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干式双离合自动变速器起步过程离合器控制的研究

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干式双离合自动变速器起步过程离合器控制的研究干式双离合自动变速器起步过程离合器控制的研究 文章编号:1004-2539(2011)10-0077-04 孙 伟 于德泽 杨永利 华玉龙 (装甲兵工程学院机械工程系, 北京 100072) 摘要 针对干式双离合自动变速器的结构特点,在充分研究其离 合器控制特点的基础上,分析了起步过程,提出了起步过程评价指标和 离合器两种控制方式,并以大众DQ200为目标离合器进行起步试验研 究,通过比较分析试验结论,得出比较理想的起步控制策略。 关键词 干式双离合器 离合器控制 起步试验 StudyonClutchControl...
干式双离合自动变速器起步过程离合器控制的研究
干式双离合自动变速器起步过程离合器控制的研究 文章编号:1004-2539(2011)10-0077-04 孙 伟 于德泽 杨永利 华玉龙 (装甲兵工程学院机械工程系, 北京 100072) 摘要 针对干式双离合自动变速器的结构特点,在充分研究其离 合器控制特点的基础上,了起步过程,提出了起步过程指标和 离合器两种控制方式,并以大众DQ200为目标离合器进行起步试验研 究,通过比较分析试验结论,得出比较理想的起步控制策略。 关键词 干式双离合器 离合器控制 起步试验 StudyonClutchControlintheCourseofStart basedonDryDualClutchTransmission SunWei YuDeze YangYongli HuaYulong (DepartmentofMechanicalEngineering,AcademyofArmoredForcesEngineering,Beijing100072,China) Abstract BasedonstudyontheclutchcontrolaccordingtothestructurecharacteristicsofdryDCT.Itanalysestheprocessofstartingisanalyzed.Theindexofevaluatingandtwomethodsofclutchcontrolarepresented.Aexper-imentbasingontheVolkswagenDQ200ismade,theresultsofexperimentisanalyzedandbettercontrolmethodisob-tained. ——————————————————————————————————————————————— Keywords DryDCT Clutchcontrol Startingexperiment 真实反应人对换挡冲击的感受。 2 i0igGdTcj==0rdtdt 式中 i0)))主减速比 ig)))挡位传动比 G)))传动效率 D)))旋转质量换算系数M0)))整车质量 r)))车轮半径 Tc)))离合器被动部分传递转矩 由式(1)可以看出,冲击度可以由输出转矩的变化率来示。1.2 滑摩功 滑摩功是指主从动摩擦片间滑动摩擦力做功的大小。反应了离合器接合过程中产生的磨损,滑摩功越大,将缩短离合器的使用寿命。 W= 0 引言 双离合器自动变速器是当前最先进的自动变速器,分为干式和湿式两种。本文中是以干式双离合器自动变速器作为研究对象。 干式双离合自动变速器核心和难点是起步过程中离合器的控制,其控制目标既要保证车辆起步过程的平顺性,防止冲击度过大,保证发动机稳定运转,又要保证起步过程的快捷性。我们将介绍离合器两种控制方法,并通过编写起步控制程序进行试验验证,获得较好的控制方——————————————————————————————————————————————— 式。 [1] (1) 1 起步过程评价指标 车辆起步的离合器控制是根据路况和驾驶员的意图,合理控制离合器的接合过程。离合器的控制应满足:避免发动机熄火,避免使乘员产生不舒服的抖动和冲击,避免传动系统产生过大的动载荷,延长离合器的寿命等条件[2]。 起步性能的评价指标一般为冲击度和滑摩功[3]。1.1 冲击度 QT(X-t2t1 c 1 X2)dt(2) 式中 X1)))离合器主动部分角速度 X2)))离合器从动部分角速度 , 78 机械传动 2011年 在试验过程中可以滑摩时间来表示滑摩功。 要减小冲击度,必然要通过离合器的滑摩来实现,存在转速差的条件下,如果滑摩时间越长,滑摩功越大,对离合器损害越大。在起步过程中,如何平衡这两个互相矛盾的指标,是离合器控制的关键[4]。 ——————————————————————————————————————————————— 图中符号的意义为 Te)))发动机输出转矩即离合器输入转矩Tc1)))离合器C1传递的转矩Xe)))发动机曲轴的角速度Xc1)))离合器C1从动部分的角速度Ie)))发动机及离合器主动部分的转动惯量Ic1)))离合器C1从动部分及相关联动部分的转动惯量TO)))变速箱输出转矩 (1)空行程阶段 该阶段主要消除离合器主从动摩擦片间的间隙,离合器不传递转矩 TO=Tc1=0Xc1=0 (2)滑摩阶段 此阶段离合器产生滑摩,开始传递转矩,随着离合器接合位移的增大,传递转矩逐渐变大,直到超过起步过程的阻力矩,汽车开始起步。 Te-Tc1=Ie dXedt 2 起步过程分析 2.1 干式离合器接合位移与传递转矩的关系 干式双离合器自动变速器的控制系统安装在变速器的外壳上,在其内部,电子控制单元和电液控制单元集成在一起。电子控制单元接受传感器和其他控制单元的信号,然后通过对油路和电磁阀的控制,从而控制离合器实现相应档位的切换。其中离合器的传感器采集的信号是频率为2000Hz的脉冲信号,离合器的位移变化,脉冲信号的脉宽大小发生相应的变化,因此脉宽值或占空比即可代表离合器的位移。控制离合器的电磁阀为比例流量阀,通过改变比例流量阀的开度来控制——————————————————————————————————————————————— 油路中压力大小,进而控制离合器的位置。 我们通过试验大体标定了离合器接合位移和传递转矩的关系曲线,如图1所示,试验中发动机输出转矩和阻力矩保持不变。分析出离合器接合过程中的几个阶段, 从而制定相应的控制策略。 dXc1dt (3)同步阶段 此阶段离合器主从动部分转速Tc1-TO/i1=Ic1 差为零,滑摩停止离合器继续接合。离合器所传递的转矩基本保持不变,大小取决于发动机的输出转矩和阻力矩。 Te-Tc1=(Ie+Ic1) dXc1dt 3 起步过程离合器控制策略 从图1可以看出,在干式离合器接合过程中,空行程阶段不传递转矩,滑摩阶段传递转矩逐渐增大,同步阶段传递转矩保持不变,取决于发动机输出转矩和阻力矩。因此起步过程离合器的控制策略是空行程阶段 图1 离合器接合位移和传递转矩关系曲线 由图1可以看出在干式离合器接合过程中可以分为3个阶段,空行程阶段a~b,滑摩阶段b~c,同步阶段c点以后(空行程阶段对于干式离合器来说比较小,离合器的起始位置占空比为15)。2.2 起步过程动力学分析 一般起步过程是由单一离合器完成的,为了便于分析,建立了起步——————————————————————————————————————————————— 过程简化模型 [5] 快速接合,滑摩阶段缓慢接合,同步阶段迅速接合,其中控制重点是滑摩阶段对离合器接合压力和接合速度的控制。 对于干式离合器来说,离合器控制的难点在于对离合器电磁阀的控制。与湿式离合器不同,干式离合器电磁阀的每一开度不能迅速精确定位离合器的位置,当离合器电磁阀设定某一开度时,离合器的位移是不能固定的。所以对于实现离合器3个阶段的控制比较困难,我们通过大量试验摸索确立两种比较合理的离合器接合控制方法。 (1)以离合器接合位移信号占空比为控制对象来控制离合器接合。由于干式离合器电磁阀的特性,必须通过建立一个监控程序来保证离合器接合位置的精 。 图2 起步过程简化模型 调节离合器滑摩阶段接合压力和接合速度,从而使冲击度和滑摩功达到比较理想的状态,实现较好地起步品质。图3为以这种离合器控制方式一挡起步得出的 试验数据。 设立了监控程序,一挡离合器在接合过程中,出现了往返摆动的现象。由于干式离合器的接合是通过摩擦片的直接滑摩,散热性较差,容易使离合器烧结,而且离合器往返摆动也对摩擦片造成很大损害,使摩擦片使用寿命下降[7]。 ——————————————————————————————————————————————— 两种控制方法都具有一定实用性,从理论上来说,第一种控制方法更能直接反应离合器接合过程中传递转矩的变化,试验效果也符合起步过程分析中提出的/快慢快03个阶段的要求。第二种起步控制方法比较简单,程序中也易于实现,只是针对离合器电磁阀进行直接控制,主要是控制起步过程滑摩阶段的接合速度和压力。但由于干式离合器电磁阀自身的特性,第一 图3 以离合器接合位移占空比为控制对象的控制方式起步 种控制方法在程序中比较难于实现,容易出现故障,而且通过实际试验效果看第一种控制方法对离合器损害比较严重。第二种控制方法的冲击度较小,离合器使用寿命更长,起步品质较好。 基于对离合器使用寿命和控制程序实现方法的考虑,从工程实践的角度,在本文试验中我们选用以离合器电磁阀为控制对象的方式起步。 基于以上研究,我们编写了基于Matlab/Stateflow的起步控制程序,具体控制步骤如下:1程序进行初始化,判断车辆运行是否正常;o运行不正常,进入故障状态,复位程序重新开始;?运行正常,进入中心等待状态;?接受起步命令,踩紧制动踏板,开启一挡电磁阀,推动换挡拨叉,挂上一挡;?轻踩油门踏板,开始接合一挡离合器;?设定一挡离合器电磁阀开度为50%~60%,离合器以合适的速度接合,车辆平稳起步;?判断车辆起步是否正常完成,运行正常,程序进入中心等待状态,运行不正常,程序进入故障状态,复位程序重新开始。 在该方法中,最关键的步骤是对离合器电磁阀开度的设定,不同的——————————————————————————————————————————————— 开度就决定着离合器以不同的速度和压力进行接合,从而影响起步品质。 由图3可以看出整个接合过程呈现一种/快慢快0的过程,即空行程和同步阶段接合速度快,滑摩阶段接合速度慢[6]。输出轴转矩的变化主要发生在滑摩阶段,转矩变化率135m/s3,起步时间为1.7s,起步品质基本符合要求。 (2)直接以离合器电磁阀为控制对象控制离合器接合。通过改变接合离合器电磁阀的开度来控制离合器接合快慢和接合压力的大小。这种控制方式比较直接,对离合器接合过程3个阶段的快慢快控制不是很明显,但是由于离合器接合过程中空行程阶段比较小,同步阶段不影响输出轴转矩的变化。因此通过直接控制离合器电磁阀可以有效控制滑摩阶段的接合速度和接合压力,可以取得比较理想的起步品质。图4为以 此种离合器控制方式一挡起步得出的试验数据。 4 试验研究 图4 以离合器电磁阀为控制对象的控制方式起步 由图4可以看出以离合器电磁阀为控制对象的起步方式,离合器接合过程的3个阶段不是很明显。输出轴转矩变化主要发生在滑摩的开始阶段,转矩变化率120m/s3,起步时间为2s,起步品质也符合要求。通过对以上两种起步控制方式的试验分析,可以得出在起步时间即滑摩功方面,两种方法基本一样,但控制转矩变化率大小即冲击度方面,第二种控制方式效果更为理想。由图3可看出第一种起步方式,由于 ——————————————————————————————————————————————— 在理论研究的基础上,我们设计了DSP为控制系统核心的起步过程试验台架,如图5所示。 基于NI数据采集卡及LabView设计了实时数据采集程序,采集试验台运行过程中的关键数据包括变速器输出转速、转矩,双离合器C1、C2位置信号,将采集到的数据存入到Excel表格中。试验结束后对试验数据进行分析处理,以便改变起步控制策略参数进行下一次试验,直到得出比较理想的起步试验结果。 以大众DQ200为目标变速器,改变控制程序中的, 80 机械传动 2011年 起步品质的两个因素,得出合理的起步过程离合器控制程序。以下为不同情况下的试验结果。 由图6可以看出如果滑摩阶段,控制程序中电磁阀开度设定过大,离合器接合过快,导致输出轴转矩变化率过大,造成冲击度过大,使起步品质较差,影响乘 员乘车的舒适性。 最终得出理想的起步控制策略, 为后续研究做好准备。 图7 离合器接合过慢 5 结束语 影响起步品质的因素比较多,由于试验条件有限,我们只是针对起步过程中离合器控制这一方面进行分 ——————————————————————————————————————————————— 1试验用发动机 2变速器输入转矩转速测量仪 3干式双离合器自动变速箱 4变速器输出转矩转速测量仪 5电涡流测功机-CMU3A 6磁粉制动器-CZ100 图5 试验台架 析,重点是通过编写起步控制程序和搭建了试验台架进行试验研究,使理论研究更具有实践意义。在以后的研究中对于离合器的第一种控制方法和影响起步品质的其他因素,仍需要深入研究,以得出控制效果更为理想的控制方法。 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,2003:33-34. [2] 周凡华.汽车自动变速器(AT)换挡品质研究[D].上海:同济大 学,2004:20-21. [3] 葛安林.自动变速器综述(一)[J].汽车技术2001(5):1-3.[4] 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 图6 离合器接合过快 态控制[D].长春:吉林工业大学,1995:14-15. [5] 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. [6] 赵志强,周云山,曹成龙.双离合器自动变速器建模与起步仿真分 析[J].现代制造工程,2009(7):120-124. [7] 程秀生,冯巍,陆中华,等.湿式离合器自动变速器起步控制[J]. 江苏大学学报,2010,31(4):145-149.收稿日期:20110321 作者简介:孙伟(1969-),男,山东阳谷人,博士,副教授 由图7可以看出,如果滑摩阶段离合器电磁阀开度设定过小,离合器接合过慢,虽然输出轴转矩变化率较小,但导致滑摩时间过长,滑摩功过大,产生大量热量,也对摩擦片造成损害。 分析得知,随着起步控制程序中参数的改变,滑摩阶段离合器接合压力也相应改变,得出的冲击度和滑摩功也不同。通过试验,不断修改起步控制程序的参数, ———————————————————————————————————————————————
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