不同档位拨叉结合质量对油温的敏感程度不同，如1档受温度影响最大，R档受温度影响最小.

图6 拨叉结合质量影响因素分析图

3 拨叉结合控制策略的评价

利用某款搭载湿式DCT的SUV车辆对本文提出的拨叉结合控制策略进行验证，首先基于控制策略对不同档位的流量和压力进行标定优化，然后通过在变速箱壳体上安装振动加速度传感器来监测档位结合过程中的冲击情况，并评价其是否满足评价指标和舒适性要求.

针对拨叉控制策略的评价，主要测试工况如下：

(1)整车原地各档位拨叉结合的静态测试；

(2)行驶中各档位拨叉结合的动态测试.

3.1 拨叉结合控制的静态测试结果

拨叉结合控制的静态测试方法是让车辆在怠速状态下通过标定手段手动控制各个档位的结合与分离.静态档位结合测试结果如图7和图8所示.图中：空挡拨叉位置为0 mm；1档结合位置为9 mm；2档结合位置为-9 mm.从测试结果来看，产生振动加速度较大的位置为同步器接触点和拨叉结合位置.

车辆在静态条件下，所有档位拨叉结合时冲击均小于10 g，结合时间均小于300 ms，由于速比等条件的影响，1档和倒挡拨叉仍可能存在轻微的结合响声.其他档位均无明显的响声及振动.其他档位静态结合测试结果见表2所示.

图7 静态1档结合测试结果

图8 静态2档结合测试结果

表2 静态档位结合测试结果(油温60℃)

结合档位结合时间/ms峰值加速度/g12909.922907.832908.042707.252806.762606.5R2908.3

3.2 拨叉结合控制的动态测试结果

拨叉结合控制的动态测试方法是在平直路面上让车辆进行恒油门加速和滑行降挡，DCT自行控制拨叉执行升降档.动态测试结果表明，正常升降挡拨叉结合无明显的响声及振动，大部分结合时间小于300 ms，档位结合时冲击度小于10 g；在部分滑行降档过程中可能存在轻微拨叉结合响声.动态档位结合测试结果见图9和图10所示. 其他档位动态结合测试结果见表3所示.

图9 动态1档结合测试结果

图10 动态2档结合测试结果

表3 动态档位结合测试结果(油温60℃)

结合档位结合时间/ms峰值加速度/g131012.2228010.232708.842806.252609.562707.8R3009.0

4 结 论

1)通过测试得到影响拨叉结合质量的两个因素：档位的不同以及变速箱油温的影响.不同档位在结合和分离时的冲击有明显差异，且档位结合的冲击大于档位分离的冲击；变速箱油温越低，拨叉结合时冲击越大，暖机有助于减小换挡冲击；不同档位拨叉结合质量对温度的敏感程度不同.

2)基于拨叉结合过程中的5个关键控制点建立了档位结合控制策略，在标定优化后对不同档位进行了档位结合的静态测试和动态测试.测试结果表明，文中提出的控制策略可以很好的平衡拨叉结合时间和结合时可能产生的响声和冲击，提高DCT换挡品质.

[1] 李育贤，左培文．DCT变速器发展状况与市场分析[J]．汽车工业研究，2015(3)：21-24.

[2] 牛树宇，黄安华．双离合器自动变速器是我国未来自动变速器发展的最佳选择[J]．农机使用与维修， 2009(5)：21-22.

[3] 金 辉，葛安林，陈慧岩．汽车自动变速技术的新发展[J]．汽车技术，2007(2)：1-4.

[4] 宋瑞起，翁晓明，祁 稳,等．湿式DCT同步器控制研究[J]．机械工程师，2015(8)：162-164.

[5] 余 洪，杨志斌，王 鑫，等．双离合自动变速器的换档控制—同步器的控制问题[C]//中国汽车工程学会.2015中国汽车工程学会年会论文集.北京：机械工业出版社,2015：387-390.

[6] 杨伟斌，陈全世，吴光强，等．基于城市循环工况的双离合器式自动变速器同步器的控制策略[J]．机械工程学报，2008：44(12)：244-248

[7] 张俊祥，陈 勇，罗大国，等．DCT同步器同步过程控制策略的研究[C]//中国汽车工程学会.2013中国汽车工程学会年会论文集.北京：北京理工大学出版社,2013：1206-1209.

[8] 余盼霞．机械自动变速器电动换挡执行机构动态特性分析[D]．重庆：重庆大学.，2010.

Study on Gear Engagement Control of a Wet Dual ClutchTransmission

TU An-quan1， LI Xing1， LUO Xian-hu1， ZUO Bo-tao1， HAN Zhi-jun2

(1.Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd R&D Center, Hefei 230601，China;2.Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024，China)

By analyzing the mechanism of the shift fork engagement process of a wet Dual-Clutch Transmission (DCT), this paper proposes a gear engagement control strategy based on the fork position. Two main factors affecting the quality of the fork engagement are found. They are different gears and oil temperature. The shift fork engagement time and vibration acceleration are tested in vehicle according to the control strategy. The results show that the control strategy can balance the shift fork engagement time and noise, DCT shift quality can be improved effectively.

dual clutch transmission(DCT)；fork control；fork position；gear engagement time；shift shock

1009-4687(2017)02-0033-05

2017-4-13

国家高技术研究发展计划(863计划), 乘用车双离合自动变速器平台产品研发(2012AA111711)

涂安全(1982-)，男，工程师，硕士，研究方向为从事发动机、自动变速箱电控系统研究.

463.212

A