干式DCT離合器活塞位移控制研究及試驗

陳贛，曹有輝，邵立福，楊國鋒，劉飛，莊靜偉

(總裝工程兵科研一所，江蘇無錫214035)

雙離合自動變速器(簡稱DCT)是在平行軸式機械變速器基礎上發展而來的一種新型自動變速裝置，它不僅具備AMT 結構簡單、制造成本低、傳動效率高等優點，而且實現了動力換擋，使整車具有優良的動力性和燃油經濟性，具有廣闊的應用前景［1］。濕式雙離合器的扭矩傳遞通過浸沒在油中的濕式離合器摩擦片來實現，而干式的則通過離合器從動盤上的摩擦片來傳遞扭矩。由于省去了相關液力系統以及干式離合器本身所具有的傳遞扭矩的高效性，干式雙離合器系統在很大程度上提高了燃油經濟性，并使變速箱系統的效率得以顯著提高［2］。

1 干式DCT 液壓控制系統主要特點

圖1 大眾DQ200 干式DCT 液壓控制系統油路原理圖

在干式雙離合自動變速器中，擋位控制與離合器接合壓力控制均是通過液壓控制系統實現的［3］。其液壓控制系統結構簡單、集成度高、能耗低，根據功能特點可以分為:蓄能器壓力控制系統、主壓力控制系統、離合器接合壓力控制系統和擋位控制系統。干式DCT 液壓系統原理如圖1 所示。

雙離合器工作特性直接關系到車輛的正常行駛、起步及換擋品質。為確保傳動可靠、分離徹底、接合柔和、換擋快速、體積小、質量輕、壽命長及制造簡單等，無論從性能、結構方面，還是生產制造方式和操縱控制方面，都對雙離合器提出了較高的要求［4］。

2 干式DCT 離合器活塞位移控制研究

圖2 干式DCT 液壓控制系統結構組成

離合器接合壓力控制系統是干式DCT 中最關鍵的控制系統，直接影響干式DCT 的換擋品質，其核心為離合器活塞位移控制技術［5］。干式DCT 液壓控制系統結構組成如圖2 所示，離合器活塞及油缸如圖3 所示。

圖3 干式DCT 離合器活塞及油缸

油液經比例減壓閥進行壓力精確控制后，進入比例方向閥，通過對方向和流量的精確調節，實現對離合器活塞位置的精確控制［6］。活塞位置控制系統框圖如圖4 所示，系統結構原理圖如圖5所示。

圖4 閉環比例位置控制系統框圖

圖5 離合器活塞位移控制系統結構原理圖

離合器活塞位移控制系統仿真模型如圖6 所示，油液參數的設置同蓄能器壓力調節系統。圖5 和圖6中，c、b 分別代表比例方向閥控制油口的泄油開度和進油開度，a、d 分別表示進油口開度和泄油口開度，e 為單向閥，f 為油缸及活塞，g 為膜片彈簧。壓力油經過比例減壓閥進行精確調節，從進油口進入比例方向閥，經過開度a、b、c、d 控制油液的流向及流量大小，最后輸入離合器油缸，從而控制離合器的接合與分離。

圖6 離合器活塞位移控制系統仿真模型

當輸入電流小于0.15 A 時，比例電磁鐵處于死區，閥芯靜止，當電流在0.15 ～0.4 A 時，控制油口與泄油口連通，進油口不通，此時處于泄油狀態。當輸入電流在0.4 ～0.6 A 時，控制油、泄油口連通，進油口都不通，此時處于中位保持狀態。當電流在0.6 ～0.85 A 時，控制油口與進油口連通，泄油口不通，此時處于進油狀態。當電流增大時，閥芯右移，控制油口進油開度(或泄油開度減小)增大，比例方向閥輸出油液流量增大(或泄油流量減小);當電流減小時，閥芯左移，控制油口進油開度減小(或泄油開度增大)，比例方向閥輸出油液流量減小(或泄油流量增大)。

各閥口開度與閥芯位移的關系曲線如圖7 所示，曲線1、2、3、4 分別表示閥口開度a、b、c、d 與閥芯位移的關系。

在仿真中對比例方向閥輸入斜坡信號，該信號時長為10 s，電流大小從0 ～0.85 A。圖8—10 分別為進出口壓差為0.6、1.2、1.9 MPa 時的靜止特性曲線。可知:當進出口壓差增大時，泄油流量和進油流量都增大，且更容易達到飽和狀態，線性范圍也更大。如圖8 所示:當電流處于0.3 ～0.42 A 及0.63 ～0.75 A 時，泄油流量和進油流量與輸入電流呈正比關系，而且線性度很高。

圖7 閥口開度與閥芯位移關系

圖8 0.6 MPa 靜止特性

圖9 1.2 MPa 靜止特性

圖10 1.9 MPa 靜止特性

圖11 和圖12 分別是電流為0.4 和0.7 A 時的閥芯位移響應曲線，可以看出:調節時間不超過0.03 s，超調量不超過8%。比例方向閥具有高精度、高響應的特點，從而滿足對離合器油缸輸入油液流量精確控制的要求。

圖11 I=0.4 A 時位移響應

圖12 I=0.7 A 時位移響應

控制進出口壓差為1 MPa ，對比例方向閥輸入時長為1 s、大小0.65 A 的電流，得到流入油缸的油液流量、活塞速度以及活塞位移的關系曲線，如圖13 (a)所示。圖13 (b)及(c)分別表示進出口壓差為1 及1.5 MPa，時長為0.5 及0.3 s，電流大小為0.7 A 時的特性曲線。可知:根據負載壓力變化情況對主油路壓力進行精確控制，保證比例方向閥進出口壓差滿足要求，通過改變比例方向閥開度，就能實現對活塞位移的精確控制，從而達到對離合器接合壓力進行精確控制，完成高品質換擋。

圖13 流入油缸流量、活塞的速度及位移關系曲線

3 試驗

由于干式DCT 液壓控制系統集成度高，執行部件油缸及活塞也集成在閥體上，故可將整個系統浸泡在油槽中，利用其自帶的離合器活塞位移傳感器測量其動靜態特性。由于干式DCT 液壓控制系統離合器活塞的位置特性與輸入油缸油液壓力與負載壓力差有關，而此試驗臺不便加載，故通過改變輸入壓力以研究不同壓差下活塞位置特性。如圖14 所示。

圖14 干式DCT 液壓控制系統驗臺

圖15 (a)為壓差Δp=1 MPa，對比例方向閥輸入時長為1 s、大小為0.65 A 電流的情況下，活塞的位移及速度響應曲線。圖15 (b)、(c)分別為壓差Δp=1 及1.5 MPa，輸入時長分別為0.5 及0.3 s、大小為0.7 A 電流的情況下，活塞的位移及速度響應曲線。

圖15 離合器活塞的位移及速度響應曲線

對比仿真與試驗可以看出:仿真中離合器活塞速度響應時間低于0.05 s，超調量小于5%，且速度基本無波動，位移曲線線性度極高;而試驗中活塞速度的響應時間在比例方向閥開度小的時候約為0.1 s，開度大的情況下約為0.08 s，超調量約為12%，且速度在一定范圍內波動，波動范圍約為10%，位移特性曲線基本呈線性，存在極小波動，不到3%。這是由于仿真過程中存在一定程度簡化，導致仿真結果過于理想。盡管如此，該系統對離合器活塞位移的控制，仍然滿足響應速度快、控制精度高、線性度好的要求，能夠實現對離合器摩擦片接合壓力進行精確控制的目的。

通過以上試驗分析可知:仿真結果與試驗結果雖有一定差距，但是基本上能反映DCT 液壓控制系統的工作特性;由于仿真中存在的理想化處理，忽略了DCT 閥體中油路結構對其產生的影響，沒有考慮泄漏、溫度等因素帶來的干擾，不能完全重現實際情況。

4 結論

分析了干式DCT 液壓控制系統的原理及其功能，并且利用EASY5 建立了DCT 液壓控制系統模型，對DCT 每個分系統特性進行了仿真分析，尤其是系統中一些關鍵結構參數對系統特性的影響，并得出如下結論:

為驗證模型的準確度，對干式雙離合器液壓控制系統中最重要特性——離合器活塞的位移控制特性進行試驗驗證，通過試驗可知:在不同的壓差及開度下，離合器活塞位移線性度極高，波動不超過3%;速度響應極快，不超過0.08 s，超調量不超過5%;活塞速度穩定，波動不超過10%。

仿真結果與試驗結果雖有一定差距，但是基本上能反映DCT 液壓控制系統的工作特性。這種差距是由仿真中存在的理想化處理，忽略了閥體及油路復雜結構、泄漏及溫度變化等因素造成的。

同時通過試驗可知，系統對離合器活塞位移的控制，滿足響應速度快、控制精度高、線性度好的要求，能夠實現對離合器摩擦片接合壓力進行精確控制的目的。

［1］荊崇波，苑士華，郭曉林，等．雙離合自動變速器及其應用前景分析［J］．機械傳動，2005，29(3):56－58．

［2］郭曉林，陳贛，潘家平，等．干式雙離合自動變速器壓力控制系統研究［J］．機床與液壓，2012，40(13):25－28．

［3］吳光強，楊偉斌，秦大同，等．雙離合器式自動變速器控制系統的關鍵技術［J］．機械工程學報，2007，43(2):13－21．

［4］凌超．干式雙離合器結構與力學特性研究［D］．北京:裝甲兵工程學院，2010:62－66．

［5］張曉明．雙離合器式自動變速器換擋品質研究［D］．上海:同濟大學，2009:21－23．

［6］馬彪．車輛動力換擋離合器充油過程動態特性仿真［J］．北京理工大學學報，2000，20(2):33－36．