再起步前濕式離合器扭矩遲滯自適應方法

　　【摘要】為盡可能提高濕式離合器起步前的壓力水平，同時降低再起步前發動機負載、改善再起步前的怠速抖動現象，提出一種基于發動機與離合器扭矩差的扭矩遲滯自適應方法，該自適應過程主要由初始化、監測、判斷及完成 4 個階段組成，依據扭矩差對離合器壓力進行自適應調節，直至完全消除扭矩差。實車測試結果表明，自適應策略能夠準確識別并介入目標工況，進而自適應進行再起步前的壓力補償，改善抖動現象。

　　本文源自胡志濤; 范建凱; 謝立臣; 叢強; 孔維振， 汽車技術 發表時間：2021-07-15

　　主題詞：濕式離合器 怠速抖動 扭矩遲滯 自適應

　　1 前言

　　離合器的接合壓力對起步有重要影響：接合壓力小，系統穩定性增強，離合器抖振強度減弱;接合壓力大，有利于減小起步過程中的滑磨功，但接合時容易出現沖擊。為此，文獻[1]~文獻[3]綜合考慮離合器空行程、起步響應、壽命等因素，提出了離合器接合壓力設計方法。劉小川等人[4-5] 將離合器接合過程分為擠壓、壓緊、全粗糙接觸3個階段，具體探討了不同階段離合器接合壓力的特點并指出其對起步的影響。為進一步減少起步沖擊，劉海鷗等人[6] 提出自適應控制策略，進而控制離合器到達既定目標壓力的接合速度。楊立昆[7] 通過建立接合過程的動力學模型，指出先快后慢的接合速度能夠在一定程度上抑制離合器振顫現象。

　　離合器遲滯現象使得對離合器的控制難度進一步增加，表現為離合器接合時同一接合壓力下，難以達到理想扭矩，離合器分離時同一壓力下，離合器難以及時分離、及時卸載。文獻[8]指出：與怠速相比，發動機轉速增加時，離合器的最大分離力、遲滯力降低;相較于常溫，低溫下遲滯力較高;生命周期末期的離合器遲滯力明顯增加。為改善這一問題，閆濤[9] 確認了經過 Dither 標定的控制閥可以獲得較好的壓力輸出性能，提高離合器傳遞扭矩的控制精度。謝先平[10] 通過位置傳感器來檢測離合器的接合位置，提出一種專家PID控制方法，實現了離合器目標位置的準確跟蹤，進而準確實現了離合器的接合、分離。

　　綜上，鑒于批量生產的離合器扭矩遲滯的散差現象、遲滯力受轉速及溫度的影響、遲滯力在離合器生命周期中的變化等不穩定因素的存在，實際上很難用一版標定數據覆蓋以上因素的影響。本文通過實時監測發動機與離合器的扭矩差，設計控制策略識別再起步前的工況，實現對離合器接合壓力的及時補償，以緩解扭矩遲滯造成的抖動現象。

　　2 離合器扭矩遲滯原理

　　其中：ΔT為離合器壽命中某階段同一壓力下接合與分離時的扭矩差，即扭矩遲滯;PKP [11-12] 為離合器半接合點壓力(Pressure of Kiss Point)，理論上為扭矩為零時對應的壓力，工程中為實現觀測及策略設計，其取值范圍一般為0~5 N·m。離合器在初次起步前或制動停止后再起步前，為降低發動機負載、減少怠速抖動，同時盡可能提高接合壓力以降低再起步時的滑磨功，策略上離合器目標壓力多設計為 PKP。由圖 1 可知，對于理論扭矩壓力曲線，接合過程和分離過程PKP對應的扭矩均為T0，實際上由于離合器扭矩壓力特性受滑磨轉速、壽命狀態、裝配誤差等因素影響，其扭矩壓力曲線會不同程度地區別于理想曲線，表現出扭矩遲滯現象[8] 。為此，離合器接合時為使扭矩達到T0，軟件策略需設計正向補償a;同樣地，離合器分離時，軟件策略需設計負向補償b。

　　3 扭矩遲滯自適應策略設計

　　3.1 自適應策略架構

　　本文使用 MATLAB、TargetLink 軟件實現相應架構和邏輯。扭矩遲滯自適應整體架構如圖2所示。

　　自適應策略主要包括3個部分，即監測自適應前提條件的模塊和2個離合器扭矩遲滯自適應模塊。前提條件滿足后將分別激活2個離合器扭矩遲滯自適應模塊，若前提條件不再滿足，將失活并重置自適應補償。

　　3.2 自適應前提條件監測模塊設計

　　圖3所示為子系統自適應前提條件監測模塊。其中：Bit0為功能開關，用于整車聯調時有選擇地開啟/關閉自適應功能，進而實現變量的單獨控制，以進行不同功能的逐一調試;Bit1對制動狀態進行實時監測，用于判斷再起步前是否存在制動指令;Bit2通過車速梯度判斷再起步前車輛是否已經處于減速狀態，當Bit2為真， Q(處于減速狀態標志位)為真，制動狀態不再成立或換擋桿為N擋或P擋位置時，將重置Q，即當監測到駕駛意圖為蠕動、再起步、P 擋或 N 擋怠速時，重置自適應補償，以快速實現蠕動或再起步;Bit3、Bit4分別對2個離合器的軸速、離合器主狀態進行判斷，以進一步判斷再起步前的工況;Bit5、Bit7分別監測離合器壓力、發動機扭矩的穩定性，可通過監測約定采樣周期內的波動量實現，一般在硬件無故障時，穩定性均能滿足;Bit6用于判斷當前處于工作狀態的離合器為奇數擋離合器或偶數擋離合器;Bit8用于判斷離合器傳感器是否存在故障; Bit9用于標定允許自適應激活時的溫度范圍，該范圍與硬件遲滯受油溫影響的程度有關。通過設計標定量，可以依據需求選擇具體哪些標志位成立，才能激活奇數或偶數擋離合器自適應模塊。圖 3 中：Bit2 成立時，S(設置)成立，Q成立;當制動狀態為OFF或換擋桿處于N/P 時將觸發R(重置)，此時Q不成立;若S、R均不成立時， Q維持上一時刻值。

　　3.3 自適應模塊設計

　　圖4所示為自適應被激活后的具體流程，主要分為 4個狀態：初始化、判斷、自適應、完成。初始化狀態下壓力補償初始化為0，標志位及計數器均初始化為0;進入判斷狀態后，標志位置1，此處設計可標定的緩沖時間 TJ，用于判斷并計算相對穩定的扭矩差ΔT，隨后，判斷扭矩差是否大于設定值Tthld，若為真則進入自適應狀態，否則進入完成狀態，其現實意義為：若存在多于離合器請求扭矩的負載作用于發動機端，將繼續進行遲滯自適應，直至扭矩差小于設定值，反之，認為此次不需額外遲滯補償，跳轉至完成狀態。

　　Timer3分別為判斷狀態、自適應狀態、自適應延時狀態的計時器;Cnt為所在子狀態的計數器;TJ為判定狀態的時長;TD為延時狀態的時長;TA為自適應狀態的時長;PStep 為自適應時單次壓力補償量;Tthld為退出或進入自適應狀態的扭矩差界定值;TEngFil為過濾后發動機扭矩;TCluTgt 為當前離合器目標扭矩。

　　進入自適應狀態后，隨即判斷是否進入自適應延時狀態，若此時判定為狀態內首次自適應，將直接跳出自適應延時狀態，快速判斷扭矩差并給予單次補償 PStep，否則延長 TD以計算穩定的扭矩差，再判斷扭矩差進而實施補償。整個過程中若扭矩差小于設定值，或自適應狀態超時，均直接退出自適應進入完成狀態，進而更新標志位。

　　4 實車測試與驗證

　　所述自適應方法適用于搭載濕式雙離合變速器的所有車輛，不依賴于環境。本文選取搭載濕式雙離合變速器的試驗車輛進行實車測試，選取空曠道路，在常溫下起動、起步、制動停止、再次起步，采用Vector公司的測試設備Canape-1630A采集并分析數據。

　　以下測試選擇全部標志位成立時，才能激活具體自適應模塊。部分標定參數設計如表1所示，環境溫度為 25 ℃，硬件狀態穩定(認為Bit9、Bit8、Bit7、Bit5已滿足)。

　　測試結果如圖 5 所示，軸速變化過程顯示了車輛由駕駛狀態到制動停止的過程：當主動離合器軸速小于設定值時，Bit3 滿足;在此之前，策略通過車速梯度及制動壓力變化，預判出車輛處于減速狀態進而Bit2、 Bit1 滿足;在由 2 擋降至 1 擋后，工作離合器軸由偶數變為奇數時，Bit6滿足;當離合器主狀態由蠕行換擋變為蠕行時，Bit4滿足，至此，所有前提條件滿足，進入自適應狀態(圖中c時刻)，隨后進入判斷狀態，并更新扭矩差。此外，在 e 時刻前，實際離合器壓力等于 PKP，但是扭矩差卻在上升，這是扭矩遲滯的表現，表明有額外負載作用到發動機端，如果不能及時準確卸載該負載，將發生怠速抖動，油耗增加;進入自適應狀態后，策略依據動態扭矩差，持續給予壓力補償，直到 f 時刻，扭矩差小于 Tthld，g 時刻額外負載被完全卸載。由圖 5 可知，4 s后，由于換擋桿由D進入P擋導致Bit2不再滿足(圖中標記為Bit2′)，策略結束，重置補償量。同樣地，當策略判斷任一前提條件不滿足時，策略都將重置補償。例如，檢測到松制動踏板信息時，Bit1將被置0，策略能夠及時重置補償，以保證接合壓力，促進快速再起步或蠕行。

　　5 結束語

　　本文依據發動機、離合器扭矩差設計控制策略，實現了再起步前工況的識別，通過自適應實現壓力補償進而減少扭矩遲滯造成的怠速抖動現象。該自適應策略為進一步提高離合器正向接合壓力提供了可能，降低了對硬件遲滯標準的過高要求，有利于降低硬件成本。