自动变速箱(一)：离合器滑摩控制

滑摩控制的基本思想是通过微滑摩的离合器将传动系与发动机的振动隔离，这不是一个新的想法，并且近年来已经反复讨论过。除了过去的各种机械问题之外，控制离合器的时机不足首先阻止了滑摩控制的使用。

用于滑摩控制的传动系统的振动原理和设计在这里不会被仔细讨论，如果感兴趣的人多可以另开一文。

控制概念

控制的第一任务是定义最佳期望滑摩。这代表了必要的振动隔离和允许的磨损或燃油消耗增加的折衷。正是这样，必须进行广泛的测试和模拟，特别是特定的车辆。

第二个关键点是尽可能精确地设置计算的期望滑差。这里需要高水平的控制精度，因为如果滑摩向下偏移，这可能导致粘着(Stick)，并因此导致声学问题（轰隆）;然而，由于磨损和燃油消耗的原因，它们也不应向上偏离。

为了实现前面提到的软件策略所需的鲁棒性，需要寻求一种结合开环控制，自适应和闭环控制的方法。该方法包含了多种策略，稍后将在滑摩控制示例中更详细地解释。在定义方面，闭环控制器总是反馈受控系统（物理模型）的测量输出，以便产生用于物理模型的控制输入，使得“误差”最小化（参见图4a）。

另一方面，开环控制仅仅使用期望值作为输入，并且当知道要被控制的系统时，产生控制输入，在理想情况下，控制输入正确地设置期望值（参见图4b）。

目前，在这里不校正参考信号和输出之间的潜在误差。

然而，为了实现良好的质量，需要观察物理模型的行为 - 在所讨论的情况下，整个车辆具有发动机，离合器和传动系统。使用该信息，开环控制在内部使用的受控系统的模型适于补偿中长期的物理模型变化。

这两种方法都有利弊，这就是为什么在实践中它们通常并行使用。

同时我们也在寻求尽可能少地使用开环控制的方法和尽可能少的闭环控制。使用小比例的闭环控制应该实现以下目标：

-         在任何公差位置或环境情况下，闭环控制器不会变得不稳定。

-         闭环控制器的振荡或过冲不会明显。

-         利用开环控制的速度优势。

同时必须注意应当使用尽可能多的系统知识，使得开环控制的误差最小。

在滑摩控制的实际情况下，被控制的系统基本上由离合器，发动机和传动系构成。驾驶员的指令被转化为发动机的输入。滑摩控制作用在离合器上。

为了实现已经精确的前馈控制，滑摩控制器接收除了驾驶员命令之外的各种其他信息，特别是关于发动机状况。这在物理模型中使用以正确地计算必要的控制输入。

部分滑摩

广泛研究表明，在部分滑摩中已经实现了足够的隔振，如图5所示。部分滑摩的特征在于，由于内燃机的旋转不规则性，粘着和滑摩阶段与点火频率交替。

出于磨损和燃油消耗的原因，在滑摩控制期间寻求尽可能低的期望滑摩。其下限由所需的振动隔离和控制精度预先确定。因此在每种情况下都应避免持续粘附(Stick)。

首先，部分滑摩的情况进行了更加深入的分析（参见图5）。模拟表明，在扭矩峰值中，伴随发动机更大的前向加速度下，离合器开始滑摩。在滑摩期间，传递的扭矩被限制为最大可传输离合器扭矩。一旦发动机的旋转不规则性导致粘附(Stick)离合器，则传递到变速器中的扭矩从可传递的离合器扭矩下降到发动机内部扭矩。这个易于理解的过程具有如下效果：平均传递的转矩低于可传递的离合器转矩。

在部分滑摩中传递的平均离合器扭矩由滑摩与连续粘着的比率和发动机的扭矩不规则性确定。这导致如图6所示的物理行为：从滑差速度零到转变成完全滑摩（发动机不规则性不再导致离合器的暂时粘着），平均传递的离合器转矩不断上升。它在过渡到全滑摩期间实现了在传统意义上的实际可传输转矩。

如果该扭矩被解释为摩擦系数，则可以在部分滑摩中假定正的“摩擦系数梯度”，由此梯度在小滑摩速度处增加。在真正意义上的潜在负摩擦系数梯度甚至由所描述的效应补偿。在部分滑摩中的积极的“摩擦系数梯度”的这一重要发现对于滑摩控制具有相当大的优点。

与具有离合器衬套的可怕的负摩擦系数相反，正摩擦系数梯度不导致抖动，而是独立地稳定最初设定的滑摩速度：一旦发动机略微增加扭矩导致滑摩增加，通过增加离合器传递的扭矩，使滑差再次减小。

这种自稳定效应还允许在部分滑摩中使用更激进的闭环增益，且没有不稳定的风险。因此可以确保特别高水平的控制器精度和对误差或扭矩变化的快速响应。

由于越来越积极的“摩擦系数梯度”，可以优化控制精度，使得可以继续安全地避免永久粘着(Stick)。

只有仔细分析部分滑摩时的行为以及随后使用该发现，才能实现具有高精度和低滑差速度的滑摩控制。

结果

在部分滑摩期间，开环控制和闭环控制的组合成就了稳定的系统策略，也提供非常好的结果。

图7显示了一个典型的测试。顶部图显示了发动机和变速箱输入速度的变化过程。它清楚地示出了在back-out、coast、tip-in期间和随后的加速期间如何设置滑摩速度。

在大负载变化期间的速度偏差防止传动振动而不被驾驶员听觉上注意到。因此能够在不损害车辆的响应性的情况下提高负载变化时的舒适性。

根据滑摩特性图，期望的滑摩随着发动机速度的增加而不断减小。一旦达到限定的发动机转速并且没有打滑，离合器扭矩增加到更高的负载。

该图的下部示出了期望的离合器转矩如何由开环控制相关部分和闭环控制部分组成。根据所选择的结构，开环控制比例显然是主要的。此外，可以看出，在5秒之后，闭环控制比例如何随着开环控制比例而持续变小。这里的自适应确保开环控制精度增加并且闭环控制比例进一步降低。

这里描述的滑摩控制已经在车辆中使用–> 改造为单质量飞轮的车辆，可以实现与双质量飞轮（DMF）相当的振动隔离。同时，在耐久性试验中看到控制是稳定和可靠的。离合器衬片的额外磨损仅为每100000公里0.2至0.4毫米。燃料消耗基本上保持不变，这也通过驾驶循环模拟证明。这可以通过以下事实来解释：由于去掉DMF，发动机惯量进而减少。由此实现的加速损失的减少补偿了由打滑导致的最小的额外燃料消耗。结果必须针对实际整车项目进行验证，根据所需的和必要的驾驶工况以及期望的滑摩特性。

下期预告：

由于篇幅限制，本篇只能讨论离合器滑摩控制。接下来会讨论离合器保护、以及离合器监控概念和安全概念(Level1/2/3)。