机械式自动变速器的换挡控制
基于动力换挡变速箱换挡控制策略的研究
基于动力换挡变速箱换挡控制策略的研究摘要：动力换档变速器是机械平地机最关键的部件，它是平地机的动力和速度转换的核心，它的换档控制直接关系到平地机的乘坐舒适度和零部件的寿命。
针对机械平地机在载荷快速变化和经常换档的情况下，进行变速器的换档质量和控制策略的研究是十分必要的。
因此，对换挡控制策略的研究主要是为了改善换挡质量，降低换挡冲击，使换挡过程快速、平稳、无冲击地进行，从而改善汽车的乘坐舒适性和使用寿命。
关键词：机械式平地机；动力换挡变速箱；换挡策略；测试引言：本文介绍了机械式平地机动力换档变速器的技术状况，并对目前影响其换档质量的几种主要控制策略进行了讲解，，总结出了造成这种情况的原因，并给出了相应的处理方法。
1、动力换挡变速箱的换挡品质评价1.1换挡时间换档时间是反映换档质量的综合指标，要想提高换档质量，就必须在平顺性换档的前提下，尽可能地减少换档时间。
在实际试验中，可以通过在车辆行进方向上的加速来替代换档冲击[1]。
1.2换挡时间与换挡冲击度的关联对于重型平地机，若换档时间太长，则会导致工作车的速度骤然降低，一旦换档完毕，因车速降低，无法与现有引擎转速相适应，则会导致引擎失速，严重时会导致引擎失灵。
要消除这种情况，降低离合器的滑磨功、提高效率、提高摩擦片的使用寿命，必须尽可能地缩短换档时间，但是这样做会增加换档的冲击力（也就是在换档的时候出现撞车），从而降低驾驶舒适性。
因此，研究换档质量的关键在于考虑换档时间与换档冲击之间的矛盾，采用最佳的控制策略，既能满足汽车的行驶需求，又能满足汽车行驶的舒适度。
2、换挡控制策略电子式动力换档齿轮箱K1至K8是换档离合器，而 A至 H是与离合器的离合相对应的电磁阀。
换档变速器的换档过程，实际上就是通过电磁阀来控制相应的离合器进行接合和脱开，从而将动力通过不同的路径从输入轴传输到输出轴。
目前，我国的电子式换档变速器在我国的应用并不多，对其控制策略的研究也较少，现有的研究集中在换档时开关位置的选取和离合器油压的控制上。
车辆AMT换挡规律原理介绍
为了保证重型车辆的动力性，单参数换档规律的升档点通常设计在 发动机最大转速处附近。
单参数换挡规律
第一阶段：AMT 起步阶段
这一阶段属于半自动变速器发展与成熟阶段，主要是离合器分离或换挡操 纵之一的自动化。像瑞典Scania 的CAG 系统、Daimler Benz 的EPS 系统、 美国Eaton 的SAMT系统等所采用的都是换挡操纵半自动变速器。换挡时 刻由驾驶员决定，微机系统主要控制换挡的执行。而英国AP Borg&Beck 的半自动操纵系统则是实现了离合器的自动化操作，微机系统主要控制离 合器分离、接合动作的执行。
1、AMT结构及发展概况介绍
1.2 AMT工作原理与机械机构
1.2.1 AMT工作原理
手动（机M械T变）速箱＋自动（变A速S操CS纵）系统 ＝自动（机A械MT变）速箱
自动变速操纵系统（ASCS）
CAN
协 调 控通 制信
发动机
离合机构 离合器
换档操纵 变速箱
AMT工作原理示意图
1、AMT结构及发展概况介绍
1、AMT结构及发展概况介绍
半自动机械式变速器
1、AMT结构及发展概况介绍
第二阶段：AMT 发展阶段
其标志是1984 年日本五十铃公司投放于市场的NAVI-5 电控机械式自 动变速器。在此阶段中，研究的重点是自动离合器、换挡控制与换挡 策略。日本的Nissan、瑞典的Scania 和Volvo、美国的Ford 和Eaton、 意大利的FIAT、德国的ZF、法国的Renault均开展了此方面的研究。 Eaton 公司在对 AMT 进行大量理论研究的基础上，首次在重型货车 上实现了全自动操纵。由于其显着的节油效果，世界各大汽车公司也 纷纷推出了各具特色的AMT 产品，使全自动AMT 逐渐进入了实用 阶段。在日本，AMT 中采用了转矩反馈控制后，换挡同步控制趋于 完善。但该阶段中，离合器起步控制和换挡操纵规律仍是困扰AMT 发展的难点，自动离合器磨损和坡道、弯道意外换挡等不良现象也时 有发生。
纯电动汽车AMT换挡规律及仿真研究
ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｔ ｈ ｅ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ｉ Ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ
验证换挡规律及测定百公里 电耗 。结果表 明， 文中所建 立的的换 挡规 律能够充 分保证纯 电动 汽车的动 力性及 经济性 。
关键词 ： 机械式 自动变速 器 ； 动力性换挡规律 ； 经济性换挡规 律 ； 模糊控制 ； 驾驶员 意图
中图分类号 ： Ｕ４ ６ ３ ． ２ １ ２ ． ３ １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ３ — ５ ０ ６ ０ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ — １ ２ ８ １ — ０ ５
制定 了最佳动力性换挡规律 ， 采 用驱 动电机工作效率最优为 目标 制定 了经济性 换挡规律 ； 基 于模糊 控制理论 制定了模糊逻辑规则判断驾驶员意 图， 从 而确定换 挡规律 的选择 ； 并 利用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ建立驾驶 员模 型 、 车辆动力学模型 、 换挡模 型（ 包含换挡 曲线选择模块 ） 、 驱 动电机模 型及 百公里 电耗模型 ， 在Ｅ Ｃ Ｅ循环 工况下
driversintention机械式自动变速器automatedmechanical电动汽车由于其驱动方式是电机与传统内transmission简称t具有传动效率高体积燃机驱动的汽车有很大不同因此电动汽车的小成本低继承性好等优点是各国各种纯电动amt控制系统换挡规律也与传统内燃机驱动的车辆的理想传动形式1并已逐渐在纯电动车辆汽车不同
AMT总结
AMT-电控机械式自动变速箱电控机械式自动变速箱Automated Mechanical Transmission，简称AMT。
它是在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的。
它是揉合了AT和MT（手动）两者优点的机电液一体化自动变速器。
从世界范围来看，它是自动变速的一个重要发展方向。
AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。
它揉合了二者优点，是非常适合我国国情的机电液一体化自动变速器。
它是在现生产的机械变速器上进行改造的，保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换档杆部分，生产继承性好，改造的投入费用少，非常容易被生产厂家接受。
它的缺点是非动力换档，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。
在几种自动变速器中，AMT 的性价比最高。
AMT可分为半自动与全自动变速器。
AMT用先进的电子技术改造传统的手动变速器，不仅保留了原齿轮变速器效率高,低成本的长处，而且还具备了液力自动变速器采用自动换档所带来的全部优点。
它以特有的经济、方便、安全、舒适性而备受所有驾驶者的欢迎,成为各国开发的热点。
驾驶员通过加速踏板和操纵杆向电子控制单元（ECU）传递控制信号；电子控制单元采集发动机转速传感器、车速传感器等信号，时刻掌握着车辆的行驶状态；电子控制单元（ECU）根据这些信号按存储于其中的最佳程序，最佳换档规律、离合器模糊控制规律、发动机供油自适应调节规律等，对发动机供油、离合器的分离与结合、变速器换档三者的动作与时序实现最佳匹配。
从而获得优良的燃油经济性与动力性能以及平稳起步与迅速换档的能力，以达到驾驶员所期望的结果。
一、AMT的工作原理AMT在机械变速器（手动变速器）原有基础上进行改造，主要改变手动换档操纵部分。
即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化。
因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。
AMT机械式自动变速器介绍
AMT机械自动变速器车辆的自动变速箱可使驾驶员在不切断动力的情况下自动换档。
自1930年代以来，世界汽车生产国一直不遗余力地对此进行讨论，并提出了许多计划。
其中，水力机械主动变速箱（Automatic Transmission，缩写为AT）是基于其获胜它的动态性能，乘坐舒适性和易操作性在汽车行业中占有非常重要的地位。
但是，与手动机械变速器相比，其结构复杂，对生产精度的要求和成本较高，且传动效率较低。
鉴于AT的缺陷，人们开始尝试应用现代微型计算机技术使机械传动装置实现自动化，从而导致了电子控制机械传动装置（自动机械传动装置，AMT）的发展。
1970年代中期，德国跑车公司采用了一种由电子控制的半自动操作方法来实现变速。
这是第一代AMT。
该产品无法实现完全自动化，即驾驶员在换档时仍需踩下离合器踏板，电子设备在最佳换挡时间提醒驾驶员，但具有传动效率高，成本低的优点。
，并且易于生产。
从那时起，它已成为自动变速器发展的主要方向。
1984年，日本五十铃公司生产了世界上第一台全自动电控机械自动变速器NAVI-5。
到1980年代末，全自动AMT进入了适用阶段。
从1990年代开始，在美国和德国生产的重型车辆开始使用AMT来进一步改善在复杂多变的条件下工作的车辆的换挡质量和起步性能。
1.电控机械自动变速器电控机械式自动变速器基于传统的固定轴变速箱。
变速箱的选择，换挡，离合器和相应的发动机机油供应控制均由以微处理器为核心的控制器完成并实现。
它的基本功能是：一是根据当前的汽车运行状况，道路状况和驾驶员的意图自动确定变速箱的最佳档位，即档位决定功能；另一种是自动控制发动机，变速箱和离合器来完成换档过程，即换档和启动的自动控制功能。
随着AMT的发展，人们引入了各种最新的监视和控制技术，以改善自动变速器的性能，使档位决定和变速控制适应道路环境，用户特征和用户意图。
AMT在离合器控制和档位决策中使用模棱两可的逻辑，模拟熟练驾驶车辆的驾驶员的相应操作，以改善起步，换挡，离合器控制特性和档位选择的适应性。
无离合器纯电动客车机械式自动变速器换挡评价的研究
速 信 号 和 加 速 踏 板 的开 度 信 号 ，计 算 出相 应 的 挡 位 ，然 后 向 电机 发 送 相 应 的控 制 指 令 进 行 换 挡 。 纯 电动 客车传 动 系统 工作 过程 的原 理 如 图 ４ 示 。 所
ｇ ａ ｓ ｎ ｈ ｎ ｐ ｏ ｗａ ｄ ｔ ｔＡＭ Ｔ ｌｖ ｒ ｈｅ ｔ ｑｕ ａ ｕ ｈ ｎ ｏ ＡＣ ｔ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ｎｉ ｄｕ ｉ ｅ ｒ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｕｔｆ ｒ ｒ ｈａ ｄｅｉ ｅ ｓ ｔ ｏｒ ｅ ｖ ｌ ｅ ｃ ａ ｇｅ ｔ ｍｏ ｏ ｏ ｒ ｌｕ ｔ ｒｎｇ
转速 速差 值和 目前 的转速 计算 出调 速 的 目标值 。调
式 中：
为乘坐满意的冲击度最大值 。
２ ２ ＡＭＴ换挡 过 程控 制 ．
纯 电动 客 车 传 动 系 统 环 节 没 有 离 合 器 ， 电机 与 变速 器通 过花 键 直接 相连 ，动力 通 过变速 器 直接
对 外输 出。电机 控制 系统 和 自动变 速 之 间的协 调工
有 无级变 速器 （ ｏ ｔ ｕ ｕｌ ｒ ｂ ｒｎｍｉ ｉ ， Ｃ ｎｉ ｏ ｓ Ｖａｉ ｌ Ｔ ａｓ ｓ ｏ ｎ ｙ ａｅ ｓｎ
源 ， 而 变 频 电机 工 作 范 围 宽 ，且 变 频 电机 的特 性 是 在 低 速 时恒 转 矩 ，高 速 时恒 功 率 ，较 好 地 满 足 了车 辆 运 行 需 求 Ｊ 因此 纯 电动 汽 车 及 混 合 动 力 ，
第 ２卷 第 ｌ期 ２ ２年 １月 ０１
汽 车 工程 学报
Ｃｈ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＡｕ ｏ ｏ ｉ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｉ ｅ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｔ ｍ ｔｖ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
WABCO电控机械式自动变速箱(AMT)控制系统
WABCO电控机械式自动变速箱（AMT）控制系统摘要：随着汽车技术不断发展，自动变速箱得到了广泛的应用。
在传统的手动变速箱和自动变速箱之间，机械式自动变速箱（AMT）的应用逐渐增多。
作为自动变速箱的一种变体，AMT将传统手动变速箱的机械构造与电控技术相结合，实现了操作方便、换挡稳定、燃油经济等诸多优点。
本文将介绍WABCO电控机械式自动变速箱（AMT）控制系统的工作原理及其应用场景，以及该技术的优势和未来发展方向。
关键词：机械式自动变速箱，AMT，WABCO，电控，控制系统正文：一、WABCO电控机械式自动变速箱（AMT）的概述WABCO电控机械式自动变速箱（AMT）是一种结合了机械式自动变速箱的特点和电控技术的优点的新型自动变速器。
AMT没有离合器，只有手动变速箱的换挡杆。
当驾驶员需要换挡时，电脑控制系统通过电子信号发送指令，对阀门进行控制，从而实现换挡。
AMT的换挡过程比普通自动变速箱更加快速、平稳、可控。
二、WABCO电控机械式自动变速箱（AMT）的工作原理WABCO电控机械式自动变速箱的工作原理可以分为两个部分：机械部分和控制部分。
机械部分由变速箱主体、齿轮系统、离合器、传动轴等组成。
AMT的机械部分主要采用手动变速箱的结构，经过调整和优化，提高换挡的稳定性和平稳性。
控制部分包括控制单元、电子控制器、电动机、电磁阀、传感器等，通过这些器件，实现变速箱换挡的自动化控制。
控制单元利用传感器获得车辆运行状态的实时数据，一旦发现需要换挡的时机，控制单元就会发出指令，继而通过电子控制器、电动机和电磁阀控制变速器油路，完成换挡过程。
三、WABCO电控机械式自动变速箱（AMT）的特点和优势1. 操作方便：没有离合器，只有手动变速箱的换挡杆。
驾驶员只需要拉起杆来换挡即可，无需通过踏板来离合和加速。
2. 换挡平稳：换挡过程由电脑控制，不会因为驾驶员操作不当而出现抖动、顿挫、熄火等现象，换挡更加平稳可靠。
3. 燃油经济：AMT的电子控制系统可以根据车速和负载条件自动调整换挡调度以达到最佳的燃油经济。
机械式自动变速器控制系统的研究
机 械 式 自动 变 速 器 （ＡＭＴ）是 近 年 来 发 展 起 来 的一 种新 型 自动变 速 技 术 ，在世 界 各 国受 到广 泛 关 注 。ＡＭＴ保 留原 手 动 变 速 器 生 产 线 ，可 节 省 用 于 重建 专业 生产线 及 设 备 的 投资 ，非 常 适 合 我 国汽 车 工业 发展 现实 ，具有 很 好 的产业 化 前 景 和 广 阔 的应 用 范 围 。尽 管 国 内 外 在 ＡＭＴ 技 术 方 面 进 行 了 大 量 研究 ，并且 在 国外 已实现 产 品化 ，但 因 ＡＭＴ 自身 的 特性 和技 术 的复 杂 性 ，还 存 在较 多 问题 。本 文 主要 研究 ＡＭＴ控 制 系统及 其换挡 过程 的控 制 方法 。换 挡控 制是 汽车 自动 变速 技 术 中 的重 要 部 分 ，随 着 电 子技 术与 控制 理论 的发 展 ，各 种控 制 方 法 逐 步被 引 入换 挡控 制 。设计 与开 发智 能化程 度较 高 的 自动 变 速 系统成 为 当前 车辆 自动 变 速 的发 展 趋 势 ，智 能换 挡 已成 为汽 车变 速 技 术 的发 展 方 向 。因 此 ，开 展 与 此 有 关 的 研 究 具 有 重 要 的 理 论 和 应 用 价 值 。
系统 工作 过 程 ：首 先 ，控 制 器 ＬＰＣ２２９４通 过 前 向通 道采 集数 据 ，按 照 存储 在 ＲＯＭ 中 的换 挡 规 律 得 到 当前 状态 下合 理 的挡 位 及 油 门位 置 ；通 过 驱 动 电路 驱动选 换 挡执 行机 构 和离合 器 执行 机构 完成换 挡过 程 ；通 过 ＬＥＤ显 示 所 采集 的信 息 （如 发 动 机转 速 和当前 的挡 位 ）。
维普资讯
Ｈ ｉｇｈｗ公ａ ｙｓ路＆ Ａｕｔ与ｏｍ ｏｔｉ汽ｖｅ Ａｐｐ运ｌｉ ｃａｔ００７年 ３ 月
AMT换挡冲击控制策略的优化方案
AMT换挡冲击控制策略的优化方案
冯文杰;袁小丽;陈莹莹;王邵明;段红尊
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2014(000)011
【摘要】介绍了机械式自动变速器（ AMT）换挡冲击的产生原因，主要有机械、油路、电路三方面的故障原因引起的冲击和自身结构、工作原理引起的动力中断而产生的换挡冲击；总结了目前国内外针对AMT换挡动力中断问题的研究进展及解决方案，大多数学者专家都是通过改善动力传动系统结构或者从控制策略上进行优化；最后综合国内外的研究现状，提出了AMT换挡冲击控制策略的优化应从发动机、离合器、变速器的综合控制、采用模糊-神经网络控制、增强控制系统的软件功能以及采用高速运算器、电动执行器四方面展开研究。
【总页数】4页(P110-113)
【作者】冯文杰;袁小丽;陈莹莹;王邵明;段红尊
【作者单位】重庆理工大学机械工程学院;重庆理工大学车辆工程学院，重庆400054; 清华大学苏州汽车研究院吴江，江苏苏州 215200;重庆理工大学车辆工程学院，重庆 400054;清华大学苏州汽车研究院吴江，江苏苏州 215200;重庆理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB1
【相关文献】
1.AMT换挡冲击产生机理与对策研究 [J], 王阳;席军强;陈慧岩
2.基于极小值原理的AMT车辆起步最优协调控制策略 [J], 赵克刚;宁武林;叶杰
3.基于极小值原理的AMT车辆起步最优协调控制策略 [J], 赵克刚;宁武林;叶杰
4.纯电动汽车AMT换挡控制策略研究 [J], 徐凯;王建平;左梦玲;金力
5.AMT换挡过程的协调控制策略研究 [J], 范珊珊;孙文军;聂幸福
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机械自动变速器换挡冲击对策研究
中图 分 类 号 ： ４ ３２ ２ Ｕ ６ ．１
文献 标 志 码 Ａ
文 章 编 号 ：０ ５ ２ ５ （０ ２ ３ ０ ６ — ４ １０ — ５０２ １） — ０ ２ ０ ０
要通 过离 合器切 断 与发动 机 的动 力传递 ， 因此 ， 换挡
过 程 越 长 ，将 严 重 影 响 汽 车 动 力 性 ，但 换 挡 时 间过 短 ， ｊ 导 致 “ 同 步 换 挡 ” 产 生 冲 击 ， 响 平 顺 又 － ５ ， 不 而 影
了原 有 的齿 轮传 动 结构 ， 以传 动效 率 高 、 所 油耗 低 、
２ Ｄｏ ｇｅ ｇＭｏｏ ｏｐ ｒｔ ｎＴ ｃ ｎｃ ｌＣ ｎｅ ｈ ｎ４ ０ ５ ， ｈｎ ） ． ｎ ｆｎ ｔｒＣ ｒｏａｉ ｅ ｈ ｉａ ｅ ｔｒ Ｗｕ ａ ３ ０ ６ Ｃ ｉａ ｏ ｊ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｆ ｒ ｈ ｐ ｏ ｌｍ ｏ ｓ ｉ ｉ ａ ｔ ｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉｅ ａ ｎ ｒ ｌ ｂ ａ ｉ ｎ ｎ ｌｃ ｒ ｎ ：ａ ｔｍａ ｉ ｌ（ ａ ｉ ａ ｓｒ ｃ ： ｏ ｔ ｅ ｒｂ ｅ ｆ ｈ ｆ ｍｐ ｃ ａ ｄ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｒ ｂ ｏ ｍａ ａ ｒ ｓｏ ｉ ｅｅ ｔｏ ｋ ｕ ｏ ｔ ｎｅ ： ｎ ｃ ｌ ｔ ｃ ｈ
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汽车科 技第３ ０２ 月 期２１年５
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无动力中断机械式变速器的换挡特性
无动力中断机械式变速器的换挡特性刘延伟;赵克刚;黄向东;杨荣山【摘要】分析了无动力中断机械式变速器的换挡原理,建立了换挡过程的动力学模型,设计了针对该变速器的基于离合器扭矩容量预先控制的换挡策略.基于Matlab/Simulink软件,建立了该变速器的仿真模型,并以包括冲击度和滑磨功两个参量在内的最优换挡品质为目标,应用单纯形法和遗传算法等对换挡过程中节气门开度的控制参数进行了优化.仿真结果表明,采用所设计的控制策略和优化后的控制参数,无动力中断机械式变速器换挡过程中的换挡冲击和离合器滑磨可得到良好控制,实现动力的持续和平稳输出.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(039)006【总页数】6页(P18-23)【关键词】机械式变速器;换挡控制;换挡品质;遗传算法【作者】刘延伟;赵克刚;黄向东;杨荣山【作者单位】华南理工大学广东省汽车工程重点实验室,广东广州510640;华南理工大学广东省汽车工程重点实验室,广东广州510640;华南理工大学广东省汽车工程重点实验室,广东广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州510640;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】U463.212无动力中断机械式变速器通过将超越原理与齿轮轴系的特定转速关系相结合，来实现不同挡位之间的快速切换.这一新型传动方案既克服了机械式自动变速器(AMT)换挡时动力中断的弱点，又摆脱了双离合器变速器(DCT)依靠搭接控制实现动力换挡的固有模式，具有成本低、生产继承性好等优点.Samie等［1］提出了一种在行星齿轮轴系中应用可控式超越离合器的技术方案，并应用于通用Terrain等车型中.Martin、Heath等［2-3］提出了使用经过改造的牙嵌式超越换挡器组件替代AMT中的换挡同步器组件，解决了换挡动力中断问题.黄向东等［4］提出了基于可控化改造的摩擦式超越换挡器方案，有助于缓解动力快速切换中的冲击.在上述文献提出的新方案中，换挡时动力在两条不同速比的传动回路之间快速切换，对发动机和传动系统造成冲击，降低了换挡品质.文献［1］中在动力回路中采用了液力变矩器以吸收和缓解冲击，但同时也降低了系统传动效率;文献［3］中提出可以通过发动机、离合器和变速器的协调控制减少冲击.如何在保持快速无中断换挡特性的基础上有效地提高换挡品质，是无动力中断机械式变速器推广应用中遇到的主要问题.在传统有级式自动变速器换挡特性的研究中，国内外学者已开展了长期而卓有成效的研究.郭立书等［5］以冲击度最大值为约束条件，进行了AMT离合器与发动机的协调控制研究;Kulkarni等［6］通过仿真研究了DCT离合器在不同压力曲线下输出扭矩的变化，并通过交互式修正进行了换挡品质的优化;杨伟斌等［7］利用仿真模型和正交试验方法分析了DCT换挡控制参数对于换挡品质的影响.由此可知，目前的换挡品质优化主要是通过反复仿真和试验修正进行，由研究者的经验决定优化效果，周期长且成本高.文中建立了无动力中断机械式变速器传动系统的动力学模型，设计了针对该变速器换挡过程的发动机和离合器协调控制方法，并运用最优化算法开展了换挡品质的智能优化研究.1 工作原理根据内外圈的相对旋转方向，单向超越离合器在一个方向上自动结合传递动力，在另一个方向上则自动超越，并具有啮合式、摩擦式等多种形式［8］.通过对单向超越离合器的双向可控化改造［9］，并将其应用在变速器中，便形成了超越换挡器，超越换挡器能够可控地在两个方向上实现结合或超越.为了便于说明基于超越原理的无动力中断换挡原理，以常见的双向滚柱式超越离合器和代表相邻两挡的简化变速器为例进行说明，其基本结构分别如图1、2所示.变速器的主动齿轮与超越换挡器的外圈相连接，输入轴与超越换挡器的内圈相连接.图1 双向滚柱式超越离合器结构示意图Fig.1 Schematic plan of structure of roller two-way overrunning clutch图2 简化的两挡变速器示意图Fig.2 Schematic plan of two-speed predigested transmission1—输入轴;2—输出轴;Z1—1挡主动齿轮;Z'1—1挡从动齿轮;Z2—2挡主动齿轮;Z'2—2挡从动齿轮;S1—双向可控超越换挡器1;S2—双向可控超越换挡器2不同速比的定轴式齿轮副之间具有特定的转速关系，即在从动齿轮转速相同的前提下，高挡主动齿轮转速低于低挡主动齿轮转速.以图2所示的两挡变速器为例，由于1挡从动齿轮Z'1与2挡从动齿轮Z'2的转速相同，1挡速比大于2挡速比，则必然有1挡主动齿轮Z1的转速高于2挡主动齿轮Z2的转速.换挡器S1、S2的内圈与输入轴相连，外圈分别与1、2挡主动齿轮相连.1挡时，换挡器S1处于结合状态，动力经过输入轴、换挡器S1、1挡齿轮，由输出轴输出，换挡器S2未被使能，即S2的滚柱与外圈不接触.当需要由1挡升入2挡时，换挡器S2使能，即S2的滚柱与外圈接触，由于S2内圈的转速高于与2挡主动齿轮相连的外圈转速，S2的滚柱进入某侧楔紧位置，S2结合.由于前述转速关系，S2结合后，S1内圈的转速低于与1挡主动齿轮相连的外圈转速，S1的滚柱脱离楔紧位置，S1由结合状态进入超越状态，动力经过输入轴、换挡器S2、2挡齿轮，由输出轴输出，换挡过程完成.液力式机械变速器(AT)和DCT为实现无动力中断换挡，都必然存在两挡传递动力的部分重叠，与之相对应的是必须进行两个摩擦元件的精确搭接控制.重叠量过大，将会产生双锁死现象，从而对变速器造成损害;重叠量过小，则仍会出现动力中断.相比之下，基于超越原理的无动力中断换挡仅需对1个元件进行开关控制，在降低控制难度和实现成本上优势明显.2 系统建模2.1 传动系统动力学模型尽管结合方式和可控化方式不尽相同，但各种超越换挡器的工作原理和基本组成是相同的，这使得通过统一的数学模型对基于超越原理的换挡过程进行研究成为可能.图3所示的动力学模型仍以前述的简化两挡变速器为基础，但并不限于滚柱式或摩擦式的特定结构.图3 传动系统的动力学模型Fig.3 Dynamic model of driveline换挡前后，汽车稳定行驶阶段的动力学微分方程为式中，Te为发动机转矩，Tf为主减速器输出轴的阻力矩，ig为变速器速比(g=1或2)，io为减速器速比，Je为发动机和离合器主动部分的转动惯量，Jc为离合器从动部分和变速器输入轴的转动惯量，Jg为变速器输出轴和主减速器的转动惯量，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，r为车轮半径，no为主减速器输出转速，t为时间.换挡过程中的动态动力学微分方程为式中，ne为发动机转速，nc为离合器从动盘转速，n1、n2分别为1挡、2挡主动齿轮转速，Tcf为离合器对发动机的反作用转矩，Tc为离合器传递的转矩，T1f、T2f分别为1挡、2挡齿轮副对离合器的反作用转矩，T1、T2分别为1挡、2挡齿轮副传递的转矩，To为主减速器输出的转矩，N1、N2分别为多态可控换挡器S1、S2的状态参数(1表示使能状态，0表示未使能状态)，μc为离合器的摩擦系数，Fn为离合器的压紧力，Rc为离合器的摩擦半径.2.2 控制系统模型计算和仿真时，以某品牌轿车为研究对象，其主要参数如表1所示.仿真时设定的参数如下:滚动阻力系数0.015，传动效率0.9.表1 轿车的主要参数Table 1 Main parameters of a sedan/kW 109最大扭矩/(N·m) 185传动系统速比(1，2挡) 3.617，类别参数数值发动机最大功率1.923减速比 3.89整备质量整车/kg 1360风阻系数 0.29迎风面积/m22.16车轮半径/m 0.315文中设计了以节气门开度和车速为控制参数的两参数最佳动力性换挡规律.以1挡升入2挡为例，按照所设计的换挡规律，保持节气门开度α为40%，换挡时对应的车速 v为24.8 km/h，即 v12= 24.8km/h.基于超越原理的换挡只需要对一个超越换挡器进行开关控制即可实现，但速比突变将引起发动机转速和减速器输出扭矩的急剧变化，对传动系统造成较大冲击，并使乘员产生强烈的不舒适感.在换挡瞬间，由于时间极短，发动机扭矩控制受到限制，在一定的结构条件下，离合器控制是衰减冲击的最有效办法［10］.基于超越原理的换挡过程中离合器无需分离，因此可以通过对摩擦式离合器传递扭矩容量的预先控制限制离合器传递扭矩的瞬间波动，从而平抑速比突变所引起的发动机转速和减速器输出扭矩的突变，并以滑磨功的方式释放速比改变所产生的系统惯性能量，以衰减对发动机和车辆所造成的冲击.在换挡瞬间，假设车辆行驶的外界环境和车速保持不变，则由公式(2)－(9)可得换挡过程中离合器传递扭矩的变化量ΔTc:依据公式(10)，可以对换挡过程中的扭矩变化进行预测，从而通过对离合器扭矩容量的预先控制减少乃至消除换挡时减速器输出端的扭矩突变.不同于AMT换挡后的动力恢复阶段和DCT换挡时的动力切换过程，离合器预先控制后的滑磨过程是一个动力快速切换后释放多转动惯量系统惯性能量的过程，这一过程在发动机转速与离合器从动盘转速同步时结束.滑磨过程具有一定的持续时间，发动机控制和离合器控制应该协调进行，以缩短滑磨时间，提升换挡品质.当离合器进入滑磨状态后，发动机节气门开度α应快速降低至怠速状态，以配合离合器完成滑磨.正常时，发动机节气门开度α应该在离合器完成滑磨时恢复至原来位置，若恢复超前，则会延长离合器滑磨时间，加剧离合器磨损，增加效率损失;若恢复滞后，则会产生发动机反拖车速现象，引起“后坐”冲击，并降低加速性能.滑磨过程中离合器应该保持之前状态，待滑磨结束，发动机动力正常传递后，离合器可以迅速恢复至完全结合状态，以保证离合器传递扭矩的最大容量.以1挡升入2挡为例，具体的控制过程如图4所示.图中F12表示由1挡升入2挡时离合器预先控制的目标压紧力.图4 换挡控制流程图Fig.4 Flow chart of shift control3 换挡品质优化换挡过程的特性称为换挡品质，包括对车的影响和对人的影响两个方面，具体指标通常包括冲击度和离合器滑磨功.乘员舒适性是一种主观事物，不同的乘员感觉程度不尽相同.但总的看来，车辆加速度的变化越平滑，冲击度的峰值越小，换挡舒适性越好.因此可以用冲击度j来作为评价换挡舒适性的指标，其表达式如式(11)所示.滑磨功W表现为离合器滑磨过程中产生的功率损失，通常用来衡量离合器的磨损和寿命，其表达式如式(12)所示.式中，a为车辆加速度.式中，ts为离合器滑磨时间.式中，q1、q2分别为冲击度指标和滑磨功指标的权值，［j］为冲击度指标的最大允许值，［W］为滑磨功指标的最大允许值.由于换挡品质受到多个因素的影响，且各个因素之间常常相互作用，同时车辆的外部环境不断变化，难以通过精确的分析和预测控制换挡品质.在DCT和 AMT等机械式变速器的换挡品质的研究［7，11］中，一般通过仿真试验和实车试验的方法总结出各个控制参数对于换挡品质的影响规律，并获得最优参数.试验过程需要耗费大量的时间和精力，而且控制参数对于换挡品质并不总是呈现趋势性的影响，从而使得换挡品质的优化结果受到限制.理论上来说，节气门恢复至原先水平应该与离合器的滑磨同步完成，以避免滑磨延长或者“反坐”冲击的产生.实际上，离合器滑磨的持续时间本身受到节气门恢复的直接影响，滑磨与节气门的恢复在相互影响中同时进行.如何确定节气门开始恢复的最佳时间点和恢复速度，以使换挡品质达到最优便构成了一个多维极值问题.文中在系统动力学模型和控制系统模型的基础上，尝试通过最优化计算的方法获得换挡品质性能指标P的最小值.由于目标函数的梯度信息难以获得，文中尝试采用直接方法或者智能算法来解决问题.单纯形法是通过构造单纯形来逼近极小点，它简单、有效，广泛应用于各种多维极值问题中［12］.遗传算法是近年来优化算法的研究热点，与传统的优化算法相比，具有算法简单、使用灵活、寻优效率高、适合并行计算、不需要梯度信息、通用性强、全局优化性和稳健性良好等优点［13］.以建立的传动系统动力学模型和控制系统模型为基础，以换挡品质综合评价指标P 为目标函数，分别应用单纯形法与遗传算法进行换挡品质的最优化计算.算法的主要参数设置如下:单纯形法的最大进化代数为100;遗传算法的最大进化代数为100，种群个体数为25，杂交概率为0.9，变异概率为0.09.计算结果如图5所示，单纯形法#1、#2表示所取初值不同.为了综合考虑冲击度和滑磨功对换挡品质的影响，以式(13)中的P作为评定换挡品质性能的综合评价指标:图5 采用不同算法的优化计算结果Fig.5 Optimized results with different methods由图5中可以看出，单纯形法对初值的依赖度较高，且易陷入局部陷阱，难以在全局范围内寻找到最优解;遗传算法则表现出了较好的全局寻优性，获得了较为满意的优化结果.4 仿真结果与分析根据传动系统的动力学模型和控制模型，在Matlab/Simulink环境中建立基于超越原理的无动力中断换挡传动系统的仿真模型.由优化后的参数得到的1挡升入2挡过程中发动机节气门开度与离合器的控制规律如图6所示.图中虚线表示离合器的控制规律，在换挡指令发出后，换挡动作开始前，预先降低离合器扭矩容量，待离合器滑磨结束后，再迅速恢复至完全结合状态;图中实线表示节气门开度的控制规律，节气门开度在换挡动作开始时降至怠速水平，离合器滑磨结束前恢复至原来水平，开始恢复时的时间和速度由前述优化计算得到.1挡升入2挡过程中，车辆的加速度和冲击度变化曲线分别如图7(a)和7(b)所示.图6 节气门和离合器的控制策略Fig.6 Control strategy of throttle and clutch图7 车辆的加速度与冲击度曲线Fig.7 Curves of vehicle acceleration and jerk由图7(a)中可以看出，基于超越原理的换挡过程中没有产生动力中断或者下降，但速比突变将造成减速器输出端的扭矩和加速度突变;由图7(b)中可以看出，这一突变将对传动系统产生强烈的冲击，最大冲击度近40m/s3，超出了一般10m/s3的上限.而文中通过对离合器扭矩容量的预先控制，基本消除了由速比突变引起的这一扭矩突变，并在随后的离合器滑磨过程中，通过节气门和离合器的协调控制，实现了离合器滑磨和扭矩容量恢复过程中扭矩的平稳输出，从而实现了整个换挡过程中动力输出的持续和稳定.5 结语文中在传动系统动力学特性分析的基础上，设计了基于离合器扭矩容量控制的换挡策略.该策略能够在保持现有传动系统结构基本不变和实现动力不中断换挡的基础上，通过适当强度的离合器滑磨，有效地减少换挡过程中由于变速器速比突变而引起的扭矩波动，改善乘坐平顺性;此外，采用通过遗传算法智能优化得到的节气门控制参数，换挡过程中的冲击度和滑磨功得到了兼顾，实现了较好的换挡品质.因此，将该智能优化方法应用于换挡品质优化是可行的，且有助于提高优化效率，缩短研发周期，降低研发费用.进一步细化模型，提高仿真研究的精确度是本研究工作继续深化的一个方向.参考文献:［1］ Samie F，Lee C J，Pawley B.Selectable one-way clutch in GM's RWD 6-speed automatic transmissions［J］.SAE International Journal of Engines，2009，2(1):307-313.［2］ Martin W W.Transmission system:U.S.，US 2007/0042864 A1［P］.2007-02-22.［3］ Heath R P G，Child A J.Zeroshift.A seamless automated manual transmission(AMT)with no torque interrupt［C］∥2007 SAE WorldCongress＆Exhibition.Detroit: SAE，2007.［4］黄向东，赵克刚，刘延伟，等.一种换挡时无动力传输中断的有级式机械变速器:中国，201010158023.7［P］.2010-08-18.［5］郭立书，葛安林，张泰，等.电控机械式自动变速器换挡过程控制［J］.农业机械学报，2003，34(2):1-10.Guo Li-shu，Ge An-lin，Zhang Tai，et al.AMT shift process control［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2003，34(2):1-10.［6］ Kulkarni M，Shim T，Zhang Y.Shift dynamics and control of 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机械式自动变速器换挡过程标定系统设计
ｌｗｅ ｈ ｎ ｔ ａ ｅ ｏ ｅ ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ｈ ｓ ｐ ｏ ｉ ｇ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｅ ｃ ｌ ｒ ｔ ｎ ｏ ｒ ｔ ａ ｈ ｔｂ ｆ ｒ ａｉ ａｉ ，ｔ ｕ ｒ ｖｎ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｆｔ ａｉ ａｉ ｂ ｏ ｈ ｂ ｏ
ｃ ｍｐ ｔ ｒｉ ｍａ ｅ ａ ｄ ａ ｐ ｅ ｏ ｕ ｅ ａ ｉｒ ｔ ｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｓｅ ｉ ｄ ｉ ａ Ｖ ＥＷ ． ｉ ａｌ，ａ ｎ ｏ ｒ ｅ ｔ ｓｃ ｎ ｕ ｔｄ ｏ ｕ ｅ ｓ ｄ ｎ ｎ ｕ ｐ ｒｃ ｍｐ ｔｒｃ ｌ ａ ｉ ｒ ｇ ａ ｉ ｄｔ ｎ Ｌ ｂ Ｉ ｂ ｏ ｅ Ｆ ｎ ｙ ｎ ｏ ｂ ａ ｄ ｔｓ ｏ ｄ ｃｅ ｌ ｉ ｔ １－ ｈ ｆ ｎ ｉ １ ％ ｔｒ ｔ ｅ ｏ ｅ ｉ ｇ ｈ ｅ ｔｓ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ｈｆ ｎ ｍｐ ｃ ｔｅ ｇ ｈ ｏ ｈ ｓ ｏ ２ ｓ ｉ ｉｇ ｗ ｔ ５ ｔ ｈ ｈ ｏｔ ｐ ｎ ｎ ．Ｔ ｅ ｔ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｘｍｕ ｓ ｉ ｉ ｇ ｉ ａ ｔ ｓｒ ｎ ｔ ｆ ｔ ｉ ｌ ｓ ｔ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｄ ｏ ｓｔ ．４ ｓ ａ ｐ ｏ ． ３ ｒ ｎ ｍｉｓ ｒ ｐ ｏ ８ ３ ｍ／ ， ｐ ｒ ｘ ６ ％ ｏ
（Ｃ ， 定 上 下 位 机 Ｃ Ｎ 通 信 协 议 ， 写 下 位 机 ｆ ｓ 制 代 码 ， 发 了基 于 Ｌ ｂ ＩＷ 的标 定 系 统 上 位 机 软 件 ， Ｔ Ｕ） 制 Ａ 编 ｌ ｈ控 ａ 开 ａＶＥ 并 以 １％ 油 门开 度 下 １ 升 ２挡 标 定 为 例 进 行 了实 车 试 验 。 结 果 表 明 ， 变 速 器 换 挡 最 大 冲击 度 降 到 了 ８３ ｇ ， ５ 挡 该 ． ｎ ｓ相 ４
电控机械式自动变速器
• 对于电喷发动机，AMT与其共享资源，用CAN 总线通信使其在换挡时，按要求减油或加油，并 使发动机点火延迟以提高换挡品质与降低污染
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平行轴式液力自动变速器
• 该自动变速器不用行星齿轮而用常啮合平行轴式 的独特结构，它基本上类似于手动变速器方式， 但用了多片湿式离合器的分合代替了干式离合器 与拨叉换挡，故称为改进型AMT
• 2)电子控制器（ECU）
• 包括各信号处理单元、微处理器、程序及数据存储器、驱动电路、显示 单元、故障自诊断单元及工作电源等。
• 3)执行机构
• 按驾驶员的意图实现车辆运行状况的改变。执行机构由选换档执行机构、 离合器分离接合执行机构和油门执行机构组成。
• 4)传感器
• 用于实时监测车辆运行状态，采集ECU控制所需的各种信息，同时将采 集到的信号转换成ECU能识别的信息，便于ECU进行处理，并对车辆 运行做出及时反应以调整行驶状态。
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AMT的基本结构
起步与换挡是控制功能的主要内容，如上图所示可知，驾驶员通过加速踏板 和操纵杆向计算机传递控制信号，大量的传感器时刻掌握着车辆的行驶状态 计算机按存储于其中的最佳程序：动态三参数最佳换挡规律、离合器模糊控 制规律、发动机供油自适应调节规律等，对发动机供油，离合器的分离与接 合以及变速器换挡三者的动作与时序实现最佳匹配，从而获得优良的燃料经 济性与动力性能以及平稳起步与迅速换挡的能力
• 一、组成：ECU由电源、CPU与存储器、输入电路与输出 电路几部分构成。
• 二、控制软件： • （1）变速控制。 • 各种最佳换挡规律存储于计算机，然后根据两参考数或三
参考数控制换挡 • （2）离合器控制。 • 为了补偿离合器片的磨损，需查明离合器部分结合的起点，
MT、AMT、AT、CVT、DSG不同变速箱区别及优缺点
MT、AMT、AT、CVT、DSG不同变速箱区别及优缺点众所周知，汽车有三大关键部件，发动机，变速箱以及底盘。
因此，我们消费者在买车前这三个方面功课一定要做好。
这关系到我们以后用车的满意与否。
对于动力输出顺畅与操控感受满意与否？并不是简单看看发动机的功率或扭矩就行了，还得根据配套的变速箱情况做具体分析判断。
即便有时候动力性能稍稍弱一点，但只要变速箱输出顺畅，完全可以弥补。
相反的是，再好的动力没有适合的变速箱输出，也影响到最终驱动效果。
今天在这里我们先不谈发动机，也不谈底盘，专门就来谈谈变速箱，特别是最为符合当前潮流的自动变速箱的选择问题。
一、变速箱的原理和功能手动变速箱主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速箱 AT 是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
手动变速箱的优点就是结构简单，维护容易，通常数万公里更换离合片，离合器压盘就可以了。
而且手动变速箱熟练掌握的话，操控不仅更自由，油耗经济性以及动力输出都可以得到很好的体现。
比如起步，我们就可以根据情况选择 2 档甚至 3 档起步，比如超车，也可以根据情况自由降档。
不过手动变速箱问世这么多年来，一个大的软肋仍然没有解决，就是操作颇为复杂，而且市内拥堵时，需要长时间半离合，左脚往往特别累。
而且对于一些新手，如果手动挡操作不熟练，同样油耗也会很高。
所以在发达国家，自动变速箱的普及率是很高的，而在我们国家，虽然受经济条件限制，大部分车型仍然以手动变速箱为主，但自动档车型也开始日益普及，从用车发展的大方向来看，自动档是将来主流的选择。
汽车车用变速箱主要有以下几个功能：1.改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利（功率较高而油耗较低）的工况下工作；2.发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；3.利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。
AMT起步和换挡品质
·V ·AMT 是英文Automated Mechanical Transmission 的简写，译作机械式自动变速器。
AMT 采用的变速器仍然是传统手动机械变速器所采用的平行轴式变速器，离合器仍是干式摩擦离合器，只不过在动力传动系的基础上加上电子控制执行机构从而实现自动换挡。
和另外一种自动变速器AT 相比较，AMT 的优点是：机械传动效率高、成本低。
AMT 的缺点是：控制难度更大。
AMT 在起步和换挡时，没有液力自动变速器(AT)能够缓和冲击和振动的优越条件。
AMT 采用干式离合器，AT 采用湿式离合器，湿式离合器允许较长时间滑摩而不会烧伤摩擦片。
以上两点都不利于AMT的起步、换挡品质的提高。
然而为了实现AMT 的商品化，提高AMT 的商品竞争力，其起步和换挡品质又是两个必须解决的问题。
AMT一、AMT 的发展历程机械式自动变速器可以分为以下几个发展阶段： 首先是半自动阶段。
60年代起，出现了对传统的离合器和手动机械变速器的半自动操纵，例如美国伊顿(Eaton)的半自动机械变速器(SAMT)系统(1983)，德国奔驰公司(Daimler Benz)的电推动(EPS)系统(1990)，瑞典斯堪尼亚(Scania)的CAG 系统(1986)。
CAG 系统和EPS 系统只是使换挡动作实现了自动化，并不能实现控制过程中最困难的起步过程自动化。
Eaton 的SAMT 系统在自动换挡时可以进行适当的对离合器和发动机的控制，白俄罗斯工学院开发的SAMT 系统实现了二参数的换挡规律自动判断挡位并能够自动完成换挡功能，但是在起步时仍然是手动操纵离合器。
二是全自动阶段。
1983年，日本五十铃公司(ISUZU)在世界上率先研制成功电子控制机械式有级自动变速器“NAVI-5”，并装于ASKA 轿车上，在车速为60km/h 时，和液力自动变速器(AT)相比较可以节油10%-30%左右。
伊顿公司在1983年也宣布成功地将重型货车的手动变速器实现了自动化。
AMT工作原理(机械结构及控制软件)
模拟信号采集与处理
模拟信号主要用于反馈执行机构的位置，选挡、换挡、离合、节气门、油门踏板执行机构的位置传感器 共产生7路模拟信号，其中节气门和油门踏板各有两路模拟信号，这些电压模拟信号在TCU中经过分压处理 输入给主控芯片，占用7路转换通道，控制程序调用固件函数不间断进行A/D转换，将模拟信号转化为处理 器可以处理的数字量，作为判断执行机构位置的依据。
器作用、节气门动作等。 车辆行驶中需要挡位切换，是为了匹配发动机转速与车速，同样的发动机转速，在低挡上行驶车速低、
输出扭矩大；在高挡上行驶车速高、输出扭矩小。 目标和原则是：换挡过程尽可能快速，动力中断时间尽可能短，失速感轻微；换挡过程平稳，无发动机
转速或车速冲击现象。 换挡规律及实现
二、AMT选换挡原理
选换挡装置构成：1.换挡电机；2.选档电机；3.角度 传感器；4.换挡减速齿轮 ；5.换挡拨叉；6.连杆机 构；7.齿轮齿条机构；8.换挡球头；9.换挡指等
工作原理： 1.选挡和换挡通过电机脉宽调制转速控制（PWM） ,可 以将旋转运动转换成相互独立的选 /换挡动作所需的运 动,同时实现较大减速比 ,获得适当的速度和足够的选 / 换挡力 。 2.电机在执行旋转动作时带动直齿轮旋转，通过直齿轮 将动力传送到变速器内部换挡机构上。 3.选换挡机构是一个单摇臂机构 , 选挡电机 2 旋转时,通 过齿轮齿条机构 5带动换挡指 7在 Z方向上完成选挡动 作 ,到达选挡位置 。换挡电机 1 转动时 ,通过连杆机构 4带动换挡球头 6 和换挡指 7 在X-Y 平面旋转进行换挡 动作 ,到达换挡位置。
基于汽车导航系统的机械式自动变速器换挡控制规律研究
般使 用 车辆 动力 学 理 论 。 模 糊逻 辑 理论 或 在
神经 网络理 论 的 帮助 下 ． 据汽 车 的行 驶 速度 以及 根
个 状态 参数 的变化 ，然 后利 用模 糊逻 辑理论 或 神经
驾驶 员 的操作 行为来 对 汽车行 驶 的外 部环 境 （ 路 、 平 坡道 或 弯道 ） 行 识别 ， 进 由于 不 能引 入视 觉 参数 ， 因
ｍ ｃ ａｉ ｌ ｒｎｍｓｉｎ （ ＭＴ ｆｈ ｅ ｉ ｅｒｎ ｉ ｎｃｏｋｄ ｒ ｄ ｒ ｐｅｅｔｄ Ｔ ｅｓ ｕａｉ ｅｕｔ ｓｏ ｈｔ ｈ ｈｆ ｅｈ ｎｃ ａｓ ｉ ｏ ａｔ ｓ Ａ ）ｏ ｅｖｈｃ ｎｎ ｏ ｒｏｅ ｏ ｓａｅ ｒｓｎｅ． ｈ ｉ ｌ ｏ ｒｓｌ ｈｗ ｔａ ｔｅｓｉ ｔ ｌｕ ｇ ａ ｍ ｔｎ ｓ ｔ
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２０ 年第 １ ０８ 期 （ 总第 １８ ） ９期
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2005年1月重庆大学学报(自然科学版)Jan.2005第28卷第1期Journal of Chongqing University(Natural Science Editi on)Vol.28 No.1 文章编号:1000-582X(2005)01-0086-04机械式自动变速器的换挡控制3黄建明,曹长修,苏玉刚(重庆大学自动化学院,重庆400030)摘 要:机械式自动变速器为非动力换挡,换挡品质是AMT换挡控制的关键。
分析了换挡过程的控制策略对换挡品质的影响。
在恢复动力过程中,离合器在同步时刻主从动盘转速差的变化率与车辆加速度的突变量成正比。
车辆加速度变化较大时会引起使乘员感到不舒适的车辆冲击和振荡。
笔者提出了通过发动机和离合器的协调控制使同步时刻离合器主从动盘转速差的变化率小于设定范围的控制策略。
道路试验表明,该控制策略改善了换挡品质。
关键词:自动变速器;换挡品质;换挡控制中图分类号:U463・211文献标识码:A 传统的固定轴式齿轮变速箱是机械有级传动的手动变速器,它具有效率高、成本低、结构简单和容易维护的优点,获得了广泛应用。
然而,这种手动变速器存在着换挡时动力中断,驾驶员水平对汽车行驶性能有较大影响,驾驶员劳动强度大,非熟练驾驶员换挡困难等缺点。
汽车运行中,为了适应各种复杂多变的路况,换挡操作是相当频繁的。
换挡时,要求驾驶员能对变速器、离合器、转向盘、加速踏板的技术操作进行协调配合与综合运用,因而是汽车驾驶操作技术中难度较大的一项工作。
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。
由于机械式自动变速器(Aut omated Mechanical Trans m issi on—AMT)为非动力换挡,换挡前要先断开离合器切断动力,换挡完成后再接合离合器恢复动力,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。
1换挡品质评价指标对于安装自动变速器的汽车,最重要的性能特性之一就是换挡质量。
在换挡期间,传动系扭矩中断和恢复的控制不良将引起冲击、噪声和振动,并影响车辆的驾驶性能。
从汽车工业的早期到现在,人们一直在努力寻求如何进行换挡品质的定量评价,以便改善车辆的驾驶性能。
所谓换挡品质是指在保证汽车动力性与动力传动系寿命的前提下,能够迅速而平稳地换挡的程度。
换挡品质评价指标很多,也很复杂。
从简单、实用、有效等方面考虑,衡量换挡品质好坏主要有换挡时间、冲击度和离合器寿命三项指标[1-3]。
1.1换挡时间t s换挡时间指从控制器发出换挡指令开始到换入新挡后离合器主从动盘转速完全同步且动力得到恢复所经历的时间。
在换挡期间,车辆由于动力中断而引起车速下降。
如果换挡时间过长,将严重影响车辆的动力性,上坡或超车时还会影响安全性。
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j评价换挡时离合器接合过程平稳程度的指标是冲击度,它是车辆纵向加速度的变化率,即:j=d ad t=d2vd t2≈R ti0i g I c・d Tcd t(1)式中j为冲击度(最大推荐值为10m/s3),a为纵向加速度,v为车辆行驶速度,Rt为驱动轮滚动半径,i为3收稿日期:2004-09-15基金项目:教育部博士点基金资助项目(97061104);重庆大学基础研究基金资助作者简介:黄建明(1985-),男,重庆人,重庆大学副研究员,博士研究生,主要从事控制理论及其应用、计算机控制、汽车电子控制等方面的研究工作。
主减速比,ig 为变速箱传动比,Tc为离合器摩擦力矩。
换挡平顺性用冲击度来衡量。
冲击度大小影响乘员乘座舒适性、传动系动载荷和传动系寿命。
由式(1)可知,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滑磨功W评价换挡过程中影响离合器使用寿命的指标是滑磨功,它是离合器在接合过程中主从动摩擦盘间滑动摩擦作功的大小,定义为:W=∫t l0T c(t)|ωe(t)-ωc(t)|d t(2)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),ωe 为发动机角速度,ωc为离合器从动盘角速度,t为离合器接合过程中开始传递扭矩的时刻,tl为离合器主从动摩擦盘从滑磨进入同步的时刻,Tc为离合器主从动摩擦盘间传递的摩擦力矩。
2换挡过程AMT换挡过程控制复杂,要通过协调控制发动机、离合器及变速箱等一系列操作来实现平稳换挡,同时还要考虑离合器的滑磨和发动机转速的波动情况。
而且还具有较为严格的时序关系。
下面逐步进行的4阶段换挡过程实现了上换挡或下换挡。
2.1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)来避免由于负载的突然降低而导致发动机转速的急剧上升[4]。
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振荡和车辆冲击[5-6]。
如果节气门回怠速与断开离合器同时进行,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。
2.2选空挡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挡位摘除,并选到对应新挡位的空挡(当所换两挡处于同一选挡槽位,可以没有选挡操作)。
由于动力已经中断,变速器从原挡位选换到空挡很容易完成。
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。
2.3挂新挡在挂入新挡时,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挡。
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。
2.4恢复动力挂入新挡后,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直接影响换挡品质的好坏。
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。
3换挡控制上节将换挡过程分为4个阶段,并对4个阶段进行了详细分析。
其中第2阶段选空挡和第3阶段挂新挡的控制容易完成。
而在第1阶段中断动力过程和第4阶段恢复动力过程中,离合器和发动机的控制策略对冲击度、换挡时间和滑磨功这3项换挡品质都有很大的影响。
中断动力过程控制通常采取先将节气门调至怠速再断开离合器的方式。
节气门回怠速后,离合器传递的扭矩降低至零,此时断开离合器不会引起冲击。
断开离合器的操作应尽快完成,这一过程的完成时间完全由所设计的离合器伺服机构决定。
中断动力过程控制的关键是节气门回怠速的调节快慢。
只要发动机产生的主动力矩不会降得太快,就不会产生冲击和振荡。
因此,在中断动力阶段只需按一定速度调节节气门至怠速。
速度调节可根据加速踏板的踏入量进行。
恢复动力过程与中断动力过程相反,需要将节气门调节至加速踏板给定的位置,需要将离合器由断开位置调节至传递最大动力的完全接合位置。
在没有接合离合器的情况下,恢复发动机动力将由于没有负载而使发动机转速飞升,这是需要避免的情况。
发动机动力的恢复即节气门的恢复应该在离合器接合后或与离合器接合同时协调进行。
在恢复动力阶段,如果采取在离合器接合之后恢复节气门的控制策略,离合器接合速度快或节气门恢复速度快会引起换挡后期的冲击。
为了缩短换挡时间,在离合器接合完成后快速恢复节气门,发动机扭矩快速增加,由式(1)可知,扭矩快速变化会引起很大的冲击。
离合器接合速度快,发动机转速下降速度快(以上换挡为例),则离合器主从动盘转速差的变化率在由滑磨阶段(离合器传递扭矩且主从动盘转速不相同的阶段)进入同步阶段(离合器传递扭矩且主从动78第28卷第1期 黄建明等: 机械式自动变速器的换挡控制盘转速相同的阶段)时刻(这一同步时刻的时间设为t l )的值增大。
车辆加速度在t l 时刻的不连续变化与离合器主从动盘转速差的变化率成正比[7],可以表示为n v (t +l )- n v (t l )=J xJ e +J vn ev (t l )(3)式中 n v 为车辆加速度在离合器从动盘上的等效转速变化率, n ev 为离合器主从动盘转速差的变化率,J e 为离合器主动盘上的当量转动惯量,J v 为离合器从动盘上的当量转动惯量。
由式(3)可知, n ev 越大,在t l 时刻的车辆加速度变化越大,冲击度性能恶化。
离合器接合速度慢或节气门恢复速度慢,换挡冲击小,但产生较大的滑磨功,且换挡时间长而使车辆的动力中断时间长。
因此,必须对发动机和离合器进行协调控制。
离合器接合速度慢,节气门恢复速度快,则会导致发动机转速飞升或离合器主从动盘转速长时间不能达到同步,离合器滑磨功急剧增加。
离合器接合速度快,节气门恢复速度慢,则会导致发动机转速变化快而使 n ev 大,造成冲击和振荡。
当采取离合器接合与节气门恢复协调配合进行的控制策略时,离合器以正常速度接合,通过节气门的协调控制使离合器主从动盘转速差的变化率在t l 时刻小于设定的范围,则由式(3)可知车辆加速度变化量小,不会产生使乘员感到不舒适的冲击和振荡。
图1～图3为在桑塔纳样车上进行的变速器从1挡升到2挡过程中恢复动力阶段的几种控制方案道路试验结果。
图中t 为时间(s ),β为节气门开度(%),x c 离合器位置(%),n e 为发动机转速(r/m in ),n v 为车速在离合器从动盘上的等效转速(r/m in )。
图1 节气门快速恢复道路试验在图1中,离合器以一定的速度接合完成后节气门在75m s 内从0快速恢复到25.6%。
从离合器开始接合到节气门恢复到加速踏板给定值的时间(即动力恢复阶段的时间)为750m s 。
在图2中,离合器处于半接合位置,等到发动机转图2 动力正常恢复道路试验速(即离合器主动盘转速)与离合器从动盘转速同步后,再接合离合器(快速接合直到接合完成)和恢复节气门。
节气门在500m s 内以正常速度从0恢复到47.3%。
从离合器开始接合到节气门恢复到加速踏板给定值的时间为1075m s。
图3 发动机与离合器协调控制道路试验在图3中,离合器接合至半接合起始位置(离合器开始传递扭矩的位置)后,对离合器与节气门进行协调控制直到发动机转速与离合器从动盘转速一致,然后快速接合离合器直到接合完成并恢复节气门到37.7%。
从离合器开始接合到节气门恢复到加速踏板给定值的时间为550m s 。
比较图1、图2和图3的道路试验结果可知,发动机与离合器协调控制时,动力恢复阶段的时间最短。