雙離合器自動變速箱半結(jié)合點標定方法研究

羅賢虎，涂安全

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

根據(jù)離合器結(jié)合過程的特征，離合器克服整車阻力矩、車輛由靜止到運動的瞬間是對離合器控制的一個關(guān)鍵點，對應(yīng)的離合器位置稱之為離合器半結(jié)合點kiss point，后面簡稱KP[1]；根據(jù)離合器結(jié)合過程，結(jié)合離合器的力學特征及制造工藝方面的因素，離合器的結(jié)合過程通常分為四個階段，如圖1所示：空行程階段（0～t1）、空滑階段（t1～t2）、滑摩階段（t2～t3）和同步運行階段（t3～t4）[2-5]。

圖1 離合器結(jié)合過程示意圖

在對電-液控制的濕式雙離合自動變速箱的離合器進行控制的過程中，當DCT的電子控制單元TCU根據(jù)駕駛員的操作判斷需要結(jié)合某個離合器時，為了能夠以更快的速度響應(yīng)駕駛需求，通常首先需要向離合器油腔中進行快速充油[6-7]，如圖 2所示：預(yù)充油（T1～T2）、充油（T2～T3）、達到KP（T3）以消除離合器空行程；當離合器達到KP位置，并能夠保持穩(wěn)定時，再根據(jù)駕駛工況，進行離合器的后續(xù)控制。

圖2 離合器充油過程示意圖

在實際工程項目的離合器控制策略中，對離合器KP準確標定很重要，有以下兩方面現(xiàn)實意義：首先可以縮短由駕駛意圖改變到車輛有效反饋的反應(yīng)時間；其次可以減小離合器結(jié)合過程中產(chǎn)生的滑摩損失。

實際上離合器KP在不同變速箱溫度環(huán)境、不同駕駛工況下均存在一定的差異；同一型號的不同離合器之間本身也存在一定散差，同時同一型號的同一個離合器在使用過程中會出現(xiàn)磨損，其半結(jié)合點在使用一段時間后會發(fā)生變化。本文重點針對如何準確的對離合器KP標定以及對標定結(jié)果的驗證進行分析研究；針對散差和磨損等導致的差異，已經(jīng)有學者進行過離合器半結(jié)合點自學習方面的研究，本文不再贅述。

1 KP標定原理和內(nèi)容

1.1 離合器KP標定的基本原理

部分專家學者建議[8]通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速或變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速判斷離合器 KP，具體方法為在車輛靜止、發(fā)動機處于穩(wěn)定怠速時，以緩慢的速度結(jié)合離合器，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速明顯下降時，或者輸入軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速快速同步時對應(yīng)的離合器位置，減去較小的偏差值即為離合器對應(yīng) KP；但是實際上采用該原理進行標定時，容易受轉(zhuǎn)速傳感器精度與延遲、發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性以及變速箱拖曳扭矩等諸多因素的影響，標定KP與真實KP存在差異。

圖3 KP標定基本原理

根據(jù)KP定義，當離合器的傳遞扭矩大于整車阻力矩，車速實現(xiàn)從零突破的點為離合器 KP，通過實際測試發(fā)現(xiàn)，當離合器位置達到KP時，即使發(fā)動機轉(zhuǎn)速或者輸入軸轉(zhuǎn)速位出現(xiàn)明顯波動，但由于離合器開始傳遞扭矩，負載增加，為維持穩(wěn)定怠速轉(zhuǎn)速，發(fā)動機輸出扭矩必然出現(xiàn)明顯波動；因此采用發(fā)動機輸出扭矩作為判斷離合器KP的依據(jù)，如圖3所示，具體方法如下：車輛靜止，檔位為1檔或R檔（分別對應(yīng)離合器1和離合器2），在從離合器完全打開開始（圖3中A點），以一定的速度和臺階緩慢結(jié)合離合器，消除離合器空行程，記錄發(fā)動機輸出扭矩發(fā)生明顯突變的點（圖3中B點開始，發(fā)動機扭矩變化約5～10Nm，至C點），C點位置即為對應(yīng)離合器的KP。

1.2 離合器KP標定的主要內(nèi)容

針對離合器KP的標定主要包括四大部分，分別是基于變速箱油溫的離合器KP基礎(chǔ)值標定、基于變速箱油溫和不同駕駛模式[9-10]的KP補償值標定、基于不同油門開度和駕駛模式的KP補償值標定和制動停車時KP補償值標定；在車輛實際運行過程中除基礎(chǔ)值外，其它補償值由控制系統(tǒng)根據(jù)不同輸入條件進行邏輯判斷，選擇對應(yīng)的補償。

圖4 離合器KP的組成部分

2 KP標定過程及方法

（1）KP標定前確認離合器壓力-電流特性曲線（簡稱P-I曲線）符合要求，消除壓力控制不準確導致KP偏差的因素：P-I特性曲線遲滯小于100kPa；穩(wěn)定工作狀態(tài)時期望壓力與實際壓力的差值小于10kPa。

（2）KP標定前完成剎車踏板開度特性曲線標定，確保標定剎車開度與駕駛員期望一致。

（3）確保車輛靜止、換檔桿在 P檔位置、預(yù)掛檔位為D1/R檔，通過手動或腳本設(shè)定離合器壓力從180kPa開始以20kPa/s的速率結(jié)合至320kPa后將壓力減為0kPa，結(jié)合過程中同步記錄發(fā)動機扭矩信號和離合器壓力信號。

通過實測數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)所記錄的發(fā)動機扭矩信號往往都存在“毛刺”，不利于識別KP位置點，因此為了方便數(shù)據(jù)分析，需要對發(fā)動機扭矩信號進行低通濾波處理，處理后的信號如圖3所示，可以清楚的找到扭矩突變的點。

（4）重復上述步驟，完成不同變速箱油溫狀態(tài)下的KP測試，得到離合器的KP基礎(chǔ)值，如圖5所示。

圖5 離合器KP的組成部分

（5）蠕動駕駛工況KP補償值標定：在平直干燥路面、踩剎車掛 D1/R檔、松開剎車、不踩油門在發(fā)動機怠速情況下控制離合器壓力使車速達到穩(wěn)定目標車速5±1km/h后，踩剎車使車速為0，此時按下EPB或者AuotoHold開關(guān)；在大量反復進行上述工況測試的過程中，分別使用不同的剎車和EPB等信號相關(guān)的KP補償值，最終確定適合實際工程項目的參數(shù)，蠕動工況KP補償參數(shù)參數(shù)的選取基本原則包括：

1）變速箱進入蠕動狀態(tài)，離合器的結(jié)合過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動量小于75rpm；

2）車輛蠕動穩(wěn)定車速明顯大于5km/h，且車速出現(xiàn)明顯周期波，一般為補償值過大，需要進行重新標定；

3）踩剎車停車或者按下EPB等開關(guān)時，不能有使駕乘人員明顯感受到的振動現(xiàn)象；

4）蠕動過程中對剎車進行踩-松-踩的反復操作，不能產(chǎn)生明顯的離合器結(jié)合撞擊聲；

5）踩剎車或使用 EPB/AuotoHold功能過程中發(fā)動機燃油消耗不會明顯上升。

基于以上原則，通常蠕動工況下的KP補償值為負值；針對蠕動駕駛工況的KP補償主要分為兩大部分，即基于不同變速箱油溫的針對蠕動駕駛模式的KP補償標定（分踩剎車和不踩剎車另種具體情況，同時關(guān)注踩剎車和不踩剎車的過程切換）和基于變速箱油溫的針對EPB/AuotoHold等功能作用時的KP補償，如圖6所示。

圖6 蠕動KP補償標定值

（6）起步駕駛工況KP補償值標定：在平直干燥路面、踩剎車掛 D1/R檔、松開剎車、穩(wěn)定不同油門開度進行加速起步，當變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速完全同步后，松開油門踩剎車至車速為 0。起步工況下 KP補償參數(shù)的選擇主要是：1）提高起步車速響應(yīng)速度，一般要求800ms～3000ms內(nèi)車速有反應(yīng)；2)起步轉(zhuǎn)速同步時間不能過長，一般要求在1850ms～3600ms內(nèi)；3)進入起步狀態(tài)時發(fā)動機轉(zhuǎn)速不能明顯下跌，一般要求小于100rpm。因此，針對起步工況的KP補償由不同油門開度下的起步駕駛模式的KP補償標定和基于變速箱油溫的起步模式KP補償標定組成，如圖7所示。

圖7 起步模式溫度相關(guān)KP補償標定值

圖8 起步模式油門開度相關(guān)KP補償標定值

（7）換檔駕駛工況KP補償值標定：以恒油門升檔為例，在平直干燥路面、踩剎車掛D1檔、松開剎車、踩20%恒定油門，由靜止開始加速升至D6檔后，松油門滑行降檔至D1，踩剎車停車。恒油門升檔過程主要包括三個階段：換檔準備階段、扭矩交替階段和轉(zhuǎn)速同步階段。在扭矩交替階段，結(jié)合軸扭矩逐步升高，分離軸扭矩逐漸降低，其綜合在此過程中等于發(fā)動機扭矩，發(fā)動機轉(zhuǎn)速因此基本保持不變。如果換檔過程中KP偏大或者偏小，則在上升/下降斜率不變情況下，扭矩交替階段總的離合器扭矩就會大于/小于發(fā)動機扭矩，因此就會出現(xiàn)圖 9中紅色/綠色虛線所示的發(fā)動機轉(zhuǎn)速上漂或者轉(zhuǎn)速抖動的情況，影響駕駛品質(zhì)提升。換檔工況KP補償與起步工況類似，主要由不同油門開度下的換檔駕駛模式的KP補償標定和基于變速箱油溫的換檔模式 KP補償標定組成。

圖9 換檔控制過程示意圖

3 KP標定結(jié)果驗證

按照上述標定內(nèi)容和方法對某款搭載雙離合器自動變速箱的SUV車型的進行KP補償值標定，標定完成后對該車型的KP進行測試驗證；

3.1 車輛靜止時離合器KP驗證

車輛靜止時KP驗證通過靜態(tài)掛檔時的發(fā)動機扭矩測試進行判斷，如圖10 所示。

圖10 原地靜態(tài)掛檔發(fā)動機扭矩測試結(jié)果

從圖10的測試數(shù)據(jù)中可以看出，進行原地掛檔結(jié)合離合器時KP等于227kPa，發(fā)動機扭矩由空檔時的0Nm變?yōu)?Nm左右，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速由750rpm略微降低到735rpm，該實驗結(jié)果與離合器KP的定義基本吻合，且發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯下跌或抖動。

3.2 蠕動工況離合器KP驗證

從圖11蠕動驗證測試數(shù)據(jù)中可以看出，蠕動過程KP等于237kPa，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降小于75rpm；蠕動最終車速穩(wěn)定在 5±1km/h，且未出現(xiàn)周期波動現(xiàn)象；踩剎車停車時發(fā)動機轉(zhuǎn)速回歸怠速，離合器壓力在KP點以下，離合器不對車輪傳遞扭矩，因此不會對燃油消耗造成影響；同時主觀上不存在能明顯感受到的振動。

圖11 蠕動工況驗證測試結(jié)果

3.3 起步工況離合器KP驗證

圖 12為 55%油門起步工況測試，起步過程 KP等于251kPa，轉(zhuǎn)速響應(yīng)時間約700ms，車速響應(yīng)時間約3000ms，最終同步轉(zhuǎn)速約 2500rpm，起步初始階段發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降幅度小于100rpm；主觀不存在明顯沖擊和延遲。

圖12 起步工況驗證測試結(jié)果

3.4 換檔工況離合器KP驗證

圖13 為恒定30%油門開度2檔升3檔的換檔過程數(shù)據(jù)，換檔過程KP等于247kPa，換檔扭矩交替過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速基本保持一致，轉(zhuǎn)速未出現(xiàn)明顯上漂或者抖動現(xiàn)象；

圖13 換檔工況驗證測試結(jié)果

4 結(jié)論

本文主要針對離合器KP在實際工程項目中的標定和驗證方法進行了研究；通過大量實測數(shù)據(jù)分析不同變速箱油溫、不同駕駛工況下的離合器KP對整車駕駛性的影響；最后結(jié)合具體車型的標定開發(fā)，詳細驗證了文中所述的KP標定內(nèi)容和方法對于一般雙離合自動變速箱KP控制的實用性。

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