關于優化雙離合器變速箱汽車動力降檔換擋時間分析與研究

陳裕棋　曾輝

摘 要：換擋快是DCT的優點之一，如何確保DCT所有檔位換擋都快，這對于DCT換擋控制的要求非常關鍵。文章主要對雙離合器變速箱汽車動力降檔時間的進行分析與研究，通過優化雙離合器變速箱的換擋方式和策略來優化縮短動力降檔時間，使變速箱能更快的完成換擋。

關鍵詞：汽車 雙離合器變速箱 動力降檔 換擋時間

Analysis and Research on Optimizing the Shift Time of Dual-clutch Transmission Automobile Power Downshift

Chen Yuqi，Zeng Hui

Abstract：Fast gear shifting is one of the advantages of DCT. How to ensure that all gears of DCT shift quickly is very critical to the requirements of DCT shift control. The article mainly analyzes and researches the power downshift time of dual-clutch gearbox vehicles. By optimizing the shift mode and strategy of the dual-clutch gearbox， the power downshift time is optimized and shortened， so that the gearbox can shift faster.

Key words：automobile， dual-clutch gearbox， power downshift， shift time

1 引言

隨著國內乘用車市場的日趨成熟，中國已經發展成為乘用車保有量大國。目前雙離合變速箱的汽車占比越來越多，是當前乘用車市場的主流之一[1]。換擋時間過長是在產品研發過程中遇到的常見問題，特別是多個檔位的動力降檔，比如7檔降3檔，4檔降2檔等。文章中重點分析研究雙離合變速箱多個檔位的動力降檔，以及如何優化縮短換擋時間。

2 多個檔位的動力降檔時間過長原因

雙離合變速箱簡稱DCT，DCT有許多優點，例如：換擋快、省油、舒適性、在換擋過程中，幾乎沒有扭矩損失等等。雙離合變速器的換擋時間非常短，比手動變速箱的速度還要快，但DCT變速箱并非所有的換擋時間都很快，比如：DCT多個檔位動力降檔的換擋時間達到2.3s左右，對于DCT換擋快這個優點相違背。多個檔位的動力降檔為什么需要2.3s的時間來完成換擋，首先需要從DCT的結構原理來說明[2]，以格特拉克的一款濕式雙離合變速箱7DCT300為例，該款變速箱有兩個離合器，一個離合器控制奇數擋位，另一個離合器控制偶數擋位，兩個奇數檔位的降檔或兩個偶數檔位的降檔不能只通過單個離合器來完成換擋，而是需要借助另一個離合器來完成換擋。例如4降2，如果僅僅由偶數擋位離合器直接控制，則離合器分離后，需要4擋撥叉脫開，2擋撥叉結合，然后該離合器再次結合，這個過程會出現較長時間的動力中斷，類似于AMT變速箱的換擋。DCT為了避免換擋過程中動力中斷，在4檔降2檔的過程中短暫借助于3擋，于是4-2變成4-3和3-2兩次連續降擋，因此換擋時間會變長，甚至比5-2的時間更長，因為5-2是從奇數檔位換到偶數檔位，不需要借助中間擋位換擋。一個正常的動力降到過程，可以簡單的分成兩個部門，第一部分是調速階段（Ratio phase），第二部分是扭矩交換（torque transfer）。如下圖1是一個單個檔位不同軸的換擋過程：

如圖1所示整個換擋的時間是T=t1+t2， 那么完成一個4檔降2檔需要經歷兩次單個檔位不同軸的換擋，換擋時間近似于2T，所以換擋時間會過長。

如圖2所示是一個完整的4檔降2檔的換擋過程：1—換擋轂1， 2—換擋轂2， 3—輸入軸1轉速，4—輸入軸2轉速，5—發動機轉速，6—發動機扭矩，7—離合器1扭矩，8—離合器2扭矩，9—離合器1狀態位，10—離合器2狀態位，11—油門踏板，t1—換擋轂1從空檔位置轉到3檔位置，t2—離合器1預沖油的時間，t3—離合器扭矩交換時間，t4—換擋轂2從4檔轉到2檔位置，t5—離合器2預沖油的時間，t6—離合器扭矩交換時間，t7—調速階段1的時間， t8—調速階段2的時間。圖2是一個在實車上測試的一組數據，整個的換擋時間T=t1+t2+t3+t4+t5+t6，其中：t7=t1+t2，t8=t4+t5，所以T=t7+t3+t8+t6。

3 優化動力降檔時間方案

方案1：優化換擋轂的預選檔的策略來縮短換擋T時間長。當前換擋轂的預選檔策略是當踩大油門觸發4檔降2檔后，換擋轂2才開始從空檔的位置轉到3檔的位置，即時間t1。我們可以通過對變速箱的標定進行優化，如圖3所示優化后的預選檔策略是在踩大油門觸發4檔降2檔之前可以讓換擋轂1先從空檔的位置轉至3檔的位置，從而可以省去t1的時間，換擋直接從t2開始。

方案2：優化前半段（即4檔降3檔）的換擋方式來縮短換擋時間。當前的換擋方式是采用動力不中斷的兩個離合器扭矩交換方式，可以通過優化變速箱的軟件功能，在通過變速箱的標定來豐富換擋方式，把扭矩交換的方式變成半斷開的扭矩中斷的方式。如圖4所示當觸發4檔降2當時，離合器1的扭矩下降至0 N·m，接著離合器2的扭矩從0 N·m開始上升，換擋過程中有段短暫的動力中斷，當換擋鼓1從空檔開始轉動至3檔時，離合器2的扭矩同時可以下降至0 N·m，當換擋轂1轉至3檔位置時，離合器1開始預沖油，預沖油結束后扭矩從0 N·m開始上升，從而完成4檔降3檔的過程，換擋時間要小于扭矩交換式的4檔降3檔的時間，所以整個的4檔降檔的時有縮短。

方案3：把方案1和方案2的兩種策略結合起來一起優化。換擋過程如圖5所示。

4 優化結果

表1所示的數據是在某開發DCT實車上采集的4組4檔降2檔的數據。

通過換擋時間T對比分析可知，方案1可以縮短0.45s的換擋時間，方案2可以縮短0.53s的換擋時間，方案3可以縮短0.73s的換擋時間，完成換擋的時間最短。但選項方案2和方案3，就要接受在換擋過程中有短暫的動力中斷。最終方案的選擇，需要根據開發項目的實際情況去考慮和分析。

參考文獻：

[1]李育賢，左培文.DCT變速器技術發展狀況與市場分析[J].汽車工業研究，2015，3：21-24.

[2]齊剛.DSG的結構和原理[J].北京汽車，2006（1）：33-36.