基于Simulink/Stateflow的双离合自动变速器换挡策略研究

张健

(西安双特智能传动有限公司，陕西西安 710119)

基于Simulink/Stateflow的双离合自动变速器换挡策略研究

张健

(西安双特智能传动有限公司，陕西西安 710119)

根据双离合自动变速器(DCT)的特点，制定了DCT换挡规律及换挡控制策略，并通过MATLAB/Simulink/Stateflow平台建立模型进行分析验证。试验结果表明所制定的DCT换挡控制逻辑的正确性。

双离合自动变速器；换挡策略；Simulink/Stateflow仿真

0 引言

双离合自动变速器(Dual Clutch Transmission，DCT)是基于平行轴式手动变速器发展起来的，它将奇数挡位离合器和偶数挡位离合器分别和两个中间轴连接，通过离合器的交替切换，完成换挡过程，实现动力换挡。DCT解决了AMT在换挡时的动力损失问题，换挡迅速平稳，保证了车辆的加速性和舒适性。

1 DCT的结构和工作原理

DCT主要由奇数轴、偶数轴离合器，机械部分变速箱，自动换挡机构，电控单元及液压系统组成，其结构简图如图1所示，其中奇数挡位与离合器1相连，偶数挡位与离合器2相连，通过双离合器的交替结合实现无动力间断换挡。

当车辆起步时，两个离合器从动部分和主动部分均是分离的，这时1挡同步器和1挡齿轮啮合，1挡传递的扭矩大于车辆的行驶阻力，车辆开始起步。当车速继续增加，到达了升挡点时，2挡同步器和2挡齿轮啮合，同时离合器2开始慢慢结合，离合器1慢慢分离，当离合器2完全结合、离合器1完全分离时，整个换挡过程结束。DCT在正常运行过程中，总有两个挡位是同时挂入的，其中一个为工作挡位，另一个为预挂挡位。变速箱控制单元(Transmission Control Unit,TCU)根据车辆的运行状态确定预挂挡位，即判断预挂挡位为当前挡位的高一挡位还是低一挡位。

2 DCT换挡规律

自动变速器的换挡规律是指配备自动变速器的车辆根据车辆状态参数变化而进行的自动换挡的规律。换挡规律的好坏不仅关系到车辆动力传动系统各总成间性能的匹配和传动系统整体最优性能的发挥，还对车辆的动力性、经济性产生直接的影响。换挡规律根据换挡参数的不同，一般分为单参数换挡规律和两参数换挡规律以及动态三参数换挡规律。目前广泛应用的换挡规律均为两参数换挡，即车速和节气门开度，根据发动机特性及驾驶员意图，操作自动变速器，使其在合适的速比下工作，使发动机的燃油消耗或输出扭矩符合驾驶者的意图。实际应用中再根据汽车行驶的工况条件在换挡策略中设置多种模式，在每种模式下对基本的换挡规律进行修正，以满足各种工况下汽车所要求的性能及驾驶员的驾驶意图。

文中根据最佳换挡规律的设计方法，根据车速信号(Vehicle Speed)和节气门开度信号(Pedal Position)两参数设计了基本的换挡规律曲线，如图2所示。

3 DCT换挡策略的制定

3.1 预选挡位的确定

预选挡是DCT中一种特有的现象，在DCT中，奇、偶数挡位分别由两个离合器独立控制，进行换挡操作前，将要工作挡位的离合器处于分离状态，需要把将要工作挡位的同步器预先结合，才能进行两个离合器的切换。过早进行预选挡操作，会导致将要工作的离合器主、从动片产生转速差，导致产生一定的滑摩功，使车辆的燃油经济性受影响；预选挡操作过晚，又会影响换挡操作的进行，错过最佳换挡点，对车辆的经济性和动力性产生影响。

采用图3所示的预选挡位的确定方法，同时为了避免循环换挡的发生，在各挡位换挡车速前后3 km/h设计DCT预选挡的升降挡规律曲线。

3.2 自动换挡控制策略流程分析

换挡策略主要包括换挡规律的计算、预选挡规律的计算、换挡过程中两个离合器的切换控制。换挡控制策略是整个换挡控制过程的神经中枢，一切换挡动作都要遵循换挡控制策略进行，因此换挡控制策略的优劣直接关系到换挡品质的好坏。

以当前挡位为N挡为例，进行自动换挡策略流程分析，如图4所示：当前驾驶员以N挡行驶，当驾驶员意图(油门、刹车)发生变化导致车速和节气门开度发生变化时，如驾驶员加速(非急加速工况)，则当前条件满足N挡预挂N+1挡时，N+1挡同步器结合，即预挂N+1挡，若驾驶员继续踩下加速踏板，则进行离合器切换，完成N+1挡行驶，N挡降挡到N-1挡的原理相同。

4 DCT自动换挡策略仿真验证

为了对设计的换挡策略进行验证，通过MATLAB/Simulink/Stateflow软件平台建立了发动机模型、双离合自动变速器模型及整车模型。

4.1 仿真模型

通过Simulink/SimDriveline软件库搭建发动机模型、双离合器模型及变速箱模型和整车模型，通过Simulink/Stateflow搭建DCT控制模型，模型整体框图如图5所示，DCT控制模型如图6所示。其中DCT控制模型根据驾驶员意图、车速、发动机转速及离合器状态信号，根据设计的换挡规律发出选换挡命令，实现DCT的自动换挡功能。

4.2 仿真结果分析

图中各挡位信号，从左至右依次是预选挡位、目标挡位和当前挡位。图7中纵坐标代表挡位信号，可以看出：当车速到达预挂挡点以后，整车控制模块首先发出预选挡位信号，此时，各挡位所对应的同步器啮合，完成同步器的预挂挡操作；随着车速的继续升高，当车速到达升挡点以后，整车模块即发出换挡信号，换挡总成接收换挡信号要求后，调度离合器进行换挡操作；当离合器换挡结束以后，DCT达到当前挡位，此时当前挡位与目标挡位相同，车辆保持当前挡位行驶。

5 结束语

对DCT的结构特点及工作原理进行了分析，同时根据车速信号和节气门开度信号两个参数设计了变速器的换挡规律曲线。

基于MATLAB/Simulink/Stateflow软件平台，建立了DCT的整车仿真模型，对所设计的换挡规律进行了仿真验证。结果表明：所设计的换挡规律能够准确实现DCT的预挂挡要求，对产品开发具有一定的指导意义。

【1】冯巍.湿式双离合器自动变速器起步与换挡控制技术研究[D].长春:吉林大学，2010.

【2】吴光强，杨伟斌，秦大同.双离合器式自动变速器控制系统的关键技术[J].机械工业学报，2007(2)：13-21.

【3】刘杰.基于模型的设计及嵌入式实现[M].北京:北京航天航空大学出版社，2010.

【4】张德丰.MATLAB/Simulink建模与仿真实例精讲[M].北京:机械工业出版社，2010.

【5】李群.汽车双离合器式自动变速器的换挡规律与控制逻辑研究[D].武汉:武汉理工大学，2011.

StudyonShiftingControlofDualClutchTransmissionBasedonSimulink/Stateflow

ZHANG Jian

(Xi’an FC Intelligence Transmission Co.,Ltd.,Xi’an Shaanxi 710119,China)

The shift curves and shift strategy were designed for dual clutch transmission(DCT)according to its characteristics. Then a vehicle model was built to verify the shift strategy based on MATLAB/Simulink/Stateflow.The result shows the shift strategy works well.

Dual clutch transmission; Shift strategy; Simulink/Stateflow simulation

2014-10-13

张健(1984—)，硕士，主要从事变速箱电控系统开发。E-mail：zhjtdl100@163.com。