一种避免双离合器换挡功率循环的双离合变速器换挡控制方法与流程

本发明涉及一种车辆自动变速换挡控制方法，具体地说是一种避免双离合器换挡功率循环的双离合变速器换挡控制方法。

背景技术：

双离合自动变速器(dualclutchtransmission,dct)是基于手动变速器的基础上发展而来的一种新型的自动变速器，通过采用两个离合器进行动力传递，第一个离合器传递当前档位时，第二个离合器可以进行换入档位的档位预置，当需要完成当前档位与换入档位的切换时，第一个离合器解除当前档位，同时第二个离合器接合换入档位，因此dct不仅具备手动变速器的灵活性，而且还具有自动变速器的舒适性，在整个换档过程中无明显的动力中断现象，同时换挡响应快，dct以其优秀的性能得到人们的青睐，迅速推广应用。

dct特殊的结构特性使得换挡时动力损失降低，但由于存在功率循环时，离合器的换挡时间越长，冲击越小，但离合器磨损越大，相反，离合器的换挡时间越短，利于改善离合器磨损状况，冲击越大，换挡平顺越差，因而存在功率循环时换挡时间和换挡冲击成为动力交接时难以调和的一对矛盾。因此，dct换挡过程中易产生功率循环现象，造成功率损失、换挡平顺性下降和换挡离合器部件损坏。

技术实现要素：

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种避免双离合器换挡功率循环的双离合变速器换挡控制方法，以期能在双离合变速器自动变速器进行换挡时，通过双离合器的分离接合控制和发动机的转速调整，避免离合器产生换挡功率循环，降低双离合器的换挡功率消耗，同时减小换挡冲击，提高双离合变速器的换挡平顺性。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种避免双离合器换挡功率循环的双离合变速器换挡控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、降低分离离合器的正压力，使所述分离离合器的主动盘与从动盘处于分离临界状态，同时增大接合离合器的正压力，使所述接合离合器的主动盘与从动盘处于接合临界状态；

步骤2、逐步调节所述分离离合器与所述接合离合器的正压力，同时逐步调节发动机的转速，使所述分离离合器的主动盘与从动盘逐步增大滑摩、所述接合离合器的主动盘与从动盘逐步增大接合；

步骤3、当所述分离离合器的正压力下降为零时，所述分离离合器的主动盘与从动盘完全分离，所述分离离合器的主动盘与从动盘处于完全滑摩状态，对应所述接合离合器的正压力为所述接合离合器的维持压力，保持所述接合离合器的维持压力不变，直至所述接合离合器的主动盘与从动盘完全结合；

步骤4、当所述接合离合器的主动盘转速等于所述接合离合器的从动盘转速时，所述接合离合器的主动盘与从动盘完全结合，同时继续增大所述接合离合器的正压力至所述接合离合器接合力的额定值为止。

本发明所述自动变速器换挡修正控制方法的特点也在于，

所述步骤2中所述分离离合器与所述接合离合器的正压力的调节按照以下方法进行：

根据换挡响应时间的要求，逐步减小所述分离离合器的正压力，同时逐步增大所述接合离合器的正压力，且使换挡过程中所述接合离合器的摩擦转矩tc2满足式(1)：

式(1)中：i1为当前档位传动比；i2为换入档位传动比；tcut1为分离离合器的传递转矩；r为轮胎半径；m为轮胎质量；jb为离合器从动盘后端转动惯量总和；jr为车轮转动惯量。

所述步骤2中所述发动机转速的调节按照以下方法进行：

调节所述发动机转速，使所述发动机转速大于所述分离离合器从动盘转速与所述接合离合器从动盘转速之间的最大值。

所述步骤4中所述接合离合器接合力的额定值为接合离合器正常工作时传递设计转矩所需正压力。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明通过调整双离合器的正压力进行双离合器的分离与接合控制，有效减小了换挡冲击，提高了双离合变速器的换挡平顺性。

2、本发明在双离合器分离、结合过程中，通过对发动机的转速调整，避免了离合器换挡时产生换挡功率循环，降低双离合器的换挡功率消耗，同时避免了双离合换挡部件的损坏，延长了双离合换挡部件的使用寿命。

3、本发明通过双离合器的分离接合控制和发动机的转速调整，提高了双离合器换挡性能，无需更改车辆硬件系统，仅需要在自动变速器电子控制单元中增加本控制方法对应的软件程序，可操作性强，且可适用于装备不同类型双离合自动变速器的车辆，适用范围广。

附图说明

图1为本发明实施例的双离合变速器结构简图；

图2为本发明的双离合变速器换挡过程中两离合器正压力调整示意图；

图3为本发明的双离合变速器换挡过程中发动机转速调整示意图。

具体实施方式

本实施例中，一种避免双离合器换挡功率循环的双离合变速器换挡控制方法，是在双离合自动变速器进行换挡时，通过双离合器的分离接合控制和发动机的转速调整，避免双离合器产生换挡功率循环，降低双离合器的换挡功率消耗，同时减小换挡冲击，提高双离合变速器的换挡平顺性。参阅图1-图3，具体的说，是按如下步骤进行：

步骤1、双离合变速器通过两个离合器完成动力传递与传动比变化，定义当前档位下进行动力传递的离合器为分离离合器，需要换入档位进行动力传递的离合器为接合离合器，在进行档位变换前，首先需要消除分离离合器与接合离合器的空行程，即：降低分离离合器的正压力，使所述分离离合器的主动盘与从动盘处于分离临界状态，同时增大接合离合器的正压力，使所述接合离合器的主动盘与从动盘处于接合临界状态，消除分离离合器与接合离合器的空行程，使分离离合器与接合离合器均达到动力交接的临界状态，以缩短双离合器变速器的换挡时间；

步骤2、在进行档位变换时，为了缩短换挡时间、提高换挡平顺性、避免动力中断，传递当前档位动力的分离离合器需要逐步减少动力传递，传递换入档位动力的接合离合器需要逐步增大动力传递，分离离合器与接合离合器需要进行动力交接，需要逐步调节分离离合器与接合离合器的正压力，使分离离合器的主动盘与从动盘逐步增大滑摩、接合离合器的主动盘与从动盘逐步增大接合；同时，为了避免分离离合器与接合离合器之间产生功率循环，需要逐步调节发动机的转速；

具体的说，分离离合器与接合离合器的正压力的调节按照以下方法进行：

首先对换挡过程中评价换挡平顺性的冲击度进行说明：

车辆换挡过程中的冲击度常用车辆加速度的一阶导数表示，由于换挡过程较短，车速变化不明显，故过程中的滚动阻力矩及空气阻力矩可视为常量，可以得到分离离合器逐步滑摩、接合离合器逐步接合状态下冲击度的表达式，其中，j1为调节发动机转速条件下两离合器均无功率循环时的冲击度，j2为分离离合器存在功率循环时的冲击度。

式(1)、式(2)中：i1为当前档位传动比；i2为换入档位传动比；tc1为分离离合器的摩擦力矩；tc2为接合离合器的摩擦力矩；r为轮胎半径；m为轮胎质量；jb为离合器从动盘后端转动惯量总和；jr为车轮转动惯量。

由上述冲击度表达式可知，双离合变速器的换挡平顺性主要受分离离合器摩擦转矩变化率接合离合器摩擦转矩变化率以及是否存在功率循环等因素影响。

分离离合器摩擦转矩变化率tc1、接合离合器摩擦转矩变化率tc2的表达式如下：

式(3)、式(4)中：为分离离合器、接合离合器接合力的变化率；rc、rc分别为离合器摩擦盘的大小径；μ为离合器摩擦盘的摩擦系数。

由式(3)、式(4)可知，同为正比例关系，且由于换挡过程中分离离合器接合力逐渐降低，接合离合器接合力逐渐升高，故为负值，为正值。

(1)当两离合器皆不存在功率循环时，由式(1)第一表达式可知，通过调节两离合器接合力的变化率可以在理论上实现冲击度为0。

(2)当分离离合器存在功率循环，接合离合器正向传递转矩时，由式(2)可知两项系数符号相反；由换挡实际过程可知，由于两离合器正压力一方增大一方减小，本身具有相反的正负关系，故理论上无法根据式(1)表达式，通过调节两离合器接合力大小实现两项相互抵消，在理论上使换挡冲击降低为0。同时，两项为导数项，本身反映了物理量的变化率，变化时间越长、变化越平缓其值越小，变化时间越短、变化越激烈其值越大。由于存在功率循环，不能通过调节离合器接合力将这两项消除，故存在功率循环时离合器换挡时间越长，冲击越小，但离合器磨损越大；相反，换挡时间越短，冲击越大，但有利于改善离合器磨损状况。

因此，存在功率循环时的换挡冲击度和换挡时间(即离合器磨损)成为矛盾量，为调和换挡时间和换挡冲击之间的矛盾，需建立基于最小值原理的系统优化控制模型，但控制过程极为复杂。而无功率循环换挡时，由于两项可以互抵消除，故不存在换挡时间与换挡冲击之间的矛盾，在任意换挡时间下换挡均能实现冲击度为0，故双离合变速器换挡时应避免功率循环的产生。

根据换挡响应时间的要求，逐步减小分离离合器的正压力，同时逐步增大接合离合器的正压力，且使换挡过程中接合离合器的摩擦转矩tc2满足式(5)，即可保证两离合器换挡动力交接滑摩过程中冲击度为0。

其中，分离离合器的传递转矩tcut1的表达式如下：

式(6)中：为发动机转矩变化率；ja为离合器主动盘及其前端元件转动惯量总和；tr为包含滚动阻力矩及空气阻力矩在内的行驶阻力矩。

由以上分析可知，双离合变速器在换挡过程中存在功率循环时，很难解决换挡平顺性问题，因此，在双离合变速器在换挡过程中必须消除换挡功率循环，通过调节发动机转速可实现两离合器换挡过程中无功率循环。

离合器正向传递摩擦力矩时，离合器主动盘转速必须大于从动盘转速；若离合器从动盘转速高于主动盘转速，则摩擦力矩传递方向变为由从动盘至主动盘。摩擦力矩的反向传递会导致功率循环产生。在换挡过程中，若离合器主动盘转速小于分离离合器或接合离合器的从动盘转速，则双离合器存在换挡功率循环，消耗发动机功率，换挡部件的受力恶化，且换挡平顺性很难解决，为了避免双离合变速器的换挡功率循环，需要使离合器主动盘转速大于分离离合器或接合离合器的从动盘转速，由于离合器主动盘与发动机输出轴直连，则离合器主动盘转速与发动机转速相同，因此，发动机转速的调节按照以下方法进行：

调节发动机转速，使发动机转速大于分离离合器从动盘转速与接合离合器从动盘转速之间的最大值。

步骤3、当分离离合器的正压力下降为零时，分离离合器的主动盘与从动盘之家传递的摩擦力矩为零，分离离合器的主动盘与从动盘完全分离，分离离合器的主动盘与从动盘处于完全滑摩状态，对应接合离合器的正压力为接合离合器的维持压力，此时接合离合器的主动盘与从动盘还未完全接合，为了减小换挡冲击，提高换挡平顺性，保持接合离合器的维持压力不变，直至接合离合器的主动盘与从动盘完全结合；

步骤4、当接合离合器的主动盘转速等于接合离合器的从动盘转速时，接合离合器的主动盘与从动盘完全结合，此时，接合离合器的维持压力仅为保证传递已换入档位力矩的最小正压力，若发动机输出转矩波动、车辆遇的行驶阻力转矩变化，则接合离合器会出现打滑现象，无法适应传递转矩的变化，为了提高接合离合器对传递转矩变化的适应性，同时需要继续增大接合离合器的正压力至接合离合器接合力的额定值为止。

在车辆变速器设计时，需要根据发动机参数、变速器传动比、整车参数进行变速器各档位传递转矩计算，并根据各档位传递转矩计算变速器不同传动比所需离合器的正压力，在此基础上对离合器的正压力设计一定的冗余度，确保在车辆参数、行驶工况、驾驶操纵工况变化时离合器均能可靠传递发动机转矩，因此变速器不同传动比所需离合器的正压力的计算值加上压力设计冗余值，即为离合器正常工作时传递设计转矩所需正压力，因此，接合离合器接合力的额定值为接合离合器正常工作时传递设计转矩所需正压力。

实施例：本实施例使用本发明的控制方法对某型号7速双离合自动变速器进行换挡控制，具体控制过程如下：

图1为某型号7速双离合变速器结构简图，选取一挡和两档进行换挡控制，对其它档位不做详细表示。图1中c1、c2分别表示离合器1及离合器2，则在一档换入二档的过程中，离合器1为分离离合器，离合器2为接合离合器；g1～g7表示各级齿轮，并规定传动比iab为齿轮ga、gb之间的传动比(a＝1～7；b＝1～7)，则一挡传动比i1为i12×i37，二挡传动比i2为i45×i67。

设双离合变速器的初始状态为离合器c1结合，离合器c2分离，并以一挡工作。现由一挡换入二挡，则二挡同步器预先结合(图1中未表示同步器，所示状态即为一二挡同步器均结合的状态)，此时离合器c2仍分离；换挡过程继续，离合器c2压紧力逐渐增大，离合器c1压紧力逐渐减小，当离合器c1完全分离，离合器c2完全结合后使一挡同步器分离，换挡完成。

在双离合变速器的换挡过程中，每个换挡离合器存在三种状态，即：分离、滑摩(合)和接合。从数学表示来看分离和滑摩两种状态可以用同一表达式描写其转矩，不同之处仅在于分离状态下离合器接合力为0，可视为不加载接合力的滑摩状态。因此可以认为每个换挡离合器仅存在两种状态：滑摩、分离，故双离合变速器的换挡过程存在以下四种状态，即：

(a)c1接合c2滑摩；(b)c1滑摩c2滑摩；(c)c1滑摩c2接合；(d)c1接合c2接合显然，(d)状态不能成立，故双离合变速器的换挡过程中仅存在(a)、(b)、(c)三种状态。

参阅图2，曲线纵坐标为离合器的正压力f，其中实线为c1正压力，虚线为c2正压力，则双离合变速器换挡过程中两离合器正压力调整分为以下几个阶段：

1、0～t0阶段

双离合变速器处于(a)状态，由于i1大于i2，则离合器c1从动盘转速大于离合器c2从动盘转速，故c2不存在功率循环现象。若c1存在功率循环，则离合器c2的传递转矩tcut1为负值，但其初状态为正，期间必经过0点，若其经过0点则与此状态下c1总保持接合的条件矛盾，故当前状态下c1、c2均不存在功率循环现象。

2、t0～t3阶段

这个阶段是双离合变速器换挡控制的关键阶段，又可分为以下几个阶段：

(1)t0～t1阶段

双离合变速器处于(a)状态，离合器c1正压力快速下降到临界值，离合器c1处于分离临界状态，此时c1所传递的摩擦转矩等于tcut1，离合器c2正压力快速上升到临界值，离合器c2处于接合临界状态。

(2)t1～t2阶段

双离合变速器处于(b)状态，当前状态初始时c1主动盘转速、c2主动盘转速皆等于c1从动盘转速且大于c2从动盘转速。当前状态结束时有c1主动盘转速、c2主动盘转速皆等于c2从动盘转速且小于c1从动盘转速。

离合器从动盘转速若高于离合器主动盘转速则摩擦力矩传递方向变为由从动端至主动端，则会发生功率循环，由于c2从动盘转速始终小于c1从动盘转速，故不存在c1无功率循环c2功率循环的工况；若c1、c2皆存在功率循环的工况，相当于调节发动机转速使实时车速反拖发动机转动，显然是不合理；因此在t1～t2段，如果没有发动机的转速调整控制，c1必存在功率循环工况，因此，采取发动机转速调整的方法进行离合器c1与c2的换挡控制，可有效避免c1产生功率循环，具体措施参阅图3，曲线纵坐标为转速n，其中实线为c1从动盘转速，长虚线为c2从动盘转速，短虚线为发动机转速，具体调节方法如下：

离合器c1正压力可按照既定滑摩时间线性下降，离合器c2需根据c1正压力调控方式进行动作，即在t2时间点离合器c2的摩擦转矩tc2满足式(5)约束，其余时间线性增加，且确保在t1～t2段内发动机转速均大于离合器c1和c2从动盘转速之间的最大值。

(3)t2～t3阶段

双离合变速器处于(b)状态，离合器c1正压力已下降为0，控制离合器c2正压力维持不变，直到c2完全接合，t2～t3段内维持离合器c2正压力不变，可以使此过程中冲击度接近于0，几乎没有换挡冲击。

3、t3～t4阶段

双离合变速器处于(c)状态，离合器c2完全接合，迅速升高其正压力至离合器接合力的额定值。

至此，完成了7速双离合变速器由一档换入二档的双离合器的换挡控制，避免了在换挡过程中双离合器产生功率循环，提高了换挡平顺性，减小换挡部件的损坏。

因此，采用本发明的双离合器换挡控制方法，进行双离合器的分离与接合控制，可有效减小换挡冲击，提高双离合变速器的换挡平顺性，避免离合器换挡时产生换挡功率循环，降低双离合器的换挡功率消耗，同时避免双离合换挡部件的损坏，延长双离合换挡部件的使用寿命。