PID控制在DCTH中的應用

院義鋒，劉義強，孫家振，黃偉山，李軍，王瑞平,2

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PID控制在DCTH中的應用

院義鋒1，劉義強1，孫家振1，黃偉山1，李軍1，王瑞平1,2

（1.寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336； 2.浙江吉利羅佑發動機有限公司，浙江 寧波 315336）

DCT(Dual Clutch Transmission)是目前一種主流的變速傳動裝置，DCTH是在DCT的基礎上加上了電機驅動系統，能夠有效彌補DCT的不足，使得車輛起步和加速響應更迅速，燃油消耗率更低。文章從DCTH控制和標定的角度，介紹了PID控制在DCH中的應用，希望能對廣大的DCTH開發者提供一些借鑒。

DCT；DCTH；PID控制；標定

引言

DCT與傳統的自動變速器(AT)相比，具有繼承性好、性能優良、結構相對簡單、傳動效率高等優點，因而具有廣闊的發展前景。

PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器[1]。

DCTH的控制需要VCU的緊密配合。VCU（Vehicle Control Unit）是混合動力車輛的主控制器，它會綜合考慮駕駛員的油門踏板開度及變化率、駕駛模式選擇、電池電量、電機扭矩容量、傳動系扭矩容量、路況、海拔、溫度等，分配合理的扭矩請求給電機、發動機和變速箱。

1 PID控制簡介

PID控制就是比例（Proportion）、積分（Integration）和微分（Derivative）控制，可以認為是誤差的過去（I），現在（P），未來(D)的加權之和[2]。見圖1：

圖1 PID控制器

2 DCT爬行PID控制

爬行是指駕駛員掛D檔或R檔，松開制動，不踩油門，車輛自行運動的工況。當駕駛員松開制動后，VCU會根據制動壓力發出一個目標車速，ESC(Electronic Stability Control )會實時監測實際車速。PID控制器會實時計算目標車速與實際車速的偏差，并調整離合器的扭矩輸出。

變速箱控制單元TCU會將這個扭矩需求和發動機目標怠速發給VCU，VCU會綜合考慮充電扭矩需求，發出目標發動機轉速和參考扭矩負載給發動機控制單元EMS，EMS會根據這個扭矩負載和目標轉速，合理控制輸出扭矩。

3 DCT起步PID控制

起步是指駕駛員掛D檔或R檔，松開制動，踩油門，車輛開始加速直到發動機轉速與輸入軸轉速同步的工況。起步過程是轉速控制，VCU根據駕駛員的動力需求，結合電池電機的狀態，分配動力需求分別到電機和發動機。TCU根據油門開度、駕駛模式等計算出當前起步過程發動機的目標轉速，EMS會適時輸出發動機的實際轉速和實際扭矩。發動機的實際扭矩減去電機的充電扭矩后作為離合器接合量的基礎扭矩。PID控制器根據當前發動機目標轉速與實際轉速之差，計算一個修正扭矩，來調整離合器的目標接合扭矩。

4 DCT動力升檔PID控制

動力升檔通常是指駕駛員踩油門車輛加速過程的升檔。按換擋過程中的油門變化情況分為穩定油門、油門增大、油門減小、完全松油門、油門先松開再踩下等不同工況。動力升檔按照控制過程主要分為準備階段、扭矩交換階段、轉速同步階段和完全同步階段。見圖2：

圖2 動力升檔控制過程

DCT的動力升檔，顧名思義，就是換擋過程沒有動力中斷。在動力升檔之前，當前檔位離合器的扭矩可能大于發動機的扭矩。在準備階段，就是要讓當前檔位離合器的扭矩降低到發動機扭矩附近，同時目標檔位離合器會預充油，為后面的換擋做準備，這個時間會在0.1S左右。

在扭矩交換階段，當前檔位離合器扭矩會下降，同時目標檔位離合器扭矩上升，完成動力交接。這個過程的控制目標是發動機轉速與當前檔位輸入軸的滑差。該目標滑差是TCU根據油門開度和目標檔位查表出來的，PID控制器會根據目標滑差與實際滑差的差異，計算出修正扭矩，來修正離合器的總扭矩。扭矩交換階段的時間可以根據油門開度和目標檔位來查表，通常來說，油門越大，扭矩交換越快，檔位越高，扭矩交換越快。

在轉速同步階段，同樣會用到PID控制。轉速同步時間同樣根據油門和目標檔位來查表，根據這個時間，我們會計算一個最大轉速梯度。我們會根據油門和目標檔位查表得到目標發動機轉速梯度，根據發動機轉速可以計算出當前的實際轉速梯度。PID控制器會根據這個轉速梯度之差修正目標檔位離合器的扭矩，使得發動機轉速能夠按照我們預想的速度完成同步。與此同時，在轉速同步階段，TCU會根據目標轉速梯度計算出一個慣性扭矩，發出快降扭給EMS減掉這部分扭矩，以使發動機轉速能夠主動下跌、快速完成同步。

轉速同步結束，TCU的快降扭請求會恢復，發動機轉速與目標檔位輸入軸轉速尚存在80-300rpm左右的滑差。這時離合器會進入滑差控制，逐漸消除滑差，滑差較小時，可以進入鎖止狀態。圖3是60%油門動力升檔過程。

圖3 60%油門加速過程

5 DCT動力降檔PID控制

動力降檔通常是指駕駛員踩油門加速過程的降檔。按換擋過程中的油門變化情況分為緩踩油門、快踩油門、快踩油門后收油門等不同工況。動力降檔按照控制過程主要分為轉速調節階段、扭矩交換階段、和完全同步階段。見圖4：

圖4 動力降檔控制過程

快踩油門動力降檔TCU的目標檔位會一步到位，比如7-4、7-5、6-4、6-3等。緩踩油門動力降檔，目標檔位會依次發出，比如7-6-5-4，變速箱則需要依次完成換擋7-6、6-5、5-4，相應的換擋時間就會變長，而這與駕駛員的油門快慢也是吻合的。TCU所要做的是保證調速平穩、加速流暢，給駕駛員一次完成換擋的感覺。

DCT的動力降檔又分為同軸降檔和異軸降檔。對于異軸降檔，比如7-4、6-3等，雖然是多檔降檔，但變速箱仍能一次完成轉速調節，進入扭矩交換階段，給駕駛員的感覺就是換了一次檔。而對于同軸降檔，比如7-5、6-4、5-3等，變速箱則需要借助另一軸完成換檔，即變速箱要做兩次換擋動作。

不管是什么類型的動力降檔，換擋控制過程都是類似的。在轉速調節階段，TCU會根據軸速差、目標檔位、駕駛模式和換擋類型等查表得出目標調速時間，從而算出發動機目標調速梯度，這個調速梯度接合發動機的轉動慣量可以算出需要的慣性力矩，當前檔位離合器扭矩會減掉這個慣性力矩從而保證發動機轉速的上升梯度。根據發動機轉速可以算出發動機的實際上升梯度，PID控制器會根據目標調速梯度與實際梯度的差異，計算出扭矩補償，來調節當前檔位扭矩，從而保證發動機轉速能夠按照我們設定的目標上升。

圖5 100%油門動力降檔6-3過程

當發動機轉速達到目標檔位輸入軸轉速后，會進入扭矩交換階段。本階段的控制目標是發動機轉速與輸入軸轉速的滑差。同樣地，我們根據目標滑差與實際滑差的差異，PID控制器會修正離合器的扭矩，從而完成扭矩的平穩快速交換。

扭矩交換完成后，會再次進入滑差控制。PID控制器會根據目標滑差與實際滑差的差異，調整離合器扭矩，從而將滑差控制在目標滑差之內。圖5是100%油門動力降檔過程。

6 DCT無動力換擋PID控制

無動力換擋是指駕駛員不踩油門情況下發生的換擋。換擋過程也主要是扭矩交換和轉速調節過程，控制器依然用的是PID控制，這里不再贅述。

7 結語

PID控制雖然簡單，但要想用好還是需要深入研究。PID的各個控制參數可以根據具體工況標定為不同的值，這樣它的實用性就大大提高。如果運用得當，完全可以滿足通常的控制需求。

[1] 胡壽松.自動控制原理.[M]科學出版社,2008.6.

[2] 盧京潮.自動控制原理[M]西北工業大學出版社,2010.6.

The Application of PID Controller on DCTH

Yuan Yifeng1, Liu Yiqiang1, Sun Jiazhen1, Huang Weishan1, Li Jun1, Wang Ruiping1,2

（1.Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd, Zhejiang Ningbo 315336; 2.Zhejiang Geely Royal Engine Co., Ltd, ZhejiangNingbo 315336）

Dual Clutch Transmission is one of the main transmission currently, DCTH is the integration of DCT and electric motors which can overcome the shortcomings of DCT, it makes it possible to get more power and quicker response with less fuel. The authors introduce some application examples of PID controller on DCTH from the control and calibration point of view. Hopefully it can give some reference for the development in DCTH area.

DCT; DCTH; PID Control; Calibration

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1671-7988(2018)20-168-03

U464.3

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院義鋒，男，江蘇省蘇州市人，碩士。研究方向：自動變速箱控制及標定。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.061