通過EMS增扭解決DCT升擋頓挫的控制方法

何育敏

摘要：雙離合變速器在升當過程中，不同擋位之間存在速比差，在升擋過程的扭矩交換階段，傳遞到車輛車輪端的扭矩會明顯變小。因換擋過程短暫，導致在換擋過程中整車縱向加速度突然減小，進而引發升擋過程整車頓挫、不平順。TCU在換擋過程中通過CAN總線向EMS發送增扭請求，可以有效補償因不同擋位速比差、能量損失導致的升擋過程換擋頓挫。可以有效改善雙離合變速器的升擋平順性，繼而提升整車駕駛品質。

關鍵詞：雙離合變速器;TCU;換擋平順性;扭矩交換;CAN

0 ?引言

雙離合變速器作為汽車動力總成的重要組成部分，因其換擋過程無動力中斷、傳遞效率高等特點，得到越來越多的汽車廠家青睞。自動擋車型的換擋品質作為評價主觀駕駛感受的重要參考指標，通過提高換擋過程的平順性，可以有效提升整車的主觀駕駛體驗。

TCU作為自動變速器的控制模塊，其主要作用是通過CAN總線與其他相關模塊進行交互，獲取車速、發動機轉速、加速踏板開度等信號，識別駕駛員意圖并最終實現整車的自動升降擋功能。本文通過對雙離合變速器換擋過程的深入分析，闡述了一種通過對升擋過程扭矩交換階段進行增扭解決升擋過程頓挫感方法，并通過對比論證了方法的有效性。可以有效改善雙離合變速器的升擋品質，使客戶獲得更好的駕駛體驗。

1 ?雙離合變速器的換擋原理及過程

雙離合自動變速器的換擋是依據車速、加速踏板開度而定的，是關于擋位、車速、油門開度的MAP圖，通常稱為換擋圖譜。如圖1是某搭載1.5TD-7DCT的車型，以30%加速踏板開度從靜止開始加速的升擋過程。

①車輛處于靜止，駕駛員踩下加速踏板至30%開度，并保持踏板開度;車輛從靜止開始加速;

②當車速達到11.4km/h時，觸發1擋升2擋，此時目標擋位為2擋，實際擋位為1擋，換擋完成后，實際擋位與目標擋位相同，均為2擋;

③隨著車速的增加，當車速到達21.7km/h時，觸發2擋升3擋，過程與1擋升2擋類似。

其他加速踏板開度的升擋過程與上述30%開度類似，當所有踏板開度的升擋點確定后，整車的換擋圖譜（升擋圖）即確定。升擋點設計的合理性與整車的動力性、經濟性關系密切，因此換擋MAP圖需要根據車輛駕駛性與經濟性綜合考慮確定。

換擋過程通常劃分為如下四個階段，即預換擋階段、預充油階段、扭矩交換階段、轉速同步階段。如圖2所示，車輛以30%油門開度從靜止加速、1擋升2擋的過程。

①預換擋階段。當車速到達1擋升2擋的時刻，觸發目標擋位從1擋變為2擋，TCU驅動換擋機構，使2擋同步器結合，完成2擋預掛擋，使2軸的轉速與2擋轉速相同。

②預充油階段。完成預掛擋后，TCU開始控制液壓系統對離合器2進行預充油，并逐漸使離合器2到達半結合點。此階段，發動機的扭矩依然完全由離合器1傳遞。

③扭矩交換階段。完成預充油后，TCU控制變速器開始進行扭矩交換，離合器1壓力逐漸降低、離合器2壓力逐漸升高。該過程屬于動態耦合過程，發動機扭矩從剛開始的完全由離合器1傳遞，逐漸變為離合器1、離合器1共同傳遞，并最終完全由離合器2傳遞。

④轉速同步階段。完成扭矩交換后，TCU通過發送降扭請求，控制換擋機構，使發動機轉速與2擋輸入軸轉速相同，最終完成1擋升2擋的操作。

2 ?換擋頓挫產生的原因

換擋的頓挫感主要是由于換擋過程中，動力從發動機至車輪端的輸出過程不線性，導致車輛縱向加速度產生掉坑、突變，進而傳遞到整車被駕駛員感知。通常可以用縱向加速度信號的平滑程度來表征車輛換擋過程的平順性。如圖3所示，車輛在30%恒定油門開度加速度過程的加速度表現。可以看出，在每次升擋的過程，加速度信號有明顯的跌坑，駕駛員在升擋過程將感覺到車輛有明顯頓挫。

通過進一步分析可知，升擋過程的加速度跌坑發生在扭矩交換階段。根據扭矩傳遞的過程可知，換擋前變速器處于1擋，傳遞到車輪端的扭矩為

T1=i1*Teng ? ? ? ? ?（1）

換擋后變速器處于2擋，傳遞到車輪端的扭矩為

T2=i2*Teng ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中Tl、T2分別為1擋、2擋車輪端的扭矩;i1、i2分別為1擋、2擋的總傳動比;Teng為發動機的飛輪端扭矩（加速踏板開度不變的情況下，因換擋時間短暫、擋位間速差大，可忽略換擋前后發動機飛輪端扭矩差異）。

因i1>i2，故T1>T2，即升擋后的車輪端扭矩減小了，繼而加速度減小。1擋的速比與2擋的速比相差越大，換擋后加速度減小的程度越大。在換擋時間一定的情況下，因速比變小導致的升擋頓挫將越明顯。如圖4所示，理想的加速度曲線應是平滑下降的趨勢。

3 ?升擋頓挫優化方案

針對升擋過程的換擋頓挫，結合頓挫產生的機理，由TCU識別扭矩交換階段的開始以及結束時刻，并通過CAN總線，向EMS控制模塊發送增扭請求，以補償因升擋過程速比變小導致的車輪端扭矩變小、加速度變小，從而使換擋過程的加速度線性度得到改善，消除升擋過程的頓挫感。（圖5）

4 ?方案驗證

為驗證上述解決升擋頓挫問題的方案效果，對同一臺搭載1.5TD+7DCT的車型進行恒定加速踏板開度測試，使車輛從靜止開始加速到某一車速，對比相同工況下優化前、后的加速度與時間的關系，及整車的升擋頓挫情況。

從圖6可看出，在起步20秒內的時間里，按解決方案優化后的整車縱向加速度隨時間增加而線性減小，優化前的加速度則在升擋過程出現跌坑、整車伴隨頓挫。

圖7可看出，40%恒定加速踏板開度加速的對比結果與30%加速踏板開度的情況一致，優化后的加速度隨時間增加而線性較小，升擋過程無明顯跌坑，整車加速過程無換擋頓挫感。

5 ?結束語

通過對雙離合變速器升擋過程及原理的分析，得出了造成升擋頓挫的關鍵因素是升擋前、后的變速器速比差導致升擋過程傳輸到車輪端的扭矩變小引起。對升擋過程的扭矩交換階段進行增扭，可以有效解決升擋過程的頓挫問題，進而改善變速器換擋品質、提升整車駕駛體驗。

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