商用車(chē)機(jī)械式自動(dòng)變速器的研究

杜棟+陳文

摘 要：商用車(chē)速度的變化與車(chē)輛的行駛安全息息相關(guān)，不合理的速度控制可能會(huì)對(duì)離合器的使用壽命、車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。機(jī)械式自動(dòng)變速器的應(yīng)用可以有效解決上述問(wèn)題，本文從機(jī)械式自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)入手，對(duì)商用車(chē)機(jī)械式自動(dòng)變速器進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：商用車(chē)；機(jī)械式；自動(dòng)變速器

前言：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，商用車(chē)的數(shù)量變得越來(lái)越多，然而，車(chē)輛事故的發(fā)生昭示著商用車(chē)的行駛過(guò)程存在著一定的安全隱患。商用車(chē)速度控制（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位車(chē)速）是引發(fā)事故的主要原因，因此，可以利用在速度決策方面具有顯著優(yōu)勢(shì)的機(jī)械式自動(dòng)變速器，對(duì)商用車(chē)的速度變化進(jìn)行安全合理的自動(dòng)控制。

一、機(jī)械式自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)

機(jī)械式自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分構(gòu)成：

（一）電控單元部分

電控單元是機(jī)械式自動(dòng)變速器發(fā)揮變速功能的核心。其組成成分主要包含I/O接口、CPU等[1]。

（二）執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分

機(jī)械式自動(dòng)變速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由油缸、電磁閥等組成。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，該部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制指令。

（三）被控對(duì)象部分

機(jī)械式自動(dòng)變速器的控制對(duì)象包含變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)以及離合器三種[2]。

（四）傳感器部分

機(jī)械式自動(dòng)變速器中主要包含離合器位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)及車(chē)速傳感器、檔位傳感器等。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)械式自動(dòng)變速器可以利用這些傳感器收集車(chē)輛的實(shí)際運(yùn)行信息，以此改善車(chē)輛行駛速度調(diào)節(jié)質(zhì)量。

二、商用車(chē)機(jī)械式自動(dòng)變速器

這里主要從以下幾方面入手，對(duì)商用車(chē)機(jī)械式自動(dòng)變速器進(jìn)行分析和研究：

（一）啟動(dòng)方面

當(dāng)商用車(chē)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，車(chē)輛的離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速為0，商用車(chē)剛剛開(kāi)始啟動(dòng)接合時(shí)，離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速參數(shù)與主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速參數(shù)之間的差值最大，在啟動(dòng)過(guò)程中，摩擦阻力會(huì)對(duì)商用車(chē)的啟動(dòng)形成一定影響，因此，商用車(chē)的車(chē)速?gòu)?開(kāi)始逐漸增加，隨著車(chē)速的不斷增加，商用車(chē)離合器從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速與主動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速之間的差值變得越來(lái)越小，當(dāng)差值為0時(shí)，這兩種參數(shù)將保持同步狀態(tài)，不再產(chǎn)生差值[3]。根據(jù)商用車(chē)啟動(dòng)過(guò)程在不同時(shí)間段的特點(diǎn)，可以將啟動(dòng)階段分成克服阻力階段、轉(zhuǎn)速同步階段、同步接合階段以及完全接合階段。其中，轉(zhuǎn)速同步階段對(duì)商用車(chē)啟動(dòng)環(huán)節(jié)的影響最為明顯。從商用車(chē)的實(shí)際使用要求來(lái)看，在啟動(dòng)階段中，機(jī)械式自動(dòng)變速器應(yīng)該可以保證起步在較短時(shí)間內(nèi)完成，防止離合器長(zhǎng)時(shí)間磨合影響離合器的壽命；保證商用車(chē)的起步具有良好的平穩(wěn)性特點(diǎn)，為乘客帶來(lái)舒適、安全的乘坐體驗(yàn)。

根據(jù)上述要求，機(jī)械式自動(dòng)變速器對(duì)商用車(chē)起步階段發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制應(yīng)該遵循如下原則：

第一，預(yù)先設(shè)定控制原則。以商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度參數(shù)為參照依據(jù)，分別設(shè)定多種合理的轉(zhuǎn)速判斷閾值。在商用車(chē)發(fā)動(dòng)過(guò)程中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速參數(shù)大于對(duì)應(yīng)閾值參數(shù)，離合器開(kāi)始進(jìn)行接合動(dòng)作；如果發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速參數(shù)小于對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速閾值參數(shù)，則無(wú)法引發(fā)離合器的動(dòng)作。

第二，恒定控制原則。這種控制原則是指，以怠速參數(shù)為參照依據(jù)，事先完成商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速判斷閾值的設(shè)定。在商用車(chē)的啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械式自動(dòng)變速器將會(huì)根據(jù)實(shí)際啟動(dòng)狀況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行合理控制[4]。為了保證機(jī)械自動(dòng)變速器變速功能的實(shí)效性，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)恒定控制模式的最高目標(biāo)轉(zhuǎn)速參數(shù)設(shè)定為所有油門(mén)開(kāi)度下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速參數(shù)。這種設(shè)置方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于：商用車(chē)啟動(dòng)過(guò)程的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)較低（達(dá)到最高目標(biāo)的概率相對(duì)較低）。在恒定速度模式下，離合器受到的摩擦阻力干擾相對(duì)較小，且整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生的影響相對(duì)較小。

（二）降檔方面

駕駛員在高檔駕駛過(guò)程中，常常會(huì)遇到緊急制動(dòng)降檔的問(wèn)題。結(jié)合商用車(chē)的以往應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知，駕駛員實(shí)施降檔操作所需的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，在整個(gè)降檔過(guò)程中，稍有不慎便有可能引發(fā)交通事故。此外，即使駕駛員在安全狀態(tài)下順利完成制動(dòng)降檔，當(dāng)引發(fā)降檔需求的因素消失后，制動(dòng)的解除可能會(huì)導(dǎo)致商用車(chē)動(dòng)力不足問(wèn)題。

為了避免出現(xiàn)上述狀況，可以將機(jī)械式自動(dòng)變速器的控制流程設(shè)計(jì)為：當(dāng)商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不足750r/min，且駕駛員踩下制動(dòng)踏板（實(shí)施制動(dòng)降檔操作）時(shí)[5]，需要根據(jù)機(jī)械自動(dòng)變速器的實(shí)際檔位為常用車(chē)控制降檔提供不同的解決策略。如果機(jī)械式自動(dòng)變速器的檔位大于一檔（商用車(chē)處于高檔運(yùn)行模式），則商用車(chē)的離合器開(kāi)始從接合狀態(tài)轉(zhuǎn)入分離狀態(tài)。此時(shí)機(jī)械式自動(dòng)變速器將參照商用車(chē)設(shè)計(jì)車(chē)速完成目標(biāo)檔位的計(jì)算。駕駛員成功將商用車(chē)的制動(dòng)解除之后，機(jī)械自動(dòng)變速器將自動(dòng)更換為目標(biāo)檔位。此時(shí)，離合器由分離狀態(tài)轉(zhuǎn)入結(jié)合狀態(tài)，滿足商用車(chē)的安全、正常行駛要求；如果機(jī)械式自動(dòng)變速器處于一檔位置，則離合器會(huì)在變速器的作用下直接轉(zhuǎn)入分離狀態(tài)。當(dāng)商用車(chē)完全停止運(yùn)行之后，由駕駛員手動(dòng)操作，再次重新啟動(dòng)。基于機(jī)械式自動(dòng)變速器降檔控制的優(yōu)勢(shì)在于：其可以有效防止商用車(chē)駕駛員的制動(dòng)降檔操作干擾車(chē)輛的運(yùn)行安全。從這個(gè)角度來(lái)講，機(jī)械式自動(dòng)變速器的應(yīng)用，顯著改善了商用車(chē)的運(yùn)行安全情況。

（三）換擋方面

1.機(jī)械式自動(dòng)變速器的換擋功能要求

商用車(chē)安全、正常形式對(duì)機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋功能的要求主要包含以下幾種：第一，要求變速器的換擋過(guò)程應(yīng)降低摩擦阻力對(duì)離合器產(chǎn)生的干擾，同時(shí)保證離合器由分離狀態(tài)轉(zhuǎn)入接合狀態(tài)過(guò)程的平穩(wěn)水平。第二，要求變速器的換擋過(guò)程降低檔位變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的影響，保障發(fā)動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

2.機(jī)械式自動(dòng)變速器的升檔流程分析

這里以商用車(chē)的升檔操作為例，對(duì)機(jī)械自動(dòng)變速器的作用流程進(jìn)行分析。整個(gè)升檔流程主要包含以下幾個(gè)階段：

第一，轉(zhuǎn)矩階段。在轉(zhuǎn)矩階段中，商用車(chē)的離合器始終處于閉合階段。商用車(chē)在以原檔位運(yùn)行的過(guò)程中，離合器作為中間媒介，負(fù)責(zé)為發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩提供傳遞功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩向商用車(chē)變速器一軸的轉(zhuǎn)化。在這個(gè)階段中，商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的合理控制需要利用ECU完成。

第二，檔位計(jì)算階段。在這個(gè)過(guò)程中，商用車(chē)TCU參照車(chē)輛本身的換擋規(guī)律，將適宜的換擋車(chē)速計(jì)算出來(lái)。在商用車(chē)即將達(dá)到換擋時(shí)刻之前，機(jī)械式自動(dòng)變速器會(huì)向駕駛員發(fā)出換擋信號(hào)。在信號(hào)發(fā)出的同一時(shí)間，離合器接受分離指令，并響應(yīng)分離動(dòng)作[6]。在這一作用下，商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷將會(huì)出現(xiàn)顯著的下降變化。為了防止商用車(chē)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴、轉(zhuǎn)速超速等問(wèn)題，應(yīng)該利用機(jī)械式自動(dòng)變速器合理降低油門(mén)開(kāi)度參數(shù)，并根據(jù)商用車(chē)的實(shí)際行駛要求合理調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)、轉(zhuǎn)速參數(shù)。由于油門(mén)開(kāi)度控制工作的時(shí)間直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，為了提升油門(mén)開(kāi)度參數(shù)控制時(shí)間的合理性，應(yīng)該在TCU與ECU之間建立良好的連接，以此實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸。

結(jié)論：機(jī)械式自動(dòng)變速器的應(yīng)用可以有效改善商用車(chē)的行駛安全狀態(tài)，對(duì)于駕駛員而言，無(wú)論是車(chē)輛的啟動(dòng)環(huán)節(jié)、換擋環(huán)節(jié)，還是降檔環(huán)節(jié)，機(jī)械式自動(dòng)變速器都可以有效發(fā)揮速度調(diào)節(jié)功能。

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