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摘要：双离合变速器在升当过程中，不同挡位之间存在速比差，在升挡过程的扭矩交换阶段，传递到车辆车轮端的扭矩会明显变小。因换挡过程短暂，导致在换挡过程中整车纵向加速度突然减小，进而引发升挡过程整车顿挫、不平顺。TCU在换挡过程中通过CAN总线向EMS发送增扭请求，可以有效补偿因不同挡位速比差、能量损失导致的升挡过程换挡顿挫。可以有效改善双离合变速器的升挡平顺性，继而提升整车驾驶品质。
关键词：双离合变速器;TCU;换挡平顺性;扭矩交换;CAN
0 引言
双离合变速器作为汽车动力总成的重要组成部分，因其换挡过程无动力中断、传递效率高等特点，得到越来越多的汽车厂家青睐。自动挡车型的换挡品质作为评价主观驾驶感受的重要参考指标，通过提高换挡过程的平顺性，可以有效提升整车的主观驾驶体验。
TCU作为自动变速器的控制模块，其主要作用是通过CAN总线与其他相关模块进行交互，获取车速、发动机转速、加速踏板开度等信号，识别驾驶员意图并最终实现整车的自动升降挡功能。本文通过对双离合变速器换挡过程的深入分析，阐述了一种通过对升挡过程扭矩交换阶段进行增扭解决升挡过程顿挫感方法，并通过对比论证了方法的有效性。可以有效改善双离合变速器的升挡品质，使客户获得更好的驾驶体验。
1 双离合变速器的换挡原理及过程
双离合自动变速器的换挡是依据车速、加速踏板开度而定的，是关于挡位、车速、油门开度的MAP图，通常称为换挡图谱。如图1是某搭载1.5TD-7DCT的车型，以30%加速踏板开度从静止开始加速的升挡过程。
①车辆处于静止，驾驶员踩下加速踏板至30%开度，并保持踏板开度;车辆从静止开始加速;
②当车速达到11.4km/h时，触发1挡升2挡，此时目标挡位为2挡，实际挡位为1挡，换挡完成后，实际挡位与目标挡位相同，均为2挡;
③随着车速的增加，当车速到达21.7km/h时，触发2挡升3挡，过程与1挡升2挡类似。
其他加速踏板开度的升挡过程与上述30%开度类似，当所有踏板开度的升挡点确定后，整车的换挡图谱（升挡图）即确定。升挡点设计的合理性与整车的动力性、经济性关系密切，因此换挡MAP图需要根据车辆驾驶性与经济性综合考虑确定。
换挡过程通常划分为如下四个阶段，即预换挡阶段、预充油阶段、扭矩交换阶段、转速同步阶段。如图2所示，车辆以30%油门开度从静止加速、1挡升2挡的过程。
①预换挡阶段。当车速到达1挡升2挡的时刻，触发目标挡位从1挡变为2挡，TCU驱动换挡机构，使2挡同步器结合，完成2挡预挂挡，使2轴的转速与2挡转速相同。
②预充油阶段。完成预挂挡后，TCU开始控制液压系统对离合器2进行预充油，并逐渐使离合器2到达半结合点。此阶段，发动机的扭矩依然完全由离合器1传递。
③扭矩交换阶段。完成预充油后，TCU控制变速器开始进行扭矩交换，离合器1压力逐渐降低、离合器2压力逐渐升高。该过程属于动态耦合过程，发动机扭矩从刚开始的完全由离合器1传递，逐渐变为离合器1、离合器1共同传递，并最终完全由离合器2传递。
④转速同步阶段。完成扭矩交换后，TCU通过发送降扭请求，控制换挡机构，使发动机转速与2挡输入轴转速相同，最终完成1挡升2挡的操作。
2 换挡顿挫产生的原因
换挡的顿挫感主要是由于换挡过程中，动力从发动机至车轮端的输出过程不线性，导致车辆纵向加速度产生掉坑、突变，进而传递到整车被驾驶员感知。通常可以用纵向加速度信号的平滑程度来表征车辆换挡过程的平顺性。如图3所示，车辆在30%恒定油门开度加速度过程的加速度表现。可以看出，在每次升挡的过程，加速度信号有明显的跌坑，驾驶员在升挡过程将感觉到车辆有明显顿挫。
通过进一步分析可知，升挡过程的加速度跌坑发生在扭矩交换阶段。根据扭矩传递的过程可知，换挡前变速器处于1挡，传递到车轮端的扭矩为
T1=i1*Teng （1）
换挡后变速器处于2挡，传递到车轮端的扭矩为
T2=i2*Teng （2）
其中Tl、T2分别为1挡、2挡车轮端的扭矩;i1、i2分别为1挡、2挡的总传动比;Teng为发动机的飞轮端扭矩（加速踏板开度不变的情况下，因换挡时间短暂、挡位间速差大，可忽略换挡前后发动机飞轮端扭矩差异）。
因i1>i2，故T1>T2，即升挡后的车轮端扭矩减小了，继而加速度减小。1挡的速比与2挡的速比相差越大，换挡后加速度减小的程度越大。在换挡时间一定的情况下，因速比变小导致的升挡顿挫将越明显。如图4所示，理想的加速度曲线应是平滑下降的趋势。
3 升挡顿挫优化方案
针对升挡过程的换挡顿挫，结合顿挫产生的机理，由TCU識别扭矩交换阶段的开始以及结束时刻，并通过CAN总线，向EMS控制模块发送增扭请求，以补偿因升挡过程速比变小导致的车轮端扭矩变小、加速度变小，从而使换挡过程的加速度线性度得到改善，消除升挡过程的顿挫感。（图5）
4 方案验证
为验证上述解决升挡顿挫问题的方案效果，对同一台搭载1.5TD+7DCT的车型进行恒定加速踏板开度测试，使车辆从静止开始加速到某一车速，对比相同工况下优化前、后的加速度与时间的关系，及整车的升挡顿挫情况。
从图6可看出，在起步20秒内的时间里，按解决方案优化后的整车纵向加速度随时间增加而线性减小，优化前的加速度则在升挡过程出现跌坑、整车伴随顿挫。
图7可看出，40%恒定加速踏板开度加速的对比结果与30%加速踏板开度的情况一致，优化后的加速度随时间增加而线性较小，升挡过程无明显跌坑，整车加速过程无换挡顿挫感。
5 结束语
通过对双离合变速器升挡过程及原理的分析，得出了造成升挡顿挫的关键因素是升挡前、后的变速器速比差导致升挡过程传输到车轮端的扭矩变小引起。对升挡过程的扭矩交换阶段进行增扭，可以有效解决升挡过程的顿挫问题，进而改善变速器换挡品质、提升整车驾驶体验。
参考文献：
[1]张俊祥，陈勇，罗大国，刘文忠，赵福全.DCT车辆升挡过程中的扭矩控制[J].汽车技术，2013（8）.
[2]徐瑞雪，尹良杰，陈加超，黄伟，张友皇.DCT自动变速箱在升档过程中的离合器油压控制[J].汽车实用技术，2017（12）.
[3]吴光强，杨伟斌，秦大同.双离合式自动变速器控制系统的关键技术[J].机械工程学报，2007（2）.
[4]常佳男，孙保群，姜明亮，陆军.双离合自动变速器换挡冲击度分析[J].机械传动，2017（9）.
[5]杨翔宇，陈宝，向永乐，霍飞.DCT换挡过程中的相关动力学分析[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013（6）.
[6]涂安全，李星，罗贤虎，左波涛，韩志军.一种湿式双离合自动变速器档位结合控制研究[J].车辆与动力技术，2017（2）.
关键词：双离合变速器;TCU;换挡平顺性;扭矩交换;CAN
0 引言
双离合变速器作为汽车动力总成的重要组成部分，因其换挡过程无动力中断、传递效率高等特点，得到越来越多的汽车厂家青睐。自动挡车型的换挡品质作为评价主观驾驶感受的重要参考指标，通过提高换挡过程的平顺性，可以有效提升整车的主观驾驶体验。
TCU作为自动变速器的控制模块，其主要作用是通过CAN总线与其他相关模块进行交互，获取车速、发动机转速、加速踏板开度等信号，识别驾驶员意图并最终实现整车的自动升降挡功能。本文通过对双离合变速器换挡过程的深入分析，阐述了一种通过对升挡过程扭矩交换阶段进行增扭解决升挡过程顿挫感方法，并通过对比论证了方法的有效性。可以有效改善双离合变速器的升挡品质，使客户获得更好的驾驶体验。
1 双离合变速器的换挡原理及过程
双离合自动变速器的换挡是依据车速、加速踏板开度而定的，是关于挡位、车速、油门开度的MAP图，通常称为换挡图谱。如图1是某搭载1.5TD-7DCT的车型，以30%加速踏板开度从静止开始加速的升挡过程。
①车辆处于静止，驾驶员踩下加速踏板至30%开度，并保持踏板开度;车辆从静止开始加速;
②当车速达到11.4km/h时，触发1挡升2挡，此时目标挡位为2挡，实际挡位为1挡，换挡完成后，实际挡位与目标挡位相同，均为2挡;
③随着车速的增加，当车速到达21.7km/h时，触发2挡升3挡，过程与1挡升2挡类似。
其他加速踏板开度的升挡过程与上述30%开度类似，当所有踏板开度的升挡点确定后，整车的换挡图谱（升挡图）即确定。升挡点设计的合理性与整车的动力性、经济性关系密切，因此换挡MAP图需要根据车辆驾驶性与经济性综合考虑确定。
换挡过程通常划分为如下四个阶段，即预换挡阶段、预充油阶段、扭矩交换阶段、转速同步阶段。如图2所示，车辆以30%油门开度从静止加速、1挡升2挡的过程。
①预换挡阶段。当车速到达1挡升2挡的时刻，触发目标挡位从1挡变为2挡，TCU驱动换挡机构，使2挡同步器结合，完成2挡预挂挡，使2轴的转速与2挡转速相同。
②预充油阶段。完成预挂挡后，TCU开始控制液压系统对离合器2进行预充油，并逐渐使离合器2到达半结合点。此阶段，发动机的扭矩依然完全由离合器1传递。
③扭矩交换阶段。完成预充油后，TCU控制变速器开始进行扭矩交换，离合器1压力逐渐降低、离合器2压力逐渐升高。该过程属于动态耦合过程，发动机扭矩从刚开始的完全由离合器1传递，逐渐变为离合器1、离合器1共同传递，并最终完全由离合器2传递。
④转速同步阶段。完成扭矩交换后，TCU通过发送降扭请求，控制换挡机构，使发动机转速与2挡输入轴转速相同，最终完成1挡升2挡的操作。
2 换挡顿挫产生的原因
换挡的顿挫感主要是由于换挡过程中，动力从发动机至车轮端的输出过程不线性，导致车辆纵向加速度产生掉坑、突变，进而传递到整车被驾驶员感知。通常可以用纵向加速度信号的平滑程度来表征车辆换挡过程的平顺性。如图3所示，车辆在30%恒定油门开度加速度过程的加速度表现。可以看出，在每次升挡的过程，加速度信号有明显的跌坑，驾驶员在升挡过程将感觉到车辆有明显顿挫。
通过进一步分析可知，升挡过程的加速度跌坑发生在扭矩交换阶段。根据扭矩传递的过程可知，换挡前变速器处于1挡，传递到车轮端的扭矩为
T1=i1*Teng （1）
换挡后变速器处于2挡，传递到车轮端的扭矩为
T2=i2*Teng （2）
其中Tl、T2分别为1挡、2挡车轮端的扭矩;i1、i2分别为1挡、2挡的总传动比;Teng为发动机的飞轮端扭矩（加速踏板开度不变的情况下，因换挡时间短暂、挡位间速差大，可忽略换挡前后发动机飞轮端扭矩差异）。
因i1>i2，故T1>T2，即升挡后的车轮端扭矩减小了，继而加速度减小。1挡的速比与2挡的速比相差越大，换挡后加速度减小的程度越大。在换挡时间一定的情况下，因速比变小导致的升挡顿挫将越明显。如图4所示，理想的加速度曲线应是平滑下降的趋势。
3 升挡顿挫优化方案
针对升挡过程的换挡顿挫，结合顿挫产生的机理，由TCU識别扭矩交换阶段的开始以及结束时刻，并通过CAN总线，向EMS控制模块发送增扭请求，以补偿因升挡过程速比变小导致的车轮端扭矩变小、加速度变小，从而使换挡过程的加速度线性度得到改善，消除升挡过程的顿挫感。（图5）
4 方案验证
为验证上述解决升挡顿挫问题的方案效果，对同一台搭载1.5TD+7DCT的车型进行恒定加速踏板开度测试，使车辆从静止开始加速到某一车速，对比相同工况下优化前、后的加速度与时间的关系，及整车的升挡顿挫情况。
从图6可看出，在起步20秒内的时间里，按解决方案优化后的整车纵向加速度随时间增加而线性减小，优化前的加速度则在升挡过程出现跌坑、整车伴随顿挫。
图7可看出，40%恒定加速踏板开度加速的对比结果与30%加速踏板开度的情况一致，优化后的加速度随时间增加而线性较小，升挡过程无明显跌坑，整车加速过程无换挡顿挫感。
5 结束语
通过对双离合变速器升挡过程及原理的分析，得出了造成升挡顿挫的关键因素是升挡前、后的变速器速比差导致升挡过程传输到车轮端的扭矩变小引起。对升挡过程的扭矩交换阶段进行增扭，可以有效解决升挡过程的顿挫问题，进而改善变速器换挡品质、提升整车驾驶体验。
参考文献：
[1]张俊祥，陈勇，罗大国，刘文忠，赵福全.DCT车辆升挡过程中的扭矩控制[J].汽车技术，2013（8）.
[2]徐瑞雪，尹良杰，陈加超，黄伟，张友皇.DCT自动变速箱在升档过程中的离合器油压控制[J].汽车实用技术，2017（12）.
[3]吴光强，杨伟斌，秦大同.双离合式自动变速器控制系统的关键技术[J].机械工程学报，2007（2）.
[4]常佳男，孙保群，姜明亮，陆军.双离合自动变速器换挡冲击度分析[J].机械传动，2017（9）.
[5]杨翔宇，陈宝，向永乐，霍飞.DCT换挡过程中的相关动力学分析[J].重庆理工大学学报（自然科学），2013（6）.
[6]涂安全，李星，罗贤虎，左波涛，韩志军.一种湿式双离合自动变速器档位结合控制研究[J].车辆与动力技术，2017（2）.