自动变速器换挡控制策略

浅谈自动变速器的换挡控制策略摘要：车辆在道路上行驶时，换挡相当频繁。

机械式自动变速器为非动力换挡，换挡过程中存在切断动力和恢复动力的阶段，故换挡过程的舒适性和离合器磨损是需要研究的问题。

为了提高自动变速器的换挡品质，通过分析自动变速器的换挡过渡过程，提出了换挡机构自学习控制策略，分别由控制软件实现变速器装配完成后的（离线）位置初始化和变速器使用过程中的（在线位置修正）。

关键字：自动变速器换挡品质换挡控制自学习控制策略[Abstract]When the vehicle runs on the road, the gearshift of the AMT is frequent and performed under cutting off the power. During the gearshifting, there exist the phases of cutting off the power and resuming the power, the shift comfort and the clutch abrasion need to study. The shift system of electronic transmission was analyzed, That could be directly for shifting process control, a self-learning control strategy is proposed for shift actuator .With this strategy, position initialization after AMT is just assembled and position amendment in the process of use are realized by respective control softw are.Key words AMT Shift quality Shifting control Self-learning control strategy1940年通用公司生产了世界上第一台用于大规模生产的的全自动变速器Hydra-Matic，从此自动变速器得到了长足的发展和进步，自动变速器作为现代汽车的重要部件之一。

一方面，它能协调发动机供应特性与汽车行驶需求特性的矛盾，满足汽车的行驶条件；另一方面，利用变速器的速比调节功能使发动机的工作点始终处于经济区域，使整车的油耗降到最低。

近年来，以先进的电子技术装备改造传统的机械传动系，使手动变速器和干式摩擦离合器实现操纵自动化已成为应用研究的热点。

为实现自动换挡，必须以某种（或某些）参数作为控制的依据，而且这种参数应能用来描述车辆对动力传动装置各项性能和使用的要求，能够作为合理选挡的依据，同时，在结构上易于实现，便于准确可靠地获取。

目前常用的控制参数是车速和发动机节气门开度。

由于机械式自动变速器（AMT）为非动力换挡，换挡前要先断开离合器切断动力，换挡完成后再结合离合器恢复动力，因而在保证动力传动系寿命的前提下，能迅速而平稳地换挡变速的性能就成为AMT换挡控制的关键。

自动变速器的换挡工况分为：升档、降档、制动换挡等。

换挡过程动作包括离合器分离、选换挡操作、离合器结合。

1.换挡品质的评价指标：换挡品质是指换挡过程的平顺性，即换挡过程能平稳而无颠簸或冲击地进行。

换挡品质控制是自动换挡液压控制系统中的基本组成部分之一。

对换挡过程的具体要求有两个：一是换挡过程应尽量迅速地完成，以减少由于换挡时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换挡期间输入功率低或中断而引起的速度损失；其二是换挡过程应尽量缓慢平稳过渡，以使车速过渡圆滑，没有过高的瞬时加速度或瞬时减速度，避免颠簸和冲击，以提高乘坐舒适性，减小传动系的冲击载荷，延长机件寿命。

以上两个要求是互相矛盾的。

换挡过程快，就不可避免地产生较大的冲击和动载荷，换挡过程的平稳性就不好。

而如果为了提高换挡过程的平稳性而延长过渡时间，则摩擦元件的滑转时间延长，累计滑摩功增加，导至摩擦元件温度升高、磨损增加。

所以，在一般情况下，根据经验，最小滑摩时间在0.4s~1s较为合适，在此前提下再设法提高换挡过程的平稳性。

换挡过程品质控制的实质就是限制发生过于剧烈的扭矩扰动，改善换挡质量。

1.1换挡时间在换挡过程中，车辆由于离合器的分离使得动力性受到损失而引起车速下降，如果在整个换挡过程中动力中断时间过长，将严重影响车辆的动力性，上坡或超车时还会影响安全性。

因此动力中断时间是衡量自动变速器性能的一个重要指标。

好的换挡品质要求在平顺换挡的基础上换挡时间要尽量短。

1.2冲击度冲击度是指在自动变速器中离合器结合开始到发动机恢复正常扭矩输出过程中加速度的变化率。

冲击度大小影响乘员乘坐舒适性、传动系动载荷和传动系寿命，要满足冲击度指标，关键是控制离合器在滑磨阶段所传递的扭矩平稳变化。

1.3离合器滑磨功离合器滑磨功也是衡量换挡品质好坏的一个重要指标，它是离合器在结合过程中主从动摩擦盘间滑动摩擦做功的大小，定义为：0()()()tl c e c W T t t t dt ωω=-⎰式中W 为滑磨功（它反映了离合器在接合过程中有多少机械能转换成温升和磨损），e ω发动机角速度，c ω为离合器从动盘角速度，t 0为离合器接合过程中开始传递扭矩的时刻，t l 为离合器主从动摩擦盘从滑磨进入同步的时刻，T c 为离合器主从动摩擦盘间传递的摩擦力矩。

2.换挡品质影响因素分析2.1 发动机转矩和转速控制的影响离合器输入、输出端的转速和转矩之间的关系直接影响换挡品质的好坏。

通过调节发动机的输出转速和转矩使离合器两端的转速和转矩尽量接近，可以提高换挡品质。

发动机转矩和转速控制主要是通过控制节气门开度、发动机供油和点火提前角来实现。

为了防止发送机转矩小于离合器从动轴转矩，使发动机转速急剧下降而引起爆震，造成车身振动甚至发动机熄火，需要先计算发动机目标转速，判断在某一固定油门开度下发动机实际转速是否小于目标转速，如果发动机实际转速小于目标转速，则离合器分离，反之离合器接合。

2.2 换挡规律的影响换挡规律是换挡控制系统的核心，它取决于选择的换挡控制参数和何时进行换挡等关键问题，换挡规律的好坏直接影响汽车的经济性和动力性，研究换挡规律是掌握汽车换挡理论的基础。

换挡规律没做好，发动机工况和变速器工况就不能得到最佳匹配，可能造成发动机熄火而严重影响换挡品质。

2.3 离合器接合规律的影响离合器的自动控制是自动变速器正常工作的关键环节，它直接影响换挡品质和离合器的使用寿命。

离合器的自动操纵主要就是对离合器分离、接合的控制，即通过控制离合器操纵机构实现离合器的最佳分离、接合。

离合器接合控制主要指接合速度的控制，直接影响换挡品质。

如果接合过快将造成换挡冲击，甚至熄火；若过慢将使离合器滑磨时间过长而有损其寿命。

控制的参数主要是离合器主、从动盘转速差及其变化率、离合器所传递的转矩等。

在转矩大致相同及转速差小于一定值时，快速结合离合器既能保证换挡时间短又不会产生较大的换挡冲击，离合器的磨损也不会太严重。

2.4传动比与车速的影响自动变速器的换挡品质受传动比和车速的影响较大。

由于变速器输出轴上的转矩与传动比成正比，所以传动比越大则后备牵引力越大，从而使车身产生的纵向加速度也越大，传动系可能产生的动载荷也越大，此时如果要提高换挡品质就应当放慢接合速度。

此时，车速也间接反映了外界的负载状态，例如汽车在同一油门开度下行驶时，车速越高则说明外部阻力越小，此时离合器接合可以加快。

3.换挡过程控制策略AMT是通过电控液压操作换挡离合器或制动器来进行换挡操纵的。

换挡时会产生换挡冲击、动力中断等换挡的平稳性，使驾驶更加舒适；减少传动系的动载荷，增加零件的使用寿命；减少离合器摩擦片热负荷，提高离合器的工作可靠性和耐用性。

换挡过程中通常是结合元件结合，另一个结合元件分离。

如果这两个结合元件分离和结合的时间不当，则会造成换挡不平稳；搭接过早会造成动力干涉，过晚会产生动力中断。

换挡过程中作用在结合元件上的油压决定了结合元件所传递的转矩极限。

控制油压的适当变化能够起到减小输出轴转矩的波动、减小结合元件磨损等作用。

换挡的控制即是对结合元件在换挡过程中的动作搭接时序、油压变化规律和发动机转矩的控制。

发动机转矩的控制。

发动机转矩的控制通常采用节气门控制、点火延迟和切断燃油供给等方法，目的是降低换档期间传动系统的转矩减少冲击。

结合元件在换挡过程中的动作搭接时序和油压变化规律是影响换挡品质的主要因素，AMT换挡过程控制包括鲁两个方面的内容，换挡过程具有较为严格的时序关系，需要进行逻辑控制；另一方面需要通过协调控制发动机、离合器及变速箱等一系列操作对换挡性能进行控制。

3.1 换挡过程AMT为非动力换挡，换挡时需要切断动力，档位变换完成后，再恢复动力。

如果能实现发动机和离合器扭矩的协调控制，将发动机减少供油和分离离合器合并为一个阶段，将发动机恢复供油和结合离合器合并为一个阶段，那么换挡过程可以按下面逐步进行的4个阶段换挡过程实现上换挡或下换挡。

3.1.1中断动力AMT的换挡操纵必须分离离合器以中断发动机和传动系之间的动力传递，同时必须控制发动机的供油（采用节气门控制的方式）来避免由于负荷的突然降低而导致发动机转速的急剧上升。

换挡时，先将发动机的节气门调至怠速，再断开离合器，这样，将离合器传递的扭矩降低至零，就不会因为扭矩的突然中断而造成传动系的震荡和车辆冲击。

如果节气门回怠速与断开离合器分别各自独立地同时进行，由于节气门回怠速后发动机动力降低的滞后反应，将造成离合器分离后发动机转速的上升，不利于后期挂挡后离合器主从动部分的同步，使同步时间加长。

3.1.2摘档、选档在离合器的断开使发动机和传动系分离之后，通过控制选换挡执行机构使变速器从原档位摘除没，并选档到对应新档位的空档（当所选两档处于同一选档槽位，可以没有选档操作）。

由于动力已中断，变速器从原档位选换到空档很容易完成。

这一阶段所用时间完全由选换挡执行机构的设计参数决定3.1.3挂新档在挂入新档时，由于变速器主从动齿轮间存在转速差，所以要控制转速差小到一定程度才能挂入新档。

但目前由于同步器的普遍使用，变速器输入轴转速与输出轴转速的转速差依靠同步器实现同步，大大简化了该控制过程的复杂程度。

3.1.4恢复动力挂入新档后，要通过离合器的接合来恢复发动机动力的传递，同时要根据车辆运行工况恢复发动机供油以保证车辆有足够的动力克服外界阻力。

该过程离合器与发动机的控制策略好坏对换挡品质的影响最大。

离合器接合过快会造成换挡冲击，反之将引起离合器摩擦片的过度滑磨，影响离合器的使用寿命。