PID控制在DCTH中的应用

院义锋，刘义强，孙家振，黄伟山，李军，王瑞平,2



PID控制在DCTH中的应用

院义锋1，刘义强1，孙家振1，黄伟山1，李军1，王瑞平1,2

（1.宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336； 2.浙江吉利罗佑发动机有限公司，浙江 宁波 315336）

DCT(Dual Clutch Transmission)是目前一种主流的变速传动装置，DCTH是在DCT的基础上加上了电机驱动系统，能够有效弥补DCT的不足，使得车辆起步和加速响应更迅速，燃油消耗率更低。文章从DCTH控制和标定的角度，介绍了PID控制在DCH中的应用，希望能对广大的DCTH开发者提供一些借鉴。

DCT；DCTH；PID控制；标定

引言

DCT与传统的自动变速器(AT)相比，具有继承性好、性能优良、结构相对简单、传动效率高等优点，因而具有广阔的发展前景。

PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器[1]。

DCTH的控制需要VCU的紧密配合。VCU（Vehicle Control Unit）是混合动力车辆的主控制器，它会综合考虑驾驶员的油门踏板开度及变化率、驾驶模式选择、电池电量、电机扭矩容量、传动系扭矩容量、路况、海拔、温度等，分配合理的扭矩请求给电机、发动机和变速箱。

1 PID控制简介

PID控制就是比例（Proportion）、积分（Integration）和微分（Derivative）控制，可以认为是误差的过去（I），现在（P），未来(D)的加权之和[2]。见图1：

图1 PID控制器

2 DCT爬行PID控制

爬行是指驾驶员挂D档或R档，松开制动，不踩油门，车辆自行运动的工况。当驾驶员松开制动后，VCU会根据制动压力发出一个目标车速，ESC(Electronic Stability Control )会实时监测实际车速。PID控制器会实时计算目标车速与实际车速的偏差，并调整离合器的扭矩输出。

变速箱控制单元TCU会将这个扭矩需求和发动机目标怠速发给VCU，VCU会综合考虑充电扭矩需求，发出目标发动机转速和参考扭矩负载给发动机控制单元EMS，EMS会根据这个扭矩负载和目标转速，合理控制输出扭矩。

3 DCT起步PID控制

起步是指驾驶员挂D档或R档，松开制动，踩油门，车辆开始加速直到发动机转速与输入轴转速同步的工况。起步过程是转速控制，VCU根据驾驶员的动力需求，结合电池电机的状态，分配动力需求分别到电机和发动机。TCU根据油门开度、驾驶模式等计算出当前起步过程发动机的目标转速，EMS会适时输出发动机的实际转速和实际扭矩。发动机的实际扭矩减去电机的充电扭矩后作为离合器接合量的基础扭矩。PID控制器根据当前发动机目标转速与实际转速之差，计算一个修正扭矩，来调整离合器的目标接合扭矩。

4 DCT动力升档PID控制

动力升档通常是指驾驶员踩油门车辆加速过程的升档。按换挡过程中的油门变化情况分为稳定油门、油门增大、油门减小、完全松油门、油门先松开再踩下等不同工况。动力升档按照控制过程主要分为准备阶段、扭矩交换阶段、转速同步阶段和完全同步阶段。见图2：

图2 动力升档控制过程

DCT的动力升档，顾名思义，就是换挡过程没有动力中断。在动力升档之前，当前档位离合器的扭矩可能大于发动机的扭矩。在准备阶段，就是要让当前档位离合器的扭矩降低到发动机扭矩附近，同时目标档位离合器会预充油，为后面的换挡做准备，这个时间会在0.1S左右。

在扭矩交换阶段，当前档位离合器扭矩会下降，同时目标档位离合器扭矩上升，完成动力交接。这个过程的控制目标是发动机转速与当前档位输入轴的滑差。该目标滑差是TCU根据油门开度和目标档位查表出来的，PID控制器会根据目标滑差与实际滑差的差异，计算出修正扭矩，来修正离合器的总扭矩。扭矩交换阶段的时间可以根据油门开度和目标档位来查表，通常来说，油门越大，扭矩交换越快，档位越高，扭矩交换越快。

在转速同步阶段，同样会用到PID控制。转速同步时间同样根据油门和目标档位来查表，根据这个时间，我们会计算一个最大转速梯度。我们会根据油门和目标档位查表得到目标发动机转速梯度，根据发动机转速可以计算出当前的实际转速梯度。PID控制器会根据这个转速梯度之差修正目标档位离合器的扭矩，使得发动机转速能够按照我们预想的速度完成同步。与此同时，在转速同步阶段，TCU会根据目标转速梯度计算出一个惯性扭矩，发出快降扭给EMS减掉这部分扭矩，以使发动机转速能够主动下跌、快速完成同步。

转速同步结束，TCU的快降扭请求会恢复，发动机转速与目标档位输入轴转速尚存在80-300rpm左右的滑差。这时离合器会进入滑差控制，逐渐消除滑差，滑差较小时，可以进入锁止状态。图3是60%油门动力升档过程。

图3 60%油门加速过程

5 DCT动力降档PID控制

动力降档通常是指驾驶员踩油门加速过程的降档。按换挡过程中的油门变化情况分为缓踩油门、快踩油门、快踩油门后收油门等不同工况。动力降档按照控制过程主要分为转速调节阶段、扭矩交换阶段、和完全同步阶段。见图4：

图4 动力降档控制过程

快踩油门动力降档TCU的目标档位会一步到位，比如7-4、7-5、6-4、6-3等。缓踩油门动力降档，目标档位会依次发出，比如7-6-5-4，变速箱则需要依次完成换挡7-6、6-5、5-4，相应的换挡时间就会变长，而这与驾驶员的油门快慢也是吻合的。TCU所要做的是保证调速平稳、加速流畅，给驾驶员一次完成换挡的感觉。

DCT的动力降档又分为同轴降档和异轴降档。对于异轴降档，比如7-4、6-3等，虽然是多档降档，但变速箱仍能一次完成转速调节，进入扭矩交换阶段，给驾驶员的感觉就是换了一次档。而对于同轴降档，比如7-5、6-4、5-3等，变速箱则需要借助另一轴完成换档，即变速箱要做两次换挡动作。

不管是什么类型的动力降档，换挡控制过程都是类似的。在转速调节阶段，TCU会根据轴速差、目标档位、驾驶模式和换挡类型等查表得出目标调速时间，从而算出发动机目标调速梯度，这个调速梯度接合发动机的转动惯量可以算出需要的惯性力矩，当前档位离合器扭矩会减掉这个惯性力矩从而保证发动机转速的上升梯度。根据发动机转速可以算出发动机的实际上升梯度，PID控制器会根据目标调速梯度与实际梯度的差异，计算出扭矩补偿，来调节当前档位扭矩，从而保证发动机转速能够按照我们设定的目标上升。

图5 100%油门动力降档6-3过程

当发动机转速达到目标档位输入轴转速后，会进入扭矩交换阶段。本阶段的控制目标是发动机转速与输入轴转速的滑差。同样地，我们根据目标滑差与实际滑差的差异，PID控制器会修正离合器的扭矩，从而完成扭矩的平稳快速交换。

扭矩交换完成后，会再次进入滑差控制。PID控制器会根据目标滑差与实际滑差的差异，调整离合器扭矩，从而将滑差控制在目标滑差之内。图5是100%油门动力降档过程。

6 DCT无动力换挡PID控制

无动力换挡是指驾驶员不踩油门情况下发生的换挡。换挡过程也主要是扭矩交换和转速调节过程，控制器依然用的是PID控制，这里不再赘述。

7 结语

PID控制虽然简单，但要想用好还是需要深入研究。PID的各个控制参数可以根据具体工况标定为不同的值，这样它的实用性就大大提高。如果运用得当，完全可以满足通常的控制需求。

[1] 胡寿松.自动控制原理.[M]科学出版社,2008.6.

[2] 卢京潮.自动控制原理[M]西北工业大学出版社,2010.6.

The Application of PID Controller on DCTH

Yuan Yifeng1, Liu Yiqiang1, Sun Jiazhen1, Huang Weishan1, Li Jun1, Wang Ruiping1,2

（1.Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd, Zhejiang Ningbo 315336; 2.Zhejiang Geely Royal Engine Co., Ltd, ZhejiangNingbo 315336）

Dual Clutch Transmission is one of the main transmission currently, DCTH is the integration of DCT and electric motors which can overcome the shortcomings of DCT, it makes it possible to get more power and quicker response with less fuel. The authors introduce some application examples of PID controller on DCTH from the control and calibration point of view. Hopefully it can give some reference for the development in DCTH area.

DCT; DCTH; PID Control; Calibration

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1671-7988(2018)20-168-03

U464.3

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院义锋，男，江苏省苏州市人，硕士。研究方向：自动变速箱控制及标定。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.061