孫 偉，寧 哲，華玉龍

(裝甲兵工程學(xué)院 機(jī)械工程系，北京 100072)

1 前言

離合器分離接合規(guī)律一直是DCT研究的重點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)。針對(duì)雙離合器交互程度，國(guó)內(nèi)外都做了大量的研究，包括最優(yōu)控制方法，建立模糊控制器或利用有開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制的方法。但是由于雙離合器分離接合過(guò)程機(jī)理的復(fù)雜性，影響因素的多元性，且涉及很多非線(xiàn)性的條件，給精確建立模型和推導(dǎo)計(jì)算帶來(lái)了困難，理論研究方面還需進(jìn)一步發(fā)展［1］。筆者依據(jù)對(duì)離合器請(qǐng)求扭矩的分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)壓力控制，驗(yàn)證與請(qǐng)求扭矩相關(guān)聯(lián)的控制方法。

2 換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

換擋品質(zhì)是指換擋過(guò)程的平順性。理想換擋品質(zhì)的基本要求是換擋過(guò)程能夠快捷、平穩(wěn)地進(jìn)行，在換擋過(guò)程中車(chē)速變化平穩(wěn)，乘客無(wú)不舒適感，并且應(yīng)降低動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的動(dòng)載荷，提高動(dòng)力傳動(dòng)系的使用壽命。換擋品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩個(gè)［2-3］:沖擊度和滑摩功。

(1)沖擊度 沖擊度是評(píng)價(jià)汽車(chē)換擋平順性的指標(biāo)，其定義為車(chē)輛縱向加速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中:v為汽車(chē)車(chē)速，m/s;a為汽車(chē)加速度，m/s2。

式(1)表明，沖擊度j與汽車(chē)加速度變化率成正比，加速度變化越快，傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊越大，同時(shí)這也說(shuō)明沖擊度j能較好地反映換擋過(guò)程的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)。沖擊度不僅可反映人對(duì)舒適程度的感覺(jué)，而且可將道路條件引起的彈跳與顛簸加速度以及非換擋操作的影響排除在外，真實(shí)地反映換擋過(guò)程汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)載荷變化以及車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。不同國(guó)家給出了不同的沖擊度限定標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn):j＜10 m/s3，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn):j＜17.64 m/s3。

(2)滑摩功 滑摩功是指離合器主從動(dòng)摩擦片間滑動(dòng)摩擦力矩所做的功，它反映了換擋過(guò)程中離合器滑摩所產(chǎn)生的熱量及磨損。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中:Tc為離合器傳遞扭矩，N·m;ω1為離合器主動(dòng)部分角速度，rad/s;ω2為離合器從動(dòng)部分角速度，rad/s;t1為離合器滑摩開(kāi)始時(shí)間，s;t2為離合器滑摩結(jié)束時(shí)間，s。

滑摩過(guò)程產(chǎn)生的熱被離合器片和油液所吸收，使得離合器片溫度和油液溫度升高，高溫對(duì)摩擦片的壽命以及摩擦系數(shù)都有較大影響，因此在換擋過(guò)程中必須合理控制滑摩功的大小。

3 離合器的扭矩傳遞［4］

在無(wú)接觸狀態(tài)和滑摩狀態(tài)，離合器傳遞扭矩主要由作用到壓盤(pán)的正壓力決定;在離合器同步階段，離合器傳遞的扭矩主要由離合器的扭矩決定。

在滑摩階段，由于輸入力矩影響動(dòng)態(tài)摩擦力矩，定義了輸入力矩影響參數(shù):

則離合器扭矩傳遞特性如下:

式中:Tcs為離合器靜摩擦力矩;μds為離合器動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù);μd為離合器靜摩擦系數(shù);Fn為離合器油壓對(duì)壓盤(pán)的正壓力;Rc為離合器當(dāng)量摩擦半徑。

即在滑摩過(guò)程中離合器所傳遞的扭矩與施加在離合器上的壓力成正比，反之，若已知離合器應(yīng)當(dāng)傳遞的扭矩，稱(chēng)之為離合器的請(qǐng)求扭矩，則可計(jì)算出施加在離合器上的壓力，從而通過(guò)控制程序?qū)崿F(xiàn)換擋過(guò)程中對(duì)離合器交互的控制。

4 離合器分離接合控制策略

在國(guó)內(nèi)大量的理論研究中，都對(duì)動(dòng)力性換擋過(guò)程中2個(gè)離合器傳遞扭矩的變化進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的分析和公式推導(dǎo)整理［5］。以此為基礎(chǔ)，可作為離合器的請(qǐng)求扭矩，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)而制定可行且詳細(xì)的控制策略，并以實(shí)驗(yàn)作為最終檢驗(yàn)和修正手段。圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及離合器請(qǐng)求扭矩變化示意圖。取C1為奇數(shù)離合器;C2為偶數(shù)離合器;Te為發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及離合器請(qǐng)求扭矩變化示意圖

以2擋升3擋為例，詳細(xì)介紹控制方法:

(1)低檔運(yùn)行階段Ⅰ 此階段未進(jìn)行換擋動(dòng)作，離合器的傳遞扭矩不發(fā)生變化，所以施加在離合器上的也保持不變。

(2)低檔轉(zhuǎn)矩階段Ⅱ 離合器C2的請(qǐng)求扭矩在Ⅱ階段開(kāi)始時(shí)刻便降低，值取1.05～1.2倍的Te，此時(shí)離合器的請(qǐng)求扭矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，因而是完全接合未發(fā)生滑摩。

(3)慣性階段Ⅲ 此階段離合器C2的請(qǐng)求扭矩在逐漸減小，至Ⅲ階段結(jié)束時(shí)刻降為0。根據(jù)壓力與扭矩成正比，令施加在離合器C2上的壓力也逐漸降低，離合器C2請(qǐng)求扭矩減少的速率即斜率，設(shè)定Ⅲ階段的持續(xù)時(shí)間為500 ms，從而離合器C2分離速率為每10 ms減少2.1%Te～2.4%Te。由于雙離合器自動(dòng)變速器換擋過(guò)程很短，一般認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩恒定(見(jiàn)圖1)亦可擬定離合器分離為勻速。在離合器C2分離的同時(shí)離合器C1也在緩慢結(jié)合，離合器請(qǐng)求扭矩在該階段比較復(fù)雜是控制的核心和難點(diǎn)。如果上升過(guò)程過(guò)慢，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)“飛車(chē)”，如果上升過(guò)程過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致離合器干涉，發(fā)生“掛雙擋”現(xiàn)象。

(4)高檔轉(zhuǎn)矩階段 離合器C2完全分離，離合器C1仍滑摩，為減小同步時(shí)間，應(yīng)短暫減小節(jié)氣門(mén)開(kāi)度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(5)高檔穩(wěn)定運(yùn)行階段 離合器C1滑摩結(jié)束，換擋動(dòng)作結(jié)束，離合器C1請(qǐng)求扭矩繼續(xù)上升，離合器壓力也持續(xù)增加，為離合器增大扭矩儲(chǔ)備。

5 離合器交互程度實(shí)驗(yàn)

根據(jù)已經(jīng)制定的方法，編寫(xiě)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)修正，調(diào)試離合器壓力取值，得到適合的離合器交互程度。實(shí)驗(yàn)中保持發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)不變，在平坦板油路面實(shí)驗(yàn)，記錄并分析試驗(yàn)結(jié)果。如圖2～4所示。

圖2 離合器交互過(guò)小試驗(yàn)曲線(xiàn)

圖2所示，離合器C2在T1時(shí)刻的請(qǐng)求扭矩為105%Te(點(diǎn)a)，分離速率為每10 ms請(qǐng)求扭矩減小2.1%Te;T2-T1為300 ms。離合器C1請(qǐng)求扭矩由0(點(diǎn)a)升至85%Te(點(diǎn)b)，結(jié)合速率為每10 ms增大2.8%Te，T2-T3階段離合器請(qǐng)求扭矩保持在85%Te。由于b點(diǎn)到c點(diǎn)離合器C1請(qǐng)求扭矩過(guò)小且離合器C2即將分離且扭矩較小，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生“飛車(chē)”現(xiàn)象，雖對(duì)沖擊度造成影響不大，卻大幅度增加了滑磨功。

圖3所示，T1時(shí)刻離合器C2的請(qǐng)求扭矩為110%Te，分離速率為每10 ms減少2.2%Te;T2-T1為250 ms，離合器C1扭矩由T1時(shí)刻的0(點(diǎn)a)上升至100%Te(點(diǎn)b)，結(jié)合速率為4%Te，T2到T3階段離合器C1請(qǐng)求扭矩保持在100%Te。由于離合器C1結(jié)合過(guò)快，導(dǎo)致2個(gè)離合器出現(xiàn)干涉，沖擊度最大達(dá)到8.4 m/s3，嚴(yán)重?fù)p害離合器和影響舒適性換擋品質(zhì)變差，必須竭力避免該現(xiàn)象的發(fā)生。

圖3 離合器交互過(guò)大實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)

如圖4所示，T1時(shí)刻離合器C2的請(qǐng)求扭矩為110%Te，分離速率為2.2%Te;T2-T1為300 ms，b點(diǎn)為90%Te，離合器C1的結(jié)合速率為3%Te，T2到T3時(shí)刻離合器C1請(qǐng)求扭矩保持在90%Te。該取值下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化平穩(wěn)、沖擊度小，最大沖擊度僅2.3 m/s3，符合換擋品質(zhì)的要求。

圖4 離合器合適試驗(yàn)曲線(xiàn)

6 總結(jié)

利用換擋過(guò)程中離合器應(yīng)達(dá)到的扭矩變化即請(qǐng)求扭矩及扭矩傳遞公式，得出離合器壓力的變化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和資料查閱，確定換擋過(guò)程中各數(shù)值的初始范圍，以2擋升3擋為例制定換擋控制策略。編寫(xiě)控制程序，實(shí)車(chē)試驗(yàn)調(diào)試得到適合的值。

本文控制策略與最后取值皆由查閱和試驗(yàn)得出，放棄了繁瑣地理論方法研究，謹(jǐn)以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，驗(yàn)證了控制策略，對(duì)離合器交錯(cuò)程度進(jìn)行了研究。

［1］ 吳佐銘，褚超美，黃明禮.雙離合自動(dòng)變速器技術(shù)研究發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008，11(11):241-243.

［2］ 劉振軍，董小洪，秦大同，等.雙離合器自動(dòng)變速換擋品質(zhì)分析與控制［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33(5):29-34.

［3］ 侯軍海，崔俊杰，張 騰.雙離合自動(dòng)變速換擋過(guò)程的動(dòng)力學(xué)仿真［J］.機(jī)械，2011(11):25-28.

［4］ 馮 巍.DCT起步與換擋特性的仿真方法研究［D］.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2007.

［5］ 謝先平.汽車(chē)自動(dòng)離合器結(jié)合過(guò)程控制策略研究［D］.哈爾濱理工大學(xué)，2008.