李昕昕　王東興　茍踐

摘要：對商用車AMT變速器的掛擋執(zhí)行機構(gòu)進行了研究，特別對平行軸式直接掛擋機構(gòu)的過沖問題進行了詳細研究。為了減弱摘擋時的過沖現(xiàn)象，提出了一種新的摘擋控制策略，對其控制流程進行了詳細闡述。以某車型為例，驗證摘擋控制策略的可行性。研究表明，此摘擋控制策略的應(yīng)用可以明顯減弱摘擋過沖現(xiàn)象，提高換擋舒適性和行車安全性。

關(guān)鍵詞：AMT；平行軸式直接掛擋機構(gòu)；過沖問題；實車驗證

AMT（Automatic Mechanical Transmission）變速器在國內(nèi)商用車領(lǐng)域已推廣應(yīng)用多年，目前對AMT掛擋執(zhí)行機構(gòu)的研究也越來越細致深入。AMT掛擋執(zhí)行機構(gòu)的作用是代替手動變速器操縱機構(gòu)完成掛擋和摘擋工作。根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動方式的不同，可以分為氣動、電動、液動等形式[1]。目前市場常見的中重型AMT基本上使用的都是氣動執(zhí)行機構(gòu)，輕型AMT有電動和液動等不同形式。

掛擋執(zhí)行機構(gòu)的質(zhì)量對于AMT掛擋性能和品質(zhì)至關(guān)重要。執(zhí)行機構(gòu)是一個精密的電控元器件，包括了電磁閥、傳感器、氣缸和內(nèi)部氣道等關(guān)鍵部件。部分集成式執(zhí)行機構(gòu)還包括PCB板、加速度傳感器及集成線路等核心部件。讓這些部件緊密配合，實現(xiàn)快速穩(wěn)定的掛擋和摘擋功能，需要執(zhí)行機構(gòu)本身硬件和應(yīng)用層軟件的緊密配合才能完成[2]。

掛擋執(zhí)行機構(gòu)

本文只討論主流的氣動掛擋執(zhí)行機構(gòu)。國內(nèi)AMT產(chǎn)品經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)形成了輕、中、重全扭矩段的覆蓋，也實現(xiàn)了從第一代模塊化向第二代集成化的轉(zhuǎn)變。

根據(jù)其掛擋形式，又可以分為XY結(jié)構(gòu)和YY結(jié)構(gòu)[3]，如圖1所示?？梢钥闯?，XY結(jié)構(gòu)具有選擋氣缸和掛擋氣缸，與手動擋操縱機構(gòu)類似，掛擋過程需要先動選擋軸再掛擋，掛擋過程清晰準(zhǔn)確。在很多變速器上得到了應(yīng)用，比如國內(nèi)第一代重型貨車AMT，很多廠家就是采用模塊化的XY執(zhí)行機構(gòu)，第二代重型貨車AMT雖然采用了先進的集成化布局，但執(zhí)行機構(gòu)依然是XY結(jié)構(gòu)。

YY執(zhí)行機構(gòu)，即平行軸式執(zhí)行機構(gòu)[4]，是近年流行起來的布置形式，因為AMT不需要完全像手動擋一樣先選擋再掛擋，而是采用幾排獨立的掛擋軸，靠位移傳感器由應(yīng)用層軟件來判斷其他軸是否處于空擋位置，省略選擋過程，直接進行掛擋。這樣做可以縮短換擋時間，盡可能地減少動力中斷時間。目前一些中輕型AMT上使用的就是YY結(jié)構(gòu)的模塊化執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)然，YY結(jié)構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)也可以做成集成式，外型與XY集成式類似，只是氣缸布置形式和內(nèi)部氣路會有所區(qū)別。

掛擋執(zhí)行機構(gòu)過沖問題研究

掛擋執(zhí)行機構(gòu)在回空擋或者換另外一個擋時，一般需要先回到空擋位置，再進行掛擋。在這個過程中，理想情況是每次回空擋時都回到正中間，不要回過了也不要回不到位。實際情況是，經(jīng)過機械優(yōu)化和彈簧硬度選配，一般情況下回空擋不到位的情況容易解決和避免，但回過了的情況時有發(fā)生，即通常所說的摘擋過沖問題。

過沖現(xiàn)象在XY結(jié)構(gòu)和YY結(jié)構(gòu)上都有可能發(fā)生。XY結(jié)構(gòu)因為中間有多個零件，零件間存在間隙，導(dǎo)致?lián)懿孑S的運動慣性小。YY結(jié)構(gòu)運動慣性大，更容易發(fā)生過沖現(xiàn)象。正常情況，空擋位置附近有一定范圍自有行程，在合理范圍（一般是±2mm）內(nèi)的過沖不用考慮，應(yīng)用層軟件也會把這統(tǒng)一看作是空擋。從實際使用情況來看，XY結(jié)構(gòu)很少發(fā)生因為過沖嚴(yán)重引起的換擋品質(zhì)問題，而YY結(jié)構(gòu)因為過沖發(fā)生了幾個典型問題。

以中輕型AMT所使用的平行軸式執(zhí)行機構(gòu)為例說明過沖帶來的換擋品質(zhì)問題。此執(zhí)行機構(gòu)的行程為-12～+12mm，負值說明撥叉軸縮回來，表示一個擋位；正值說明撥叉軸伸出去，表示另外一個擋位；0mm表示空擋位置。定義回空擋時，位移偏差大于3mm即為過沖問題，大于5mm為嚴(yán)重過沖問題。

問題1：回空擋憋熄火問題。駕駛?cè)送＼囍苿訒r，換擋手柄回空擋，車輛有向前沖的趨勢，把發(fā)動機憋熄火。造成此問題的原因是換擋手柄發(fā)出回空擋命令后，執(zhí)行機構(gòu)開始工作，撥叉軸回到了0mm，此時應(yīng)用層軟件判斷變速器已經(jīng)在空擋，會發(fā)出結(jié)合離合器的指令，離合器開始結(jié)合。但在此時發(fā)生了過沖現(xiàn)象，撥叉軸繼續(xù)向?qū)γ孢\動，造成了變速器實際不在空擋，而是齒輪嚙合了一部分的情況。駐車制動時，車輛會憋熄火，不駐車制動時車輛會向前沖，有很大的危險性。

問題2：換擋沖擊大問題。摘擋過程中，過沖現(xiàn)象嚴(yán)重時會發(fā)生齒輪撞擊的聲音，主觀感受明顯，用戶體驗差。此問題雖然不會導(dǎo)致駕駛安全性問題，但是時常發(fā)生會造成不好的駕駛體驗，駕駛舒適性明顯降低。

掛擋執(zhí)行機構(gòu)過沖問題解決方案

為了解決和減少過沖帶來的換擋品質(zhì)問題。機械設(shè)計和應(yīng)用層軟件上都需要做優(yōu)化。機械方面的優(yōu)化主要包括：

1）掛擋執(zhí)行機構(gòu)活塞結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少摘擋時間，降低過沖概率。

2）增加自鎖彈簧剛度，減少過沖概率。

3）空擋自鎖槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少過沖概率。

本文著重說明軟件方面的優(yōu)化。軟件現(xiàn)有回空擋策略是兩個電磁閥同時作用，為了減少過沖現(xiàn)象，將回空擋策略進行優(yōu)化，先打開對側(cè)電磁閥吹氣，起到緩沖作用，再同時打開兩個電磁閥，具體控制策略如圖2所示。

可以看出，當(dāng)TCU收到目標(biāo)擋位變化的信號后，開始進行擋位的判斷。策略1即為現(xiàn)有控制策略，只要判斷出擋位在+12mm或-12mm左右，需要進行摘擋，則發(fā)出同時打開閥1和閥2的指令并執(zhí)行回空擋操作。策略2為優(yōu)化后的控制策略，先進行擋位判斷，如果擋位在+12mm左右，撥叉軸處于伸出去狀態(tài)，回空擋時則先打開對側(cè)閥1，閥1先打開一段時間后再同時打開閥1和閥2，先打開閥1的時間不宜過長，可以根據(jù)實際情況進行標(biāo)定，否則會導(dǎo)致摘擋時間過長的問題。如果擋位在-12mm左右，判斷邏輯類似，只是先打開閥2，等待一段時間再同時打開兩個閥。

實車驗證

以某車型為例，說明優(yōu)化摘擋控制策略后的實車應(yīng)用情況。圖3和圖4所示為實車測試數(shù)據(jù)，Bsw_PosnGearActrActRaw12為1/2擋的位移，+12mm左右表示1擋，此時撥叉軸是伸出去的，-12mm左右表示2擋，此時撥叉軸是縮回來的，0mm左右表示空擋，此時撥叉軸在中間位置。PRAC_DucycGearActrVlv1Ctl為閥1的指令，0表示關(guān)閉，1表示打開。PRAC_DucycGearActrVlv2Ctl為閥2的指令，0表示關(guān)閉，1表示打開。

圖3所示為電磁閥控制策略1時的5擋升6擋過程。對應(yīng)到8擋AMT上，即為1/2軸進行動作。5擋時，位移約為12mm，摘擋指令發(fā)出后，閥1和閥2同時打開，撥叉軸開始向空擋位置運動，正常應(yīng)該回到0mm左右，但出現(xiàn)了過沖現(xiàn)象，位移最多回到了-4.35mm，造成了明顯的換擋沖擊。

圖4所示為電磁閥控制策略2時的5擋升6擋過程。5擋時，位移約為12mm，摘擋指令發(fā)出后，閥1先打開兩個周期的時間（10ms），然后同時打開閥1和閥2，撥叉軸開始向空擋位置運動，回到0mm左右，沒有出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。摘擋過程迅速準(zhǔn)確，沒有出現(xiàn)摘擋時間過長和摘擋過沖的問題。

結(jié)語

平行軸式直接掛擋執(zhí)行機構(gòu)因為其本身特點，很難從根本上完全杜絕摘擋過沖的問題，有必要開發(fā)一種新的摘擋控制策略，在摘空擋時先開對側(cè)電磁閥，然后再打開兩個電磁閥，給摘擋制造一點緩沖，抵消和減弱摘擋過沖現(xiàn)象。經(jīng)過實車驗證，此策略可以大大降低摘擋過沖發(fā)生的概率，提高換擋舒適性，保證行車安全，而且不會造成摘擋困難。摘擋控制策略在某車型的應(yīng)用，說明此方法有效可行，可以推廣應(yīng)用到其他中輕型AMT車型。

參考文獻：

[1] 董荷強.重型車AMT選換擋執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)特性研究[D].吉林大學(xué)，2011.

[2] 李小龍.AMT換擋執(zhí)行機構(gòu)控制策略及標(biāo)定研究[D].南京理工大學(xué)，2014.

[3] 范珊珊，馬淵，孫文軍，等.商用車AMT選換擋執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計[J].機械工程與自動化，2021（4）：103-105，107.

[4]陳勝.混合動力大客車直接掛擋式AMT控制系統(tǒng)開發(fā)[D].上海交通大學(xué)，2008.