（农业机械化工程专业论文）双离合器变速器控制系统的设计与研究.pdf

中文摘要 摘要 双离合器变速器( d o u b l ec l u t c ht r a n s m i s s i o n 。d c t ) 作为一种新型的变速器传递方式， 是变速器行业研究的热点。它既具有手动变速器( m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ，m t ) 和电控机械 式自动变速器( a u t o m a t i cm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ，a m t ) 传动效率高、结构简单、制造成本 低等优点，又克服了m t 和a m t 换档动力中断的缺陷，可实现无动力中断换档，具有良好的 舒适性。因此，d c t 是汽车自动变速器发展的新方向。 目前许多国家都在花大力气研究d c t 技术，但拥有d c t 技术的只有美国和德国的少数 几家企业。我国部分企业和高校也开始了d c t 技术的研究，但大多数只是进行软件仿真。由 于d c t 技术起步较晚，还没有形成较完整的d c t 自动操纵理论，特别是在控制目标和控制 策略方面，缺乏系统研究。因此，有必要对d c t 的关键技术双离合器控制系统，进行设计 与试验研究，为开发具有自主知识产权的d c t 控制系统，打破国外的技术垄断，掌握核心技 术打下基础。 本论文课题在分析国内外d c t 技术的研究现状，借鉴现有d c t 控制系统的基础上，开 发了以t m s 3 2 0 f 2 8 1 2d s p 为主控芯片、以p i c 单片机为辅助芯片的双离合器变速器控制系统。 控制系统采集并处理d c t 控制系统的多个传感器信号，按照相应的换档策略，实现对d c t 换档过程中各控制对象( 发动机、双离合器、选换档机构) 的准确控制，使d c t 在换档策略 的控制下正确无误的换档，尽量减少换档时间、减少双离合器的磨损和相互干涉以及换档冲 击。囝时，该控制系统也具有一定的故障处理能力和友好的人规赛西，并具有与汽车土其他 部分( 如：发动机控制单元、变速箱控制单元等) 进行通信的功能。另外，该系统能保证电 机高达4 0 a 的瞬时驱动电流，并解决了大电流下的发热和干扰问题。 系统硬件包括：模拟量和数字量输入部分、d s p 控制部分、液晶显示部分、c a n 总线通 讯和s c i 串口通信部分以及电机驱动部分。软件设计完成了d s p 和p i c 数据采集处理设计及 电机故障保护设计。 试验表明：该d c t 控制系统能够对输入模拟量和数字量进行快速、高精度地采集，并实 现s c i 和c a n 通信：电机驱动部分通过对四个电机( 选档执行电视、换档执行电机和两个离 合器电机) 的正确控制，实现正确无误的换档操作，能正确识别电机故障并进行相应的保护。 关键词：双离合器变速器控制系统换档电机驱动d s p 两南大学硕十学位论文 d e s i g na n dr e s e a r c ho f d o u b l ec l u t c h t r a n s m i s s i o nc o n t r o ls y s t e m a bs t r a c t d o u b l ec l u t c ht r a n s m i s s i o n ( d c t )a san e wk i n dt r a n s m i s s i o n ，i sh o t r e s e a r c h e dn o w d c t h a ss o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g ht r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y ，s i m p l es t r u c t u r ea n dl o wc o s t ，w h i c h m e c h a n i c a l t r a u s m i s s i o n ( m t ) a n da u t o m a t i cm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n ( a m t ) a l s o h a v e m e a n t i m e ，d c tn e e d n tt ob r e a kp o w e rt r a n s m i s s i o nw h e ns h i f tj u s ta sa ta n da m td o ，s oi t i m p r o v et h es h i f tc o m f o r t a b l e n e s s d c th a sb e c o m et h en e wd i r e c t i o nf o rv e h i c l ea u t o m a t i c t r a n s m i s s i o n n o wo n l yf e wc o m p a n i e so fu s aa n dg e r m a n yh a v ed c t , a l t h o u g hm a n yc o u n t r i e sa r e r e s e a r c h e di t s o m ec o m p a n i e sa n du n i v e r s i t i e si sa s l os t u d i n gd c ti nc h i n a , b u tm a n ya r e o n l y s o f e w a r es i m u l a t i o n d c ti san e wk i n dt r a n s m i s s i o n ，s oi th a sn oc o m p l e t ea u t o m a t i cc o n t r o l t h e o r y ，e s p e c i a l l i yh a sl e s sr e s e a r c ho fc o n t r o lo b j e c t i v e sa n dc o n t r o ls t r a t e g y s oi t sn e c e s s a r yt o d e s i g na n dr e s e a r c hd c t c o n t r o ls y s t e m ，w h i c hi st h ek e yt e c h n o l o g yo fd c t i fw ec a ni n v e n td c t b yo u r s e l v e s ，t h e nw ec a no w l lt h ek e yt e c h n o l o g ya n db r e a kt h em o n o p o l yo ff o r e i g nt e c h n o l o g y t h ep a p e ra n a l y s et h er e s e a r c hs t a t u sq u oo fd c tf i r s t l y , t h e nd e s i g nad c tc o n t r o ls y s t e m t m s 3 2 0 f 2 81 2d s pi st h ec o n t r o lc o r eo ft h ed c tc o n t r o ls y s t e ma n dp i cs i n g l e - c h i p sa sa u x i l i a r y c h i pa r eu s e da s l o t h ec o n t r o ls y s t e mg a t h e ra n dd e a lw i t ht h es e n s o r s s i g n a lf i r s t l y ，t h e nj u d g e w h e t h e rn e e dt os h i f t ，i fn e e d ，t h es y s t e mc o n t r o lm o t o rf i n i s hs h i ri na c c o r d a n c ew i t ht h es h i r s t r a t e g y i nt h es h i r t i n gp r o c e s s ，t h ec o n t r o ls y s t e mm u s tc o n t r o lo t h e r sa c c u r a t e l ys u c ha st h ee n g i n e ， t h ed o u b l ec l u t c ha n ds oo n d c tc a l lf i n i s hs h i f tc o i t e c t l y ，s h o r t e ns h i f tt i m e ，r e d u c ew e a r ， p r e v e n tm u t u a li n t e r f e r e n c eo ft h ed o u b l ec l u t c ha n dr e d u c es h i f ti m p a c t t h es y s t e ma l s oh a ss o m e f a u l th a n d l i n gc a p a c i t ya n df r i e n d l ym a n - m a c h i n ei n t e r f a c e t h es y s t e mc a nc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r s y s t e m ss u c ha se n g i n ec o n t r o lt m i t ( e c u ) ，t r a n s m i s s i o nc o n t r o lu n i t ( t c u ) a n ds oo na n di tc a n s u p p l yh i g h - c u r r e n tf o rm o t o r ，a l s os o l v et h eh i g h - c u r r e n tf e v e ra n di n t e r f e r e n c e t h es y s t e m sh a r d w a r ei n c l u d ea n a l o ga n dd i g i t a ls i g n a li n p u t ，d s pc o r e ，l c dd i s p l a y c a n - b u s ，s c ia n dm o t o rd r i v e t h es y s t e m ss o f t w a r ei n c l u d et w op a r t s ，o n ei sd a t ag a t h e ra n d p r o c e s sb a s e do nd s pa n dp i c ，t h eo t h e ri sm o t o rd i r v ep r o t e c t e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h ed c tc o n t r o ls y s t e mc a ng a t h e rt h ei n p u ts i g n a lf a s t l ya n d l l i g h - p r e c i s e l y ，i tc a nc o m m u n i c a t e 、) l ，i 廿lp ca n do t h e rs y s t e m sb ys c ia n dc a n t h es y s t e mc a n e n s 眦c o r r e c t l ys h i f tb yc o n t r o lt h ef o u rm o t o ra c c u r a t e l ya n di tc a l li d e n t i f yt h em o t o r sf a u l ta n d p r o t e c tt h e m k e y w o r d s ：d c t ；c o n t r o l - s y s t e m ；s h i f t ；m o t o r - d r i v e ；d s p i i 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中己加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：夺孚乍 签字日期： 厶0 7 年s 月6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：团不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：李浑乍 签字日期： 砷午5 月6 日 导师签名 巧长弓著 l 签字日期： 如哆年j 月宕日 文献综述 第1 章文献综述 1 1 变速器类型与特色 变速器是汽车的核心部分之一，变速器的性能严重影响汽车的整车性能。变速器按照操 纵方式不同分为强制操纵式变速器和自动操纵式变速器。其中强制操纵式变速器是由驾驶员 手动完成换档操作，即手动变速器( m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ，m t ) 。 1 1 1 手动变速器( m t ) m t 通过驾驶员操作离合器和手动换档拨叉来实现档位的变换。这种变速器具有结构简 单、外形紧凑，传动效率高，可靠性高，成本低等优点【l 】。由于m t 用起来很直接，并且m t 车辆的状态完全由驾驶员掌控，因此具有很强的驾驶和运动乐趣。但换档时驾驶员必须完成 踩离合器摘旧档挂新档松离合器等一系列动作，不仅动作复杂、频繁、易使驾驶员疲 劳，而且一旦驾员换档时刻不当，则会造成油耗增加、排放污染严重、动力性下降、发动机 熄火等不足【2 】。特别是对于非专业的驾驶者来说，并不能达到很快的换档速度，因此非专业的 驾驶者很难胜任m t 车辆的驾驶。同时换档对。驾驶员必须先踩下离合器踏板，从而不可避 免的存在动力中断现象。因此m t 具有起步不平稳、转速变化突然、发动机工作处于非稳定 工况、对传动系统造成一定动载荷和冲击等缺点。同时，m t 车辆离合器分离和结合的过程， 不可避免的存在冲击，因此舒适性不好。m t 已越来越不适应时代发展需要而逐渐被自动变速 器所代替。 1 1 2 自动变速器 自动变速器的出现，主要是为了解决手动变速器存在的手动换档操作的复杂性和动力中 断引起的不舒适性的问题。理想的自动变速器比起手动变速器应具有以下几个优点p 】； 在各种工况下，变速系统都能使发动机工作在最佳经济性区域以降低排放或获得最佳 的动力性； 档位变换快且平稳，提高了乘坐舒适性，换档冲击大大降低，可以有效地延长发动机 和传动系统零部件寿命； 可让驾驶员不必频繁地变换档位，大大降低了驾驶员的劳动强度和事故的发生率： 自动变速控制系统的监测及诊断功能，使维修人员及时得到故障原因信息并迸行及时 的维修。 随着电子控制技术的发展，自动变速器的性能不断完善，价格不断降低，在汽车上的应 用日益广泛。现在，城市客车和公共汽车上自动变速器的装车率，美国是1 0 0 ，欧洲发达国 家在9 0 以上；在轿车上，日本中高级轿车上装用自动变速器的车辆比例超过了8 0 ，美国则 一直在9 0 以上。自动变速器按传动方式不同分为液力自动变速器、无级自动变速器、电控机 1 两南大学硕十学位论文 械式自动变速器。这几种变速器各有优势，同时也存在一些不足。 液力自动变速器( a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ，a t ) 由液力变矩器和行星齿轮机构组成，具 有无级连续变速和改变转矩的能力，加速迅速、均匀，具有较好的驾驶舒适性，操作简单， 技术成熟，但结构复杂、成本投入巨大、传动效率较低、油耗较高。 无级自动变速器( c o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n ，c v t ) 通过改变带轮的工作半 径，使变速器传动比无级变化，能实现绝对无冲击的换档，能使发动机始终工作在最佳上作 点，燃烧完全，排放减少。因此c v t 车辆具有良好的动力性、经济性、驾驶舒适性和较高的 传动效率。但是传动带的强度和寿命问题以及传动带与带轮之间的滑磨限制传动效率等问题 还没有得到很好的解决1 4 】。 电控机械式自动变速器( a u t o m a t e dm a n u a lt r a n s m i s s i o n ，a m t ) 是国内外近几年花 大力气研究的产品，是在原有m t 结构不变的情况下，通过加装微控制系统( m c u ) 控制的自 动操纵机构。通过液压或电动执行机构取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、摘 档与挂档、发动机的转速同步调节【5 】以及发动机节气。门的调节，从而实现了车辆起步、换档操 纵控制的自动化。由于a m t 保留了m t 绝大部分原来的总成部件，仅改变其中手动换档操纵 部分，因此生产继承性好，改造费用投入少，成本低，通用性好，结构简单，能保护现有m t 的生产投资，对汽车价格的影响不大。并且a m t 的效率高，几乎和手动变速器的效率一样。 但a m t 的工作原理决定其具有与手动变速器一样的缺点，即换档时需要分离离合器，因此不 可避免的存在换档动力中断，从而引起了换档冲击，：大大降低了汽车的舒适性，影响汽车的 动力性，并且a m t 换档时间较长。a m t 在那些不将变速舒适性作为重点的车型中，如小型 经济型轿车和跑车型轿车中，还将会有它的市场。另外，在货车这一汽车领域中，a m t 自动 变速器也还有着很强的生命力。 a m t 是一种经济适用的变速器，但其动力中断引起的不舒适性阻止了它的发展，因此在 a m t 基础上加以改造，一种既利用手动变速器和电控机械式自动变速器的优点，又具有与a t 和c v t 一样好的舒适性的新型变速器一双离合器变速器( d c t ) 应运而生。双离合器变速器 作为近年出现的新型变速器。具有三个主要的优点： 与a t 和c v t 相比，成本低，可减少排放并节省燃油高达1 5 。双离合器变速器是基于 平行轴式手动变速器发展而来，属于a m t 的领域，是对a m t 性能的进一步发展和完善。d c t 靠离合器和齿轮传递动力的，复杂程度低，对现有的手动档变速器生产线稍加改造就可以转 而生产d c t ，因此可以保护原有的手动变速器生产线，充分利用原有手动变速器的生产设备， 生产继承性好【6 】，新增的投资少。另外，与a t 和c v t 这两种自动变速器相比，d c t 可提高驾 驶性能。 与a m t 和m t 相比，实现了动力换档，舒适性好。d c t 在换档过程中不需要切断动力， 因此动力传递顺滑，克服了棚和瞅档时的动力中断的缺点。并且由于d c t 换档没有减速 的过程，因此整个换档的过程所用时间极短，只有0 0 3 0 ( m s ，从而既保证了车辆的动力性， 2 文献综述 又具有与a t 和c v t 自动变速器不相上下的舒适性。 与m t 相比。操作方便简单。性能更佳。d c t 与其他几种自动交速器类似不需要驾驶 员完成换档操作，能减轻驾驶员的紧张感和疲劳程度，因此能适应逐年增加的非职业驾驶员 的需求。同时，d c t 与m t 相比具有更好的性能，大众公司对高尔夫r 3 2 分别装用手动变速器 与d c t 变速器进行了对比，其性能比较如图1 - 1 所示用， 艘 球 卿 啦 瑙 褂 时间时问 图1 - 1 手动变速器与d c t 变速器性能对比 f i g 1 一lc h a r a c t e r i s t i cc o n t r a s tb e t w e e nm t a n dd c t 由上图可以看出，m t 存在明显约动力中断。两d c t 的动力传递是连续的。另外，在最 高车速2 4 7 k m h 相同的条件下，d c t 的加速时间短，加速平稳。资料显示，装用d c t 变速 器的r 3 2 车百公里油耗仅为1 0 2 l ( 按m v e g 的9 9 1 0 0 e g 标准试验) ，0 - - 1 0 0 k m h 加速 时间仅为6 0 s ；而相应装用手动变速器的r 3 2 车百公里油耗为1 1 5 l ，0 1 0 0 k m h 加速时间 为6 4 s 。可见，d c t 变速器与手动变速器相比，可使整车具有优良的燃油经济性和动力性【8 】。 d c t 不仅具有手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、价格低以及良好的加速性和燃油 经济性等许多优点，而且具有自动变速器操作的方便性和舒适性。因此d c t 是现存的变速器 中最有优势的变速器，也是能够满足理想自动变速器标准的变速器，有专家预言d c t 会在一 定程度上改变现有变速器行业的格局。2 0 0 4 年欧洲和北美五类变速器市场份额的统计以及 2 0 1 0 年市场份额预测如图1 - 2 所示【9 j 。 3 两南大学硕+ 学位论文 图1 - 2 欧洲及北美变速器市场份额与预测 f i g 1 - 2t r a n s m i s s i o nm a r k e ts h a r ea n df o r e c a s to fe u r o p ea n dn o r t ha m e r i c a 由上图可见，2 0 1 0 年欧洲变速器市场上，配备手动变速器的汽车将占4 9 ，配备机械式 自动变速器的将占1 1 ，配备无级变速器的将占1 8 ，配备自动变速器的将占6 ，配备双离 合器变速器的将占1 6 。由于d c t 是机械式自动变速器的新发展，所以在目前手动变速器市 场份额较大的欧渊特副受欢迎。 当然，双离合自动变速器也存在着弱点，如复杂的离合匹配和复杂的变速原理。双离合 变速m r 有在控制系统事先正确预选了变速档时才能进行快速换档。不过，利用今天的电子 技术和车辆运动原理，正确的预选档位已经不是什么难题了。 1 2d c t 变速器 1 2 1d c t 的研究现状 双离合器变速器d c t 的概念早在六七十年前就提出了。1 9 3 9 年德国的k e g r e s s e ，a 第一个 申请- j x 叉离合器变速器的专利，并在货车上进行过试验，但是限于当时的控制技术，这种变 速器并没有投入批量生产【l o j 。 双离合器变速器起源于赛车领域，目前也主要应用于赛车领域。2 0 世纪8 0 年代，保时捷 发明了专用于赛车的双离合变速器( p d k ) 1 9 8 5 年，大众公司在奥迪s p o r tq u a t t r os 1 赛车上 采用了双离合器变速器技术，获得多项赛事的胜利。超级跑车布加迪赛车e b l 6 4v e y r o n 的新 型7 速变速器装置了双离合器，从一个档位换到另一个档位，时间不会超过0 2 秒。法拉利、 雷诺推出的2 0 0 7 款赛车，全都搭载了类似d c t 的变速器 d c t 第一次在轿车上装车是2 0 0 3 年，由大众公司与博格瓦纳公司联合开发出新一代适 用于大批量生产和应用于主流车型的双离合器自动变速系统，并最先应用于2 0 0 3 款大众高尔 夫r 3 2 和奥迪1 r 上。2 0 0 6 年，美国的福特汽车公司与德国盖特拉格公司合作开发成功双离 合器自动变速器。2 0 0 7 年，大众公司在商尔夫上推出全新的七速d c t 变速器，为旗下车款带 来更为卓越的动力性能，该款全新的d c t 变速箱在齿比设定上有所改变：将低速档齿比设定 4 文献综述 较为紧崭，以提供更为碴历的加速性能：而在高速巡航档位则采 受琉的齿比醴定以减低发 动机负担并降低油耗。 从2 0 0 3 年 众公司与博格瓦纳公司将d c t 技术廊片i 于轿车领域以来，烈离台变速箱是 仅竹的款同时适刚下标准发动机、大扭矩柴油机和高转速汽油机的自动变速箱。d c t 可为 肝轮驱动前轮驱动和伞轮驱动卞辆咀及小型，中型和高性能汽车配套。到目前为止d c t 已经成功的麻州到多种乍型中。大众、宝马、法拉利等都在致力r 开发高性能的烈离台器变 述器。其巾人众的d c t 已经麻j j 在民用车上，法拉利无缝连接的d c t 变速器已麻川在法拉 利的舟性能跑1 ：和f i 赛车上宝马也将在n 己的高性能轿_ 乍e 使片j 最新研发的7 迪d c t 变 巡器。枉2 0 0 6 年，d c t 产鼎系列将为至少l o 个汽油和柴油咋型配套，包括：大众高尔丈， 大众毫米，大众垭选，人众连安人众l l | 1 萨特，奥迪a 3 奥迪t t ，”q 雅特t o l e d o 和a l t e a ， 斯柳逃的| 吱雅。 我围也1 | 常重视d c t 技术的开发研究其中2 0 0 7 年科技部公布了1 7 项“十一五”8 6 3 计 划“汽下扦发先进技术”重大项日，变速器开发项目 了5 项，其中3 项均为轿卞d c t 技术 分别山重庆青山公司、杭州6 口进齿轮葙公司和浙江吉利公卅承担。上汽集团已经确定将d c t 技术廊削住白主品牌的荣威轿车l ，争取2 0 0 9 年批最生产。同时为了故盎国内自动变述箱基 奉依赖进r i 的尴尬现状，发教委币国内人型汽1 ：制造商酝酿着大动作。住发改委的协调f ， 一汽、上汽、尔m 、长安、华晨、吉利、奇瑞等国内1 0 采家企业联合组建了技术开发机构( 全 称山“中联发实业有限公司”) ，联手研发自动变速箱，尤其是烈离合变速器( d c t ) 。 l2 2d c t 的工作原理 d c t 变速器的特色是采j 了两个离音器分别与变迷器的两个输入轴相连，一个离台器和 变谜器的奇数 输入轴相连另一个离台器则与偶数档位输八轴相连，凳似r 采用了两套离 舟器娈迷难系统，【。作过样中将曲套离合器一齿轮变速系统交替使用”“。 图卜3 双离台器的实物图 f i g 1 3c h a r t o f m _ 一d u l - c j u t c h 般离台器的实物l 目如l 璺1 1 3 所示。6 档d c t 变速器原理蚓如鲥1 - 4 所示，其结构嘲如幽1 5 两南大学硕士学何论文 所示。由图1 - 5 可见，d c t 的两个离合器是套在一起的，外圈是离合器l ，内圈离合器2 ，这两 个离合器分别与变速器的输入轴1 和输入轴2 相连。输入轴1 是实心轴，输入轴2 是空心轴，输 入轴2 套在输入轴1 外面。输入轴1 上安装有奇数档齿轮：l 档、3 档、5 档和倒档齿轮，输入轴2 上安装有偶数档齿轮：2 档、4 档和6 档齿轮。 d c t 工作过程中只有一个档位处于啮合状态。发动机启动后自动挂1 档，由于离合器1 处 于分离状态，因而没有扭矩传到驱动轮。当离合器l 结合时，1 档齿轮进入工作状态，如图卜5 实线所示，动力经过离合器l _ 输入轴l 一+ 1 档齿轮传递到输出轴上，最终驱动车轮。随着汽车 速度的提高，车速达n 2 档齿轮的结合点，2 档齿轮啮合，但2 档齿轮所在的变速系统的离合器 ( 即离合器2 ) 没有结合，因此2 档齿轮空转，不传递动力。随着速度的进一步提高，达到2 档 齿轮的工作点，以d s p 为核心的变速器控制模块发出控制信号，通过电液控制模块使当前工作 离合器( 离合器1 ) 逐渐分离，同时将待结合离合器( 离合器2 ) 逐渐结合，从而使1 档齿轮分 离，2 档齿轮结合。2 档齿轮工作时动力传递路线如图1 5 虚线所示，动力经过离合器2 _ 输入 轴2 - 2 档齿轮传递到输出轴上。同理实现从2 档到3 档，3 档到4 档，4 档到5 档以及5 档到6 档的 换档操作。降档时的工作过程与之类似。d c t 变速器的升档或降档，是由d s p 为核心的变速器 控制系统t c u ，根据采集到的多个传感器的信号进行判断的。踩油门踏板时，1 u 判定为升 档过程，作好升档准备；踩制动踏板时，t c u 判定为降档过程，作好降档准备。 由于换档时待结合的档位已经在t c u 的控制下，提前结合以备接下来的换档操作，换档 时仅进行离合器的切换，两个离合器的分离与结合同时进行，并且在两个离合器的切换过程 中只会使发动机动力传递出现一个减弱的过程，而不需完全切断动力传递f l2 1 ，因此驾驶者几 乎感觉不到瞬间换档时离合器分离和结合的变化。因此d c t 整个换档过程可以快速且平顺地 进行，不会出现扭矩中断现象，实现动力换档，其换档过程与a t 的换档过程基本类似【i3 1 。 6 r531 c l l 图1 - 46 档d c t 原理图 f i g 1 - 4 s c h e m a t i cd i a g r a mo f6 一s p e e dd c t 图卜56 档d c t 变速器结构图 f i g i 一5 s t m c t u r e d i a 目 a m o f 6 一s p e e d d c t 123 双离台器的种类 烈离台器包括干式艰离台器和碰直积离台器两种。湿式般离台器的拙矩传递是通过浸没 在汕中的越止离合器席擦片实现，具有较好的控制性能。由于湿式离合器片j 油玲却摩擦片， 州此通过液压汕循环可使离台器工怍温度保持一定水平，散热效果明显优于干式离器保 证了离台器使川寿命。但由于湿式离台器需要强制冷却系统因此使离台器的重茸和体积人 增加。l - 日时由r 脖擦片玎j 油膜的产生，导致不能彻底分离，因此不可避免的产生功率损失。 只，、， 昱式烈离台器结构比下式耿离台器的复杂，四而制造难度太，制造成奉高”t t 式坤c 高器通过离合器从动盘上的摩擦片传递井【矩。可以通过压扳和e 轮吸收较大 热0 + 但为空r ( 放热较慢热骷不易舟短时间内敞发出去，因此干式敏离舟器的散热啦粜 小盎j 湿吱戕离器。”。i 湿式般离合器相比干式烈离含器省去了吸滤器、油冷器以及变速 筘壳体巾的高胍油管等相芙液力系统，因此正茸和体积人人减小。同时干式烈离舟器本身具 什传递拟矩的高设性，不f n 可提高舒适性，还可竹省约1 0 的燃油，田此在根人程度提高了燃 汕经济性。由卜f 式般离台器比湿式双离台器更具有优点圳此本课题论文选”j 干式舣离台 器。 蚧 鼽 舭 西南大学硕十学何论文 第2 章绪论 2 1 研究背景及意义 变速器是汽车传动系中最主要的部件之一，其很重要的两个指标是经济性和动力性。良 好的经济性和动力性一直是变速器研究的目标。随着汽车时代的到来，越来越多的人拥有了 汽车，开发新性能的变速器迫在眉捷。 ( 1 ) 非职业驾驶员数量激增对变速器提出了新要求 由于汽车越来越普及，非职业驾驶员的数量的急剧增加，人们不仅对汽车驾乘的舒适性 提出了更高的要求，而且对汽车操作的方便性、简单性也提出了迫切的要求。因此，开发具 有良好的动力性，燃油经济性，较高的驾乘舒适性以及操作简单方便的自动变速器是目前变 速器领域内的一个热门发展方向。而目前动力性和经济性研究已经有比较明显的效果，冈此 驾乘舒适性和操作的简单化是目前变速器行业研究的主要目标，也是使汽车具有竞争力的有 力工具。 ( 2 ) 电子和计算机技术为新型变速器提供支持 电子技术的不断发展和计算机在信息与控制领域的广泛应用，为新型变速器的的开发提 供了强有力的支持。汽车上的电控系统运行速度越来越快，其微处理器已经从过去的4 位单片 机，发展n 8 位、1 6 位单片机，目前一些系统已经使用了3 2 位的单片机。单片机运行速度的加 快，使得控制系统的实时性越来越好，并且可以将一些先进的控制理论编写为算法后写入单 片机运行。同时，随着电子技术的发展，电子技术对汽车技术进行了强烈的渗透，汽车上将 采用越来越多的电子元器件，发达国家的汽车中电子设备的成本已接近总成本的1 3 1 6 j 。 随着车用电器设备以及车用电子元器件不断地增加，使得汽车电气系统逐渐复杂化【1 7 j 。而 总线技术如c a n 总线、l i n 总线在汽车上的采用，解决了汽车电气系统复杂化的问题。总线的 采用使车辆的各个部分可以通过总线联系到一起，进行通讯，从而可以方便的进行相互间信 息的传递、共享，使车辆作为一个整体进行综合控制，使各总成可以协调运行，达到最佳的 整体运行效果。因此总线和电控技术的大量采用，使汽车获得了整车布置空间越来越宽敞、 功能越来越丰富、安全性越来越高、性能越来越优等大量优点。 ( 3 ) d c t 技术对我国变速器行业的影响 d c t 版的轿车大多行驶在欧洲大陆上。业内专家称，d c t 能够在欧洲得到快速推广，主 要跟d c t 的特点以及当地汽车工业背景有关。d c t 源于手动变速器，所有用于手动变速器的 技术和设备以及工程技术人员都可以为d c t 服务，不像a t ( 自动变速器) 以及c v t ( 无级 变速器) 等产品需要启用完全不同的生产线和技术人员。欧洲汽车市场一直是手动变速器的 天下，为d c t 的开发提供了最便利的技术基础。 而我国汽车工业的生产线多以生产手动档变速器为主，因此我国具有同欧洲一样的开发 d c t 技术的背景。对中国是否能发展d c t 技术，专家表示非常乐观，因为开发d c t 只需将 8 绪论 皇曼曼曼皇皇量曼曼鼍曼曼曼曼舅舅i i i ；i 皇曼曼曼曼鼍寡皇曼詈曼曼皇曼量曼! 曼曼皂曼曼皇曼皇曼曼曼曼皇曼皇 原有的手动变速器生产线稍加改进即可，可以充分利用原有手动变速器的生产设备( 原设备 的7 0 可以利用) ，新增投资较少，而且中国汽车市场也是手动变速器技术发展相对成熟， 因此现有基础上发展d c t 比其他自动变速器要容易得多。有关部门曾经做过预测，8 年之内， d c t 的销量在世界范围内至少增长3 倍，在中国甚至将增长8 。1 0 倍。 同时d c t 技术的开发对我国变速器行业而言也是非常必要的。由于我国高档的自动变速 器主要依靠进口，每年进口金额高达上百亿元，自主研发的自动变速器几乎没有，而开发研 究适合中国国情的d c t 可以增强我国自主开发能力和国际竞争力，可以在一定程度上扭转我 国自动变速器依赖进口的现状。 d c t i 扫机械系统和控制系统组成，控制系统是d c t 的关键部件之一【1 8 】。双离合器控制系 统作为双离合器系统的控制核心，控制整个系统的正常运行。因此，在d c t 技术的开发中， 双离合器控制系统的设计与试验研究是关键，是制约d c t 技术发展的瓶颈。d c t 技术到目前 为i ：虽然已经取得了不少成绩，很多汽车厂家尤其是变速器厂家也都看好d c t 的发展前景， 纷纷加入d c t 的研发队伍，但由于d c t 技术起步较晚，因此还没有形成较完整的d c t 自动操 纵理论，特别是在控制目标和控制策略方面，缺乏系统研究。我国不少高校和企业开始研究 d c t 技术，但大多数处于软件仿真阶段，尚未开发出一款能应用于汽车的d c t 控制系统，因 此有必要对双离合器控制系统进行设计与试验研究。 2 2 研究范围和内容 d c t 项目的最终目标是开发出手动与自动一体化d c t 变速器。其开发研究过程是：先开发 出手动d c t 变速器，再开发自动d c t 变速器，最后将手动d c t 和自动d c t 技术融合从而完 成手动与自动一体化d c t 变速器的开发。在这个项目中，本论文课题主要致力于开发研制双离 合器控制系统，即电控部分的开发，包括控制系统的硬件部分和部分软件的开发。 本论文课题主要研究以下内容： 双离合器控制系统以d s p 为核心，根据安装在发动机、变速器上的各种传感器如加速踏板 传感器、节气门开度传感器、车速传感器等所测得的信号，获知驾驶员的意图、汽车运行状态 以及路面信息，进行计算、比较和分析，然后根据d s p 内存的换档规律判断换档时刻，并调用 其内部设定的控制程序，向各个执行器发出指令，使相应的电机动作，从而实现对变速器的控 制。在双离合器控制系统的整体方案中应考虑与其他部分( 如发动机e c u ) 的协调，并充分考 虑利用车上现有资源，尽量减少冗余性设计。在执行机构的设计中，电机驱动部分的设计是至 关重要的，不仅需要保证高达4 0 a 的电机驱动电流，而且要求当电机出现故障时能够进行故障 保护，以保证系统其他部分不受干扰。具体内容有： 根据设计要求，选择合适的传感器。： 设计系统的硬件电路，包括放大电路、信号采集电路( 模拟信号和转速信号) 、c a n 总线和r s - 4 8 5 串口通信电路，电机驱动部分电路、液晶显示部分电路。 9 两南大学硕十学位论文 曼i 一 = 皇i ! 鼍曼曼曼曼曼曼鼍寡皇曼曼鼍曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼! 鼍曼曼曼曼曼皇皇曼鼍曼曼皇皇! 曼曼皇曼曼曼曼! 曼曼皇曼曼曼! ! 曼 系统部分软件的设计。整个d c t 控制系统以d s p 为核心，其系统程序是根据仿真结果所 确定的控制系统的最佳控制算法，进行相应的程序编写。根据项目总体进度要求，本论文课题 只进行部分程序设计，包括信号采集处理程序设计、电机控制程序设计、r s - 4 8 5 通信程序设计、 c a n 总线程序设计以及液晶显示部分设计。 1 0 d c t 控制系统系统的总体设计与芯片选择 第3 章d c t 控制系统的总体设计与芯片选择 3 1d c t 控制系统的总体设计 双离合器变速器( d c t ) 是由电控机械式自动变速器( a m t ) 演变而来，因此a m t 的控 制原理对双离合器的控制思想有一定的借鉴意义。a m t 的控制基本原理图如图3 1 所示。 驾驶员车辆工况l l 加速踏板发动机转速 制动踏板 输入轴转速 挡位选择挡位、车速 ll e c u 豳豳 由由 ， 广 l 发动机l i 图3 - 1a m t 的控制基本原理图 f i g 3 1b a s i cc o n t r o ls c h e m a t i c a lo f a m t a m t 控制的基本思想是：根据驾驶员的意图( 加速踏板、制动踏板、选择器开关等) 和 车辆的运行工况( 发动机转速、输入轴转速、车速、档位等) ，依据设定的控制策略( 换档规律、 离合器接合规律等) ，借助于相应的执行机构( 选、换档执行机构、离合器分离和接合执行机 构、节气fj 执行机构) ，对车辆的动力传动系统( 发动机、离合器、变速器) 进行自动联合操 纵【1 9 】。 本论文课题所设计的双离合器控制系统用于控制手动与自动一体化d c t 汽车的换档操 作，该控制系统的最终目标是实现装有d c t 的汽车能正确无误、及时、无冲击的换档操作。 系统总体设计分为两部分：硬件电路部分的设计和软件部分的设计。系统硬件总电路控制框 图如图3 2 所示，包括换档手柄操纵控制部分。发动机转速控制部分，变速器控制部分和液 晶显示部分。根据该总电路框图设计出该双离合器控制系统的硬件部分，是以 t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 一d s p 为控制核心、以p i c l 6 f 6 8 4 和p i c l 8 f 4 5 8 0 为辅助芯片，实现对换档手柄、 发动机、变速器等部分数据的采集，然后进行运算、处理、判断，最后输出控制信号控制执 行机构动作，并以c a n 和s c i 的形式实现与汽车其他部分( 如发动机控制单元、电池管理单 两南大学硕士学位论文 元、整车控制单元等) 以及与上位机的通信，并通过液晶显示模块显示出需要的信息。软件 部分为基于c 语言的d s p 的数据采集、电机控制、电机保护程序设计以及和基于汇编语言的 档位判断和显示程序设计。 。一。： 图3 - 2 系统硬件总电路控制框图 f i g 3 - 2c h i e fc o n t r o ld i a g r a mo fd c ts y s t e m 3 2 系统控制芯片擞字信号处理器( d s p ) 数字信号处理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，d s p ) ，是一种独特的微处理器，其设计的出 发点和通用c p u 以及m c u 等处理器是不同的。d s p 是为完成大量实时数字信号处理任务而 设计的，算法的高效实现是d s p 器件的设计核心。目前，d s p 芯片已被广泛应用于信号处理、 数字通信、图形图像处理、工业控制、家用电器和汽车工程等领域。本论文课题设计的双离 1 2 d c t 控制系统系统的总体设计与芯片选择 i i _1_ - - -_ _ _ - i i i i 合器控制系统以d s p 芯片为测试控制核心，可以实现快速采集数据、数据处理，然后发出控 制信号控帛执行机构动作。 3 2 1 数字信号处理器( d s p ) 的主要特点 d s p 芯片的基本结构特点包括【2 0 】； ( 1 ) 采用哈佛结构 与传统的冯诺依曼结构不同，哈佛结构的程序和数据存储在不同的存储空间中，各有自 己的地址与数据总线，每个存储器可独立编址，独立访问，取指和执行能完全重叠运行，从 而可以大大提高运算的速度和执行效率，哈佛结构如图3 3 所示t 2 。 而t i 公司的d s p 芯片结构采用的则是改进的哈佛结构，如图3 - 4 所示。改进的哈佛结构 有独立的地址总线和数据总线，利用公用地址总线访问程序存储模块或数据存储模块，两条 总线由程序存储器和数据存储器分时共用。这一改进允许数据存放在程序存储器中，并被算 术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性。改进的哈佛结构还可使指令存储在高速缓冲器 ( c a c h e ) 中，省去了从存储器中读取指令的时间，大大提高了运行速度。 程序总线 数据总线地址总线 数据总线 图3 - 3 哈佛结构图3 - 4 改进的哈佛结构 f i g 3 - 3h a r v a r da r