车辆AMT换挡规律介绍 刘贤强

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。
2、AMT基本换挡规律制定
带强制低档的发散型
收敛型
2、AMT基本换挡规律制定
（5） 组合型 组合型是由两段或更多段不同变化规律组成的规律。它更便于 在不同油门下获得不同的车辆性能。通常小油门开度以舒适、稳定、少污染为 主；中油门开度以保证最佳燃料经济性为主，兼顾动力性；大油门开度则以获 得最佳动力性为佳。
2、AMT基本换挡规律制定
(2) 解析法：由于图解法有其固有的缺点，需要精确绘制加速度曲线，且 画最佳换挡特性曲线时存在一定偏差，故通常情况下，通过解析法来确定 最佳动力性换挡规律。解析法首先需要建立最佳动力性换挡规律的数学模 型。根据最佳动力性换挡规律换挡点定义条件有：
再由汽车在 n 挡时的行驶方程式：
2、AMT基本换挡规律制定 2.4 换挡规律实例分析
根据整车控制策略，整车需求功率会进行发动机功率P e_out 和电池 功率P bat_out 的分配。电池电能中有小部分来源于制动能量回收，在忽略 能量回收利用的前提下，电池的能量全部源自燃油化学能的转化。发动机 至车轮的动力传动效率的计算：
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车辆AMT换挡规律介绍
报告人：刘贤强 2013年5月29日
目
录
AMT结构及发展概况介绍
AMT基本换挡规律制定
AMT节能的实例介绍
1、AMT结构及发展概况介绍 1.1 AMT技术的发展历程
AMT 可分为半自动变速器和全自动变速器，从在自动变速领域占据着主导地位的 欧洲和日本的AMT 产品可看出，AMT 的发展历程大体上经历了三个阶段：
（4）收敛型
收敛型的概念是换档延迟随油门开度增大而减小，呈收敛状分布，故 为收敛型规律，亦称减延迟换档规律。它大油门时降档速差最小，转速差 小所以升降档都有好的功率利用，动力性好。减小油门时，延迟增大，避 免过多的换档，且发动机可以在较低转速工作，燃料经济性好，噪声低， 行驶平稳舒适。该规律适合于比功率较低的贷车。由于收敛型明显优于上 述其它类型，放它是发展方向，也会报广应用到其它类型的车辆。
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。
Байду номын сангаас
并对上式中ui 求偏导有：
令式上式为 0，即得到：
2、AMT基本换挡规律制定
其中Qf 可通过下式计算 ：
一般情况下在一定的油门开度下各挡燃油消耗率可拟合为行驶速 度的函数，通常取为二次函数，即：
整理后得：
aun 4 bun3 cun 2 dun e 0
式中a、b、c、d、e等系数与小时燃油消耗率、驱动力、道路阻力等 表达式的系数有关。
操纵机构 离合器
选换档操纵机构 变速箱
驻车制动系
AMT系统框图
1、AMT结构及发展概况介绍 1.2.2 AMT机械结构
ZF公司的AS-Tronic lite
LUK的电动执行器AMT变速器（ASG）
1、AMT结构及发展概况介绍
1.3
AMT的分类
按照执行机构动力源的不同，AMT 系统可分为电控气动、电控液动和 电控电动三种类型：
发动机一定油门开度下的转矩特性可拟合为二次曲线：
驱动力Ftn与发动机转矩Te 的关系可由下式确定：
2、AMT基本换挡规律制定
整理后可得到如下型式的关于车速u 二次方程式：
求解此方程，便得到n和 n+ 1挡之间最佳动力性换挡点的车速u ：
式中An 、Bn、Cn 为某一油门下 n 挡与 n+1 挡间求取最佳动力性 换挡点的二次方程系数，其为汽车结构参数、行驶环境参数以及车辆加 速度的函数。
(1)电控气动AMT 电控气动AMT 系统的执行机构采用气压驱动。该系统只有在装有气压 系统的大型客车或重型车辆中使用，因此普及率较低，一般不宜被采用；
(2)电控液动AMT 电控液动AMT 系统则是用液压驱动其执行机构，它具有操作简便、易于 实现安全保护、具有一定的吸震与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点。 但是在用高速开关阀控制的系统中，其缺点是温度的变化会使执行机构中液压 油的粘度发生变化，从而导致离合器液压油管路压力发生变化。
2、AMT基本换挡规律制定
2.3.2 最佳经济性换挡规律研究
（1）图解法： 1)因换档时间短， 可视车速不变； 2)在外界阻力F相 同的条件下换档。
燃料经济性最佳换档特性
2、AMT基本换挡规律制定
最佳动力性与最佳燃料经济性换档规律
2、AMT基本换挡规律制定
(2) 解析法：最佳经济性换挡规律就是指自动换挡时刻能够满足车辆经济性要 求，达到最佳的燃油经济性。最佳经济性换挡规律的制取通常采用解析法， 并以原地起步连续换挡加速至u 时的总油耗量Q 为目标，要求Q 为最小：
组合型换档规律
2、AMT基本换挡规律制定
2.2.3 三参数换档规律 相较于两参数换档规律，三参数换档规律又引入了车辆加速度，以油门 开度、车速和车辆加速度作为控制参数。由于车辆在使用中的很多时间处于 非稳态状态，例如车辆的起步、加速过程等，因此以车辆的稳态行驶为前提 的单、两参数换档规律与车辆的实际状态存在差异，因此在控制参数中引入 加速度，使得换档规律更符合车辆的实际状态，可以提高其控制精确度。 单参数换档规律由于控制参数简单，适应性低，使用范围有限；三参数 换档规律虽然仿真和试验效果良好，但安装加速度传感器增加了成本，另外 加速度的测量误差也会降低其控制精度，所以并没有得到大范围的推广使用； 两参数换档规律介于以上两者之间，既能够满足使用要求又能够有效的控制 成本，因此是现在应用范围最为广泛的换档规律。
2、AMT基本换挡规律制定
等延迟型换挡规律
发散型换挡规律
2、AMT基本换挡规律制定
（3）带强制低档的发散型
带强制低档的发散型是发散型的改进，目的是克服其缺点能提早降档， 以便充分发挥发动机大功率的潜力，满足超车、爬坡等工况需要。当驾驶员 猛踩油门踏板产生超过某一行程时，车辆便被强迫换入低档，使转速差小获 得良好的功率和牵引力。它保留了发散型的优点，又克服了缺点，故得到广 泛应用。但需防止发动机超速。
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若用油门做控制参数，大油门升高档，小油门降低档，这就无法在低档 时发挥出车辆的大牵引力，以适应重型车辆爬坡的需要；且松油门制动时， 系统仍然在档，也形成矛盾，加之道路条件复杂，经常要改变油门位置势必 造成换档频繁。既影响乘客舒适性，也降低系统寿命。故不应取油门开度为 单参数换档规律的控制参数
2、AMT基本换挡规律制定
1、AMT结构及发展概况介绍
全自动机械式变数器
1、AMT结构及发展概况介绍
第三阶段：AMT 智能控制形成和发展阶段
智能化操纵是车辆发展的重要方向，而智能换挡是车辆智能化的关键。目前， 换挡规律的智能化决策主要采样了神经网络理论，模糊逻辑的综合能力和模糊控 制与神经网络的结合等方法。 换挡规律和车辆起步时离合器的控制问题主要受外界环境、驾驶员的主观 愿望和车辆客观运行状态的影响，目前国内外主要采用了智能方法对此方面进 行研究。日本Nissan、Isuzu 和我国的吉林工业大学、上海交通大学、北京理 工大学等开始采用包括模糊换挡策略和离合器接合速度模糊控制的模糊推理等 智能方法进行这方面的研究，智能化的AMT在复杂多变的外界条件下使车辆 的换挡和起步性能进一步的提高。今后，设计重量轻、体积小、成本低、结构 简单、便于维修和拆装的执行机构和实施精度高、响应快等优点。
2、AMT基本换挡规律制定
(2)发散型
它的概念是换档延迟随油门开度增大而增大，呈发散分布， 故为发散型规律，亦称增延迟换档规称。其特点是：驾驶员可以 干预换挡，快松油门时可提前换入高档，不仅降低噪声，而且改 善了燃料经济性；大油门时升档的发动机转速高，接近最大功率 点动力性好；换档延迟增大，减少了换档次数，提高了舒适性。 但因此大油门降档时的发动机转速速必须降得很低，转速差大功 率利用差，故该型适用于后备功率大的轿车。
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
手动机械变速箱 自动变速操纵系统 ＋ （ASCS） ＝ 自动机械变速箱 （MT） （AMT） 自动变速操纵系统（ASCS）
CAN
协 调 控 制
通 信
离合机构 离合器
换档操纵 变速箱
发动机
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
(3)电控电动AMT 近年来，随着大功率电子产品性能上的不断完善，使的在变速控制系 统中采用电力拖动成为了可能。电控电动AMT 系统就是将自动变速器系 统中的油门、离合器以及选换挡装置等执行机构采取电动机带动。取消液 压系统后，使整个控制系统的结构更加简单，重量更轻，成本更低；直接 采用易于控制、精度更高的电动机取代液压执行组件，使得系统动作的误 差减少了，控制方法上也更简单；机电式的执行机构由直流电机驱动，与 电液式相比成本更低、能耗更小、维修更方便、对环境污染更小。
2、AMT基本换挡规律制定 2.1 自动换挡规律的定义
它是指两排档间自动换档时刻随控制参数变化的规律。换挡规律应该是单值， 即对输入变量的每一组合，仅存在唯一的输出状态。
2.2 自动换挡规律的类型
2.2.1单参数换档规律 单参数换档规律只有一个控制参数，控制参数可以选油门开度 n 、 发动机转速 ne及车速 等。
2、AMT基本换挡规律制定 2.3 换挡特性分析
2.3.1 最佳动力性换挡规律研究
（1）图解法：绘制 不同油门开度下的车 辆各挡加速度曲线， 再将不同油门开度下 相邻两挡加速度曲线 的交点连成曲线，即 为两挡间最佳动力性 换挡特性曲线，再将 所有曲线对应转换到 α − u（油门开度-车速） 图上就可得到最佳动 力性换挡规律。 最佳动力性换档特性
驾驶员 数据终端 外部系统
驻车手控阀
制动踏板 选档手柄
油门踏板 CANH CANL
发动机电控 系统
驾驶员终端 系统 CAN总线
电源
油门踏板位置
发动机转速
当前档位
系统故障码
电子控制单元（ECU）
离合器油缸 选位油缸 换档油缸 高低档气缸
输 入 轴 转 速 输 出 轴 转 速
坡道起步控制阀
串 口 通 讯 数据采集盒/ 上位机
若使用车速则可以很好的反映出车辆的运行状态，故取用相对稳定 的车速v作为单参数换档规律的控制参数。
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
2、AMT基本换挡规律制定
2.2.2 两参数换档规律 两参数换档规律一般以车速和油门开度作为控制参数。在某一油门 开度下，当车速超过特定值后，变速器就会换入相应的档位。依据两个 参数对换档时机进行控制，提高了车辆对路况的适应性，驾驶员还可以 通过特定的操纵流程进行干预换档，以便能更好的应对即将出现的路况， 提高了车辆性能。 根据换档延迟的不同，两参数换档规律又可分为： （1）等延迟型 换档延迟的大小不随油门开度的变化而变化，等延迟型两参数换档 规律可以认为是两参数换档规律的基本型，与单参数换档规律相比其特 点是：引入驾驶员的干预，小油门时可提前换入高档，改善燃油经济性。