改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究.pdf

《改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

汽车制造技术现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2013年第1期改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究马瑾，孙伟，刘国强(装甲兵工程学院机械工程系，北京100072)摘要：分析研究了湿式双离合器自动变速器(wetDCT)的结构组成和工作原理。以一挡升二挡为例对wetDCT换挡过程进行描述。综合分析换挡品质评价指标，提出了改善换挡品质的控制方法，并以大众DQ250型变速器为目标变速器进行换挡过程试验，并对试验结果进行了对比分析。关键词：湿式双离合器自动变速器；换挡品质；换挡试验中图分类号：U463．51文献标志码：A文章编号：1671_3133(2013)01州6珈5ResearchofimprovingwetdoubleclutchtransmissionshiftingqualityMaJin，SunWei．LiuGuoqiang(DepartmentofMechanicalEngineering，AcademyofArmoredForcesEngineering，Beijing100072，China)Abstract：AnalyzedtheworkingprincipleofwetDoubleClutchTransmission(wetDCT)anddescribedtheshiftingprocess．Gen-eralanalyzedtheindexofshiftingqualityevaluating．Advancedthecontrolmethodofimprovingshiftingquality．MakeexperimentsbasedontheVolkswagenDQ250andcomparedtheresultsofexperiments．Keywords：wetDCT；shiftingquality；shiftingexperimentO引言由于双离合器自动变速器(DoubleClutchTrans—mission，DCT)具备高燃油经济性、低排放、良好的舒适性和可继承现有手动变速器生产投资等优点，所以对DCT的研究在我国汽车行业具有现实意义。其中，对于换挡品质研究的重要性日益凸显。对换挡品质评价指标的确定和评价方法改进的研究，都可以为换挡品质评价提供更加真实有效的环境⋯。本文在分析湿式双离合器自动变速器(wetDCT)工作原理的基础上，对换挡过程进行研究，提出了wetDCT换挡品质的改善方法，并进行试验，使该方法得到了验证。1wetDCT的工作原理wetDCT采用两个离合器分别与变速器的两个输入轴相连，一个离合器与变速器的奇数挡输入轴相连，另一个离合器与偶数挡输入轴相连，通过离合器的交替切换完成换挡过程呤J。wetDCT结构示意图如图1所示，wetDCT结构主要包括离合器C1、c2和七个变速器挡位及相应的换挡同步器，以及其他的换挡控制系统和电控单元。其中，离合器C1控制1、3、5和倒挡的动力传输，46输入学哺销铷5挡输出．辔舫砷，芝驴[、白，群力一瀹“4／4输d鲜伴鲜l杉舫劳劳舫一／一自2／／口＼_／Jo＼_输出鲜一。一够力劳一、上／厂H1挡2挡L一4}当3图1wetDCT结构不意图离合器C2控制2、4、6挡的动力传输。在车辆处于停车状态时，两个离合器均分离。车辆起步时，离合器C1结合，初选1挡，车辆开始起步运行。车辆行驶后，变速器电控单元可以根据相关传感器信号判断车辆当前运行状态，进而计算出车辆即将进入运行的挡位，当车辆运行达到换挡点时，只需要将正在工作的离合器分离，同时将另一个离合器结合，配合好两个离合器的切换时序即可方便地实现整个换挡过程。 马瑾，等：改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究2013年第1期车辆继续行驶时，其他挡位的切换过程与上述分析类似。由于在两个离合器的切换过程中只会使发动机动力传递出现一个减弱的过程，而不需要完全切断动力传递，因此，湿式双离合器自动变速器实现的是动力换挡‘3。。2wetDCT换挡过程分析变速器在换挡过程中，一个离合器由结合到滑摩再到分离状态，另一个离合器由分离到滑摩再到结合状态，为了使动力不中断，两个离合器必然存在工作重叠的部分。因此，wetDCT换挡过程即为两个离合器的切换过程，其重点在于对两个离合器的合理控制。以变速器1挡升2挡过程为例，整个换挡过程可分为如下五个阶段HJ。1)低挡稳定运行阶段I：此阶段离合器c1处于结合状态，离合器C2处于分离状态，发动机扭矩全部由离合器C1传递。为了缩短换挡时间，同时给后面阶段提供稳定的离合器压力，避免由于离合器电磁阀开度的大幅度变化所引起的压力波动，在此阶段离合器C1的压力已开始下降并最终稳定在一定压力值附近。2)低挡转矩阶段Ⅱ：在这个阶段，离合器c1的结合压力继续降低，但离合器cl实际传递的负载扭矩仍然小于由摩擦片最大静摩擦力决定的无滑摩时的最大传递扭矩，离合器C1依然处于结合状态。与此同时，离合器c2开始充油，离合器c2的结合压力开始升高，摩擦片开始滑摩。转速和传动比没有剧烈变化，但是扭矩因摩擦片压力的变化开始重新分配。3)惯性阶段Ⅲ：湿式双离合器在低挡转矩阶段结束时，离合器C1的结合压力继续降低，使得离合器C1在无滑摩状态下所能传递的最大扭矩小于实际负载扭矩，最终使离合器cl发生滑摩。此时的离合器C2也处于滑摩状态，各构件的转速和传动比开始发生变化，惯性扭矩作用增强。4)高挡转矩阶段Ⅳ：在此阶段，离合器C1快速泄油，离合器c1的结合压力快速降为零，其所传递的扭矩也降为零，离合器C2仍处于滑摩状态。5)高挡稳定运行阶段V：此阶段离合器c2处于结合状态，Cl处于分离状态，发动机扭矩完全由离合器C2传递。在湿式双离合器自动变速器换挡过程中，低挡稳定运行阶段I以及高挡稳定运行阶段V的运行时间一般很短，常常忽略不计，因而湿式双离合器自动变速器的换挡时间即为低挡转矩阶段II、惯性阶段III、高挡转矩阶段IV的时间之和。3wetDCT换挡品质的控制方法换挡品质用来评价车辆自动变速器换挡过程性能的优劣。3．1换挡品质的评价指标1)冲击度：换挡过程的冲击度_『等于车辆的纵向加速度对时间的导数”J，数学表达式为：．dEvioi。叩dt严孑2薪i式中：秽为车辆行驶速度，m／s；i。为主减速比；ig为挡位传动比；_，7为传动效率；占为旋转质量换算系数；Mo为整车质量，kg；r为车轮半径，m；t为离合器被动部分传递的扭矩，N·rn；f为时间变量。式(1)表明，冲击度，与汽车加速度变化率成正比，加速度变化越快，传动系统冲击度越大，同时冲击度，较好地反映了起步换挡过程的动力学本质。冲击度不仅可以真实地反映人对舒适程度的感觉，而且可以把道路条件引起的弹跳与颠簸加速度，以及非换挡操作的影响排除在外，真实地反映起步换挡过程汽车传动系统载荷变化以及车辆的运动状态。不同国家给出了不同的冲击度限定标准旧J。德国标准：歹<10m／s3；我国标准√<17．64m／s’。2)滑摩功：滑摩功形是指离合器主、从动摩擦片间滑动摩擦力矩做功的大小¨1，其数学表达式为：矽=肛(一¨dt(2)式中：∞。为离合器主动部分角速度，rad／s；to：为离合器从动部分角速度，rad／s；t7。、t’：为摩擦力做功的前后时间点。为减小摩擦片产生的热量对离合器工作的影响，在离合器结合过程中需要控制滑摩功的大小。由式(2)可知，通过控制离合器滑摩时间和转速差，即可达到改变滑摩功的目的。3．2改善换挡品质的控制方法1)离合器扭矩控制。图2所示为换挡过程中发动机扭矩、离合器传递扭矩变化示意图，图2中，阶段I为低挡稳定运行阶段，离合器c1传递扭矩最大值为L。(由变速箱决定)，从t。时刻开始进入换挡，离合器cl传递扭矩下降至点A，处的扭矩乃。，为了防止发动机“飞车”，整个阶段II离合器cl传递的扭矩都应大于发动机扭矩47 2013年第1期现代制造工程(ModemManufacturingEngineefing)kgZ＼壤辑HIⅣV时间／s图2换挡过程中发动机扭矩、离合器传递扭矩变化示意图t；阶段III时离合器C1传递扭矩以一定速率减小，在程序中设定了阶段III运行时间为500ms，因而离合器c1的分离速率为％。／500(N·m／ms)，％。为点日。处的扭矩。与此同时离合器c2的传递扭矩开始以一定速率由点A：增大至点B：，此值为90％t，若点B：的扭矩过小，由于离合器c1的传递扭矩下降，而离合器c2的传递扭矩又不足够大，故两离合器将不能传递全部发动机扭矩，从而导致发动机飞车，这会造成离合器c2同步时间延长，使得滑摩功大大增加；若点B：的扭矩过大，则会使得离合器c2传递扭矩增长过快，此时离合器C1尚未完全脱开，从而导致两离合器干涉，出现“挂双挡”现象，同时点曰：的扭矩过大也会使得发动机转速过度下降，引起发动机转速振荡，使得冲击度增大。通过大量试验测得点曰：的扭矩范围为[90％Z，120％￡]，从而离合器C2的结合速率的变化范围为[0．18％t，0．24％t]。2)离合器压力控制。离合器通过摩擦力传递扭矩，其大小取决于摩擦因数和离合器油缸的压紧油压旧引，其关系如式(3)所示。而车辆换挡品质的优劣与变速器的输入扭矩密切相关，可见，合理地控制换挡过程中两个离合器的油压变化即输入扭矩的变化，能有效改善换挡品质。瓦=争皿z篆罱(3)式中：疋为离合器被动部分传递的扭矩，N·m；P。为离合器活塞作用压力，Pa；／z。为离合器动摩擦因数；S为离合器活塞作用面积，m2；Z为离合器摩擦副数；R为离合器摩擦片外径，m；r为离合器摩擦片内径，m。由式(3)可得：P。=Kt(4)，’／D33、K=1／[争。昭矧]48若忽略温度对离合器摩擦因数的影响，则在换挡过程中离合器的压力与其所传递的扭矩成正比，因而在换挡过程中两离合器压力的变化曲线应与扭矩变化曲线相似，如图3所示。h皇＼R茸i／-飞离合器C1：产离合器c2—U厂———一—～]＼．图3换挡过程中离合器压力变化曲线根据上述分析，编写离合器结合与分离的控制程序框图如图4所示。控制程序中扭矩计算模块根据油门踏板位置信号、目标挡位信号、发动机扭矩以及当前离合器所传递的扭矩，来计算下一时刻离合器应当传递的扭矩。根据式(4)即可计算出传递这些扭矩所需的离合器压力，根据这个压力值，通过相关的控制程序，调整控制系统中输出控制信号的PWM值的占空比，从而合理地控制离合器的高速开关阀，实现对离合器的控制。图4离合器结合与分离的控制程序框图4试验验证4．1wetDCT控制系统硬件设计本试验是以大众DQ250型变速器为目标变速器进行的，根据实际需要，系统设计的试验控制器结构原理框图如图5所示¨⋯。该控制器包括TMS320F28xx系列DSP控制处理器、电磁阀驱动模块、CAN通讯总线和电源模块；控制系统用霍尔传感器采集车速、发动机转速，以及变速箱输人轴1和输入轴2的转速脉冲信号， 马瑾，等：改善湿式双离合器自动变速器换挡品质的研究2013年第1期经TMS320F28xx单元捕获后，传送至DSP控制处理器；用压力传感器采集的离合器结合压力信号，温度传感器采集的机油温度信号，位移传感器采集的油门踏板信号，经TMS320F28xx处理器的A／D转换器进行采样后，传送至DSP控制处理器；车辆状态的其他信息通过相应的传感器采集后输入TMS320F28xx通用数字I／O口进行处理。DSP控制处理器根据采集的信号及系统的换挡逻辑输出控制信号，驱动电磁阀模块，使湿式双离合器、变速箱选挡机构执行相应的动作，实现自动换挡控制。图5试验控制器结构原理框图4．2试验结果及分析根据制定出的离合器控制策略，在平坦路面、轻载状态下反复进行1挡升2挡试验，记录并分析试验结果。图6所示为离合器交错合理的试验曲线。其中图6a所示为离合器传递扭矩、发动机实际扭矩以及节气门开度曲线；图6b所示为离合器实际压力曲线，图6c所示为发动机转速与输出轴转速曲线，图6d所示为冲击度曲线。如图6a所示，离合器C2的传递扭矩曲线与发动机扭矩曲线交于点日：，故点曰：的扭矩为100％t，因而计算得到离合器C2结合速率为0．2％t。由图6c可以看出，发动机转速变化平稳无振荡，由图6d可知，整个换挡过程最大冲击度为4．2m／s3，换挡时间为1．1s(见图6a中tl～t4)。图7所示为离合器交错过少的试验曲线。如图7a所示，离合器c2的传递扭矩下降至点B：，仅为40％t，因而结合速率为0．08％E，由图7c所示可知，发动机出现了“飞车”，这使得离合器同步时间延长，大大增加了滑摩功。由图7d所示可知，换挡过程中最大冲击度为■《．o＼o崮穗已Ⅱ艇2时间／sa)离合器传递扭矩、发动机实际扭矩、节气门开度吾呈言1夏霎惹o《时间／sb)离合器实际压力(交错点离合器压力为4bar)时间／sC)发动机转速及输出轴转速，置g三＼吲磐暴毛舞时l司／sd)冲击度(最大冲击度为4．2m／s3)图6离合器交错合理的试验曲线2．8m／s3，换挡时间为1．5s(见图7a中t。一￡。)。比较以上两种条件下的试验结果，由图6a、图7a49 2013年第1期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)503晕2Z岜》2×1景爨0■喇D＼o崮黯≈Ⅱ裰10080604020O时间／sa)离合器传递扭矩、发动机实际扭矩、节气门开度122吾!著，支裂惹。熟8402时间／sb)离合器实际压力(交错点离合器压力为3．5bar)时间／sC)发动机转速及输出轴转速时间／sd)冲击度(最大冲击度为2．8m／s3)图7离合器交错过少的试验曲线，ag‘<瑙婢舞丑集所示可知，发动机动力始终没有中断，真正实现了动力性换挡。由图6d、图7d所示可知，冲击度均小于lOm／s3满足要求(国标为<17．54m／s3)。尽管第二种情况的冲击度比第一种情况要小，发动机转速却达到2000r／min，这使得滑摩功上升，同样影响了换挡品质，因而第二种条件是不可取的。离合器结合速率为0．2％t(对应点B：的扭矩为100％t)是比较理想的控制条件，若结合速率增加到大于0．24％Z(对应点B：扭矩为120％t)就会出现“挂双挡”现象，而“挂双挡”对离合器损害较大。5结语wetDCT换挡品质的影响因素很多，本文在理论分析的基础上，通过软件编程，从快速性和平稳性两个角度出发，控制离合器结合、分离过程，并进行了试验验证。试验结果表明，合理控制两个离合器结合时间、结合速率，可以有效地改善离合器的换挡品质。参考文献：[1]牛铭奎．双离合器式自动变速器的开发与研究[D]．长春：吉林大学，2003．[2]葛安林．车辆自动变速器理论与设计[M]．北京：机械工业出版社，1993．[3]葛安林．自动变速器综述(一)[J]．汽车技术，2001(5)．[4]陈伟，桂鹏程，翁晓明，等．双离合自动变速器顺序换挡控制过程研究[J]．合肥工业大学学报：自然科学版。2009，11(32)：171—174．[5]张德顺．AMT系统起步和换挡过程的动态仿真及换挡品质的动态控制[D]．长春：吉林工业大学，1995．[6]张世义，李光辉．双离合器自动变速汽车起步模糊控制研究[J]．重庆交通大学学报：自然科学版，2009，28(4)．[7]金伦，程秀生，孙俐．双离合器自动变速器仿真研究[J]．汽车工程，2005(8)：4—7．[8]牛铭奎，程秀生，高炳钊，等．双离合器自动变速器换挡特性的研究[J]．汽车工程，2004，26(4)：453—457．[9]何忠波．基于驾驶员意图的AMT车辆控制研究[J]．军械工程学院学报，2005，17(3)：24—28．[10]刘国强，孙伟，陈德民，等．双离合器自动变速器控制系统中高速电磁阀特性分析及其控制研究[J]．液压与气动，2011(2)：48—51．作者简介：马瑾，硕士，讲师。E·mail：majinlfbj@163．com收稿日期：2012-02-28