再起步前濕式離合器扭矩遲滯自適應方法

胡志濤 范建凱 謝立臣 叢強 孔維振

（1.蜂巢傳動科技河北有限公司，保定 071000；2.北京空間機電研究所，北京 100094）

主題詞濕式離合器 怠速抖動 扭矩遲滯 自適應

1 前言

離合器的接合壓力對起步有重要影響：接合壓力小，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強，離合器抖振強度減弱；接合壓力大，有利于減小起步過程中的滑磨功，但接合時容易出現(xiàn)沖擊。為此，文獻[1]～文獻[3]綜合考慮離合器空行程、起步響應、壽命等因素，提出了離合器接合壓力設計方法。劉小川等人將離合器接合過程分為擠壓、壓緊、全粗糙接觸3 個階段，具體探討了不同階段離合器接合壓力的特點并指出其對起步的影響。為進一步減少起步?jīng)_擊，劉海鷗等人提出自適應控制策略，進而控制離合器到達既定目標壓力的接合速度。楊立昆通過建立接合過程的動力學模型，指出先快后慢的接合速度能夠在一定程度上抑制離合器振顫現(xiàn)象。

離合器遲滯現(xiàn)象使得對離合器的控制難度進一步增加，表現(xiàn)為離合器接合時同一接合壓力下，難以達到理想扭矩，離合器分離時同一壓力下，離合器難以及時分離、及時卸載。文獻[8]指出：與怠速相比，發(fā)動機轉速增加時，離合器的最大分離力、遲滯力降低；相較于常溫，低溫下遲滯力較高；生命周期末期的離合器遲滯力明顯增加。為改善這一問題，閆濤確認了經(jīng)過Dither標定的控制閥可以獲得較好的壓力輸出性能，提高離合器傳遞扭矩的控制精度。謝先平通過位置傳感器來檢測離合器的接合位置，提出一種專家PID 控制方法，實現(xiàn)了離合器目標位置的準確跟蹤，進而準確實現(xiàn)了離合器的接合、分離。

綜上，鑒于批量生產(chǎn)的離合器扭矩遲滯的散差現(xiàn)象、遲滯力受轉速及溫度的影響、遲滯力在離合器生命周期中的變化等不穩(wěn)定因素的存在，實際上很難用一版標定數(shù)據(jù)覆蓋以上因素的影響。本文通過實時監(jiān)測發(fā)動機與離合器的扭矩差，設計控制策略識別再起步前的工況，實現(xiàn)對離合器接合壓力的及時補償，以緩解扭矩遲滯造成的抖動現(xiàn)象。

2 離合器扭矩遲滯原理

圖1 顯示了扭矩遲滯對離合器接合和分離的影響原理。

圖1 離合器扭矩遲滯示意

其中：Δ為離合器壽命中某階段同一壓力下接合與分離時的扭矩差，即扭矩遲滯；為離合器半接合點壓力（Pressure of Kiss Point），理論上為扭矩為零時對應的壓力，工程中為實現(xiàn)觀測及策略設計，其取值范圍一般為0～5 N·m。離合器在初次起步前或制動停止后再起步前，為降低發(fā)動機負載、減少怠速抖動，同時盡可能提高接合壓力以降低再起步時的滑磨功，策略上離合器目標壓力多設計為。由圖1 可知，對于理論扭矩壓力曲線，接合過程和分離過程對應的扭矩均為，實際上由于離合器扭矩壓力特性受滑磨轉速、壽命狀態(tài)、裝配誤差等因素影響，其扭矩壓力曲線會不同程度地區(qū)別于理想曲線，表現(xiàn)出扭矩遲滯現(xiàn)象。為此，離合器接合時為使扭矩達到，軟件策略需設計正向補償；同樣地，離合器分離時，軟件策略需設計負向補償。

3 扭矩遲滯自適應策略設計

3.1 自適應策略架構

本文使用MATLAB、TargetLink 軟件實現(xiàn)相應架構和邏輯。扭矩遲滯自適應整體架構如圖2所示。

圖2 扭矩遲滯自適應架構

自適應策略主要包括3個部分，即監(jiān)測自適應前提條件的模塊和2 個離合器扭矩遲滯自適應模塊。前提條件滿足后將分別激活2 個離合器扭矩遲滯自適應模塊，若前提條件不再滿足，將失活并重置自適應補償。

3.2 自適應前提條件監(jiān)測模塊設計

圖3 所示為子系統(tǒng)自適應前提條件監(jiān)測模塊。其中：Bit0為功能開關，用于整車聯(lián)調(diào)時有選擇地開啟/關閉自適應功能，進而實現(xiàn)變量的單獨控制，以進行不同功能的逐一調(diào)試；Bit1 對制動狀態(tài)進行實時監(jiān)測，用于判斷再起步前是否存在制動指令；Bit2通過車速梯度判斷再起步前車輛是否已經(jīng)處于減速狀態(tài)，當Bit2 為真，Q（處于減速狀態(tài)標志位）為真，制動狀態(tài)不再成立或換擋桿為N擋或P擋位置時，將重置Q，即當監(jiān)測到駕駛意圖為蠕動、再起步、P 擋或N 擋怠速時，重置自適應補償，以快速實現(xiàn)蠕動或再起步；Bit3、Bit4 分別對2 個離合器的軸速、離合器主狀態(tài)進行判斷，以進一步判斷再起步前的工況；Bit5、Bit7 分別監(jiān)測離合器壓力、發(fā)動機扭矩的穩(wěn)定性，可通過監(jiān)測約定采樣周期內(nèi)的波動量實現(xiàn)，一般在硬件無故障時，穩(wěn)定性均能滿足；Bit6用于判斷當前處于工作狀態(tài)的離合器為奇數(shù)擋離合器或偶數(shù)擋離合器；Bit8 用于判斷離合器傳感器是否存在故障；Bit9用于標定允許自適應激活時的溫度范圍，該范圍與硬件遲滯受油溫影響的程度有關。通過設計標定量，可以依據(jù)需求選擇具體哪些標志位成立，才能激活奇數(shù)或偶數(shù)擋離合器自適應模塊。圖3 中：Bit2 成立時，S（設置）成立，Q 成立；當制動狀態(tài)為OFF 或換擋桿處于N/P時將觸發(fā)R（重置），此時Q不成立；若S、R均不成立時，Q維持上一時刻值。

圖3 自適應前提條件監(jiān)測模塊的設計

3.3 自適應模塊設計

圖4所示為自適應被激活后的具體流程，主要分為4 個狀態(tài)：初始化、判斷、自適應、完成。初始化狀態(tài)下壓力補償初始化為0，標志位及計數(shù)器均初始化為0；進入判斷狀態(tài)后，標志位置1，此處設計可標定的緩沖時間，用于判斷并計算相對穩(wěn)定的扭矩差Δ，隨后，判斷扭矩差是否大于設定值，若為真則進入自適應狀態(tài)，否則進入完成狀態(tài)，其現(xiàn)實意義為：若存在多于離合器請求扭矩的負載作用于發(fā)動機端，將繼續(xù)進行遲滯自適應，直至扭矩差小于設定值，反之，認為此次不需額外遲滯補償，跳轉至完成狀態(tài)。

圖4 離合器扭矩遲滯自適應流程

圖4 中：為自適應最終壓力補償量；、、分別為判斷狀態(tài)、自適應狀態(tài)、自適應延時狀態(tài)的計時器；為所在子狀態(tài)的計數(shù)器；為判定狀態(tài)的時長；為延時狀態(tài)的時長；為自適應狀態(tài)的時長；為自適應時單次壓力補償量；為退出或進入自適應狀態(tài)的扭矩差界定值；為過濾后發(fā)動機扭矩；為當前離合器目標扭矩。

進入自適應狀態(tài)后，隨即判斷是否進入自適應延時狀態(tài)，若此時判定為狀態(tài)內(nèi)首次自適應，將直接跳出自適應延時狀態(tài)，快速判斷扭矩差并給予單次補償，否則延長以計算穩(wěn)定的扭矩差，再判斷扭矩差進而實施補償。整個過程中若扭矩差小于設定值，或自適應狀態(tài)超時，均直接退出自適應進入完成狀態(tài)，進而更新標志位。

4 實車測試與驗證

所述自適應方法適用于搭載濕式雙離合變速器的所有車輛，不依賴于環(huán)境。本文選取搭載濕式雙離合變速器的試驗車輛進行實車測試，選取空曠道路，在常溫下起動、起步、制動停止、再次起步，采用Vector 公司的測試設備Canape-1630A采集并分析數(shù)據(jù)。

以下測試選擇全部標志位成立時，才能激活具體自適應模塊。部分標定參數(shù)設計如表1所示，環(huán)境溫度為25 ℃，硬件狀態(tài)穩(wěn)定（認為Bit9、Bit8、Bit7、Bit5已滿足）。

表1 部分標定參數(shù)設計

測試結果如圖5 所示，軸速變化過程顯示了車輛由駕駛狀態(tài)到制動停止的過程：當主動離合器軸速小于設定值時，Bit3 滿足；在此之前，策略通過車速梯度及制動壓力變化，預判出車輛處于減速狀態(tài)進而Bit2、Bit1 滿足；在由2 擋降至1 擋后，工作離合器軸由偶數(shù)變?yōu)槠鏀?shù)時，Bit6 滿足；當離合器主狀態(tài)由蠕行換擋變?yōu)槿湫袝r，Bit4 滿足，至此，所有前提條件滿足，進入自適應狀態(tài)（圖中時刻），隨后進入判斷狀態(tài)，并更新扭矩差。此外，在時刻前，實際離合器壓力等于，但是扭矩差卻在上升，這是扭矩遲滯的表現(xiàn)，表明有額外負載作用到發(fā)動機端，如果不能及時準確卸載該負載，將發(fā)生怠速抖動，油耗增加；進入自適應狀態(tài)后，策略依據(jù)動態(tài)扭矩差，持續(xù)給予壓力補償，直到時刻，扭矩差小于，時刻額外負載被完全卸載。由圖5 可知，4 s 后，由于換擋桿由D 進入P 擋導致Bit2 不再滿足（圖中標記為Bit2′），策略結束，重置補償量。同樣地，當策略判斷任一前提條件不滿足時，策略都將重置補償。例如，檢測到松制動踏板信息時，Bit1 將被置0，策略能夠及時重置補償，以保證接合壓力，促進快速再起步或蠕行。

圖5 扭矩遲滯自適應實車測試（奇數(shù)離合器為例）

5 結束語

本文依據(jù)發(fā)動機、離合器扭矩差設計控制策略，實現(xiàn)了再起步前工況的識別，通過自適應實現(xiàn)壓力補償進而減少扭矩遲滯造成的怠速抖動現(xiàn)象。該自適應策略為進一步提高離合器正向接合壓力提供了可能，降低了對硬件遲滯標準的過高要求，有利于降低硬件成本。