关于优化双离合器变速箱汽车动力降档换挡时间分析与研究

陈裕棋　曾辉

摘 要：换挡快是DCT的优点之一，如何确保DCT所有檔位换挡都快，这对于DCT换挡控制的要求非常关键。文章主要对双离合器变速箱汽车动力降档时间的进行分析与研究，通过优化双离合器变速箱的换挡方式和策略来优化缩短动力降档时间，使变速箱能更快的完成换挡。

关键词：汽车 双离合器变速箱 动力降档 换挡时间

Analysis and Research on Optimizing the Shift Time of Dual-clutch Transmission Automobile Power Downshift

Chen Yuqi，Zeng Hui

Abstract：Fast gear shifting is one of the advantages of DCT. How to ensure that all gears of DCT shift quickly is very critical to the requirements of DCT shift control. The article mainly analyzes and researches the power downshift time of dual-clutch gearbox vehicles. By optimizing the shift mode and strategy of the dual-clutch gearbox， the power downshift time is optimized and shortened， so that the gearbox can shift faster.

Key words：automobile， dual-clutch gearbox， power downshift， shift time

1 引言

随着国内乘用车市场的日趋成熟，中国已经发展成为乘用车保有量大国。目前双离合变速箱的汽车占比越来越多，是当前乘用车市场的主流之一[1]。换挡时间过长是在产品研发过程中遇到的常见问题，特别是多个档位的动力降档，比如7档降3档，4档降2档等。文章中重点分析研究双离合变速箱多个档位的动力降档，以及如何优化缩短换挡时间。

2 多个档位的动力降档时间过长原因

双离合变速箱简称DCT，DCT有许多优点，例如：换挡快、省油、舒适性、在换挡过程中，几乎没有扭矩损失等等。双离合变速器的换挡时间非常短，比手动变速箱的速度还要快，但DCT变速箱并非所有的换挡时间都很快，比如：DCT多个档位动力降档的换挡时间达到2.3s左右，对于DCT换挡快这个优点相违背。多个档位的动力降档为什么需要2.3s的时间来完成换挡，首先需要从DCT的结构原理来说明[2]，以格特拉克的一款湿式双离合变速箱7DCT300为例，该款变速箱有两个离合器，一个离合器控制奇数挡位，另一个离合器控制偶数挡位，两个奇数档位的降档或两个偶数档位的降档不能只通过单个离合器来完成换挡，而是需要借助另一个离合器来完成换挡。例如4降2，如果仅仅由偶数挡位离合器直接控制，则离合器分离后，需要4挡拨叉脱开，2挡拨叉结合，然后该离合器再次结合，这个过程会出现较长时间的动力中断，类似于AMT变速箱的换挡。DCT为了避免换挡过程中动力中断，在4档降2档的过程中短暂借助于3挡，于是4-2变成4-3和3-2两次连续降挡，因此换挡时间会变长，甚至比5-2的时间更长，因为5-2是从奇数档位换到偶数档位，不需要借助中间挡位换挡。一个正常的动力降到过程，可以简单的分成两个部门，第一部分是调速阶段（Ratio phase），第二部分是扭矩交换（torque transfer）。如下图1是一个单个档位不同轴的换挡过程：

如图1所示整个换挡的时间是T=t1+t2， 那么完成一个4档降2档需要经历两次单个档位不同轴的换挡，换挡时间近似于2T，所以换挡时间会过长。

如图2所示是一个完整的4档降2档的换挡过程：1—换挡毂1， 2—换挡毂2， 3—输入轴1转速，4—输入轴2转速，5—发动机转速，6—发动机扭矩，7—离合器1扭矩，8—离合器2扭矩，9—离合器1状态位，10—离合器2状态位，11—油门踏板，t1—换挡毂1从空档位置转到3档位置，t2—离合器1预冲油的时间，t3—离合器扭矩交换时间，t4—换挡毂2从4档转到2档位置，t5—离合器2预冲油的时间，t6—离合器扭矩交换时间，t7—调速阶段1的时间， t8—调速阶段2的时间。图2是一个在实车上测试的一组数据，整个的换挡时间T=t1+t2+t3+t4+t5+t6，其中：t7=t1+t2，t8=t4+t5，所以T=t7+t3+t8+t6。

3 优化动力降档时间方案

方案1：优化换挡毂的预选档的策略来缩短换挡T时间长。当前换挡毂的预选档策略是当踩大油门触发4档降2档后，换挡毂2才开始从空档的位置转到3档的位置，即时间t1。我们可以通过对变速箱的标定进行优化，如图3所示优化后的预选档策略是在踩大油门触发4档降2档之前可以让换挡毂1先从空档的位置转至3档的位置，从而可以省去t1的时间，换挡直接从t2开始。

方案2：优化前半段（即4档降3档）的换挡方式来缩短换挡时间。当前的换挡方式是采用动力不中断的两个离合器扭矩交换方式，可以通过优化变速箱的软件功能，在通过变速箱的标定来丰富换挡方式，把扭矩交换的方式变成半断开的扭矩中断的方式。如图4所示当触发4档降2当时，离合器1的扭矩下降至0 N·m，接着离合器2的扭矩从0 N·m开始上升，换挡过程中有段短暂的动力中断，当换挡鼓1从空档开始转动至3档时，离合器2的扭矩同时可以下降至0 N·m，当换挡毂1转至3档位置时，离合器1开始预冲油，预冲油结束后扭矩从0 N·m开始上升，从而完成4档降3档的过程，换挡时间要小于扭矩交换式的4档降3档的时间，所以整个的4档降档的时有缩短。

方案3：把方案1和方案2的两种策略结合起来一起优化。换挡过程如图5所示。

4 优化结果

表1所示的数据是在某开发DCT实车上采集的4组4档降2档的数据。

通过换挡时间T对比分析可知，方案1可以缩短0.45s的换挡时间，方案2可以缩短0.53s的换挡时间，方案3可以缩短0.73s的换挡时间，完成换挡的时间最短。但选项方案2和方案3，就要接受在换挡过程中有短暂的动力中断。最终方案的选择，需要根据开发项目的实际情况去考虑和分析。

参考文献：

[1]李育贤，左培文.DCT变速器技术发展状况与市场分析[J].汽车工业研究，2015，3：21-24.

[2]齐刚.DSG的结构和原理[J].北京汽车，2006（1）：33-36.