基于PI控制的湿式双离合自动变速器的起步控制

薛永军

（河南省焦作市城建支队 454000)

0 引言

通常情况下，湿式双离合自动变速器的起步控制都主要集中于双离合器的控制，双离合器的控制具有时变性、非线性以及强耦合性，并且车辆在进行起步的时候存在发动机转速稳定同时大于怠速，监测驾驶员的驾驶意图等要求。对于双离合器自动变速器整车来说，整个起步过程指的是汽车发动机处于怠速状态下，驾驶者把档杆从P档换到D档或者R档等工作模式下，脚踩加速踏板[1]，使汽车的车速达到期望速度的过程。另外有一点需要注意的是，起步过程的起始状态不单单是静止的，同样也可以是运动状态。

1 起步控制评价指标

一般情况下，汽车的起步控制的舒适性、动力性以及传动系的使用年限造成一定影响。汽车的起步指标主要由下面几方面构成。

（1）发动机怠速要求。如果发动机的转速是低于怠速的，那么会造成油气的混合比例出现问题，汽车的输出功率以及扭矩均不能达到要求，导致汽车在进行加速的时候动力不足，大大增加了汽车的起步时间。发动机转速低于怠速还会使汽车在进行减速或者是制动时出现熄火，以及使发动机的齿轮无法正常进行配合，造成一定的磨损。

（2）冲击度。所谓的冲击度j就是汽车纵向加速度对时间的导数大小，计算公式为

上面的公式中，Tout是变速器的输出转矩，TW是车轮上的牵引转矩，IW是输出轴和汽车平移质量换算到输出轴上的惯量，r是驱动轮的滚动半径，i0是主减速器的传动比。

通过上面的式子能够看出，冲击度和输出转矩的变化率是成正比例的，输出转矩变动的越快，传动系统的冲击就越大，并且也表明了冲击度能够很好的反映起步换挡过程的动力学本质。冲击度不仅能够有效的反映出驾驶者对舒适度的实际感觉，还能够将道路工况所造成的颠簸和弹跳影响排除，有效的反映出汽车起步换挡过程中车辆的运动状态和传动系载荷变化。目前不同的国家对于冲击度有着不同的限定，比如我国的冲击度不能够大于17.64 m/s3，德国的冲击度不能够大于10 m/s3。

（3）起步时间。所谓的汽车起步时间指的是从上层软件发送起步指令到离合器完全达到结合的时间大小。一共有5个部分：汽车起步响应时间、离合器主从动盘结合但不传递扭矩的压力点时间、克服汽车静摩擦力的时间、运行中的离合器摩擦时间和运行中的离合器完全接合时间。

汽车的起步时间从数据上来看，指的是从加速踏板信号输入到离合器主动盘侧转速和离合器从动盘转速相同的时间。

2 汽车起步的控制策略

2.1 控制策略概述

在双离合器自动变速器的控制器里面配置了一个上层软件。在这个软件里面配置了一个全局控制器，这个控制器可以通过车辆的传感器信息对当前汽车的工况进行识别，然后由CAN网络发出对应的控制信号，进而激活内部子系统，并辅助子系统进行工作同时监视整个工作过程，进行实时的诊断[2]。

2.2 起步控制策略的输入

为了能够使汽车起步的舒适性以及快捷性达到满足要求，进行汽车的起步时我们需要下面几个信息：加速踏板的开度信号、发动机转速的加速度、离合器的滑摩率、离合器的压力信号、换挡杆的档位信号及发动机的转速信号。

2.3 汽车起步控制策略的处理

汽车起步控制功能模块的作用就是对当前需要哪个离合器工作进行确定。为了能够确保汽车当前起步档位的正确性，控制器会对当前换挡杆的信息进行确认，再通过油门的开度以及滑摩率计算起步离合器的扭矩。

通过当前汽车加速踏板的开度值以及发动机的转速，能够确定出发动机的万有特性图，如图1所示。

所以，通过当前汽车的油门开度以及发动机转速，能够很容易的知道当前汽车发动机输出的扭矩大小是多少。

本文所提出的策略里面起步控制一共分为2个阶段进行：在阶段1中，当汽车发动机的转速与发动机的目标转速相差很多的时候，通过前馈控制进行控制，控制的结果就作为离合器的目标扭矩输出，从而算出离合器的目标压力。阶段1的策略如下图2所示。

在阶段2中，这时汽车发动机的转速与发动机的目标转速是在规定的范围里面(200 r/min)，那么就通过PI控制以及前馈控制计算离合器的目标扭矩，从而得出离合器目标压力的大小。阶段2的策略如图3所示。

图1 万有特性图

图2 第一阶段离合器目标压力计算策略图

图3 第二阶段离合器目标压力计算策略图

2.4 汽车起步控制策略的输出

在汽车进行起步时，在起步控制的过程中会输出以下信号：起步控制扭矩大小、离合器从动盘的转速大小、汽车的加速度大小以及离合器的期望压力大小。上面这些信号会被汽车的整车控制软件的其他功能当作输入进行运算，然后根据其中的一些信号对整车的起步功能进行评价。

3 实际测试

本文所提出的策略会和全局控制软件一起输入到整车控制器TCU里面，进行整车的起步控制试验，通过CANape记录整车的数据然后进行如下分析。

3.1 一档起步

（1）5%油门起步。从踩下加速踏板，到发动机转速和输入轴1的转速达到一样，一共经过了3.5 s。

（2）42%油门起步。从踩下加速踏板，到发动机转速和输入轴1的转速达到一样，一共经过了2.1 s。

3.2 R档起步

（1）14%油门起步。从踩下加速踏板，到发动机转速和输入轴2的转速达到一样，一共经过了2.5 s。

（2）63%油门起步。从踩下加速踏板，到发动机转速和输入轴2的转速达到一样，一共经过了2.5 s。

在这4次试验过程中，在起步的过程中，汽车的速度是均匀增长的，发动机的转速并没有突变，使汽车具有很好的舒适性，同时离合器的温度也处于正常值，控制压力可以很好的跟踪期望压力。

[1]叶明,秦大同,刘振军. 轻度混合动力 AMT 汽车自动起步控制研究[J].中国机械工程,2005,16(5): 442-445.

[2]吴光强,杨伟斌,秦大同.双离合器式自动变速器控制系统的关键技术[J].机械工程学报,2007，43(2):13-21.