电控机械式自动变速器换档品质的研究

　　电控机械式自动变速器换档品质的研究陈永东，钟绍华（武汉理工大学汽车工程学院，武汉430070）因素，提出了一些改善AMT换档品质的方法。

　　生，主要从事汽车CAD/CAE的研究。

　　0刖言电控机械式自动变速器（AMT）具有传动效率高、结构紧凑及工作可靠等优点。人们一直希望AMT换档过程平稳、无冲击地进行。然而，AMT是非动力换档，在换档过程中要通过离合器的分离切断动力进行换档，没有液力自动变速器在起步和换档时能够通过液力变矩器缓和振动与冲击的优越条件。因此，换档过程中将产生不同程度的冲击，冲击严重时将大大增加传动系统的动载荷，降低换档平顺性，给乘客带来不适。

　　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档质量。提高换档品质是AMT发展过程中的一项关键技术。现代自动变速器只有在大大提高换档平顺性和使用寿命以后，才能被广泛采用。因此，研究AMT换档过程，了解各因素对换档过程的影响，改善AMT换档品质具有重要的意义。

　　1换档品质1.1定义所谓换档品质是指在保证汽车动力性与动力传动系统寿命的前提下，车辆能够迅速而且平稳地换档的程度，集中体现为舒适性。

　　对于AMT而言，耐久性主要反映动力传动系统各部件的寿命应满足使用的要求；动力性主要指换档过程中的动力中断时间要尽可能少，以减少不必要的动力浪费，提高车辆的动力性和运输效率；而舒适性主要从乘员的感觉来考虑，要求在换档过程中无换档冲击，无发动机的异常噪声，使乘员无不适的感觉，甚至无换档的感觉。

　　1.2评价指标人们总是希望换档过程平稳而无冲击地进行，但是由于动力传动系是一个多转动惯量系统，而且换档也并非瞬时能够完成，所以对于AMT这种有级变速器，在换档过程中总会存在着不同程度的冲击。

　　对换档过程的要求是：车速变化平顺，不出现过高的瞬时加速度或减速度，使乘客无不舒服感，并降低动力传动系统零部件中的动载荷。其控制品质的好坏直接影响到AMT的性能。换档品质评价指标很多，也很复杂。

　　从简单、实用、有效等方面考虑，可以采用换档时间、冲击度和滑摩功三项指标来评价换档品质。

　　1.2.1换档时间tk换档时间是指从控制器发出换档指令开始到换入新档后，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，即从离合器开始分离到离合器再次接合为止所经历的时间。它包括分离离合器的时间，摘档时间，选档时间，同步、挂档时间，再接合离合器的时间。

　　该指标是AMT换档品质的技术经济指标，因AMT换档为非动力性换档，所以换档时间tk引起的功率中断造成车辆速度下降，直接影响汽车的动力性，上坡或超车时还会影响安全性。好的换档品质要求在平顺换档的基础上换档时间应尽量短。

　　1.2.2冲击度j评价换档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：纵向加速度，v为车辆行驶速度，Rt为驱动轮滚动半径，io为主减速比，ig为变速箱传动比，Tc为离合器摩擦力矩，换档平顺性用冲击度来衡量。

　　该参数不仅可真实地反映人对舒适度的真实感受，而且可以把道路条件以及驾驶员的非换档因素的操作影响排除在外，真实地反映换档过程中汽车传动系动载荷变化以及汽车的运动状态。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。由式（1）可知，要满足冲击度指标，关键是控制离合器在滑摩阶段所传递的扭矩平稳变化。

　　1.2.3离合器的滑摩功Lc离合器的滑摩功Lc是评价换档过程中影响离合器使用寿命的指标。它主要发生在离合器再次接合阶段，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：中有多少机械能转换成温升和磨损；to为离合器接合过程中开始传递扭矩的时刻；t1为离合器主从动摩擦盘从滑摩进入同步的时刻；Tc为离合器主从动摩擦盘间传递的摩擦力矩；叫为离合器主动盘角速度，即发动机转速；叫为离合器从动盘角速度。

　　2换档过程分析AMT系统可根据驾驶员的意图（节气门开度）和车辆的运动状态（发动机转速、输入轴转速、车速、档位等），依据换档规律、离合器接合规律，借助于相应的执行机构（选换档执行机构、离合器执行机构、油门执行机构），对发动机、离合器、变速器进行自动操纵。电控机械式自动变速控制系统组成如所示。

　　电控机械式自动变速控制系统AMT换档过程控制复杂，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档，同时还要考虑离合器的滑摩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。换档过程分为以下五个阶段：2.1换档前以原速行驶发动机与传动系刚性连接，车辆处于原先档位，离合器、同步器都处于接合状态，变速器按该档的传动比ig1传递扭矩。

　　2.2离合器分离，中断动力AMT的换档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。换档时，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汤和车辆冲击。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，不利于后期挂档后离合器主从动部分的同步，使同步时间加长。

　　2.3选空档在离合器的断开使发动机和传动系分离之后，通过控制选换档执行机构使变速器从原档位摘除，并选到对应新档位的空档（当所换两档处于同一选档槽位，可以没有选档操作）。由于动力已经中断，变速器从原档位选换到空档很容易完成。这1阶段击度增大造成乘客前冲后仰地颠簸。ialEleeiePublisht器等所用时间完全由选换档执行机构的设计参数决定。

　　2.4挂新档在挂入新档（传动比为ig2）时，由于变速器主从动齿轮间存在转速差，所以要控制转速差降低到一定程度才f旨挂入新档。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。

　　此过程中变速器输入轴转速逐渐由。

　　3换档品质的影响因素换档过程中，离合器/制动器的摩擦转矩与接合或分离的程度有关。离合器/制动器中摩擦转矩的变化，会引起车辆的换档冲击。影响换档品质的主要因素有以下几个方面：3.1换档执行机构动作的定时理论上，要求一个接合元件的分离与另一个接合元件的接合应同时发生，才能实现动力无中断或冲击。但是实际上，两者不是重叠过多，就是动力间断。前者会出现/双锁止“现象，引起传动系大的动载，同时使摩擦元件因过量重叠而严重磨损。后者会使发动机趋于/飞车‘，且造成力矩急剧变化，使冲3.2惯性能量换档过程中，惯性能量会引起传动系冲击。在换档过程中，车速基本保持不变。由于速比的变化，发动机的转速发生急速变化，从发动机到变速器之间的全部旋转零件都将有很大的惯性能量释放出来，这种惯性能量将转换成巨大的扭矩扰动传递给车辆，引起巨大的换档冲击。

　　3.3执行机构摩擦转矩换档过程中摩擦元件的摩擦力矩发生剧变，在离合器或制动器的接合过程中，由于摩擦系数发生剧变以及系统油压出现波动，会在传动系统中引起较大的冲击。

　　由于上述因素，换档过程中不可避免地要发生一定程度的冲击，表现为变矩器输出轴转矩的扰动。

　　正确分析换档过程中冲击产生的原因是提高换档品质的基础。

　　4改善换档品质的方法换档品质的改善是一个系统工程，它要求发动机、离合器、变速器三者之间进行协调工作。改善变速器换档平顺性，从冲击产生的起因看，大致有三种途径：4.1从执行机构进行品质控制利用缓冲控制保证执行机构的平稳接合。

　　定时控制摩擦元件的交替过程。

　　控制接合元件的最大油压值和充油时间。接合元件的最大油压值和充油时间遵循如下规律：增大接合元件的最大油压值，车辆动力性略有增加，车辆在换档时产生的最大加速度值增大，冲击增大，由于换档滑摩时间减少，接合元件的最大瞬时滑摩功率增大而滑摩功则减少。增大接合元件的充油时间，使车辆达到稳定车速的时间增加，车辆动力性降低，换档时产生的最大加速度值减少，冲击降低，但换档时间增加，增大了接合元件的滑摩功。

　　自由轮代替摩擦元件。可利用其对转矩方向的灵敏反应来限制反方向负转矩的产生，同时自动适时地发出正转矩，这就保证了换档瞬时既不会发生功率中断，也不会出现“双锁止”现象，转矩扰动减至最小，换档速度和平顺性都比液压同步措施更为理想，但为保证摩擦元件接合平稳，仍需在充油路上有缓冲措施。但无论是升档还是降档，只有低档接合元件的类型可以是自由轮，而高档接合元件的类型不能是自由轮。

　　采用分阶段作用液压缸，开始由小液压施加执行力，随后由大活塞作用增加执行力，或采用双离采用闭锁的液力变矩器，在换档时解锁为液力工况，可有效改善换档过程的品质。现代变矩器闭锁控制技术是提高传动效率的有效途径。由于闭锁离合器接合后，直接传动的变矩器丧失了/软连接‘的作用，无法有效地隔绝发动机引起的振动和噪声，从而导致传动系统工作平稳性下降，为此，出现了变矩器闭锁离合器的打滑控制。通过闭锁离合器的滑动控制变矩器既能缓和传动系统的冲击，又能提高车辆的燃油经济性。

　　4.2从动力源进行控制由前面分析可知，换档过程中，冲击主要发生在惯性相，在换档过渡过程中，通过减小油门、点火滞后或停止向部分气缸供油等方法，反馈控制发动机，自适应地降低转矩，从而可控制自动变速器的输入转矩和输出转矩，并可将输入转矩与输出转矩控制在最佳值以实现平稳换档。

　　4.3利用电子换档控制系统进行控制由于液压系统本身的控制性能限制，不能精确反映复杂的换档情况，即不同的发动机转速，外界阻力和油门开度的大小变化，不同的档位转换，各换档离合器情况的差异等等。这些因素使得液压控制系统不能实现理想的换档规律和换档品质的控制。电子换档控制系统通过微机控制，可以反映各种因素对换档过程的影响，实现精确的换档控制。电子控制的变速器在换档时，只结合一个接合元件，同时脱开一个接合元件而实现换档，合理地设计这两个接合元件的换档搭接，能有效地改善自动变速器的换档性能。

　　5结束语换档品质的研究是自动变速器研究的一个重要课题。国内外对AMT的研究逐年升温，AMT的市场潜力很大，但AMT只有提高了换档品质才能在市场上形成竞争力，所以对AMT换档品质进行研究是其走向市场的首要任务。良好的换档品质是现代汽车自动变速器控制水平最直接的体现，为了使电控机械式自动变速器获得最佳的换档效果，必须对各种影响换档品质的因素做更深入的研究，并在变速器传动结构和控制系统设计中加以充分考虑，恰当地处理诸多要素之间的综合影响，才能得到良好的设计结果。