半挂牵引车自动变速器换档策略研究

　　车辆与动力技术半挂牵引车自动变速器换档策略研究张阳，席军强，陈慧岩（北京理工大学机械与车辆工程学院，北京100081）度，提高车辆的综合性能，利用理论分析和实车试验相结合的方法，根据车辆动力传动系统自身的特点提出了牵引车多档变速器综合换档控制策略。试验结果表明，针对多档变速器所设计的换档控制方法和换档规律，能够满足车辆在不同工况条件下行驶的要求，达到了预期的目标。

　　+.3：A牵引载货汽车的装载质量大，使用工况复杂，为了保证车辆具有良好的行驶性能，近年来，国际市场重型载货车辆所配备变速器的档位数目不断增多。重型载货汽车采用多档变速器可以提高汽车的平均行驶车速、发动机的功率利用率及车辆行驶的燃油经济性。然而，由于档位数目的增加，势必带来换档的复杂程度增大，换档的操作更加频繁，不同驾驶员的驾驶熟练程度不同，就不能发挥出车辆的最佳性能。鉴于自动变速器具有消除驾驶员换档技术差异、减轻驾驶员疲劳程度、利于换档操作、行驶安全等诸多特点，因此在配备多档变速器的载重汽车上发展自动变速技术就成为解决这一难题的有效手段。

　　由于目前国内在重型载货汽车领域，针对多档变速器进行自动变速操纵技术的开发尚没有成熟的经验可以借鉴，因此一方面为了能够满足自动变速车辆对动力性和燃油经济性的设计要求，另一方面也能够为车辆安装自动变速操纵系统后的性能及操纵特性的测试提供数据对比，作者利用实车道路试验和理论分析相结合的方法，设计了牵引车多档变速器综合换档控制方法及换档规律。

　　多档变速器的组成及结构原理为了在变速器体积不至增加过大的情况下尽可能实现更多的档位，同时也为避免变速器的结构过于复杂，多档变速器普遍采用分段式结构，即以一个4~6档变速器为主体，通过在主变速器的前、后增加不同传动比的副变速器，从而实现倍档组合式或半档插人式多档变速器。试验车辆EQ4195所配备的大同DC12J150T多档变速器为3段式结构，分别由主变速器和前、后部副变速器构成，变速器共有12个前进档位和两个倒档位，各个档位的实现通过主箱分别与两个副箱的配合完成，根据前部副箱高低档位的不同又将12个前进档位定义为1L、1H（分别对应实际的1、2档）直到6H（对应12档），其传动简图如所示。

　　阁3空载2H忾起步试验表明1H档和2H档都可以实现空载车辆的平稳起步，而且起步过程中离合器的滑磨时间没有明显的差异，但是从提高车辆的加速性、减少换档次数的角度出发，决定空载选择2H档起步。

　　是车辆在满载情况下1H档与2H档起步过程的对比。

　　（b）2H档起步2道路试验结果分析所有道路试验均在一台手动档EQ4195样车上进行，道路试验分别对车辆处于不同载荷状态即空载（7 400kg）、满载（44000kg）、不同的行驶工况条件（城市公路、山区、高速）以及不同驾驶风格的驾驶员进行了测试。试验共采集了15路信号，分别包括发动机转速、油门开度、变速器输入轴转速、变速器输出轴转速、空档信号、倒档信号、前部副箱高低档信号、后部副箱篼低档信号、换档行程、选位行程、离合器位移、制动踏板行程、手制动开关、换档力、转向角度信号。

　　2.1起步档位选择试验由于牵引车在空载和满载情况下整车质量相差近6倍，而车辆的实际行驶又主要集中在这两种丁况，所以分别对车辆处于不同载荷下进行了起步试验。和是车辆在空载情况下1H档与2H档起步过程的MAS.AcademicJournalElectronicPubli张阳等：半挂牵引车自动变速器换档策略研究从b可见，使用2H档起步时发动机转速从起步前的1r/min迅速下降到320r/min左右，而且离合器的滑磨时间超过了3 S，显然使用2H档起步对发动机和传动系统的工作都是不合理的，满载应该使用1H起步。

　　2.2档位利用率试验为了能够为车辆电控自动变速操纵系统档位使用和控制方法的软件设计提供依据，并同时对手动档样车的性能进行摸底，道路试验分别对平原二级公路、山区一级公路以及高速公路进行了档位的利用率试验，试验结果如表1所7K.从档位利用率的统计结果可以看出，由于高速公路路况比较单一，应尽量提高高档位的利用率，以利于车辆燃油经济性更好发挥，而在平原二级公路，由于机动车、行人流量密度较大，所以在保证车辆动力性的前提下，应该相对提高H档位的利用率。与平原公路相比一个较明显的区别是，为了满足车辆的爬坡性能，在山区路段使用3L档、4L档的次数应增多，因此在自动变速操纵系统中应该对平原和山区采用不同的换档控制方法。

　　表1各工况档位利用率统计结果％试验路况平原二级公路山区一级公路高速公路3综合换档规律设计EQ4195型半挂牵引载货汽车采用的是康明斯ISCe300 30发动机，12档变速器，各档传动比分别为10.44、8.65、6.363、5.规律的设计方法如下。

　　3.1中小油门开度下双参数经济性换档规律经济性换档规律的确定方法采用的是油门法。

　　其思路是：首先确定高档+1）某油门开度i下的加速度曲线％+1），并在加速度图上找到它与低档各油门开度曲线的交点，通过这些交点反求出对应高档和低档在相应油门开度下油耗曲线的交点，BP可确定此油门开度下的换档点，如所示。

　　给定道路阻力，画相邻档位不同油门加速度cka与车速t；a曲线图取高档下的某一个油门开度ai（+n，得到其与低档各油门开度曲线的交点，从动态油耗图中找出在高档下所对应的动态油耗曲线A4.绘制各交点在低档相应油门开度下所对应的动态油耗曲线SB.曲线A4与的交点对应的车速为，当时燃油消耗量+，当L>时> +，所以为换档点对应的车速交点C返回到牝/d卜图上，对应点为C，C'点对应的车辆加速度cba/dt为换档点的加速度。

　　依次改变高档油门开度a，（，+u和道路阻力，即可求出所有换档点。

　　3.2大油门开度下双参数动力性换档规律大油门开度时驾驶员需要获得较好的动力性能，换档点的确定通常是根据车辆的牵引特性来设计，如所示，即取各油门开度下相邻两档牵引力曲线的交点作为换档点。只要已知发动机的扭矩特性和传动系的传动比等，就可获得此种动力型换档规律。为了保证汽车获得最大的动力性，在大油门开度下，通过这种方法所取得的换档点对应的发动机转速有可能在最大功率点转速之后，但是由于考虑到发动机的转速过高会使发动机的摩擦阻力增加，运转噪音大，故换档点如果超过了最大功率点，一般也要选在最大功率所对应的转速处。

　　车辆的牵引力可通过下式计算：车速〃与发动机转速的关系式为以上，为发动机扭矩；ig为变速器速比；L为后桥速比；T7为传动效率；r为车轮半径。

　　坡度较大的路段可能会出现换档循环，为平路换档策略与山区换档策略的对比结果，从曲线中可以看出，平路面的换档控制方法在山区出现了明显的换档循环，而山区的换档策略则有效地解决了换档循环的问题。

　　全袖门牵扯引特性综合前面介绍的动力型和燃油经济型换档规律的设计方法，按照中小油门开度下采用经济性换档、大油门开度T采用动力性换档的设计准则，同时依据原车道路试验结果分析中所确定的换档控制方法，制定了东风EQ4195机械式自动变速系统的综合换档规律。如所示，实线代表升档曲线，虚线代表降档曲线。

　　4试验研究为了验证所提出的换档控制方法及换档规律的可行性和有效性，在EQ4195AMT样车上主要进行了山区换档控制方法和平路换档控制方法的对比试验，以及与手动档样车的燃油经济性对比试验。

　　从理论分析可知，山区坡路对换档策略的影响主要体现在低档区域，于各档之间阶，比较大u.同的T况进行油耗试验的统计对比结果，可以看出机械式自动变速车型在不同行驶丁。况的燃油经济性均好于原手动档车型。

　　表3燃油经济性对比lyiOOkm车型高速公路山区公路手动车型AMT车型5结论自动变速控制系统能够根据给定的换档策略和行驶工况适时的进行换档操作，达到了预期的控制效果。多档变速器AMT综合换档策略的研究，对载货汽车实现变速操纵的自动化具有重要意义。