李小龍，李守成，馬 濤，李占江

（1.南京理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；2.南京越博汽車電子有限公司，江蘇 南京 210039）

0 引言

電控機械式自動變速器（AMT）是在傳統(tǒng)手動機械式變速器基礎(chǔ)上加裝電控執(zhí)行機構(gòu)和操縱系統(tǒng)組成的，其核心是電子控制單元（ECU），通過液壓、氣壓或電機控制離合器和選換檔執(zhí)行機構(gòu)的動作來實現(xiàn)汽車換檔過程和起步的自動操作。AMT具有液力機械式自動變速器（AT）自動變速的優(yōu)點，又繼承了傳統(tǒng)機械式變速器的傳動效率高、成本低的長處，符合汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求［1，2］。目前，針對AMT的研究主要集中在換檔策略分析、換檔規(guī)律制定等方面，而在執(zhí)行機構(gòu)的控制策略方面研究較少［3］。本文通過分析AMT執(zhí)行機構(gòu)特點及AMT換檔過程，制定了AMT摘檔過程及掛檔同步過程的控制策略，并在 MATLAB／Simulink軟件中建立了控制策略模型，最后在實驗車上驗證了控制策略的可行性。

1 全電AMT選換檔執(zhí)行機構(gòu)

全電AMT正交式選換檔執(zhí)行機構(gòu)如圖1所示，選換檔執(zhí)行機構(gòu)采用兩個電機分別進行選檔和換檔操作，該執(zhí)行機構(gòu)由換檔電機、選檔電機、選檔軸、換檔軸、選檔撥頭、換檔撥頭、選檔位置傳感器、換檔位置傳感器、殼體（圖中未顯示）等組成。

選換檔執(zhí)行機構(gòu)的工作原理為：采用滾珠絲杠作為選檔軸，將選檔電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)檫x檔撥頭的直線運動，進而帶動換檔撥頭運動至目標檔位槽中的空檔位置，完成選檔動作；換檔軸和撥頭之間通過方軸、方孔連接，滾珠絲杠將換檔電機的旋轉(zhuǎn)動作轉(zhuǎn)換為往復(fù)運動，通過套筒推動方軸進行旋轉(zhuǎn)，進而帶動方孔上的換檔撥頭旋轉(zhuǎn)，推動同步器完成摘檔及掛檔動作。

2 AMT換檔過程分析

AMT換檔過程控制包括兩個方面：①由于換檔過程具有較為嚴格的時序關(guān)系，故需要進行邏輯控制；②需要通過協(xié)調(diào)控制發(fā)動機和變速箱等一系列操作對換檔性能進行控制［4］。

圖1 全電AMT選換檔執(zhí)行機構(gòu)

AMT換檔過程的時序是：在接到換檔指令后，首先由TCU發(fā)送指令給ECU，控制發(fā)動機扭矩降低，待降到一定程度后，離合器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行分離離合器的動作，當離合器完全分開后，換檔電機執(zhí)行摘檔動作，確認換檔撥頭回空檔后，選檔電機執(zhí)行選檔動作（若當前檔位跟目標檔位在同一個選檔位置，選檔操作可省略），確認換檔撥頭到達目標檔位選檔位置后，換檔電機執(zhí)行掛檔動作，掛檔動作又可分為3步，第一步是從空檔位置到目標檔位同步起始點，第二步是同步器同步過程，第三步是鎖止過程，確認換檔到位后，離合器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行結(jié)合離合器的動作，確認離合器完全結(jié)合后，換檔過程結(jié)束，車輛以新檔位行駛。

3 掛檔時同步過程控制策略

由于變速器相臨兩檔位傳動比的不同，且檔位越低，傳動比差值越大，因此在掛檔時同步器兩端轉(zhuǎn)速的差值不同，所以，同步器在同步時所需要的同步力也不盡相同。為了完成快速換檔，同時達到減小同步器磨損的目的，在同步器的同步過程中需要控制同步力的變化。當換檔位置到達同步起始點后，進入同步器同步階段，換檔電機進入同步力控制模式，在同步開始時，換檔電機的占空比較小，稱為同步起始力；同步過程中不斷增大電機的占空比，同步驅(qū)動力逐漸增大，而增大的占空比的比率稱為同步累加力；當同步力增大到一定程度后便不再增大，以恒定的驅(qū)動力完成同步過程，同步過程最后階段這個最大的力稱為同步最大力。

4 同步器控制策略建模

同步器同步階段，換檔控制程序根據(jù)目標檔位、變速器油溫、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等參數(shù)給出換檔電機的同步起始力、同步累加力、同步最大力（這里的力實際指的是換檔電機的占空比）。當同步器同步開始時，換檔電機以同步起始力驅(qū)動（此時占空比較?。?，在同步起始力的基礎(chǔ)上以累加力不斷增大電機的占空比，直到同步最大力為止；在換檔電機從小到大的驅(qū)動力作用下，同步器慢慢完成同步過程，當傳感器檢測到同步器兩端轉(zhuǎn)速相同時，同步過程結(jié)束。同步過程中同步力控制模型如圖2所示。

圖2 同步過程中同步力控制模型

5 控制策略實車驗證

在 MATLAB／Simulink中建好模型后，應(yīng)用Real－Time Workshop代碼自動生成工具編譯成ANSIC語言代碼，在飛思卡爾Code Warrior軟件中編譯、連接、下載至TCU控制器中，TCU如圖3所示。應(yīng)用CANape軟件及CCP協(xié)議建立TCU的數(shù)據(jù)監(jiān)測及標定系統(tǒng)，在CANape環(huán)境實時監(jiān)測TCU內(nèi)變量隨時間變化的曲線。實驗樣車及使用的CANape工具如圖4所示。經(jīng)過實車驗證，并標定換檔過程控制參數(shù)后同步器同步過程曲線如圖5所示。

圖3 AMT控制單元TCU

圖4 實驗樣車及CANape工具

6 結(jié)論

電控機械式自動變速器為達到甚至超過傳統(tǒng)手動式變速器的換檔品質(zhì)，需要制定合理的控制策略，并且需要標定換檔過程中的控制參數(shù)。本文結(jié)合機械式自動變速器的特點，制定了換檔過程中同步器的控制策略，并在實驗車上進行了驗證。

通過在搭載AMT的實車上進行驗證，結(jié)果表明本文制定的控制策略可以很好地滿足汽車行駛過程中摘檔和掛檔的操作。

圖5 同步器同步過程曲線

［1］ 原果田.DC12J180AMT自動變速器產(chǎn)業(yè)化研發(fā)［J］.機械工程與自動化，2011（6）：76－78.

［2］ 葛安林.自動變速器（六）—電控機械式自動變速器［J］.汽車技術(shù)，2001（10）：1－4.

［3］ 萬國強，黃英，張付軍，等.液力自動變速器換檔過程標定方法研究［J］.兵工學(xué)報，2012，33（2）：142－148.

［4］ Hojo Y，Iwatsuki K，Oba H，et al.Toyota five－speed automatic transmission with application of modern control theory［J］.SAE Paper 920610.