CN104948728A - 自动湿式双离合器变速器的起步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动湿式双离合器变速器的起步控制方法，该方法如下：控制发动机转速按照既定轨迹达到第一阶段目标转速点，通过离合器的扭矩传递使得离合器转速上升，达到一定离合器转速之后，基于离合器转速计算出发动机目标转速，控制发动机转速上升，同时实现离合器转速的上升，直到两者转速基本一致，完成起步过程。整个过程通过离合器的扭矩控制来实现。本发明通过控制离合器的传递扭矩，使得起步过程中，发动机转速按照目标转速进行变化，实现了湿式离合器起步过程的平稳和快速，避免了起步的冲击。

Description

自动湿式双离合器变速器的起步控制方法

技术领域

本发明属于变速器控制技术领域，涉及一种自动湿式双离合器变速器的起步控制方法。

背景技术

双离合器变速器作为一种自动变速器方案，它的结构已经比较熟悉。例如DE 35 46 454 A1早已披露。但在近些年它才作为一种自动化的双离合器变速器在轿车上批量使用。该装置包含两套可以认为是独立的变速器，每套变速器包含一个离合器，齿轮速比装置。每套变速器通过和发动机的连接获得扭矩，在输出端，他们可能共用一个输出轴，将扭矩传递给车轮。或者是通过齿轮机构输出到一个共同的从动齿轮然后和输出轴连接。两个独立的离合器可以是做成一体的离合器总成，这样两个离合器通过共同的油路进行冷却，或是独立的两个离合器总成，需要两个冷却油路进行冷却。

进入起步阶段时，发动机转速要高于发动机稳定怠速转速，而离合器的输出轴转速从0开始上升。在起步的过程，发动机的转速是高于离合器输出轴转速的。离合器处于滑磨状态，可以通过离合器的接合程度来决定传递扭矩的大小，即发动机的负载大小，通过对发动机负载扭矩的控制，使得发动机转速控制在一个比较合理的区间，以获得比较大并且平稳的扭矩，之后随着离合器输出轴转速的上升，发动机转速和离合器转速同步上升，直到两者转速基本重合，已完成整个起步过程。该过程需要精确地控制离合器传递的扭矩，为了降低人工操作的复杂性，该离合器控制过程一般是通过伺服驱动装置自动化控制实现的。该伺服装置一般是电磁液压、电机操作等操作机构。在整个起步过程中，离合器的滑磨会产生大量的热量，使得离合器存在过温烧毁的危险，因此需要通过冷却油冷却的方式进行冷却，冷却油的动力源一般采用机械泵或是电动泵，前者通过发动机获得驱动力，后者通过电机驱动。油冷的方式可以使在起步过程中尽量地获得大的驱动力而不用担心离合器的过热问题。

在起步的过程，发动机的扭矩较大点，高于发动机的怠速转速，因此需要先将发动机的转速控制到较高点，并且能够稳定在该转速，等待离合器输出轴转速的上升。此时，发动机任何转速的波动都会带来发动机扭矩的波动以及整车扭矩的波动，给驾驶员带来不适的感觉以及由于转速的波动误导驾驶员，或者由于控制的不佳带来扭矩传递的冲击等问题。待离合器转速上升之后，发动机转速和离合器转速开始同步上升直至两者转速同步，完成整个起步过程。发动机转速和离合器转速同步上升，需要通过离合器的扭矩控制来实现，两者以何种形式，何种轨迹进行结合影响到整车的驾驶感觉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在发动机起步过程中能够避免扭矩冲击和振动，从而实现湿式离合器平稳、快速起步，避免起步冲击的自动湿式双离合器变速器的起步控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的自动湿式双离合器变速器的起步控制方法包括下述步骤：

第一阶段，首先使发动机实际转速达到一个扭矩比较大的稳定目标转速N_EngStall；

第二阶段，等待离合器的转速上升，直到离合器实际转速达到设定目标转速值；

第三阶段，基于离合器的实际转速计算发动机的目标转速，通过离合器扭矩的控制使发动机实际转速趋于目标转速，直至发动机实际转速与离合器实际转速最后同步；

所述第一阶段中，采用下述方法使发动机实际转速达到稳定目标转速N_EngStall：

一、按照给定的时间和变化曲线计算出整个发动机的时间-目标转速轨迹，该变化曲线是平滑没有突变的；

二、通过离合器扭矩的控制使得发动机实际转速按照发动机的时间-目标转速轨迹由当前转速调节到稳定目标转速N_EngStall；该过程中离合器结合扭矩T_Clt通过式(1)计算得到：

T_Clt＝∫_T0 ^T1ΔT_Eng+T_PI-T_Proactive   (1)

式中，∫_T0 ^T1ΔT_Eng是基于发动机扭矩变化积分获得的扭矩,T0是当前时刻，T1是发动机转速调节到稳定目标转速N_EngStall的时刻；T_PI是基于发动机目标转速和实际转速PI计算的速度闭环PI扭矩；T_Proactive是在发动机目标转速随时间变化过程中根据式(3)、(4)计算的ProActive扭矩；

T_PI＝P×E_speed+I×∫_T0 ^T1E_speed   (2)

T_Proactive＝dN_EngT/dt×I_In   (3)

dN_EngT/dt＝(N_EngT1-N_EngT0)/(t1-t0)   (4)

式中，P为比例因子、I为积分因子；E_speed为发动机目标转速和实际转速的偏差；dN_EngT/dt是发动机目标转速变化的梯度；N_EngT0是当前时刻发动机目标转速，N_EngT1是下一时刻发动机目标转速；t1-t0是当前时刻与下一时刻的时间差，其值等于控制系统计算的时间周期；I_In是离合器输入转动惯量；

所述第二阶段中，离合器转速的目标值为(2-Ks)×N_EngStall，Ks为目标转速曲线因子，1<Ks<2；

所述第三阶段中，根据式(5)计算发动机的目标转速N_EngT，通过离合器扭矩的控制使发动机实际转速趋于目标转速N_EngT，直至发动机目标转速N_EngT达到Ks*N_EngStall时实现发动机实际转速和离合器实际转速的最后同步；

$N_{\mathrm{EngT}}=N_{\mathrm{EngStall}}+\frac{{(N_{\mathrm{Clt}}+(\mathrm{Ks}-2)\&times;N_{\mathrm{EngStall}})}^2}{4\&times;(\mathrm{Ks}-1)\&times;N_{\mathrm{EngStall}}}---\left(5\right)$

式中N_Clt是离合器实际转速。

所述第一步中，发动机的稳定目标转速N_EngStall根据油门大小查表获得。

根据不同的车辆特性，可以调节Ks获得不同的转速变化曲率。Ks越小，起步同步过程越快，Ks越大，过程越缓。

本发明提供了一种应用于自动湿式双离合器变速器起步过程的控制方法，该双离合器变速器包括：两个变速器装置，每个由一个湿式离合器及其冷却装置、变速器档位组，还有至少一个离合器输入转速传感器装置、两个离合器输出转速传感器装置和一个输出轴转速传感器装置。起步过程如下:控制发动机转速按照既定轨迹达到第一阶段目标转速点，通过离合器的扭矩传递使得离合器转速上升，达到一定离合器转速之后，基于离合器转速计算出发动机目标转速，控制发动机转速上升，同时实现离合器转速的上升，直到两者转速基本一致，完成起步过程。整个过程通过离合器的扭矩控制来实现。起步开始时，基于油门的大小，算出一个发动机稳定目标转速N_EngStall，基于变化的目标转速曲率和变化时间算出转速变化的梯度，基于梯度来补偿离合器的结合扭矩，在该扭矩的驱动下，离合器转速上升，当离合器扭矩达到一定值下，通过基于离合器的转速，计算发动机的目标转速，以保证最终两者的同步结合。

本发明提出了一种用于自动湿式双离合器变速器起步过程的控制方法，该方法通过控制离合器的传递扭矩，使得起步过程中，发动机转速按照目标转速进行变化，实现了湿式离合器起步过程的平稳和快速，避免了起步的冲击。

附图说明

本发明的其他技术细节见下面的详细说明和附图。这些附图用于图示化地解释本发明所述的控制方法。

图1是采用本发明在起步过程中发动机的目标转速变化曲线、实际变化曲线和离合器输出轴转速变化曲线图。

图2是本发明离合器作用扭矩的计算过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，整个起步过程可以分解为三个阶段。第一阶段为发动机实际转速调节到稳定目标转速N_EngStall阶段，该阶段基于定义的起步调速时间(StallStartTime)和调速轨迹(StallProfile)获得发动机目标转速变化的整个曲线，当发动机实际转速达到稳定目标转速N_EngStall之后，进入第二阶段。第二阶段发动机目标转速不变，监测离合器转速，直至离合器实际转速达到设定目标转速值(即进入第三阶段限值StallSynchBorder)之后，目标转速计算进入第三阶段。第三阶段基于离合器的实际转速计算发动机的目标转速，通过离合器扭矩的控制实现该发动机实际转速的控制，使发动机实际转速趋于目标转速，直至发动机实际转速和离合器实际转速的最后同步。

本发明提出的控制方法详细叙述如下。

第一阶段，基于发动机的特性，不同油门下，发动机的较大扭矩点对应转速不一样。因此可以通过油门的输入，查表获得一个发动机较大扭矩对应的目标转速作为发动机第一控制阶段的稳定目标转速N_EngStall。从当前转速到稳定目标转速N_EngStall按照起步调速时间(StallStartTime)和调速轨迹(StallProfile)计算出整个发动机目标转速轨迹。该变化曲线是平滑没有突变的。如何通过离合器扭矩的控制使得发动机转速能够很好地按照该目标转速轨迹变化是控制的难点，特别是在将发动机由当前转速调节到稳定目标转速N_EngStall的过程中。为了准确地控制发动机转速按照目标转速轨迹进行变化，我们引入ProActive扭矩进行控制的。离合器结合扭矩由三部分组成：基于发动机扭矩变化积分获得的扭矩∫_T0 ^T1ΔT_Eng，基于发动机目标转速和实际转速PI计算的速度闭环PI扭矩T_PI，和在发动机目标转速变化过程中计算的ProActive扭矩。公式如下：

T_Clt＝∫_T0 ^T1ΔT_Eng+T_PI-T_Proactive

基于发动机扭矩变化积分获得的扭矩∫_T0 ^T1ΔT_Eng从发动机控制单元采集获得，该扭矩体现发动机扭矩的变化对应离合器扭矩的变化，在整个起步阶段该扭矩始终作用于离合器扭矩。速度闭环PI扭矩T_PI主要是监测发动机目标转速和实际发动机转速的偏差，T_PI＝P×E_speed+I×∫_T0 ^T1E_speed；P为比例因子、I为积分因子；E_speed为发动机目标转速和实际转速的偏差。P、I的数值通过试验调节确定，保证发动机实际转速能够快速稳定地达到稳定目标转速N_EngStall。通过离合器扭矩调节来弥补发动机目标转速和实际发动机转速的偏差部分，该闭环计算扭矩T_PI只有在出现了转速偏差以后才开始进行补偿，因此最后的控制结果很难保证发动机转速能够很好地和目标转速吻合，因此引入ProActive扭矩。在起步过程中，我们计算获得了发动机的目标转速轨迹，基于该轨迹我们能够得到发动机目标转速变化的梯度(dN_EngT/dt)。目标转速梯度的计算我们通过当前时刻目标转速N_EngT0和下一时刻目标转速N_EngT1之差除以这两个采样时刻的时间差t1-t0，这两个时刻的时间差t1-t0为控制系统计算的时间周期，即dN_EngT/dt＝(N_EngT1-N_EngT0)/(t1-t0)。发动机目标转速变化的梯度和离合器输入转动惯量I_In(包括发动机转动惯量和飞轮转动惯量，为车辆固有参数)，我们可以计算出发动机转速按照目标转速变化所须补偿的扭矩ProActive扭矩T_Proactive＝dN_EngT/dt×I_In。

待发动机转速达到稳定目标转速N_EngStall之后，发动机扭矩达到一个比较大的扭矩值，之后如何控制发动机转速和离合器传递扭矩让发动机转速和离合器输出轴转速很好地达到同步以完成起步是该发明第二阶段实现的目标。当发动机转速达到稳定目标转速N_EngStall之后，该转速点为发动机在当前负荷下的扭矩较大点，发动机目标转速维持在该转速，通过该扭矩传递给离合器，驱动离合器转速上升，监控离合器输出轴转速，当离合器输出轴转速大于目标值(2-Ks)×N_EngStall(1<Ks<2)时，发动机转速的控制进入第三阶段：该阶段中，发动机目标转速N_EngT的确定基于离合器的输出转速，计算公式如下：

$N_{\mathrm{EngT}}=N_{\mathrm{EngStall}}+\frac{{(N_{\mathrm{Clt}}+(\mathrm{Ks}-2)\&times;N_{\mathrm{EngStall}})}^2}{4\&times;(\mathrm{Ks}-1)\&times;N_{\mathrm{EngStall}}}$

其中N_Clt是离合器的实际转速，通过离合器转速传感器获得。该发动机目标转速的变化体现了离合器目标转速的变化，并能够随着离合器转速的上升，发动机转速与离合器转速的差会一步一缩小，直到发动机目标转速达到Ks*N_EngStall时，离合器转速和发动机转速同步，完成整个起步过程。在起步的第三阶段，实时基于当前离合器的转速，计算出发动机的目标转速，由于离合器的转速不会突变，基于该连续函数计算出来的发动机目标转速也是连续的，并能够最终实现发动机转速和离合器转速的同步。

利用此方法，计算出一个优化的发动机目标转速曲线，通过离合器的控制，实现发动机转速和离合器转速的最后同步。

Claims (1)

1.一种自动湿式双离合器变速器的起步控制方法，其特征在于包括下述步骤：

第一阶段，首先使发动机实际转速达到一个扭矩比较大的稳定目标转速N_EngStall；

第二阶段，等待离合器的转速上升，直到离合器实际转速达到设定目标转速值；

第三阶段，基于离合器的实际转速计算发动机的目标转速，通过离合器扭矩的控制使发动机实际转速趋于目标转速，直至发动机实际转速与离合器实际转速最后同步；

所述第一阶段中，采用下述方法使发动机实际转速达到稳定目标转速N_EngStall：

一、按照给定的时间和变化曲线计算出整个发动机的时间-目标转速轨迹，该变化曲线是平滑没有突变的；

二、通过离合器扭矩的控制使得发动机实际转速按照发动机的时间-目标转速轨迹由当前转速调节到稳定目标转速N_EngStall；该过程中离合器结合扭矩T_Clt通过式(1)计算得到：

T_Clt＝∫_T0 ^T1ΔT_Eng+T_PI-T_Proactive   (1)

式中，∫_T0 ^T1ΔT_Eng是基于发动机扭矩变化积分获得的扭矩,T0是当前时刻，T1是发动机转速调节到稳定目标转速N_EngStall的时刻；T_PI是基于发动机目标转速和实际转速PI计算的速度闭环PI扭矩；T_Proactive是在发动机目标转速随时间变化过程中根据式(3)、(4)计算的ProActive扭矩；

T_PI＝P×E_speed+I×∫_T0 ^T1E_speed     (2)

T_Proactive＝dN_EngT/dt×I_In    (3)

dN_EngT/dt＝(N_EngT1-N_EngT0)/(t1-t0)    (4)

式中，P为比例因子、I为积分因子；E_speed为发动机目标转速和实际转速的偏差；dN_EngT/dt是发动机目标转速变化的梯度；N_EngT0是当前时刻发动机目标转速，N_EngT1是下一时刻发动机目标转速；t1-t0是当前时刻与下一时刻的时间差，其值等于控制系统计算的时间周期；I_In是离合器输入转动惯量；

所述第二阶段中，离合器转速的目标值为(2-Ks)×N_EngStall，Ks为目标转速曲线因子，1<Ks<2；

所述第三阶段中，根据式(5)计算发动机的目标转速N_EngT，通过离合器扭矩的控制使发动机实际转速趋于目标转速N_EngT，直至发动机目标转速N_EngT达到Ks*N_EngStall时实现发动机实际转速和离合器实际转速的最后同步；

$N_{\mathrm{EngT}}=N_{\mathrm{EngStall}}+\frac{{(N_{\mathrm{Clt}}+(\mathrm{Ks}-2)\&times;N_{\mathrm{EngStall}})}^2}{4\&times;(\mathrm{ks}-1)\&times;N_{\mathrm{EngStall}}}---\left(5\right)$

式中N_Clt是离合器实际转速。