楊慶 王振鎖

（聯(lián)合汽車電子有限公司）

自動變速器通過傳感器、控制器和執(zhí)行器組成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了換擋操作的自動化，省去了駕駛員的換擋操作，提高了車輛駕駛的便利性和舒適性。同時，為了滿足多樣化的駕駛需求，提升駕駛體驗，很多自動變速器在自動換擋的基礎(chǔ)上兼容手動換擋模式，實現(xiàn)手自一體換擋功能，以便駕駛員根據(jù)實際需要進(jìn)行相應(yīng)的選擇。自動變速器的手動換擋功能，可以更好地響應(yīng)駕駛員的換擋意圖，加強駕駛員和變速器之間的“人－機(jī)”互動，增強駕駛樂趣。

1 DCT結(jié)構(gòu)及原理

雙離合器式自動變速器（DCT）是一種涉及機(jī)械、液壓及電控等多個領(lǐng)域的自動變速器類型，目前已經(jīng)得到了廣泛的市場應(yīng)用。DCT的機(jī)械結(jié)構(gòu)是由定軸式傳動機(jī)構(gòu)發(fā)展起來的，由2組動力傳動鏈構(gòu)成，每組動力傳動鏈均包括離合器、同步器、傳動軸和齒輪等部件，分別實現(xiàn)奇數(shù)擋和偶數(shù)擋的動力傳遞。DCT的換擋過程包括離合器動作和同步器動作2個階段。當(dāng)車輛運行在某一擋位時，一組傳動鏈參與工作，將變速器的輸入動力以一定速比傳遞到輸出軸，同時，DCT控制系統(tǒng)根據(jù)變速器運行工況控制另一組動力傳動鏈中的相關(guān)同步器進(jìn)行預(yù)結(jié)合，完成同步器動作后再根據(jù)換擋條件觸發(fā)離合器的動作，從而將DCT的輸入動力從一組傳動鏈切換至另一組傳動鏈，實現(xiàn)速比的調(diào)節(jié)，完成自動換擋[1-2]。

2 手動換擋概述

圖1示出常見的帶手動模式的換擋手柄示意圖。

圖1 帶手動模式的換擋手柄示意圖

當(dāng)手柄處于“D”位置時，變速器進(jìn)入自動換擋模式，變速器控制單元（TCU）根據(jù)車速、油門等狀態(tài)信息，基于設(shè)定的換擋規(guī)律，確定目標(biāo)擋位，并控制相應(yīng)的執(zhí)行元件，實現(xiàn)擋位切換。在自動換擋模式下，TCU僅能通過油門踏板和制動踏板間接獲取駕駛員的換擋意圖，無法直接反映駕駛員的換擋意圖，因而存在某些工況無法滿足部分駕駛員個性化的駕駛要求。當(dāng)手柄處于“D”右側(cè)觸發(fā)手動換擋模式時，駕駛員根據(jù)自己的擋位判斷，將換擋意圖“＋”或者“－”通過傳感器傳遞到TCU，在滿足安全性和合理性的條件下，TCU直接響應(yīng)駕駛員的換擋請求，進(jìn)行相應(yīng)的換擋操作，并通過儀表將擋位信息進(jìn)行反饋，使駕駛員的換擋請求和變速器的換擋操作形成閉環(huán)互動，更好地實現(xiàn)駕駛需求，增強變速器控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。同時也對變速器控制系統(tǒng)提出了更高的要求，包括系統(tǒng)響應(yīng)、可靠性等。此外，考慮到車輛和變速器運行的安全性、合理性等方面因素，TCU還需要對駕駛員的換擋請求進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾和判斷，并進(jìn)行必要的補充，實現(xiàn)手動換擋模式中的自動保護(hù)。

3 DCT手動換擋控制

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

與液力自動變速器（AT）和無級變速器（CVT）不同，DCT的液壓系統(tǒng)中一般沒有手動閥，因此不需要通過換擋手柄與變速器之間的拉索實現(xiàn)變速器手動閥的操作，換擋手柄與變速器之間沒有機(jī)械連接，只需要與TCU通過電信號的交互實現(xiàn)駕駛員請求的輸入。圖2示出某DCT的手動換擋系統(tǒng)。

圖2 DCT手動換擋系統(tǒng)組成

為了操作的便利性，駕駛員的換擋請求不僅可以通過換擋手柄傳輸，還可以通過轉(zhuǎn)向盤附近的換擋撥片或換擋按鈕進(jìn)行傳輸。駕駛員結(jié)合換擋意圖，操作換擋手柄、換擋撥片或換擋按鈕，將升擋或降擋請求通過電氣信號傳輸至換擋手柄控制單元（GSM），GSM通過CAN通訊將換擋請求發(fā)送至TCU，包括手動模式信號（Tip）、升擋請求信號（Tip+）和降擋請求信號（Tip-），TCU根據(jù)車輛狀態(tài)、駕駛員意圖進(jìn)行換擋決策，并進(jìn)行相應(yīng)的換擋過程控制，實現(xiàn)DCT手動換擋的控制功能。為了增強系統(tǒng)的可靠性，需要對換擋請求的原始信號（電平、上升脈沖沿、下降脈沖沿）進(jìn)行相應(yīng)的電氣診斷，以防止輸入信號的故障引起錯誤的手動換擋[3]。

3.2 換擋決策

3.2.1 穩(wěn)態(tài)擋位的手動換擋請求

當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時，DCT的奇數(shù)軸和偶數(shù)軸各有一個擋位的同步器進(jìn)行預(yù)結(jié)合，奇數(shù)軸離合器和偶數(shù)軸離合器均處于分離狀態(tài)，車輛動力傳動鏈斷開。在自動模式下，TCU默認(rèn)變速器以1擋進(jìn)行起步。在手動模式下，當(dāng)駕駛員撥動換擋手柄、換擋撥片或者換擋按鈕發(fā)出升擋請求時，TCU將目標(biāo)擋位設(shè)定為2擋，使2擋同步器預(yù)結(jié)合，當(dāng)駕駛員松開制動踏板、踩下油門時控制偶數(shù)軸離合器逐步結(jié)合，進(jìn)行2擋起步。

當(dāng)車輛處于穩(wěn)定擋位行駛狀態(tài)時，TCU根據(jù)車速、油門等狀態(tài)信息設(shè)定變速器的目標(biāo)擋位。若駕駛員發(fā)出升擋或者降擋請求，TCU在捕捉到相應(yīng)的輸入脈沖后進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判斷，確認(rèn)無故障并且滿足一定的合理性要求，則基于當(dāng)前擋位響應(yīng)駕駛員的升擋或者降擋請求，調(diào)整變速器的目標(biāo)擋位，并根據(jù)目標(biāo)擋位將相應(yīng)的同步器預(yù)結(jié)合，確認(rèn)同步器操作完成后再控制相應(yīng)的離合器，實現(xiàn)變速器的目標(biāo)擋位。

3.2.2 換擋過程中的手動換擋請求

在換擋過程中，駕駛員也可能操作換擋手柄、換擋撥片或者換擋按鈕，發(fā)出新的換擋請求。對于不同換擋過程中不同階段發(fā)生的新?lián)Q擋請求，需要根據(jù)具體的工況采取相應(yīng)的換擋決策。

當(dāng)手動換擋請求發(fā)生在換擋過程的初期，相關(guān)執(zhí)行器件只是在做換擋準(zhǔn)備，例如離合器充油等，變速器的速比還未發(fā)生變化，則TCU可以結(jié)合具體的換擋類型，中斷原先的換擋過程，根據(jù)手動換擋請求執(zhí)行新的換擋指令。當(dāng)手動換擋請求發(fā)生在換擋過程的末期，變速器的速比已經(jīng)發(fā)生變化甚至接近目標(biāo)擋位的速比，則TCU在本次換擋過程中不響應(yīng)手動換擋請求，繼續(xù)執(zhí)行原先的換擋過程，待換擋完成后再根據(jù)手動換擋請求執(zhí)行新的換擋指令。

除了換擋請求的發(fā)生時刻，換擋過程中的手動換擋決策還需考慮具體的工況、換擋類型及駕駛性等多方面因素，綜合判斷是否進(jìn)行換擋打斷或換擋轉(zhuǎn)移。對于需要及時響應(yīng)的換擋類型，當(dāng)TCU接收到手動換擋請求時，控制系統(tǒng)中斷原先的換擋過程，根據(jù)手動換擋請求執(zhí)行新的換擋指令。對于響應(yīng)時間要求不高的換擋類型，控制系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行原先的換擋過程，待換擋完成后，TCU再發(fā)出新的換擋指令。

3.2.3 禁止換擋

禁止升擋。為了保證車輛的加速性能，防止車輛在較低車速時換入過高的擋位，DCT控制器需要結(jié)合具體工況禁止部分升擋請求。當(dāng)駕駛員提出升擋請求時，當(dāng)前車速必須滿足一定的條件TCU才會進(jìn)行升擋操作，否則會忽略該升擋請求。若車輛處于n擋，則當(dāng)前車速必須大于n擋升入n+1擋的最低換擋車速才能進(jìn)行升擋，否則禁止升擋。

禁止降擋。為了防止車輛在較高車速時換入過低的擋位，造成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過高和車輛的強制動，DCT控制器需要結(jié)合具體工況禁止部分降擋請求。當(dāng)駕駛員提出降擋請求時，當(dāng)前車速必須滿足一定的條件TCU才會進(jìn)行降擋操作，否則會忽略該降擋請求。若車輛處于n擋，則當(dāng)前車速必須小于n擋降入n-1擋的最高換擋車速才能進(jìn)行降擋，否則禁止降擋。

3.2.4 強制換擋

在手動模式下，駕駛員可能在某些工況下沒有進(jìn)行合適的換擋請求，為了確保DCT的正常運行并實現(xiàn)較好的駕駛性，TCU需要根據(jù)工況要求進(jìn)行相應(yīng)的自動換擋，為手動模式提供必要的補充。

在手動模式下，如果車輛在加速過程中駕駛員一直沒有升擋請求，TCU需要根據(jù)換擋規(guī)律自動實現(xiàn)升擋，降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，避免發(fā)動機(jī)的超速運行，同時減少車輛運行的噪聲，提升舒適性。

在手動模式下，如果車輛在減速過程中駕駛員一直沒有降擋請求，TCU需要根據(jù)換擋規(guī)律自動實現(xiàn)降擋，實現(xiàn)相應(yīng)的車輛制動，同時確保車輛再次加速時具有足夠的動力。

3.3 換擋過程控制

基于換擋決策的結(jié)果，TCU驅(qū)動相應(yīng)的電磁閥電流，進(jìn)行同步器和離合器動作過程的精確控制，實現(xiàn)DCT手動模式的擋位切換。

以圖3所示的某DCT手動模式4—5換擋過程為例，車輛以4擋運行時，駕駛員撥動換擋手柄Tip+，發(fā)出升擋請求，TCU接收到手動升擋請求信號后，經(jīng)換擋決策確認(rèn)執(zhí)行4—5換擋過程。首先控制15同步器從空擋位置向5擋位置進(jìn)行結(jié)合，經(jīng)過同步器液壓油路預(yù)充，轉(zhuǎn)速同步及進(jìn)擋過程等各階段的精確控制后，確保奇數(shù)軸5擋嚙合齒輪組處于在擋狀態(tài)，而后進(jìn)行2個離合器的壓力控制，5擋所對應(yīng)的奇數(shù)軸離合器進(jìn)行快速充油控制，轉(zhuǎn)矩相控制和慣性相控制，同時4擋所對應(yīng)的偶數(shù)軸離合器進(jìn)行相應(yīng)的卸壓控制，兩者按照設(shè)定的控制時序進(jìn)行合理的搭接控制，實現(xiàn)DCT的輸入動力從偶數(shù)軸向奇數(shù)軸的切換，響應(yīng)駕駛員的升擋請求。

圖3 DCT手動4—5換擋過程示意圖

4 結(jié)語

基于DCT的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細(xì)闡述了DCT手動換擋控制功能的實現(xiàn)，包括系統(tǒng)架構(gòu)、換擋決策和換擋過程控制，并對部分特殊工況的處理進(jìn)行了說明。DCT的手動換擋模式，在自動換擋的基礎(chǔ)上加強與駕駛員的互動，滿足個性化的駕駛需求，增強駕駛樂趣。