再起步前湿式离合器扭矩迟滞自适应方法

　　【摘要】为尽可能提高湿式离合器起步前的压力水平，同时降低再起步前发动机负载、改善再起步前的怠速抖动现象，提出一种基于发动机与离合器扭矩差的扭矩迟滞自适应方法，该自适应过程主要由初始化、监测、判断及完成 4 个阶段组成，依据扭矩差对离合器压力进行自适应调节，直至完全消除扭矩差。实车测试结果表明，自适应策略能够准确识别并介入目标工况，进而自适应进行再起步前的压力补偿，改善抖动现象。

　　本文源自胡志涛; 范建凯; 谢立臣; 丛强; 孔维振， 汽车技术 发表时间：2021-07-15

　　主题词：湿式离合器 怠速抖动 扭矩迟滞 自适应

　　1 前言

　　离合器的接合压力对起步有重要影响：接合压力小，系统稳定性增强，离合器抖振强度减弱;接合压力大，有利于减小起步过程中的滑磨功，但接合时容易出现冲击。为此，文献[1]~文献[3]综合考虑离合器空行程、起步响应、寿命等因素，提出了离合器接合压力设计方法。刘小川等人[4-5] 将离合器接合过程分为挤压、压紧、全粗糙接触3个阶段，具体探讨了不同阶段离合器接合压力的特点并指出其对起步的影响。为进一步减少起步冲击，刘海鸥等人[6] 提出自适应控制策略，进而控制离合器到达既定目标压力的接合速度。杨立昆[7] 通过建立接合过程的动力学模型，指出先快后慢的接合速度能够在一定程度上抑制离合器振颤现象。

　　离合器迟滞现象使得对离合器的控制难度进一步增加，表现为离合器接合时同一接合压力下，难以达到理想扭矩，离合器分离时同一压力下，离合器难以及时分离、及时卸载。文献[8]指出：与怠速相比，发动机转速增加时，离合器的最大分离力、迟滞力降低;相较于常温，低温下迟滞力较高;生命周期末期的离合器迟滞力明显增加。为改善这一问题，闫涛[9] 确认了经过 Dither 标定的控制阀可以获得较好的压力输出性能，提高离合器传递扭矩的控制精度。谢先平[10] 通过位置传感器来检测离合器的接合位置，提出一种专家PID控制方法，实现了离合器目标位置的准确跟踪，进而准确实现了离合器的接合、分离。

　　综上，鉴于批量生产的离合器扭矩迟滞的散差现象、迟滞力受转速及温度的影响、迟滞力在离合器生命周期中的变化等不稳定因素的存在，实际上很难用一版标定数据覆盖以上因素的影响。本文通过实时监测发动机与离合器的扭矩差，设计控制策略识别再起步前的工况，实现对离合器接合压力的及时补偿，以缓解扭矩迟滞造成的抖动现象。

　　2 离合器扭矩迟滞原理

　　其中：ΔT为离合器寿命中某阶段同一压力下接合与分离时的扭矩差，即扭矩迟滞;PKP [11-12] 为离合器半接合点压力(Pressure of Kiss Point)，理论上为扭矩为零时对应的压力，工程中为实现观测及策略设计，其取值范围一般为0~5 N·m。离合器在初次起步前或制动停止后再起步前，为降低发动机负载、减少怠速抖动，同时尽可能提高接合压力以降低再起步时的滑磨功，策略上离合器目标压力多设计为 PKP。由图 1 可知，对于理论扭矩压力曲线，接合过程和分离过程PKP对应的扭矩均为T0，实际上由于离合器扭矩压力特性受滑磨转速、寿命状态、装配误差等因素影响，其扭矩压力曲线会不同程度地区别于理想曲线，表现出扭矩迟滞现象[8] 。为此，离合器接合时为使扭矩达到T0，软件策略需设计正向补偿a;同样地，离合器分离时，软件策略需设计负向补偿b。

　　3 扭矩迟滞自适应策略设计

　　3.1 自适应策略架构

　　本文使用 MATLAB、TargetLink 软件实现相应架构和逻辑。扭矩迟滞自适应整体架构如图2所示。

　　自适应策略主要包括3个部分，即监测自适应前提条件的模块和2个离合器扭矩迟滞自适应模块。前提条件满足后将分别激活2个离合器扭矩迟滞自适应模块，若前提条件不再满足，将失活并重置自适应补偿。

　　3.2 自适应前提条件监测模块设计

　　图3所示为子系统自适应前提条件监测模块。其中：Bit0为功能开关，用于整车联调时有选择地开启/关闭自适应功能，进而实现变量的单独控制，以进行不同功能的逐一调试;Bit1对制动状态进行实时监测，用于判断再起步前是否存在制动指令;Bit2通过车速梯度判断再起步前车辆是否已经处于减速状态，当Bit2为真， Q(处于减速状态标志位)为真，制动状态不再成立或换挡杆为N挡或P挡位置时，将重置Q，即当监测到驾驶意图为蠕动、再起步、P 挡或 N 挡怠速时，重置自适应补偿，以快速实现蠕动或再起步;Bit3、Bit4分别对2个离合器的轴速、离合器主状态进行判断，以进一步判断再起步前的工况;Bit5、Bit7分别监测离合器压力、发动机扭矩的稳定性，可通过监测约定采样周期内的波动量实现，一般在硬件无故障时，稳定性均能满足;Bit6用于判断当前处于工作状态的离合器为奇数挡离合器或偶数挡离合器;Bit8用于判断离合器传感器是否存在故障; Bit9用于标定允许自适应激活时的温度范围，该范围与硬件迟滞受油温影响的程度有关。通过设计标定量，可以依据需求选择具体哪些标志位成立，才能激活奇数或偶数挡离合器自适应模块。图 3 中：Bit2 成立时，S(设置)成立，Q成立;当制动状态为OFF或换挡杆处于N/P 时将触发R(重置)，此时Q不成立;若S、R均不成立时， Q维持上一时刻值。

　　3.3 自适应模块设计

　　图4所示为自适应被激活后的具体流程，主要分为 4个状态：初始化、判断、自适应、完成。初始化状态下压力补偿初始化为0，标志位及计数器均初始化为0;进入判断状态后，标志位置1，此处设计可标定的缓冲时间 TJ，用于判断并计算相对稳定的扭矩差ΔT，随后，判断扭矩差是否大于设定值Tthld，若为真则进入自适应状态，否则进入完成状态，其现实意义为：若存在多于离合器请求扭矩的负载作用于发动机端，将继续进行迟滞自适应，直至扭矩差小于设定值，反之，认为此次不需额外迟滞补偿，跳转至完成状态。

　　Timer3分别为判断状态、自适应状态、自适应延时状态的计时器;Cnt为所在子状态的计数器;TJ为判定状态的时长;TD为延时状态的时长;TA为自适应状态的时长;PStep 为自适应时单次压力补偿量;Tthld为退出或进入自适应状态的扭矩差界定值;TEngFil为过滤后发动机扭矩;TCluTgt 为当前离合器目标扭矩。

　　进入自适应状态后，随即判断是否进入自适应延时状态，若此时判定为状态内首次自适应，将直接跳出自适应延时状态，快速判断扭矩差并给予单次补偿 PStep，否则延长 TD以计算稳定的扭矩差，再判断扭矩差进而实施补偿。整个过程中若扭矩差小于设定值，或自适应状态超时，均直接退出自适应进入完成状态，进而更新标志位。

　　4 实车测试与验证

　　所述自适应方法适用于搭载湿式双离合变速器的所有车辆，不依赖于环境。本文选取搭载湿式双离合变速器的试验车辆进行实车测试，选取空旷道路，在常温下起动、起步、制动停止、再次起步，采用Vector公司的测试设备Canape-1630A采集并分析数据。

　　以下测试选择全部标志位成立时，才能激活具体自适应模块。部分标定参数设计如表1所示，环境温度为 25 ℃，硬件状态稳定(认为Bit9、Bit8、Bit7、Bit5已满足)。

　　测试结果如图 5 所示，轴速变化过程显示了车辆由驾驶状态到制动停止的过程：当主动离合器轴速小于设定值时，Bit3 满足;在此之前，策略通过车速梯度及制动压力变化，预判出车辆处于减速状态进而Bit2、 Bit1 满足;在由 2 挡降至 1 挡后，工作离合器轴由偶数变为奇数时，Bit6满足;当离合器主状态由蠕行换挡变为蠕行时，Bit4满足，至此，所有前提条件满足，进入自适应状态(图中c时刻)，随后进入判断状态，并更新扭矩差。此外，在 e 时刻前，实际离合器压力等于 PKP，但是扭矩差却在上升，这是扭矩迟滞的表现，表明有额外负载作用到发动机端，如果不能及时准确卸载该负载，将发生怠速抖动，油耗增加;进入自适应状态后，策略依据动态扭矩差，持续给予压力补偿，直到 f 时刻，扭矩差小于 Tthld，g 时刻额外负载被完全卸载。由图 5 可知，4 s后，由于换挡杆由D进入P挡导致Bit2不再满足(图中标记为Bit2′)，策略结束，重置补偿量。同样地，当策略判断任一前提条件不满足时，策略都将重置补偿。例如，检测到松制动踏板信息时，Bit1将被置0，策略能够及时重置补偿，以保证接合压力，促进快速再起步或蠕行。

　　5 结束语

　　本文依据发动机、离合器扭矩差设计控制策略，实现了再起步前工况的识别，通过自适应实现压力补偿进而减少扭矩迟滞造成的怠速抖动现象。该自适应策略为进一步提高离合器正向接合压力提供了可能，降低了对硬件迟滞标准的过高要求，有利于降低硬件成本。