湿式DCT挂档控制与同步点自适应研究

王小飞

摘 要：本文以湿式DCT为研究对象，在分析同步器同步过程的基础上，结合同步器液压系统的结构制定分阶段式压力阀+流量阀的挂档控制策略，并应用到台架和实车测试中，并与市场上最新DCT竞品进行对标，挂档时间达到同级水平，取得较好的控制效果。同时，为了提高同步器挂档控制的稳定性和一致性，提出同步点自适应的方法，并通过实车测试，验证控制策略的正确性和合理性。

关键词：挂档控制;同步点;自适应;同步器;DCT

1 前言

同步器作为DCT换挡性能的关键部件[1]，其不但可以减小换挡时的齿轮啮合冲击，延长齿轮使用寿命，而且能减小换挡时传动系统的噪音，使换挡更加平顺，从而提高车辆的动力性、经济性和换挡舒适性。因此，在DCT的换挡过程中，合理的挂档控制策略是提高换挡品质的关键[2-3]，但由于同步器的零部件较多，动力学特性复杂，同步器的控制方法也是DCT控制的难点和关键技术之一。

2 同步器结构及液压控制系统

同步器主要由齿套、定位销、花键毂、同步环、结合齿等部件组成，如图1所示。其作用是使齿套和待结合齿圈迅速完成啮合同步，缩短换挡时间，并减小待结合齿圈达到同步之前的啮合冲击。液压控制系统如图2所示。机械泵提供的系统油压，通过压力阀和流量阀进入拨叉相连的液压缸，通过控制压力阀和流量阀的压力和流量大小，以及流量阀的方向，实现目标档位同步器的进档和退档控制。

3 同步器挂档控制策略

根据同步器不同部件之间的相互作用，制定分阶段式控制策略：

3.1 消除空行程阶段

根据液压系统的结构特性，该阶段首先需要对同步器活塞缸内进行充油，并消除齿套、同步环和待结合齿圈之间的间隙，齿套锁止面接触同步环锁止面。从空档位置到转速同步点起始的距离较短，且此阶段阻力较小，如果进入液压缸内的压力过大或流量过大，很容易造成第一次接触噪音，因此，本阶段压力阀控制采用开环控制的方式，流量阀采用前馈+闭环控制的方式控制齿套的移动速度。前馈控制的对象为目标移动速度，其通过目标位置和目标时间计算得出。闭环控制的对象为目标位置和实际位置的位移差值，调节流量阀的输出来实现拨叉位置控制，如图3所示。

3.2 转速同步阶段

此阶段用于完成齿套和结合齿转速同步，为实现快速平稳的实现转速同步，为了避免在同步时产生较大的转速变化而产生冲击，可以设置一个合理的目标同步转速变化率。因此，流量阀控制采用开环控制的方式，设定同步过程中所需目标流量。压力阀控制采用前馈+闭环控制方式控制同步压力，控制的对象为目标同步的转速变化率和实际变化率的差值，调节压力阀控制压力的大小，实现转速同步，如图4所示。当转速差小于某值时，如50rpm，则定义为转速同步完成，进入下一控制阶段。

3.3 齿套与待结合齿圈啮合阶段

此阶段齿套与待结合齿圈接触，齿套与待结合齿圈的齿端作用分力波拨动待结合齿圈，使齿套与待结合齿圈啮合。控制策略同样采用前馈+闭环控制方式，如图5所示。该阶段一般需要相对较高的压力，压力阀目标控制值通常采用相对较高的值，但同时需要兼顾考虑换挡品质。流量阀控制以目标位置和实际位置差值为控制对象，调节流量阀输出大小。当传感器检测到靠近挂档位置时，目标控制压力和目标控制流量逐渐下降至零，完成挂档过程控制。

4 同步点自适应控制

同步器的同步点定义为齿套齿端与同步环齿端进入锁止的起点位置。本文根据同步过程中齿套与同步环齿端接触时，输入轴与目标输入轴转速之间的差值变化特征，并设定转速差变化的门限区域，在转速差变化满足设定门限值的临界时刻，记录该时刻位置传感器数值，如图6所示。

对记录的同步点值进行合理性校验，判断该值是否满足同步点合理范围内，与上一个历史值进行比较，并设定自适应更新的权重系数，按如下公式进行同步点的更新。

自适应新值=自适应旧值+（自适应新值-自适应旧值）*权重系数

5 标定与验证

针对制定的挂档控制策略与同步点自适应策略，分别在台架和实车上进行试验和标定验证。在试验过程中，标定并验证压力阀目标控制压力、流量阀目标控制流量、PI控制参数等参数，使得换档性能满足换挡品质和时间指标。

图7、图8分别为实车升档工况和降档工况中挂档控制过程。从测试数据可以看出，目标油压与实际油压控制均平稳变化。同时，在转速同步完成后进入自由行程阶段时，通过控制目标流量，达到减缓齿套移动的速度，并缓慢上升挂档压力，避免回弹再次出现转速差，同步行程变化平稳，可以有效减小二次冲击，从而避免同步器挂档噪音，有利于同步器寿命。

进一步量化对比该同步器液压控制系统和制定的挂档控制策略，与市场上竞品DCT进行对标，以动力降档挂档时间为例，如图9所示。可以看出，挂档时间超过竞品DCT，且达到了领先水平。

在完成挂档控制标定和验证的基础上，通过搭载该DCT的整车耐久试验进一步验证同步点自适应策略。对长达近3个月的数据进行统计，如图10所示。各档位同步点自适应均处于较合理的区域，同步时间一直保持稳定，挂档噪音均得到有效控制，进一步验证了自适应策略的正确性。

6 结论

本文通过对同步器结构和液压系统进行分析，充分考虑液压系统的响应特性，采用开环与前馈+闭环控制的组合方式，制定了分阶段式压力阀+流量阀的挂档控制策略，并應用到台架和实车测试中。通过台架和实车进行测试标定，并与市场上最新DCT产品挂档时间进行量化对比，挂档时间和噪音问题均得到明显改善，取得较好的控制效果。同时，考虑到同步器零部件的磨损、同步点的变化，以及不同驾驶工况中同步器的控制需求，避免由此引起的挂档噪音、同步时间延长以及差异性等问题的发生，提出同步点自适应的方法，并通过实车测试，验证控制策略的正确性和合理性。

参考文献：

[1]付超，王明成， 赵雪松，等.双离合变速器锁环式同步器设计开发[J].传动技术， 2016，30（2）：11-16.

[2]牛波，董伟.双离合自动变速器设计及换挡品质分析[J]. 传动技术，2015，29（1）：25-29.

[3] 罗贤虎，李星，涂安全.改善双离合自动变速器换挡品质的控制策略的研究[J]. 内燃机与配件， 2017（16）：1-3.