濕式DCT自動變速箱離合器冷卻流量控制策略的研究應用

王燁，張友皇，朱成

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

典型的濕式雙離合器自動變速箱主要由油泵、濕式雙離合器、電子控制系統、液壓系統以及齒輪等硬件組成。濕式雙離合器自動變速箱包含兩個輸入軸，一個輸入軸控制奇數檔齒輪，另一個輸入軸控制偶數檔齒輪，由電子控制系統和液壓系統控制各檔位的結合與分離。換檔時，一個離合器將已嚙合的齒輪失去動力，同時另一個離合器使預嚙合的齒輪得到動力。通過兩個離合器的交替工作實現連續傳遞動力，具有換檔平順、效率高、舒適性好的優點。

在動力傳遞控制過程中，雙離合器會根據不同檔位的結合進行不斷的結合、釋放，雙離合器溫度會不斷的上升，因此離合器溫度有可能會高于安全設定值，此時，如果再繼續控制離合器結合、釋放，那么離合器有可能會因為溫度過高而燒蝕。

目前整車上的濕式雙離合器自動變速箱沒有專門系統地針對離合器進行冷卻流量控制的功能，而在整車正常行駛過程中，當發動機轉速穩定在某一轉速時，油泵的出油總量一定，由于離合器冷卻和齒輪潤滑是基于同一油路，因此，當離合器冷卻流量增大的同時，齒輪潤滑的流量則相對減小。離合器冷卻流量需要根據實際工況而進行調節，在大負載下的起步、長時間上坡等工況下，離合器經常處于滑摩工作狀態，會產生大量的熱量，此時需要加大冷卻流量，保護離合器；而在郊區工況下，換檔頻率低，離合器產生熱量低，此時可適當減小冷卻流量。因此，根據實際工況對離合器冷卻流量進行控制，有利于延長離合器和變速箱使用壽命。

1 控制策略設計

本文針對某款濕式雙離合器自動變速箱進行離合器冷氣流量控制策略設計，設計遵循國際通用的V型開發流程，從需求、策略設計、建模、仿真測試、代碼集成和編譯、實車測試等方面開展并完成了離合器冷卻流量策略開發。本文重點對策略設計和實車測試進行了介紹說明。

1.1 控制需求

本文的設計目的和需求主要是：

1）離合器冷卻流量根據實際工況而進行調節；

2）尤其是在大負載下的起步、長時間上坡等工況下，離合器經常處于滑摩工作狀態，會產生大量的熱量，此時需要加大冷卻流量，保護離合器；

3）在郊區工況下，換檔頻率低，離合器產生熱量低，此時可適當減小冷卻流量。

1.2 離合器冷卻流量控制策略設計

圖1 離合器冷卻流量控制流程圖

為實現上述目的，所述濕式雙離合器自動變速箱的離合器冷卻流量控制流程如圖1所示，控制系統監測到離合器1和離合器2的滑摩功大小并求和，通過查詢滑摩功、變速箱油溫和離合器冷卻流量的二維表得到離合器冷卻流量 1，由于滑摩功計算已經是非常通用，這里不再描述滑摩功計算方法?？刂葡到y監測到離合器溫度和變速箱油溫并求差，通過查詢溫度差和離合器冷卻流量的一維表得到離合器冷卻流量2?？刂葡到y監測變速箱換擋狀態，根據換擋狀態選擇離合器冷卻流量3。在三組離合器冷卻流量中選擇最大值作為輸出，經過離合器冷卻流量的最大最小值限制過濾后，得到期望的離合器冷卻流量。

如圖2所示是濕式雙離合器自動變速箱的離合器冷卻流量控制的檔位檢測狀態流程圖。換擋檢測狀態是指根據變速箱系統中的子變速箱1（奇數檔）和子變速箱2（偶數檔）各自的檔位控制狀態進行檢測，判斷子變速箱1或子變速箱2是否處于換擋過程。若子變速箱1中，當前檔位不等于請求檔位，則子變速箱1將進行檔位變換；若當前檔位等于請求檔位，則子變速箱1不進行任何檔位變換。若子變速箱2中，當前檔位不等于請求檔位，則子變速箱2將進行檔位變換；若當前檔位等于請求檔位，則子變速箱2不進行任何檔位變換。只要其中一個子變速箱發生檔位切換，則認為變速箱處于換檔過程中。只有當兩個子變速箱均未發生檔位變化時，則認為變速箱沒有發生換檔。

圖2 換檔檢測狀態流程圖

圖3 所示為濕式雙離合器自動變速箱的離合器冷卻流量控制的基礎冷卻流量控制波形的控制流程圖?；A冷卻流量波形設定為梯形波，根據初始設定值，包括波形的最小值、波形的最大值、上升時間、下降時間，最大值穩定時間、最小值穩定時間，產生變化的離合器冷卻流量。這里的時間、流量等設定值是可標定的，可以根據不同車型情況進行不同的標定。本文初始設定值中的上升時間為1s、下降時間1s、最大值為14L/min和最小值10L/min，計算波形的上升斜率和下降斜率，其中，上升斜率 Kup=（冷卻流量最大值-冷卻流量最小值）/上升時間，下降斜率 Kdown=（冷卻流量最大值-冷卻流量最小值）/下降時間。第二步從最小值開始，按照上升斜率增加離合器冷卻流量，達到最大值后，維持初始設定值中的最大值穩定時間。第三步從最大值開始，按照下降斜率減小離合器冷卻流量，達到最小值后，維持初始設定值中的最小值穩定時間。

圖3 基礎冷卻流量控制波形的控制流程圖

2 實車測試

根據以上控制思想搭建了濕式雙離合器自動箱的離合器冷卻流量控制模型。模型主要包括兩個大模塊，一個是檔位檢測模塊，一個是離合器冷卻流量控制模塊。軟件模型搭建完成后，通過模型在環測試（MIL）和代碼在環測試（SIL）后即可進行代碼集成和編譯工作。本文這里不再贅述。將集成好的控制軟件刷寫到變速箱控制器（TCU）中，并在某款搭載雙離合器自動變速箱的整車上對離合器冷卻流量控制策略進行驗證。

圖4 怠速工況下的離合器冷卻流量控制

驗證工況分為靜態驗證和動態驗證兩種。靜態驗證是指車輛在靜止情況下，離合器冷卻流量的工作情況。動態驗證是指在定義的工況下進行測試，如大油門起步、爬坡等工況，看離合器冷卻流量的工作情況，最終通過離合器溫度的冷卻情況驗證該策略的有效性。

圖4所示，高溫狀態下（變速箱油溫106℃，離合器油溫112℃），當車輛處于靜止狀態時，發動機怠速轉速780rpm（兩條虛線之間），此時冷卻流量主要受變速箱油溫和離合器油溫影響，因此最終得到的冷卻流量是一組梯形波，根據設置的標定參數，波形最大值為14L/min,最小值為10L/min，上升時間為1s,下降時間1s，最大值保持時間1s，最小值保持時間2s。離合器溫度從左邊虛線位置的110℃，經過25s后下降到106℃（右邊虛線位置）。

圖5 1檔起步工況下的離合器冷卻流量控制

圖5 所示，車輛1檔起步時（虛線之間，左邊虛線是駕駛員踩下油門踏板開始起步），冷卻流量受到離合器滑摩因素、變速箱油溫（106℃）和離合器油溫（108℃）影響，由于起步過程中離合器主從動盤存在較大的滑差，導致離合器溫度在起步的3秒內從108℃迅速飆升到122℃。此時，離合器冷卻流量根據計算，從怠速時的梯形波（最大值12L/min，最小值10L/min）逐漸增大，最終調整到20L/min，并保持。當第6秒時起步結束，受離合器冷卻流量調節影響，離合器溫度從122℃逐漸降低，避免離合器溫度過高。

圖6 R檔起步工況下的離合器冷卻流量控制

圖6 所示，車輛R檔（倒檔）起步時（虛線之間，左邊虛線是駕駛員踩下油門踏板開始起步），冷卻流量受到離合器滑摩因素、變速箱油溫和離合器油溫影響，與1檔起步類似，由于起步過程中離合器主從動盤存在較大的滑差，離合器溫度在120℃左右。此時，離合器冷卻流量根據系統實際狀態，冷卻流量計算值從蠕動時的6L/min迅速調整為20L/min，并保持到起步結束， 有效的防止了起步過程中離合器溫度過高。

圖7 行駛過程中的離合器冷卻流量控制

圖7 所示是車輛正常行駛過程，車輛從1檔起步順序升檔至6檔，并保持高檔位自由行駛一段時間，最后在制動降檔至1檔。整個過程中冷卻流量根據離合器滑摩因素、變速箱油溫和離合器油溫等實時計算冷卻流量，車輛從最初的6L/min，隨著車輛起步調節至20L/min并保持一段時間。后續再隨著車輛的狀態進行實時調節。整個過程中離合器油溫維持在 100℃上下，沒有較大波動。另外，整個過程中車輛駕駛感覺良好，換擋平順，可以說明冷卻流量控制沒有對車輛駕駛性能產生影響。

3 結束語

本文介紹了一種濕式雙離合器自動變速箱的離合器冷卻流量控制方法，主要利用離合器滑摩功、離合器油溫和變速箱油溫、換檔狀態等因素，共同決定期望的離合器冷卻流量，較為全面的考慮到了系統的冷卻流量控制與潤滑的平衡關系，有利于根據實際情況，恰到好處的為離合器提供適量的冷卻流量，避免了過度冷卻以及潤滑不充分的不利影響。

本文通過基于模型的設計，將生成后的代碼下載到變速箱控制器中，在整車中對冷卻流量控制策略進行了測試驗證，從測試結果可以看出，在怠速、1檔起步、R檔起步以及正常駕駛過程中，離合器冷卻流量能夠根據實際工況進行調整，保證離合器溫度的快速冷卻，不至于過高。

該濕式雙離合器自動變速箱的離合器冷卻流量控制方法，延長了離合器壽命、增加了變速箱以及整車駕駛安全性。

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