干式双离合器自动变速器液压模块驱动系统控制方法研究

双离合器自动变速器(DCT-Dual Clutch Transmis-sion)是-种直接换档变速器，可简单地认为它是在手动变速器基础上，加了控制系统及液压驱动拈组成。

通过变速器控制器控制两个离合器交替切换工作来实现发动机的动力不问断地输出，图 1为双离合器 自动变速器结构简图 。

输出轴输出轴1～7.1挡至7挡齿轮 R1.倒挡中间齿轮 R2.倒挡齿轮图1 双离合器自动变速器结构图1 双离合器自动变速器结构及工作原理干式 DCT变速器的两个离合器分别与 1、3、5、7奇数挡的实心内传动轴和 2、4、6、R偶数挡的空心外传动轴相连。

变速器配有4个同步器，由液压拈驱动换挡执行机构进行挡位的切换 J。当汽车行驶时，-台离合器控制的-组齿轮被啮合，而临近挡位的齿轮根据车况在达到换挡点前已被啮合，但与之相连的离合器的却处于分离状态；当换挡时，运行离合器分离，同时另- 台离合器结合，从而能确保换挡期间有-组齿轮将动力不间断的输出，因此不会出现动力中断的状况。

2 DCT变速器液压拈系统组成DCT变速器中两个离合器的结合与分离，换挡同步器的癣换挡动作的执行，全部由液压驱动拈完成。干式 DCT液压驱动系统主要包括两部分：供油系统(为系统提供液压动力)、执行系统(包括离合器压力控制系统和选挡机构执行系统)。有别于湿式双离合器变速器第三轴带动液压泵液压驱动系统，干式收稿 日期：2012-10-31基金 项 目：2008浙 江 省 重 大 科 技 专 项 投 资 开 发 项 目(2008C01072)；装甲兵工程学院联合研发项 目(WX0814)作者简介：刘国强(1974-)，男，天津人 ，博士生 ，主要从事车辆传动控制技术方面的研究工作。

14 液压与气动 2013年第5期DCT采用直流电机来驱动液压泵，为液压系统提供液压动力。

液压泵采用内啮合齿轮泵，由于干式 DCT变速器的结构空间狭小特点，且需要较强的液压动力，因此结合体积、可靠性等考虑，驱动电机选用无位置传感器无刷直流电机。液压泵与驱动电机的实物图如图 2所示。图2中无位置传感器无刷直流电机带动液压泵为液压系统及液压蓄能器提供液压动力。

1.直流无刷 电机 2.液压泵图2 DCT变速器液压拈实物图由于干式 DCT液压控制系统中各油缸容积小，需要油液量低，其主要作用是为蓄能器补充油液，故液压泵不必持续工作。蓄能器负责为整个液压控制系统提供高油压，系统通过蓄能器出口处压力传感器检测其输出压力，并根据压力的大婿定液压泵、驱动电机是否开始工作 ，为蓄能器补充油液，维持整个液压系统的主压力∩见液压拈的系统压力与液压泵的驱动电机工作状况密不可分。

3 DCT液压拈供油驱动系统设计3.1 无刷直流电机的控制原理与方法由于无位置传感器无刷电机的换向位置是电机能否正常运行的关键，因此如何判断换向点是需要解决的关键问题之-。在电机换相时刻与绕组反电势关系如图3所示。通过分析电机的原理可知，换相点与电机线圈反电动势过零点间存在着 3O。的固定相移3j，因此检测电机绕组上的反电动势是得到转子位置的有效方法 。

图3 电机换相时刻与反电势的关系图通常检测反动电势的常用方法是测量三相绕组端部的端电压 ， ， ，再 由积分器或低通滤波器来测得转子位置信息。对于无刷直流电机，若忽略电枢反应对反电动势的影响，其等效电路如图4所示。

由图4，三相绕组的端电压为 ：G D图4 直流无刷电机等效电路 d i.E Ub RibdibEb。 R dicEcN式中，i ，ib，i。为相电流；E ，E ，E。为反电动势； 为中点对自流地的电压。

电路中忽略续流二极管上的压降，忽略电枢反应的影响，在 120。导通方式下的某-状态中，假设 VT ，VT 在 PWM状态下电流连续，则其工作状态为：(1)VT。，VT 同时导通(图5a)，此时：a a R a 警十Ea 1 2u 0 RibdibEbvN J电路中i -ib，假设 E -E ，可得： 1- I (3)： J(2)VT 关断，VT4导通(图 5b)，电流通过 VT的续流二极管，根据式(2)可得：U Ub 01VN0 l (4)。： E J可见，在上管关断，下管开通期间，非导通相(此处为 C相)的端电压即为该相的反电动势，在每个开关周期开始时，可通过控制器的 A/D对非导通相的端电压进行采样，判断电压变零和变正的时刻即可得到反电动势的过零点，即电机的换向点。

2013年第5期 液压与气动 153.2 无位置传感器无刷 电机控制 系统设计DCT控制器要负责整个换挡变速过程中的数据计算、状态及信号采集等工作，因此系统处理芯片必须具备快速高精度的 A/D采样能力和高速处理能力。

同时要驱动无刷直流电机及液压系统多路电磁阀，因此要求所选处理芯片具备多路硬件 PWM输出控制的能力。基 于此 DCT控 制 器 选 择 某 公 司 的 DSPTMS320F28xx系列控制器为电控系统的核心控制芯片。TMS320F28xx为32位定点 DSP控制处理器，最高时钟频率达 150 MHz，具有 12路硬件 PWM输出信号，16通道 12-位 ADC、2通道异步串口 SCI，1通道eCAN通讯总线 ，能很好地满足控制系统的需要。

ONDa)VT。、VT 导通时的等效电路GN Db)VT1关断、VT4导通时的等效电路NN图5 等效电路液压拈的供油系统是由无刷电机带动液压马达组成的，故此电机的控制系统电路设计是保证供油系统正常运行的前提，图6是无位置传感器电机控制系统结构图。

1-- 网 ，/， PWM1～- 篷 IBL] 1.9V -- 委PWM60 避 ADCINx -r 蕊坠 转子位置检测I∽ 0 CAPx图6 基于DSP的无位置传感器电机控制系统结构图电机驱动系统包括前级驱动部分(IR2101S)、逆变器部分以及过流、过压反电势检测等部分。其中逆变器部分由 P沟和 N沟 MOS.FET、IGBT组合。反电势检测部分是由3个电阻连接到电机的三相绕组和-个由 RC组成的带通滤波器组成。图7为驱动系统的栅极驱动电路。图8为电机反电势检测电路。

GND图7 驱动系统的栅极驱动电路G ND GN D图8 电机反电势检测电路对于电机自起动问题采用三段式方法 j，将电机任意两相导通，当转子到达导通位置，电机转向将触发信号输出给逆变器功率器件控制级，调节每个状态的延迟时间，同时通过 PWM提高外加电压，使 电机加速，以得到有效的转子位置信号，通过转子位置信号来切换同步信号。

在试验中，对低压无刷直流电机(工作电压 12 V)进行控制，测得无刷电机运行时相邻两项的电压波形图如图9所示。

图 9 电机相邻两项的电压波形图3.3 液压拈供油系统试验分析利用台架实验得到 DCT泵的相关数据，并采用查表的形式建立了泵的数学仿真模型 J，如图 10所示。

根据电机驱动液压泵的转速与液压系统压力、占空比与控制电机转速的关系，得到的电机转速控制占空比与系统压力的仿真曲线，如图 11所示。

将无位置传感器无刷直流电机驱动的液压泵安装于DCT液压阀组实验台架，如图12所示，测得的液压系统的压力与电机控制占空比的实际测量曲线如图13所示。

- -16 液压与气动 2013年第5期.010图 1l 电机转速控制占空比与系统仿真压力曲线1.油箱 2.溢流阀 3.流量二次仪表4.压力二次仪表 5.DCT阀组 6.压力表图 12 DCT液压 阀组实验 台架占空比图 13 电机转速控制占空比与供油系统压力测量曲线通过比较两者的压力曲线可见，实验结果与仿真结果对比可以发现尽管存在误差，但是两者能够基本吻合 ，说明驱动电机控制方式能较好地满足液压供油系统的需求。

4 DCT液压执行 系统驱动电路设计在 DCT中，液压拈供油系统由电机带动液压泵来提供，而液压拈的执行系统是由诸多电磁阀控制执行来完成，这些阀体用于两个离合器的结合与分离以及换挡系统同步器的执行 j，由于变速器的控制系统输出的脉宽调制信号不能用于直接驱动高速开关电磁阀，因此液压拈专门的设计了电磁阀的驱动电路，如图 l4所示。图15为控制信号及电磁阀两端的输出波形图。

12VR3 l10K I D1鞫 j 硎Il7S l ，IR2l1 L-几LQ1TRF540N儿Vavle时I闭/s图15 电磁阀两端的输出波形5 结论在分析了干式 DCT变速器结构的基础上，采用无传感器无刷直流电机带动液压马达为液压系统提供液压动力，设计的电机控制电路采用无刷直流电机转子位置检测方法，应用硬件 PWM控制方法进行控制，高精度的 AD采样，使电机转子的定位精度大大提高，保证了电机的平稳运行，系统压力得到了精确的保障，同时液压电磁阀驱动电路的设计，使得双离合器、换挡系统的执行运行可靠，相关的台架试验结构表明，本文设计的液压驱动拈控制系统运行平稳、性能可靠。