通過EMS增扭解決DCT升擋頓挫的控制方法

何育敏

摘要：雙離合變速器在升當(dāng)過程中，不同擋位之間存在速比差，在升擋過程的扭矩交換階段，傳遞到車輛車輪端的扭矩會(huì)明顯變小。因換擋過程短暫，導(dǎo)致在換擋過程中整車縱向加速度突然減小，進(jìn)而引發(fā)升擋過程整車頓挫、不平順。TCU在換擋過程中通過CAN總線向EMS發(fā)送增扭請(qǐng)求，可以有效補(bǔ)償因不同擋位速比差、能量損失導(dǎo)致的升擋過程換擋頓挫?？梢杂行Ц纳齐p離合變速器的升擋平順性，繼而提升整車駕駛品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：雙離合變速器;TCU;換擋平順性;扭矩交換;CAN

0 ?引言

雙離合變速器作為汽車動(dòng)力總成的重要組成部分，因其換擋過程無動(dòng)力中斷、傳遞效率高等特點(diǎn)，得到越來越多的汽車廠家青睞。自動(dòng)擋車型的換擋品質(zhì)作為評(píng)價(jià)主觀駕駛感受的重要參考指標(biāo)，通過提高換擋過程的平順性，可以有效提升整車的主觀駕駛體驗(yàn)。

TCU作為自動(dòng)變速器的控制模塊，其主要作用是通過CAN總線與其他相關(guān)模塊進(jìn)行交互，獲取車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板開度等信號(hào)，識(shí)別駕駛員意圖并最終實(shí)現(xiàn)整車的自動(dòng)升降擋功能。本文通過對(duì)雙離合變速器換擋過程的深入分析，闡述了一種通過對(duì)升擋過程扭矩交換階段進(jìn)行增扭解決升擋過程頓挫感方法，并通過對(duì)比論證了方法的有效性?？梢杂行Ц纳齐p離合變速器的升擋品質(zhì)，使客戶獲得更好的駕駛體驗(yàn)。

1 ?雙離合變速器的換擋原理及過程

雙離合自動(dòng)變速器的換擋是依據(jù)車速、加速踏板開度而定的，是關(guān)于擋位、車速、油門開度的MAP圖，通常稱為換擋圖譜。如圖1是某搭載1.5TD-7DCT的車型，以30%加速踏板開度從靜止開始加速的升擋過程。

①車輛處于靜止，駕駛員踩下加速踏板至30%開度，并保持踏板開度;車輛從靜止開始加速;

②當(dāng)車速達(dá)到11.4km/h時(shí)，觸發(fā)1擋升2擋，此時(shí)目標(biāo)擋位為2擋，實(shí)際擋位為1擋，換擋完成后，實(shí)際擋位與目標(biāo)擋位相同，均為2擋;

③隨著車速的增加，當(dāng)車速到達(dá)21.7km/h時(shí)，觸發(fā)2擋升3擋，過程與1擋升2擋類似。

其他加速踏板開度的升擋過程與上述30%開度類似，當(dāng)所有踏板開度的升擋點(diǎn)確定后，整車的換擋圖譜（升擋圖）即確定。升擋點(diǎn)設(shè)計(jì)的合理性與整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性關(guān)系密切，因此換擋MAP圖需要根據(jù)車輛駕駛性與經(jīng)濟(jì)性綜合考慮確定。

換擋過程通常劃分為如下四個(gè)階段，即預(yù)換擋階段、預(yù)充油階段、扭矩交換階段、轉(zhuǎn)速同步階段。如圖2所示，車輛以30%油門開度從靜止加速、1擋升2擋的過程。

①預(yù)換擋階段。當(dāng)車速到達(dá)1擋升2擋的時(shí)刻，觸發(fā)目標(biāo)擋位從1擋變?yōu)?擋，TCU驅(qū)動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)，使2擋同步器結(jié)合，完成2擋預(yù)掛擋，使2軸的轉(zhuǎn)速與2擋轉(zhuǎn)速相同。

②預(yù)充油階段。完成預(yù)掛擋后，TCU開始控制液壓系統(tǒng)對(duì)離合器2進(jìn)行預(yù)充油，并逐漸使離合器2到達(dá)半結(jié)合點(diǎn)。此階段，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩依然完全由離合器1傳遞。

③扭矩交換階段。完成預(yù)充油后，TCU控制變速器開始進(jìn)行扭矩交換，離合器1壓力逐漸降低、離合器2壓力逐漸升高。該過程屬于動(dòng)態(tài)耦合過程，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩從剛開始的完全由離合器1傳遞，逐漸變?yōu)殡x合器1、離合器1共同傳遞，并最終完全由離合器2傳遞。

④轉(zhuǎn)速同步階段。完成扭矩交換后，TCU通過發(fā)送降扭請(qǐng)求，控制換擋機(jī)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與2擋輸入軸轉(zhuǎn)速相同，最終完成1擋升2擋的操作。

2 ?換擋頓挫產(chǎn)生的原因

換擋的頓挫感主要是由于換擋過程中，動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)至車輪端的輸出過程不線性，導(dǎo)致車輛縱向加速度產(chǎn)生掉坑、突變，進(jìn)而傳遞到整車被駕駛員感知。通?？梢杂每v向加速度信號(hào)的平滑程度來表征車輛換擋過程的平順性。如圖3所示，車輛在30%恒定油門開度加速度過程的加速度表現(xiàn)?？梢钥闯?，在每次升擋的過程，加速度信號(hào)有明顯的跌坑，駕駛員在升擋過程將感覺到車輛有明顯頓挫。

通過進(jìn)一步分析可知，升擋過程的加速度跌坑發(fā)生在扭矩交換階段。根據(jù)扭矩傳遞的過程可知，換擋前變速器處于1擋，傳遞到車輪端的扭矩為

T1=i1*Teng ? ? ? ? ?（1）

換擋后變速器處于2擋，傳遞到車輪端的扭矩為

T2=i2*Teng ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中Tl、T2分別為1擋、2擋車輪端的扭矩;i1、i2分別為1擋、2擋的總傳動(dòng)比;Teng為發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪端扭矩（加速踏板開度不變的情況下，因換擋時(shí)間短暫、擋位間速差大，可忽略換擋前后發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端扭矩差異）。

因i1>i2，故T1>T2，即升擋后的車輪端扭矩減小了，繼而加速度減小。1擋的速比與2擋的速比相差越大，換擋后加速度減小的程度越大。在換擋時(shí)間一定的情況下，因速比變小導(dǎo)致的升擋頓挫將越明顯。如圖4所示，理想的加速度曲線應(yīng)是平滑下降的趨勢。

3 ?升擋頓挫優(yōu)化方案

針對(duì)升擋過程的換擋頓挫，結(jié)合頓挫產(chǎn)生的機(jī)理，由TCU識(shí)別扭矩交換階段的開始以及結(jié)束時(shí)刻，并通過CAN總線，向EMS控制模塊發(fā)送增扭請(qǐng)求，以補(bǔ)償因升擋過程速比變小導(dǎo)致的車輪端扭矩變小、加速度變小，從而使換擋過程的加速度線性度得到改善，消除升擋過程的頓挫感。（圖5）

4 ?方案驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述解決升擋頓挫問題的方案效果，對(duì)同一臺(tái)搭載1.5TD+7DCT的車型進(jìn)行恒定加速踏板開度測試，使車輛從靜止開始加速到某一車速，對(duì)比相同工況下優(yōu)化前、后的加速度與時(shí)間的關(guān)系，及整車的升擋頓挫情況。

從圖6可看出，在起步20秒內(nèi)的時(shí)間里，按解決方案優(yōu)化后的整車縱向加速度隨時(shí)間增加而線性減小，優(yōu)化前的加速度則在升擋過程出現(xiàn)跌坑、整車伴隨頓挫。

圖7可看出，40%恒定加速踏板開度加速的對(duì)比結(jié)果與30%加速踏板開度的情況一致，優(yōu)化后的加速度隨時(shí)間增加而線性較小，升擋過程無明顯跌坑，整車加速過程無換擋頓挫感。

5 ?結(jié)束語

通過對(duì)雙離合變速器升擋過程及原理的分析，得出了造成升擋頓挫的關(guān)鍵因素是升擋前、后的變速器速比差導(dǎo)致升擋過程傳輸?shù)杰囕喍说呐ぞ刈冃∫?。?duì)升擋過程的扭矩交換階段進(jìn)行增扭，可以有效解決升擋過程的頓挫問題，進(jìn)而改善變速器換擋品質(zhì)、提升整車駕駛體驗(yàn)。

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