趙振和，朱 勇，邢紅巖，張紅星，秦 凱

Zhao Zhenhe, Zhu Yong, Xing Hongyan, Zhang Hongxing, Qin Kai

（東風(fēng)商用車有限公司技術(shù)中心，湖北武漢 430056 )

0 引 言

隨著汽車電子電控技術(shù)的快速發(fā)展，采用高新技術(shù)的車型日益增多。對(duì)于汽車 3大動(dòng)力總成之一的變速器來說，雖然手動(dòng)變速器依然能夠滿足汽車行駛的要求，但卻已經(jīng)無法滿足用戶對(duì)于更先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品的需求。所以以自動(dòng)換擋為特征的變速器，是汽車動(dòng)力總成升級(jí)換代的研發(fā)重點(diǎn)【1】。目前自動(dòng)變速器主要分為 3類：液力自動(dòng)變速器AT、無極變速器 CVT和電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT。AT與CVT受到自身承載能力的限制，一般適用于小型汽車。對(duì)于商用汽車（大型客車、中重型卡車）而言，針對(duì)其載重量大、行駛工況復(fù)雜的特點(diǎn)，大多選用AMT。

由于我國AMT產(chǎn)品研發(fā)起步較晚，對(duì)AMT系統(tǒng)的認(rèn)知有限，雖然有多個(gè)國內(nèi)廠家推出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的AMT變速器，但是其產(chǎn)品性能與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比差距還很大。

通過分析AMT起步過程及影響AMT起步控制的邊界條件，提出并定義了影響AMT起步性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

1 AMT起步過程分析

車輛起步是一個(gè)靠離合器滑磨將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力平穩(wěn)傳遞到車輪，以克服路面阻力，實(shí)現(xiàn)車輛由靜止到運(yùn)動(dòng)的過渡過程【2】。

AMT車輛開始起步時(shí)，由于離合器尚未接合，從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速為零，而主動(dòng)盤與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同，主、從動(dòng)盤之間的轉(zhuǎn)速差很大，所以在離合器接合時(shí)必定帶來車輛的沖擊和離合器的磨損。要使AMT車輛具有良好的起步品質(zhì)，必須根據(jù)行駛工況及駕駛員的駕駛意圖，按照一定控制策略控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、離合器接合速度和接合量，以保證在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器接合過程的協(xié)調(diào)控制，使車輛平穩(wěn)起步。起步控制是對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)綜合控制的過程，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各部分的協(xié)調(diào)配合是保證起步品質(zhì)的關(guān)鍵條件。

根據(jù)離合器的工作狀態(tài)，把AMT車輛的起步過程分為3個(gè)階段。

第一階段：自由行程階段。自由行程階段是用來減小主、從動(dòng)盤之間的間隙，在此階段離合器主、從動(dòng)盤之間不傳遞轉(zhuǎn)矩，自由行程階段的離合器接合速度與駕駛員的意愿關(guān)系較大。此過程中發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力無法傳遞到車輪，車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)。

第二階段：離合器主、從動(dòng)盤逐漸接合的滑磨階段。離合器在消除主、從動(dòng)盤之間的自由行程間隙后，主、從動(dòng)盤開始接觸。此階段由于離合器壓盤的壓緊力不足，主、從動(dòng)盤之間存在轉(zhuǎn)速差，所以會(huì)產(chǎn)生摩擦和沖擊。在這個(gè)過程中，隨著離合器壓盤壓緊力的不斷增如，離合器傳遞給車輪的轉(zhuǎn)矩逐漸可以克服起步阻力，車輛完成從靜止到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過渡，車輛有了運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

第三階段：離合器主、從動(dòng)盤同步階段。此階段離合器壓盤的壓緊力已足夠大，使得主動(dòng)盤可以將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩完全傳遞給從動(dòng)盤，繼而傳遞給車輛驅(qū)動(dòng)輪。此階段主、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速達(dá)到一致，完成車輛起步。

2 AMT起步過程邊界條件

在AMT起步過程中，離合器接合位置的大小和接合速度的快慢都對(duì)起步品質(zhì)有著決定性的影響。離合器的接合位置和接合速度的選擇不是隨意的，要受到當(dāng)前時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的限制。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性，在一定的轉(zhuǎn)速、一定的油門開度和確定的動(dòng)態(tài)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)每一時(shí)刻能夠發(fā)出的轉(zhuǎn)矩都是一個(gè)確定值。此刻如果離合器接合深度過大，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載力矩大于發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出的力矩，反拖發(fā)動(dòng)機(jī)使其轉(zhuǎn)速下降；如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)仍然出現(xiàn)這樣的情況，就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。離合器的接合速度對(duì)起步?jīng)_擊影響很大。如果離合器接合速度過快會(huì)造成起步?jīng)_擊大，舒適性差；如果離合器按合速度過慢，則會(huì)加劇離合器磨損，影響離合器使用壽命。這種控制結(jié)果在AMT控制中是不能接受的。AMT起步控制的邊界條件就是要避免發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過分下降甚至熄火情況的發(fā)生，且要保證車輛平穩(wěn)起步。

3 AMT起步品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

在分析 AMT起步過程及影響起步過程邊界條件的基礎(chǔ)上，可以確定影響AMT起步品質(zhì)的因素，將這些影響因素通過工程語言表述出來，形成AMT起步品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]。

3.1 起步響應(yīng)

起步響應(yīng)是指從駕駛員踩下加速踏板開始，到車輛運(yùn)動(dòng)到某個(gè)狀態(tài)的過程（文中是指車輛縱向加速度達(dá)到 1m/s2時(shí)），這個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)參數(shù)為時(shí)間t，見圖1。對(duì)于AMT起步響應(yīng)來說，如何辨別駕駛員駕駛意圖是控制策略中關(guān)鍵的一環(huán)。優(yōu)秀的 AMT產(chǎn)品應(yīng)該能夠根據(jù)駕駛員踩下加速踏板的位置和速度，給出不同的起步響應(yīng)速度。

3.2 起步初始沖擊度

起步初始沖擊度是指車輛從靜止過渡到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過程中，縱向加速度的變化率，見圖2。

選擇沖擊度作為起步品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，容易與人體的感覺同步，從而真實(shí)地反映起步品質(zhì)。

3.3 離合器接合平穩(wěn)性

離合器接合平穩(wěn)性是指從離合器開始接合（第二階段）到完全按合（第三階段）的過程中，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)造成的沖擊。用這個(gè)過程中車輛縱向加速度的均方根值來表示離合器接合的平穩(wěn)性，見圖3。

3.4 離合器接合沖擊和沖擊度

離合器接合沖擊和接合沖擊度是評(píng)價(jià)起步品質(zhì)最重要的 2個(gè)指標(biāo)。離合器接合沖擊是指在離合器完全接合點(diǎn)位置，車輛縱向加速度變化值，離合器接合沖擊度是指加速度變化率，見圖4。對(duì)于AMT變速箱來說，駕駛員對(duì)這2個(gè)指標(biāo)敏感度最高。車輛起步過程中離合器接合的第二階段，隨著壓盤壓緊力的增加，主動(dòng)盤傳遞給從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)矩不斷增加，則傳遞給驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力也不斷增大，車輛縱向加速度也不斷增大；當(dāng)離合器完全接合時(shí)，離合器主、從動(dòng)盤傳遞的轉(zhuǎn)矩相同，此時(shí)如果發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出控制策略與離合器配合不好，就會(huì)出現(xiàn)縱向加速度減小，給車輛帶來沖擊。

3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降是指在起步過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的差值，見圖5。在起步過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)某時(shí)刻的輸出轉(zhuǎn)矩為定值，此時(shí)如果離合器接合位置過大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載力矩遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出的轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降；如果轉(zhuǎn)速下降過大，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有熄火風(fēng)險(xiǎn)，所以離合器控制策略與發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略要統(tǒng)籌考慮，使兩者協(xié)同合作。

3.6 傳動(dòng)系聳動(dòng)

傳動(dòng)系聳動(dòng)是指在離合器完全結(jié)合后的起步過程中，車輛縱向加速度脈沖式的上升與下降程度，見圖6。這個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要用于考察此過程中發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出對(duì)起步平順性的影響。

4 AMT起步品質(zhì)的評(píng)價(jià)

近年來隨著國內(nèi)重型汽車技術(shù)的發(fā)展，自主AMT產(chǎn)品相繼投放市場(chǎng)，但由于起步晚，自主產(chǎn)品的品質(zhì)尚無法與國外優(yōu)秀AMT產(chǎn)品相媲美。在分析AMT起步品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)國外一款優(yōu)秀的重型AMT變速箱起步品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)（見表1），希望可以對(duì)自主產(chǎn)品的研發(fā)有所幫助。

表1 AMT起步品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

5 結(jié)束語

通過對(duì) AMT起步過程的分析及其邊界條件的界定，將起步響應(yīng)、起步初始沖擊度、離合器接合平穩(wěn)性、離合器接合沖擊、離合器接合沖擊度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、傳動(dòng)系聳動(dòng) 7個(gè)參數(shù)定義為AMT起步品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在定義了評(píng)價(jià)指標(biāo)以后，可以對(duì)開發(fā)的AMT產(chǎn)品的起步品質(zhì)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并可以有的放矢地對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的改善提出合理建議，這對(duì)于加快自主AMT產(chǎn)品的開發(fā)，提升產(chǎn)品質(zhì)量有積極的意義。

[1]黃建明.機(jī)械式自動(dòng)變速器的控制策略研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2004.

[2]何瑛.AMT車輛起步過程研究[J]機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011，（5）：184-186

[3]AVL DRIVE USER GUIDE.