混動(dòng)客車AMT變速箱換擋方法探究

姚玉財(cái)

摘 要：文章分析了混動(dòng)汽車用AMT變速箱的換擋方法，結(jié)合混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式及工作原理，提出了基于多工作模式的AMT變速箱換擋控制方法，以實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車在純發(fā)動(dòng)機(jī)、純電動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力等工作模式下車輛的最佳經(jīng)濟(jì)性、最佳動(dòng)力性。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；AMT變速器；研究

1 AMT變速箱換擋技術(shù)研究

AMT變速箱是在MT變速箱的基礎(chǔ)之上加裝電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速功能的。因此，其性能的好壞與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和控制有著密切的關(guān)系。

2 AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析

圖1是AMT的結(jié)構(gòu)組成示意圖，該圖說明了AMT的結(jié)構(gòu)原理及ASCS的組成。較早的AMT系統(tǒng)，由于汽車換擋時(shí)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門、離合器位置及擋位進(jìn)行綜合控制，因此，AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括如圖1所示的三部分。

對(duì)于采用電子節(jié)氣門體的新型發(fā)動(dòng)機(jī)，TCU能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（Electronic Control Unit，簡(jiǎn)稱ECU）進(jìn)行控制器局域網(wǎng)絡(luò) （Controller Area Network，簡(jiǎn)稱CAN）的通訊，在換擋時(shí)根據(jù)需求通過CAN總線向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)送扭矩控制請(qǐng)求，完成換擋動(dòng)作。新的AMT系統(tǒng)，大都只有離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分類

從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成來(lái)看，目前市場(chǎng)上的AMT主要有三種結(jié)構(gòu)形式：電控液動(dòng)、電控氣動(dòng)和電機(jī)操縱。

電控液動(dòng)使用壓力液體來(lái)推動(dòng)液壓活塞驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行換擋及離合器的分離結(jié)合。電動(dòng)液壓泵將液壓油增壓并儲(chǔ)存在高壓蓄能器里。若高壓蓄能器中的液體壓力高于一定門限值，電動(dòng)液壓泵將自動(dòng)關(guān)閉；若液體壓力低于一定門限值，電動(dòng)液壓泵將自動(dòng)打開，補(bǔ)入一定液體；需要換擋時(shí)，液壓控制單元HCU控制選換擋及離合器電磁閥，高壓蓄能器中的高壓液體便推動(dòng)選換擋機(jī)構(gòu)及離合器機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作。

液壓AMT系統(tǒng)將能量?jī)?chǔ)存在高壓蓄能器中，在換擋時(shí)突然釋放，因此，液壓AMT系統(tǒng)功率密度較高，適合用在對(duì)換擋速度或換擋力要求較高的車型上，比如F1賽車用的都是液壓AMT系統(tǒng)，其換擋時(shí)間可縮短至50ms。但液壓AMT系統(tǒng)需要采用一些高精度電磁閥，并且為避免漏油，執(zhí)行機(jī)構(gòu)上各個(gè)部件加工精度要求很高，因此液壓AMT系統(tǒng)成本較高。

氣動(dòng)AMT系統(tǒng)采用車上的高壓儲(chǔ)氣罐作為動(dòng)力源，來(lái)推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。由于只有大型商用車上才有儲(chǔ)氣罐，氣壓AMT系統(tǒng)只用在大型商用車上。由于不需要額外加裝動(dòng)力源，氣動(dòng)AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。氣體具有較大的可壓縮性，所以氣動(dòng)AMT系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)很精確的位置控制，其換擋品質(zhì)較差。

電動(dòng)AMT系統(tǒng)采用直流電機(jī)來(lái)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱離合器的分離結(jié)合以及變速器的換擋動(dòng)作。由于電機(jī)的輸出扭矩較小，電動(dòng)AMT系統(tǒng)都需要速比很大的減速機(jī)構(gòu)。直流電機(jī)控制AMT根據(jù)控制電機(jī)數(shù)目不同，可分為兩電機(jī)方式、三電機(jī)方式及四電機(jī)方式：兩電機(jī)方式，即離合器使用一個(gè)電機(jī)，選、換擋只用一個(gè)電機(jī)，通過機(jī)械機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)）來(lái)實(shí)現(xiàn)選、換擋由以上內(nèi)容可知，無(wú)論是氣動(dòng)還是液壓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都存在的一定的問題和缺陷，而電動(dòng)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)來(lái)說具有一定的優(yōu)越性，因此，文章就以三個(gè)直流電機(jī)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的AMT為研究對(duì)象，對(duì)自動(dòng)變速箱的控制策略進(jìn)行研究和分析。

4 常用AMT變速箱換擋規(guī)律

換擋策略是車輛兩擋間自動(dòng)換擋時(shí)刻隨控制參數(shù)變化的規(guī)律。動(dòng)力性換擋規(guī)律，是指能夠使車輛獲得最大加速度的換擋規(guī)律。圖2是在一定節(jié)氣門開度下的驅(qū)動(dòng)力矩示意圖，由圖可看出，1擋驅(qū)動(dòng)力矩曲線與2擋驅(qū)動(dòng)力矩曲線交匯于A點(diǎn)，則車速低于A點(diǎn)時(shí)，1擋加速度大于2擋加速度；當(dāng)車速高于A點(diǎn)時(shí)，1擋加速度小于2擋加速度。因此，A點(diǎn)車速就是在這個(gè)節(jié)氣門開度下1擋換2擋的動(dòng)力性換擋點(diǎn)。由此，可得出2擋換3擋，3擋換4擋，4擋換5擋的換擋點(diǎn)。

由此即可得出動(dòng)力性換擋規(guī)律，見圖3：

經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律是指能夠使車輛在行駛中消耗燃油最少的換擋規(guī)律。由圖3可知，3擋和4擋的燃油消耗率曲線交匯于A點(diǎn)，車速低于A點(diǎn)時(shí)，3擋燃油消耗率低于4擋燃油消耗率，在A點(diǎn)以右，3擋燃油消耗率高于4擋燃油消耗率。由此，A點(diǎn)車速即為此油門開度下3擋升4擋的經(jīng)濟(jì)性換擋點(diǎn)。

本篇針對(duì)常見的AMT變速箱的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)比電控液動(dòng)、電控氣動(dòng)和電機(jī)操縱三種不同換擋機(jī)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了常用的AMT變速箱換擋規(guī)律，為研究混合動(dòng)力客車用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的AMT控制策略打下了基礎(chǔ)。