高　敬

[摘要]目前汽車發(fā)展技術(shù)飛速,裝配自動(dòng)變速器能夠使得汽車自動(dòng)換擋,主要分析電控機(jī)械式變速器系統(tǒng)基本技術(shù),在此基礎(chǔ)上分析目前電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)需要完善問題,并闡述機(jī)械式汽車換擋智能控制技術(shù)相關(guān)問題。

[關(guān)鍵詞]電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT控制

中圖分類號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0710113-01

換擋控制作為電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automatic Mechanical Trans

mission,AMT)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù),直接影響汽車的整車品質(zhì),因此關(guān)于換擋控制的研究與開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)的意義。

一、電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)原理

電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)是在原有固定軸式齒輪變速箱和干式離合器的基礎(chǔ)上,應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)變速理論,以電子控制單元(ECU,Electr

ical Control Unit)為核心,通過液壓或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制離合器的分離和接合、選換擋操作以及發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的調(diào)節(jié),來實(shí)現(xiàn)車輛起步、換擋操縱控制的自動(dòng)化。

根據(jù)駕駛員的意圖(油門踏板、制動(dòng)踏板、選擇器開關(guān)等)和車輛的運(yùn)行狀態(tài)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、檔位),通過設(shè)定的規(guī)律(換擋規(guī)律、離合器接合規(guī)律等),借助于相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器分離和接合執(zhí)行機(jī)構(gòu)),對(duì)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器)進(jìn)行聯(lián)合操縱。

AMT系統(tǒng)由下列四部分組成:(1)被控對(duì)象:包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器。(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu):包括電機(jī)、電磁閥(普通電磁閥和高速電磁閥),液壓缸(離合器作動(dòng)缸和選、換擋油缸)等。(3)傳感器:包括速度傳感器(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器)、油門開度傳感器、檔位傳感器等。(4)電子控制單元(ECU):包括CPU、RAM、I/O接口等。

AMT的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置組成。選、換擋和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電-氣式、全電式及電-液式三種,由于氣體體積的可壓縮性,采用氣動(dòng)方案會(huì)導(dǎo)致?lián)Q擋速度變慢,但如果車輛原有氣壓系統(tǒng),則采用電-氣式可以不用增加能源、調(diào)壓與蓄能器等設(shè)備,使成本降低;全電式在價(jià)格和質(zhì)量上有優(yōu)勢(shì),但調(diào)整困難,不太適合大量生產(chǎn),目前使用最多的仍是電控-液壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu),它不僅可用于高扭矩范圍,有最快的換擋速度,而且與其它液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)最佳配合。

二、目前電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)需完善的問題

(一)可靠性問題?？煽啃詥栴}是車輛自動(dòng)化裝置最重要的問題之一。AMT的可靠性問題包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性和電控系統(tǒng)軟硬件可靠性兩方面的問題?？煽啃詥栴}的解決是AMT走向商品化的重要前提條件。

(二)換擋品質(zhì)問題。AMT在切斷動(dòng)力換擋時(shí),不像液力變矩器在起步、換擋過程中能緩和振動(dòng)與沖擊。目前在實(shí)際工作中出現(xiàn)的換擋品質(zhì)問題主要表現(xiàn)在傳動(dòng)比變化大、同步前變速器主、從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速差大,同步時(shí)間長(zhǎng)或產(chǎn)生同步?jīng)_擊;同步后相應(yīng)的離合器主、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差也較大,從而增加了滑摩時(shí)間或造成換擋沖擊。這對(duì)解決好換擋時(shí)序、離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制問題提出了要求。

(三)執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。AMT的自動(dòng)操縱是由液壓或電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)完成的。它包括選換擋執(zhí)行系統(tǒng)和離合器執(zhí)行系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的好壞直接影響起步、換擋控制品質(zhì)和系統(tǒng)工作的可靠性。影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的因素很多,其中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)一經(jīng)設(shè)計(jì)選定將是固定不變的,所以根據(jù)系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和使用要求對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)是AMT產(chǎn)品化過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(四)起步控制技術(shù)問題。離合器的接合控制是起步控制中的難點(diǎn)與關(guān)鍵。近年來,開環(huán)控制、閉環(huán)PID控制、模糊控制等控制策略先后被引入到離合器接合控制,豐富了自動(dòng)變速控制理論,同時(shí)也取得一定的效果。此外,道路狀況對(duì)車輛起步也有很大影響,當(dāng)AMT車輛在坡道起步時(shí),為了能可靠起步,需配以坡道起步輔助裝置及相應(yīng)控制規(guī)律才能完成坡道起步。要滿足起步工況的工作要求,即平穩(wěn)、滑磨功小又與駕駛員的操縱意圖協(xié)調(diào)等,必須進(jìn)一步研究提高起步性能的理論和技術(shù),如自適應(yīng)控制以提高AMT對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性;預(yù)測(cè)控制對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)控制指令的滯后時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)補(bǔ)償,以提高控制精度和系統(tǒng)的反應(yīng)速度等。

三、電控機(jī)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)的展望

隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對(duì)車輛性能要求的不斷提高,將可能在以下幾個(gè)方面對(duì)AMT技術(shù)產(chǎn)生較大影響。1.整車協(xié)調(diào)智能控制。由于車輛行駛工況與控制的復(fù)雜性,將電子技術(shù)引入汽車,用電腦代替人腦來精確判斷車輛及路面狀況,用電控系統(tǒng)取代繁雜的機(jī)械控制元件已成為現(xiàn)代汽車研究發(fā)展的目標(biāo)之一。汽車工作環(huán)境惡劣而且多變,要確保電子控制系統(tǒng)能在氣候、機(jī)械、電性能等各種條件下能可靠工作,對(duì)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。作為整個(gè)電控系統(tǒng)核心的微機(jī)控制技術(shù)的研究和實(shí)踐也不斷深入。2.多路通信技術(shù)。在車載各ECU間使用的多路通信稱為CAN(Controller Area Network)總線,它是德國(guó)Bosch公司在80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它通過在每個(gè)ECU上設(shè)置CAN控制器,使用串行通路母線發(fā)送和接收數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)各控制系統(tǒng)中使用的傳感器信號(hào)和車輛狀態(tài)信息共享以及綜合診斷,預(yù)計(jì)在推進(jìn)各控制系統(tǒng)的高性能化、協(xié)調(diào)化方面將不斷發(fā)揮巨大作用。3.傳感器技術(shù)。傳感器是汽車電子化、智能化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。車輛電子控制系統(tǒng)為了得到控制需要的物理量和化學(xué)量信息,需要各種各樣的傳感器。此外,人們還引入了各種最新的監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)以改善自動(dòng)變速器的性能,使檔位決策及換擋控制對(duì)路面環(huán)境、使用者特點(diǎn)、使用者意圖具有適應(yīng)性。AMT在離合器控制和檔位決策方面采用模糊邏輯、模仿熟練駕駛員駕駛車輛中的相應(yīng)操縱以改善起步、換擋、離合器接合控制特性和檔位選擇的適應(yīng)性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也被引入AMT的檔位決策和控制中。通過全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositionSystem)獲取更多路面特征信息以提高AMT對(duì)路面的適應(yīng)性。所有這些都將大大提高AMT的智能化水平。

四、自動(dòng)變速汽車換擋智能控制的意義

在汽車行駛過程中,換擋是較為頻繁的動(dòng)作,傳統(tǒng)的手動(dòng)換擋,駕駛員容易疲勞和精神松弛,AMT的自動(dòng)變速系統(tǒng)使駕駛員可根據(jù)行駛狀況通過控制加速踏板使AMT自動(dòng)換入所期望的合理的檔位工作。要實(shí)現(xiàn)這種控制同時(shí)又保證換擋品質(zhì),提高車輛性能,有必要對(duì)自動(dòng)換擋實(shí)行智能控制,模擬人腦,根據(jù)駕駛員意圖(通過加速踏板,剎車踏板等),行駛工況等自動(dòng)做出準(zhǔn)確判斷,換入合適檔位。采用模糊神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)自動(dòng)換擋進(jìn)行智能控制,使AMT能夠根據(jù)駕駛員的意圖,行車工況等信息實(shí)現(xiàn)最佳動(dòng)力性或經(jīng)濟(jì)性換擋,同時(shí)也保證換擋的平順性,是換擋控制策略的有效嘗試。

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