轻度混合动力AMT系统换挡品质控制
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
·国家高技术研究发展计划（８６３计划．２００６ＡＡｌｌ０１１４）和重庆市科委自 然科学基金（２００７ＢＢ６１５８）资助项目。２００８０７０３收到初稿．２００８１２１０ 收到修改稿
万方数据
中的电动机直接驱动车辆，减少了ＡＭＴ换挡过程 中动力中断的时间。Ｊｏ等拉１提出在并联式ＡＭＴ混 合动力系统中控制发动机和电动机，减小同步器的 同步转速差，缩短了同步时间。赵子亮等１３］采用电 动机调节变速器换挡同步时的输入轴转速，减小同 步转矩，解决由于变速箱一轴等转动惯量的增加而 引起的ＡＭＴ换挡困难的问题。廖承林等［４１对电动 机置于离合器后的混合动力结构的换挡过程进行 了研究，在换挡过程中控制电动机转速和转矩，减 小同步器同步转矩，缩短同步时间。
Ｓｈｉｆｔ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｉｌｄ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ＹＥ Ｍｉｎｇ ＱＩＮ Ｄａｔｏｎｇ ＬＩＵ Ｚｈｅｎｊｕｎ （Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４）
由此可以看出，在利用混合动力系统改善ＡＭＴ 换挡品质的研究主要集中在缩短动力中断时间和减 小同步转矩的问题上。但ＡＭＴ在换挡过程中，
２００９年５月
叶 明等：轻度混合动力ＡＭＴ系统换挡品质控制
传动比会发生非连续变化，造成离合器主、从动盘 存在转速差，使车辆在换挡过程中不可避免地出现 换挡冲击。延长离合器滑磨时间是传统ＡＭＴ车辆 减小换挡冲击常采用的方法。但这会增长动力恢复 时间，减少离合器使用寿命。如果能在换挡过程中 对发动机实现快速准确的控制，则可使发动机与离 合器的工作状态合理匹配，有效减小换挡过程中由 转速差带来的冲击和动力中断时间。发动机的控制 通常采用两种方法：控制喷油量和控制电子节气门。 前者需要与发动机电子控制单元（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，ＥＣＵ）进行通信或自行设计喷油系统，这在我国 ＥＣＵ绝大多数依赖国外公司的现状来说，不容易实 现。电子节气门控制发动机在现代普通车辆和一般 混合动力系统中比较常用【５】，但由于响应上的延迟 和发动机的周转滞后性，仅靠电子节气门难以快速 精确地调节发动机转速来满足ＡＭＴ换挡的要求１６】。
对于ＡＭＴ车辆来说，同步器轴向力取决于换 挡执行机构特性。在已知同步器轴向力和相邻两档
传动比的情况下，可通过式（１）估算出同步时间。忽 略接近新挡和啮合的时间，则换入新挡位的时间
ｆｓｈＢ２ｔｓｍ３。 （５）离合器结合阶段。在完成传动比改变后，
离合器开始结合，节气门开度逐渐增大。通过式（２） 的动力学方程可以发现，在离合器滑磨过程中，由 于离合器主、从动盘转速差的存在，过快的结合离 合器会对车辆造成冲击，反之又会增大离合器滑磨， 延长动力恢复的时间。此时，节气门也应与离合器 协调控制，避免出现空油声和熄火的情况。总之， 离合器结合阶段是影响传统ＡＭＴ车辆换挡品质的关 键阶段，好的控制策略可以缩短结合时间ｆｓｈ群，减小 冲击，因此，此阶段是换挡品质控制的重点。
１ ＡＭＴ车辆换挡过程动力学分析
１．１车辆换挡动力学模型 从执行机构动作的时序来看，ＡＭＴ车辆换挡过
程可以分为六个阶段【７】：①以原挡位行驶；②分 离离合器并减小节气门开度；⑨退出原挡位并选择 新挡位：④换入新挡位；⑤结合离合器，并逐 渐恢复节气门开度：⑥以新挡位行驶。为了对换 挡过程各个阶段进行分析，建立如图ｌ所示的四质 量车辆换挡动力学模型。
其中，同步器同步过程是这个阶段中影响车辆 动力学特性的最主要过程。同步时间的长短以及同 步转矩的大小都是影响换挡品质的因素。如果不考 虑传动系统中的刚度和阻尼，并假设同步过程中， 同步转矩恒定，同步过程中车辆加速度ｃｚｖｃｈ恒定，
万方数据
１１０
机械工程学报
第４５卷第５期
同步器同步后转速为‰，则同步时间为ｔａａ＇３ ２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｗｉｌｌ ｃｈａｎｇｅ嬲ａ ｓｔｅｐ ａｆｔｅｒ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｆｏｒ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（～ＶＩＴ）ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｉｎｐｕｔ ｓｐｅｅｄ
ａｎｄ ｏｕ印ｕｔ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔห้องสมุดไป่ตู้ｄｕｅ ｔｏ ｒａｔｉｏ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｊｅｒｋ Ｏｃｃｕｒｓ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｄｙｎａｍｉｃ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＩＳＧ ｍｏｔｏＬ ｔｈｅ
（６）以新挡行驶阶段。换挡完全结束，动力学 特性同原挡位行驶。ＡＭＴ车辆换挡品质的评价指
标为换挡时间‰““ｆｌ＋氏砬＋毛ｈｆ３＋‰ｆ４）和冲击度＾曲。 从前面动力学分析可以看出，ＡＭＴ车辆换挡过程中
动力出现了中断，影响了车辆的动力性能和乘坐舒
适性。装备有ＡＭＴ的轻度混合动力车辆，可利用
ＩＳＧ电动机和电子节气门的协调工作，对动力源实
‰：：毒趟坚学掣掣弩掣生 一 ，驴乒锄‘ｙｎ‰札十√州ｎ ｓｍ仅ｓｙｎ‘品＋ｌ，ｏ口ｖ曲 （１）
式中‰——同步器摩擦面上轴向力
‰——同步器摩擦锥面平均半径
鳓——同步器工作锥面间的摩擦因数 ‰——同步器摩擦锥面半锥角
ｏＪｓｙｎ劬——同步器主动部分初始转速 ．Ｆｗｈｌ——车轮半径 ／ｏ——主减速比 ｖｖｃｈ——车速
摘要：具有固定传动比的机械自动变速器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＭＴ）车辆，在换挡过程中，传动比会发生改变， 造成离合器主、从动盘产生转速差，会使车辆在换挡过程中不可避免地出现换挡冲击。装备ＡＭＴ的启动／发电一体化电机 （Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ）型轻度混合动力系统，在换挡过程中，可利用ＩＳＧ电动机的辅助动力作用，快速控制动力源， 提高换档品质。在传统ＡＭＴ车辆换挡过程分析的基础上，结合轻度混合动力车辆的特点，建立了动力源控制模型，提出了 ＩＳＧ电动机、发动机和离合器联合控制的换挡品质控制策略，在换挡过程中控制动力源转矩和转速，减小了轻度混合动力ＡＭＴ 车辆换挡冲击和动力中断时间。台架试验结果表明，装备ＡＭＴ的轻度混合动力系统采用所提出的控制策略较传统控制策略 能更有效地提高换挡品质。 关键词：换挡品质轻度混合动力机械自动变速传动 中图分类号：Ｕ４６３
现快速精确控制，并制定合理的换挡控制策略，减
小换挡时间和冲击。因此在研究轻度混合动力ＡＭＴ
车辆换挡控制策略前，需要研究动力源控制。
ｌ删芦＋印芦＝略～‰
Ｉ‘，≯ｃｈ＋ｃｃｌｐｃｈ＝
Ｉ 必ｈ—ｋ矽。。一目驷缸）一‰矽ｃｈ一∥跚缸）
１（鲁＋‰卜＋（尝＋铀卜＝
ｌ ｋｐｃｌｃ一口蚋ｉｎ）＋‰＠吐一百驴ｉｎ）一－ｅｓｙｔｔ＿ｏｕｔ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｈｉｆｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍｉｌｄ ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｉｌｓｍｉｓｓｉｏｎ
０前言
具有固定传动比的机械自动变速器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＭＴ）车辆，由于其结构的原 因不可避免地存在换挡冲击和动力中断的问题。装 备了ＡＭＴ的混合动力系统可利用电动机的辅助动 力作用，提高换挡品质。ＢＡＲＡＳＺＵ等…在并联式 ＡＭＴ混合动力车换挡过程中，利用混合动力系统
ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｕｐ，衄ｄ ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｈｉｆｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ
ｒｅａｌｉｚｅｄ ｊｏｉｎｔｌｙ ｂｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ）ｍｏｔｏｒ’ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｃｌｕｔｃｈ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｗｅｌｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｎｄ ｓｈ ｉｆｔ
装备ＡＭＴ的启动／发电一体化电机（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ）型轻度混合动力系统，可利 用ＩＳＧ电动机控制性能好的特点，在换挡过程中， 控制动力源转速与转矩，减小换挡冲击，缩短动力 回复时间。在分析车辆换挡过程的基础上，针对装 备ＡＭＴ的ＩＳＧ型轻度混合动力系统，建立了动力 源控制模型；提出了ＩＳＧ电动机和电子节气门的联 合控制以快速精确控制动力源的换挡控制策略。搭 建了基于ｄＳ Ｐ！ＡＣＥ的轻度混合动力ＡＭＴ试验台。 台架试验表明，采用所提出的控制策略，可在换挡 过程中，有效减小离合器主、从动盘转速差，减小 冲击，缩短动力恢复时间，提高换挡品质，有效地 克服ＡＭＴ的换挡缺陷。
量
如—＿，ｃ１。与‰ｉＩｌ间的当量扭转刚度
Ｃ＆∞——减振器结构阻尼系数
‰缸——如和如对应的角位移 ‰ｉｎ）‰ａｌｔ—＿‰缸和‰咖对应的角位移
ｃ呻铀——昂和如对应的旋转粘性阻尼
锄ｉｎ．锄砸—＿ｋ虹和‰叫对应的旋转粘性阻尼 ‰——第，ｌ挡传动比，刀＝１，２，…，５
下面将分别分析这六个阶段的动力学特点，为 制定换挡控制策略奠定基础。 １．２车辆换挡过程分析
朋ｋ
％ｎ—ｏｍ 图ｌ换挡过程车辆动力学模型
图中 蚝——动力源转矩
必ｈ——离合器传递的转矩 朋如——同步器同步转矩
坞。吡——同步器从动端的阻力转矩
如——动力源转动惯量 ．么——离合器从动片，减振器主动部分转动
惯量 ．Ｊ矗缸——与同步器主动端相连的变速器转动
部件惯量
Ｊ如ａ厂—哳算到同步器被动端的当量转动惯
ｓｔｒａｔｅｇｙ咖ｍｏｒｅ ｓｈｏｃｋ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｔｉｍｅ ａｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｌＴｏｌ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｈｉｆｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ．
铀主要由执行机构的加速时间和最大速度决定。
（３）摘挡和选挡阶段。这个阶段在离合器彻底 分离的状态下完成。其时间ｌｓｈｆ２由选换挡机构特性 决定的，由于选、换挡的行程都很小，因此所需时 间也很短。
（４）换入新挡位阶段。在该阶段，变速器最终 实现了传动比改变。这个阶段又可分为接近新挡、 同步和啮合三个过程。
（１）以原挡位行驶。发动机与传动系统完全联 结，离合器与同步器处于正常传递转矩工况，离合
器传递转矩尬ｌｔ与同步器同步转矩Ｍ矗为内力。
（２）分离离合器并释放加速踏板阶段。在这个 阶段，离合器和节气门应协调控制。当离合器还未 分离时，如果节气门开度减小太快，由于发动机的 反拖阻力，在低挡时，会产生较大的冲击；随着离 合器的分离，如果节气门开度仍没有减小，发动机 会由于负载过小，转速迅速上升，造成空油声。因 此，在这个阶段，需要协调控制离合器与节气门， 使之不能出现空油声和大的冲击。这个阶段的时间
第４５卷第５期 ２００９年５月
机械工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．４５ ＮＯ．５
Ｍａｙ
２００９
ＤＯＩ：ｌＯ．３９０１／ＪＭＥ．２００９．０５．１０８
轻 寸．工度Ｄ巴混，仁匕合口 动力ＡＭＴ系统换挡品质控制水
叶 明 秦大同 刘振军
（重庆大学机械传动国家重点实验室重庆４０００４４）
ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｎ ｓｈｉＲｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｓｈｉｆｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｍｖｅｘｌ ｆｏｒ ｍｉｌｄ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ＡＭＴ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｈｉ硒ｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＡＭＴ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｉｌｄ
【
ｋ一十ｌ’
万方数据
中的电动机直接驱动车辆，减少了ＡＭＴ换挡过程 中动力中断的时间。Ｊｏ等拉１提出在并联式ＡＭＴ混 合动力系统中控制发动机和电动机，减小同步器的 同步转速差，缩短了同步时间。赵子亮等１３］采用电 动机调节变速器换挡同步时的输入轴转速，减小同 步转矩，解决由于变速箱一轴等转动惯量的增加而 引起的ＡＭＴ换挡困难的问题。廖承林等［４１对电动 机置于离合器后的混合动力结构的换挡过程进行 了研究，在换挡过程中控制电动机转速和转矩，减 小同步器同步转矩，缩短同步时间。
Ｓｈｉｆｔ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｍｉｌｄ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
ＹＥ Ｍｉｎｇ ＱＩＮ Ｄａｔｏｎｇ ＬＩＵ Ｚｈｅｎｊｕｎ （Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４）
由此可以看出，在利用混合动力系统改善ＡＭＴ 换挡品质的研究主要集中在缩短动力中断时间和减 小同步转矩的问题上。但ＡＭＴ在换挡过程中，
２００９年５月
叶 明等：轻度混合动力ＡＭＴ系统换挡品质控制
传动比会发生非连续变化，造成离合器主、从动盘 存在转速差，使车辆在换挡过程中不可避免地出现 换挡冲击。延长离合器滑磨时间是传统ＡＭＴ车辆 减小换挡冲击常采用的方法。但这会增长动力恢复 时间，减少离合器使用寿命。如果能在换挡过程中 对发动机实现快速准确的控制，则可使发动机与离 合器的工作状态合理匹配，有效减小换挡过程中由 转速差带来的冲击和动力中断时间。发动机的控制 通常采用两种方法：控制喷油量和控制电子节气门。 前者需要与发动机电子控制单元（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，ＥＣＵ）进行通信或自行设计喷油系统，这在我国 ＥＣＵ绝大多数依赖国外公司的现状来说，不容易实 现。电子节气门控制发动机在现代普通车辆和一般 混合动力系统中比较常用【５】，但由于响应上的延迟 和发动机的周转滞后性，仅靠电子节气门难以快速 精确地调节发动机转速来满足ＡＭＴ换挡的要求１６】。
对于ＡＭＴ车辆来说，同步器轴向力取决于换 挡执行机构特性。在已知同步器轴向力和相邻两档
传动比的情况下，可通过式（１）估算出同步时间。忽 略接近新挡和啮合的时间，则换入新挡位的时间
ｆｓｈＢ２ｔｓｍ３。 （５）离合器结合阶段。在完成传动比改变后，
离合器开始结合，节气门开度逐渐增大。通过式（２） 的动力学方程可以发现，在离合器滑磨过程中，由 于离合器主、从动盘转速差的存在，过快的结合离 合器会对车辆造成冲击，反之又会增大离合器滑磨， 延长动力恢复的时间。此时，节气门也应与离合器 协调控制，避免出现空油声和熄火的情况。总之， 离合器结合阶段是影响传统ＡＭＴ车辆换挡品质的关 键阶段，好的控制策略可以缩短结合时间ｆｓｈ群，减小 冲击，因此，此阶段是换挡品质控制的重点。
１ ＡＭＴ车辆换挡过程动力学分析
１．１车辆换挡动力学模型 从执行机构动作的时序来看，ＡＭＴ车辆换挡过
程可以分为六个阶段【７】：①以原挡位行驶；②分 离离合器并减小节气门开度；⑨退出原挡位并选择 新挡位：④换入新挡位；⑤结合离合器，并逐 渐恢复节气门开度：⑥以新挡位行驶。为了对换 挡过程各个阶段进行分析，建立如图ｌ所示的四质 量车辆换挡动力学模型。
其中，同步器同步过程是这个阶段中影响车辆 动力学特性的最主要过程。同步时间的长短以及同 步转矩的大小都是影响换挡品质的因素。如果不考 虑传动系统中的刚度和阻尼，并假设同步过程中， 同步转矩恒定，同步过程中车辆加速度ｃｚｖｃｈ恒定，
万方数据
１１０
机械工程学报
第４５卷第５期
同步器同步后转速为‰，则同步时间为ｔａａ＇３ ２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｗｉｌｌ ｃｈａｎｇｅ嬲ａ ｓｔｅｐ ａｆｔｅｒ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｆｏｒ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（～ＶＩＴ）ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｉｎｐｕｔ ｓｐｅｅｄ
ａｎｄ ｏｕ印ｕｔ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔห้องสมุดไป่ตู้ｄｕｅ ｔｏ ｒａｔｉｏ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｊｅｒｋ Ｏｃｃｕｒｓ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｄｙｎａｍｉｃ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＩＳＧ ｍｏｔｏＬ ｔｈｅ
（６）以新挡行驶阶段。换挡完全结束，动力学 特性同原挡位行驶。ＡＭＴ车辆换挡品质的评价指
标为换挡时间‰““ｆｌ＋氏砬＋毛ｈｆ３＋‰ｆ４）和冲击度＾曲。 从前面动力学分析可以看出，ＡＭＴ车辆换挡过程中
动力出现了中断，影响了车辆的动力性能和乘坐舒
适性。装备有ＡＭＴ的轻度混合动力车辆，可利用
ＩＳＧ电动机和电子节气门的协调工作，对动力源实
‰：：毒趟坚学掣掣弩掣生 一 ，驴乒锄‘ｙｎ‰札十√州ｎ ｓｍ仅ｓｙｎ‘品＋ｌ，ｏ口ｖ曲 （１）
式中‰——同步器摩擦面上轴向力
‰——同步器摩擦锥面平均半径
鳓——同步器工作锥面间的摩擦因数 ‰——同步器摩擦锥面半锥角
ｏＪｓｙｎ劬——同步器主动部分初始转速 ．Ｆｗｈｌ——车轮半径 ／ｏ——主减速比 ｖｖｃｈ——车速
摘要：具有固定传动比的机械自动变速器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＭＴ）车辆，在换挡过程中，传动比会发生改变， 造成离合器主、从动盘产生转速差，会使车辆在换挡过程中不可避免地出现换挡冲击。装备ＡＭＴ的启动／发电一体化电机 （Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ）型轻度混合动力系统，在换挡过程中，可利用ＩＳＧ电动机的辅助动力作用，快速控制动力源， 提高换档品质。在传统ＡＭＴ车辆换挡过程分析的基础上，结合轻度混合动力车辆的特点，建立了动力源控制模型，提出了 ＩＳＧ电动机、发动机和离合器联合控制的换挡品质控制策略，在换挡过程中控制动力源转矩和转速，减小了轻度混合动力ＡＭＴ 车辆换挡冲击和动力中断时间。台架试验结果表明，装备ＡＭＴ的轻度混合动力系统采用所提出的控制策略较传统控制策略 能更有效地提高换挡品质。 关键词：换挡品质轻度混合动力机械自动变速传动 中图分类号：Ｕ４６３
现快速精确控制，并制定合理的换挡控制策略，减
小换挡时间和冲击。因此在研究轻度混合动力ＡＭＴ
车辆换挡控制策略前，需要研究动力源控制。
ｌ删芦＋印芦＝略～‰
Ｉ‘，≯ｃｈ＋ｃｃｌｐｃｈ＝
Ｉ 必ｈ—ｋ矽。。一目驷缸）一‰矽ｃｈ一∥跚缸）
１（鲁＋‰卜＋（尝＋铀卜＝
ｌ ｋｐｃｌｃ一口蚋ｉｎ）＋‰＠吐一百驴ｉｎ）一－ｅｓｙｔｔ＿ｏｕｔ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｈｉｆｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍｉｌｄ ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｉｌｓｍｉｓｓｉｏｎ
０前言
具有固定传动比的机械自动变速器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍａｎｕａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＭＴ）车辆，由于其结构的原 因不可避免地存在换挡冲击和动力中断的问题。装 备了ＡＭＴ的混合动力系统可利用电动机的辅助动 力作用，提高换挡品质。ＢＡＲＡＳＺＵ等…在并联式 ＡＭＴ混合动力车换挡过程中，利用混合动力系统
ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｕｐ，衄ｄ ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｈｉｆｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ
ｒｅａｌｉｚｅｄ ｊｏｉｎｔｌｙ ｂｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＩＳＧ）ｍｏｔｏｒ’ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｃｌｕｔｃｈ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｗｅｌｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｎｄ ｓｈ ｉｆｔ
装备ＡＭＴ的启动／发电一体化电机（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔａｒｔｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ）型轻度混合动力系统，可利 用ＩＳＧ电动机控制性能好的特点，在换挡过程中， 控制动力源转速与转矩，减小换挡冲击，缩短动力 回复时间。在分析车辆换挡过程的基础上，针对装 备ＡＭＴ的ＩＳＧ型轻度混合动力系统，建立了动力 源控制模型；提出了ＩＳＧ电动机和电子节气门的联 合控制以快速精确控制动力源的换挡控制策略。搭 建了基于ｄＳ Ｐ！ＡＣＥ的轻度混合动力ＡＭＴ试验台。 台架试验表明，采用所提出的控制策略，可在换挡 过程中，有效减小离合器主、从动盘转速差，减小 冲击，缩短动力恢复时间，提高换挡品质，有效地 克服ＡＭＴ的换挡缺陷。
量
如—＿，ｃ１。与‰ｉＩｌ间的当量扭转刚度
Ｃ＆∞——减振器结构阻尼系数
‰缸——如和如对应的角位移 ‰ｉｎ）‰ａｌｔ—＿‰缸和‰咖对应的角位移
ｃ呻铀——昂和如对应的旋转粘性阻尼
锄ｉｎ．锄砸—＿ｋ虹和‰叫对应的旋转粘性阻尼 ‰——第，ｌ挡传动比，刀＝１，２，…，５
下面将分别分析这六个阶段的动力学特点，为 制定换挡控制策略奠定基础。 １．２车辆换挡过程分析
朋ｋ
％ｎ—ｏｍ 图ｌ换挡过程车辆动力学模型
图中 蚝——动力源转矩
必ｈ——离合器传递的转矩 朋如——同步器同步转矩
坞。吡——同步器从动端的阻力转矩
如——动力源转动惯量 ．么——离合器从动片，减振器主动部分转动
惯量 ．Ｊ矗缸——与同步器主动端相连的变速器转动
部件惯量
Ｊ如ａ厂—哳算到同步器被动端的当量转动惯
ｓｔｒａｔｅｇｙ咖ｍｏｒｅ ｓｈｏｃｋ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｔｉｍｅ ａｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｎｃｈ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃｏｎｌＴｏｌ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｈｉｆｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ．
铀主要由执行机构的加速时间和最大速度决定。
（３）摘挡和选挡阶段。这个阶段在离合器彻底 分离的状态下完成。其时间ｌｓｈｆ２由选换挡机构特性 决定的，由于选、换挡的行程都很小，因此所需时 间也很短。
（４）换入新挡位阶段。在该阶段，变速器最终 实现了传动比改变。这个阶段又可分为接近新挡、 同步和啮合三个过程。
（１）以原挡位行驶。发动机与传动系统完全联 结，离合器与同步器处于正常传递转矩工况，离合
器传递转矩尬ｌｔ与同步器同步转矩Ｍ矗为内力。
（２）分离离合器并释放加速踏板阶段。在这个 阶段，离合器和节气门应协调控制。当离合器还未 分离时，如果节气门开度减小太快，由于发动机的 反拖阻力，在低挡时，会产生较大的冲击；随着离 合器的分离，如果节气门开度仍没有减小，发动机 会由于负载过小，转速迅速上升，造成空油声。因 此，在这个阶段，需要协调控制离合器与节气门， 使之不能出现空油声和大的冲击。这个阶段的时间
第４５卷第５期 ２００９年５月
机械工程学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖ０１．４５ ＮＯ．５
Ｍａｙ
２００９
ＤＯＩ：ｌＯ．３９０１／ＪＭＥ．２００９．０５．１０８
轻 寸．工度Ｄ巴混，仁匕合口 动力ＡＭＴ系统换挡品质控制水
叶 明 秦大同 刘振军
（重庆大学机械传动国家重点实验室重庆４０００４４）
ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｎ ｓｈｉＲｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｓｈｉｆｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｍｖｅｘｌ ｆｏｒ ｍｉｌｄ ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ＡＭＴ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｈｉ硒ｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＡＭＴ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｉｌｄ
【
ｋ一十ｌ’