湿式双离合器自动变速器蠕动控制及性能分析

张友皇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

湿式双离合器自动变速器蠕动控制及性能分析

张友皇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

文章首先提出对蠕动控制的需求，基于此需求进行基于目标车速的PI蠕动控制策略的设计和蠕动切换策略的设计，然后对蠕动控制性能指标进行了识别和定义，最后通过实车调试对软件策略进行验证，验证结果表明蠕动控制策略能够满足需求也能达到性能指标的要求。

双离合器自动变速器；蠕动；性能

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

引言

典型的湿式双离合器自动变速器(dual clutchtrans mission，DCT)由两个同轴嵌套或平行布置的离合器，同轴且内外嵌套布置的两根输入轴，两根平行布置的输出轴，布置在输出轴上的多个同步器装置、多个换挡拨叉以及1个差速器组成。变速器奇、偶数档输入齿轮分别布置在两根输入轴上，通过两个离合器的切换以及不同同步器动作，经由不同输出轴实现扭矩变换和输出。

湿式双离合器自动变速器的蠕动控制功能是指驾驶员将换挡杆从驻车档（P档）移动到倒档（R档）或者前进挡（D档、M档、S档）模式后，松开制动踏板且油门踏板开度不超过一定门限值时（一般小于5%），控制相应的离合器压力在Kisspoint点（半联动点）附近使得车辆能平稳启动且达到车辆最低稳定车速的过程。

本文主要阐述了一种可以应用于湿式双离合器自动变速器的基于车速的蠕动PI控制策略，并制定蠕动性能指标，通过实车调试验证，策略可行有效，且性能达标，满足驾驶需求。

1 蠕动控制策略设计

1.1 蠕动控制需求分析

1）考虑到行驶档位都需要有蠕动控制，因此蠕动功能应该具备前进挡蠕动、R档蠕动，其中前进挡除具备1档蠕动外，还需要考虑跛行模式下的蠕动，因此需要具备2档蠕动功能；

2）考虑驾驶员的操作习惯和误操作，可能会出现蠕动过程切换换挡杆的情况，因此需要考虑前进蠕动与R档蠕动切换控制；

3）蠕动过程中因离合器的结合增加了发动机的怠速负荷，会导致发动机怠速不稳情况，因此需要发动机提供足够的储备扭矩提高其能力，因此需要有怠速控制；

4）蠕动作为一种驾驶工况，是驾驶过程中必须要经历的，因此存在从蠕动到其他驾驶工况或从其他驾驶工况到蠕动的过渡控制。

1.2 蠕动控制策略设计

依据2.1中的需求，开发满足需求的策略，主要分为以下几部分：

1）蠕动激活控制

按照蠕动定义，考虑换挡杆位置信号、车速信号、油门信号、制动信号作为判定蠕动是否激活的条件。同时考虑离合器状态、离合器传扭状态、故障状态等确定是否开始蠕动可控制。

图1 蠕动激活控制逻辑

上述条件适用于从静止到蠕动、也适用于从其他驾驶模式到蠕动，若有任何一个不满足都不能进入正常蠕动控制过程。

2）正常蠕动控制

蠕动正常控制首先根据发动机转速状态和制动状态确定目标车速，然后基于目标车速进行PI控制输出蠕动控制扭矩，过程中结合发动机怠速控制提供足够的动力。

图2 目标车速计算逻辑

根据发动机转速、期望怠速和制动踏板信号分别计算出期望车速。两者综合考虑，计算出最终期望车速。首先，制动压力对期望车速的影响体现在完全松开制动时，期望车速最大，蠕动以较大扭矩达到期望车速；部分制动存在时，车辆能以较低车速缓慢行驶，因此需要降低期望车速。其次，发动机转速状态对期望车速的影响体现在发动机转速与怠速偏离越大，期望车速越大；偏离越小，期望车速越小。

图3 蠕动控制逻辑

根据实际车速和期望车速经自适应的PI控制器计算出蠕动过程中离合器传递的期望扭矩。为了使得蠕动控制具备良好的自适应性，PI控制器的kp和ki参数会根据实际车速的变化而改变。在平坦路面，车辆从静止状态开始进入蠕动，为了保证起动及低车速具备良好加速性，kp和ki值会较大；车辆在蠕动情况下逐渐达到稳定车速时，kp和ki值会逐渐减小；在上坡路面，要充分考虑积分系数Ki的大小，防止上坡时车辆车速下降太多；在下坡路面，要考虑实际车速超过期望车速的部分，同时要充分利用发动机制动效果，来设置Kp和Ki；蠕动切换时，要考虑车辆的减速并往期望方向行驶来设置Kp和Ki。比例环节和积分环节计算的扭矩相加形成蠕动过程离合器期望的扭矩值。

蠕动过程控制需要考虑发动机防熄火保护和制动突然介入产生阻力对蠕动的影响，因此当发动机转速小于限值或制动大于限值，则进行离合器分离控制，需要在规定时间内以一定斜率进行降扭控制。

同时蠕动工况因为是在发动机怠速情况下工作，不可能无限制的增加扭矩使车辆蠕动，需要对蠕动扭矩进行限制，达到最大或最小限值后，则将积分控制器输入设为零，即积分环节输出扭矩保持不变。

蠕动控制过程中需要协调发动机怠速控制，怠速控制主要依据温度、大气压确定目标怠速值，并考虑对油耗和排放的影响只有制动条件满足时才进行怠速控制，防止高怠速。

3）蠕动切换控制

若当前处在离合器1蠕动工况，此时移动换挡杆到R档且满足R档蠕动激活条件，则触发进行蠕动切换，切换采用积分方式进行，当离合器1扭矩小于某一限值时切换结束，离合器2进入正常蠕动控制，而离合器1则进行泄油控制。

图4 蠕动切换逻辑

2 蠕动性能指标定义

2.1 蠕动响应时间

蠕动响应时间是指驾驶员从松开制动踏板到车辆开始有车速的时间Tr，表征驾驶员对于车辆动作的期望时间，该值越大，表明响应越慢，驾驶员会认为车辆反应慢；越小，表明响应越快，过快会给驾驶员太突然的感觉，感觉车辆不受控。因此，该值最好控制在[0.5s,1s]范围内。

2.2 蠕动车速稳定时间

蠕动车速稳定时间是指车辆开始有车速到达到稳定车速的时间Ts，表征蠕动过程车辆的加速情况，该值越大，表明蠕动加速性差，驾驶员认为车辆没有动力；该值越小，表明蠕动加速性强，太强会给驾驶员较为突然的感觉，感觉车辆不受控。因此，该值也需要在合理范围内，一般在[5s,7s]范围内。

2.3 蠕动最高稳定车速

蠕动最高稳定车速是指蠕动控制所能达到的最高的稳定的车速，其表征蠕动最快的行驶速度，该值越大，表明蠕动速度越快，驾驶员也会有车辆不受控的感觉；越小，表明蠕动速度越慢，驾驶员会认为车辆没有动力。因此，该值需要在合理范围内，一般在[5kph,7kph]范围内。

2.4 蠕动过程发动机转速变化

蠕动过程发动机转速变化是指蠕动响应时间和蠕动车速稳定时间内发动机转速下跌量，用于表征蠕动过程是否出现拖拽发动机情况，该值越大，表明拖拽严重，驾驶员认为发动机能力差；越小，表明蠕动控制较为平稳，因此，该值需要小于100rpm为宜。

3 蠕动调试验证

基于设计的蠕动控制策略，基于模型化开发搭建控制模型、完成仿真测试、代码生成与编译，最终到实车环境中进行调试验证。因为蠕动是驾驶工况中不可避免的工况，因此其所工作的路况多种多样，包括：平直路面、上坡、下坡、弯道、砂石路面、泥泞路面、低附着路面等，同时还需要考虑外界环境等因素：车辆载重、高温、高原、高寒等情况。本文选取半载、常温、平直路面进行调试验证，调试之前必须保证基础标定已经完成、发动机怠速请求工作正常。

基于本文策略设定调试过程为：①确定发动机怠速请求期望值，根据实际怠速值、发动机水温、进气压力确定请求怠速值；②确定目标车速，先设定蠕动最高稳定车速目标值，依据发动机转速差值和制动情况，设置目标蠕动车速；③调整蠕动PI控制，根据目标车速与实际车速的差值，通过调整PI控制参数（先调整比例项，再调整积分项）控制离合器扭矩，保证实际车速能够跟随并达到目标车速。

蠕动调试分为两个阶段，第一阶段是按照上述调试过程使车辆能够实现蠕动，第二个阶段时结合蠕动性能指标和上述调试过程使车辆蠕动表现满足指标要求。经过调试后蠕动表现如下图所示：

图5 蠕动控制测试结果

如图所示，车辆静止状态、踩制动，换挡杆从N档移动至D档，然后松开制动，满足蠕动控制激活条件，进入蠕动控制，同时发动机怠速控制也满足条件，发送怠速请求以提高发动机怠速转速，车辆因离合器扭矩的增加而开始蠕动，过程中因PI控制平稳达到并维持在目标车速附近，在踩下制动后，车辆因负载增加而减速，档制动超过一定限值后，离合器回到kisspoint点，退出蠕动控制，车辆继续减速，此时发动机怠速请求关闭，发动机回归正常怠速值，最后车辆停车。

在单个离合器的蠕动调试完成后，进行蠕动切换调试，其调试重点在于对PI参数的调节上，经调试后，蠕动切换变现如下：

图6 蠕动切换控制测试结果

如图所示：从静止状态、踩制动，换挡杆从N档移动到D档，松开制动车辆按照离合器1蠕动调试情况蠕动，在前进行驶一段时间后，不踩制动的情况下，将换挡杆从D档移动到R档，此时离合器2充油，其他条件均满足离合器2蠕动条件，因此可以进行蠕动切换控制，离合 器1的扭矩按照一定斜率下降到设定限值后，离合器2开始进行蠕动控制，因为车辆先是离合器1蠕动向前进方向行驶，后切到R档方向需要向后行驶，因此在进入离合器2蠕动控制后，因离合器2的扭矩增加，车辆会先减速至0kph，然后再正常向后蠕动。随后，R档蠕动时切换到D档蠕动与上述过程类似。

通过蠕动调试证明两点：一是设计的蠕动控制策略可行，能够实现蠕动控制，满足功能需求；二是设计的蠕动控制策略有效，不仅能够实现蠕动功能，更能够满足性能指标要求。

4 结论

本文从系统角度分析了蠕动功能所需的需求，并据此需求设计开发了一套蠕动控制策略，包括蠕动激活控制、基于车速差的PI蠕动过程控制和蠕动切换控制，并据此策略设计调试验证方法，同时结合蠕动性能指标进行试车调试验证，证明蠕动控制策略不仅能够实现功能而且能够满足性能要求。因此，本文能够为双离合器自动变速器蠕动控制提供参考。

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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

张友皇(1985-)，男，硕士，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，主要从事自动变速箱电控系统技术研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.058