[摘要] 本文主要闡述AMT技術(shù)在依維柯車型上的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 自動擋；操控；動力性；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號：U463.6 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " "文章編號：1003-8639（2023）07

The Application of AMT Technology on Iveco Models

LU Xiao-chuan，SUN Wen-zheng

（Product Engineering Department of Nanjing Iveco Automobile Co.，Ltd.，Nanjing 210028，China）

Abstract： This article mainly elaborates on the application of AMT technology on Iveco models.

Key words： automatic transmission；control；power；economy

收稿日期：2023-02-13

1 前言

中國汽車市場在近幾年發(fā)生了重大意義的變革，法規(guī)和市場壓力均要求其提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放，激烈的競爭給整車廠帶來了更大的成本壓力。例如，家用小轎車的自動擋的配置率已經(jīng)超過50%，而用于城市物流、特種運(yùn)輸?shù)纳逃密囎詣訐醯呐渲寐室苍诜€(wěn)步提升。以房車市場的依維柯車型為例，其自動擋配置率高達(dá)80%。中國市場對自動擋的需求越來越大，其產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化的要求也越來越高。

在中國，不少整車廠及汽車零部件廠想致力于汽車自動變速器的開發(fā)工作，但容易受到一種思想的影響，希望一種類型的自動變速器，能夠獲得最大的市場份額。因此，在一個自動變速器產(chǎn)品還沒有完成全部開發(fā)，或者一個自動變速器產(chǎn)品還需進(jìn)一步完善時，受到不同自動變速器技術(shù)路線的影響，就放棄了原有的技術(shù)路線，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行另一種類型的自動變速器的開發(fā)。自動變速器作為動力總成傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，決定了整車動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性等關(guān)鍵性能，其開發(fā)，需要從整車應(yīng)用場景出發(fā)，確認(rèn)了整車性能需求，尤其是動力性、平順性指標(biāo)，才能確認(rèn)采用何種自動變速器產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。沒有得到整車開發(fā)技術(shù)支持的自動變速器產(chǎn)品往往很難滿足整車設(shè)計要求。

每一種自動變速器有優(yōu)點也同樣存在著缺點，沒有一種自動變速器的技術(shù)方案可以完全兼顧動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性和成本等各項指標(biāo)。所以，以客戶為中心，從應(yīng)用場景出發(fā)，選擇合適的自動變速器技術(shù)路線，才是合理的選擇。同樣的車，在不同的使用場景下，也可能采用不同的自動變速器技術(shù)路線。不同種類變速器的比較如圖1所示。

圖1 不同種類變速器的比較

AMT是在中國第1個進(jìn)行研發(fā)的自動變速器類型。雖然在過去，它的產(chǎn)業(yè)化一直不是很令人滿意，但這并不是因為這種變速器不好，或不適合中國的市場，而是過去的開發(fā)模式需要完善，過去支持產(chǎn)業(yè)化的資源不充足。隨著新技術(shù)的發(fā)展，AMT在中國會有一個美好的未來，原因在于：中國具有MT的豐富制造資源；用戶越來越關(guān)注燃油經(jīng)濟(jì)性、舒適性、成本；CAN-BUS和動力一體化控制技術(shù)的應(yīng)用使AMT的性能得到了極大的提高。

2 "AMT關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 AMT的技術(shù)優(yōu)缺點

AMT是在原有的手動變速器上增加自動控制系統(tǒng)，離合器的自動控制增強(qiáng)了對離合器的保護(hù)。①和手動變速器相比，離合器的壽命有顯著提高，如：重型車輛AMT在工程應(yīng)用方面，其離合器壽命增加1倍，中型AMT（如中國城市公交），手動變速器一般只有3～6個月的離合器壽命，而AMT能達(dá)到30個月以上；②同時沿用現(xiàn)有手動變速器可靠性部件（比如同步器、齒輪、軸、軸承等）；③通過傳動系統(tǒng)保護(hù)控制可縮小傳動系統(tǒng)部件損耗，可以根據(jù)發(fā)動機(jī)燃油曲線來優(yōu)化換擋策略，軟件能自適應(yīng)來提供智能換擋，降低油耗和提高性能；④大大降低了駕駛員的駕駛水平要求，使駕駛員表現(xiàn)得更好，同時降低駕駛疲勞，提升了駕駛員的專注力；⑤和AT相比，能提高燃油經(jīng)濟(jì)性，通過CRUSE軟件仿真顯示，同樣擋位數(shù)量下，AMT比AT有22%的油耗降低；⑥和手動變速器相比，能提升車隊整體駕駛水平，并規(guī)范駕駛員換擋習(xí)慣。

當(dāng)然AMT也有其技術(shù)短板，如：換擋時的動力中斷；換擋沖擊較大；控制復(fù)雜等，這就需要我們通過更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計和標(biāo)定策略來弱化這些缺點。

2.2 AMT原理介紹

AMT系統(tǒng)是根據(jù)駕駛員意圖（油門踏板、制動開關(guān)、手柄）和車輛狀態(tài)（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、輸入軸轉(zhuǎn)速、擋位），以及依據(jù)設(shè)定的換擋規(guī)律和借助相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（選換擋機(jī)構(gòu)、離合器機(jī)構(gòu)），對車輛動力傳動系統(tǒng)（發(fā)動機(jī)、變速器、離合器）進(jìn)行聯(lián)合操縱。AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示[1]。AMT控制的基本思想是：如何通過軟件和標(biāo)定控制系統(tǒng)收油、分離、選換擋、結(jié)合和回油。

圖2 AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 "AMT技術(shù)在依維柯車上的匹配

3.1 "結(jié)構(gòu)設(shè)計

依維柯車型使用的AMT系統(tǒng)由選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)是通過2個電機(jī)分別驅(qū)動選擋組件和換擋組件；離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是1個電機(jī)驅(qū)動傳動組件，可以補(bǔ)償摩擦片磨損。

選換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計有蝸輪蝸桿驅(qū)動方式和滾珠絲杠副驅(qū)動方式。由于依維柯車的變速器上換擋功能開口在變速器上方，所以選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能布置在上方。鑒于依維柯的車身限制，上面放置的空間有限，在設(shè)計時要考慮機(jī)構(gòu)體積及溫度聚集性，使機(jī)構(gòu)周邊溫度盡量與環(huán)境溫度相同，以免長時間高溫影響綜合性能，最終確定采用滾珠絲杠副驅(qū)動方式的方案。

選換擋功能具有選擋和換擋動作原理。選擋動作時，電機(jī)驅(qū)動選擋滾珠絲杠副，通過絲杠副上的選擋撥頭撥動選換擋撥塊使軸轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)選擋動作。換擋動作時，電機(jī)驅(qū)動換擋滾珠絲杠副，絲杠副帶動換擋撥頭旋轉(zhuǎn)來撥動選換擋撥塊實現(xiàn)換擋動作。選換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 "選換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)

比較成熟的離合器機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)均采用蝸輪蝸桿驅(qū)動方式，有拉式和推式兩種。因依維柯原有手動變速器的離合器撥叉為推式驅(qū)動，故AMT離合器機(jī)構(gòu)也選擇推式驅(qū)動，與手動變速器布置在同側(cè)。鑒于依維柯的車型為商用車，分離力較乘用車大，最終確定采用帶彈簧助力和磨損補(bǔ)償?shù)耐剖椒桨?，離合器彈簧通過撥叉助推頂桿的方式實現(xiàn)離合器的結(jié)合動作。根據(jù)蝸輪蝸桿傳動的效率及磨損，蝸桿采用金屬件，扇齒采用塑料件，考慮到兩者的強(qiáng)度對磨損的影響，蝸輪蝸桿采取變位設(shè)計。離合器機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 離合器機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

AMT的換擋器是電動換擋器，由手球、面板防塵組件、換向組件和底座構(gòu)成，換擋器外罩沿用手動車型皮套與車身相連。手球部分和連桿連接，通過換向組件完成橫向、縱向移動，帶動下端磁塊的位置變化，從而實現(xiàn)相應(yīng)位置霍爾原件的感應(yīng)，完成信號的輸出。電子部分是磁塊與相應(yīng)位置霍爾感應(yīng)，輸出高低電信號實現(xiàn)對擋位系統(tǒng)的控制。

3.2 "控制器和標(biāo)定開發(fā)

AMT系統(tǒng)采用自制的TCU，鋁客體，正常工作電壓范圍：9～16V，正常工作電流小于30A，工作溫度在-40～+105oC之間。其有2個接插件，共121個PIN腳，可驅(qū)動2個選換擋電機(jī)，1個離合器電機(jī)，同時帶有兩路CAN通信，一路用于采集整車的車速信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和整車狀態(tài)信息，另外一路用于診斷和標(biāo)定。TCU采集變速器轉(zhuǎn)速信號，結(jié)合手柄輸入信號和整車相關(guān)信息，控制選換擋電機(jī)和離合器電機(jī)的工作。電機(jī)工作時，TCU適時采集電機(jī)電流信息、離合器角度信合和選換擋位置信息，進(jìn)行修正，以實現(xiàn)閉環(huán)管理。AMT系統(tǒng)原理如圖5所示。

圖5 AMT系統(tǒng)原理

要想實現(xiàn)一個汽車級AMT控制單元TCU的開發(fā)，需要完成軟件開發(fā)、軟/硬件集成測試和標(biāo)定3項重要工作。底層軟件是基礎(chǔ)，控制策略由上層控制軟件編制，各電機(jī)的控制由功能軟件實現(xiàn)，一般采用V字形開發(fā)的模式，即從系統(tǒng)功能開始分解各子系統(tǒng)的軟件開發(fā)，再進(jìn)一步集成調(diào)試，然后按照各個子系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和驗收，最后完成整個AMT電控單元系統(tǒng)軟件測試。在控制軟件編制過程中，需要經(jīng)過進(jìn)行大量的標(biāo)定工作，包括軟件在環(huán)標(biāo)定、硬件在環(huán)臺架測試、整車轉(zhuǎn)轂測試、實車道路標(biāo)定工作等。所有的軟件開發(fā)和標(biāo)定工作，最終是以整車獲得一個最優(yōu)的換擋舒適性為目標(biāo)。如何優(yōu)化換擋過程中的舒適性，是軟件開發(fā)和標(biāo)定的難點。

AMT的起步性能考核是整車標(biāo)定的關(guān)鍵項目，提高起步品質(zhì)顯得非常重要。道路狀況錯綜復(fù)雜，如爬大坡、沖下坡、路面積雪、半幅路面結(jié)冰等情況，都會對車輛起步提出不同的要求，影響整車起步時離合器結(jié)合的時間點。一樣的路面，因為不同的鋪裝材料，松軟度不一樣，其摩擦系數(shù)差異也很大，理論上，摩擦系數(shù)越小，要求離合器結(jié)合時間越早。就算是同一路面，晴天、雨天、冰雪天多離合器結(jié)合點也有不同需求。自動變速器只有油門踏板，完全靠油門信號來識別駕駛員駕駛需求，這就需要自動變速器自動識別坡道情況，來輔助駕駛員起步車輛。坡道起步策略更為重要，如果坡道較小，只需松掉腳制動后立即踩油門就能保證不溜車，如果坡道較大，那就需要配合手制動，具體操作如下：先拉緊手制動，再松掉腳制動，然后踩油門，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min時立即松掉手制動就可起步，否則可能起步失敗。一般，國外的AMT車都配備ESP電子駐車，在坡道上松掉制動后，ESP會保持5s左右，使車不會溜車。因此，對于不帶ESP的AMT車對手制動性能要求比較高，要求其駐車時不能溜車，否則很難坡起。

從離合器第1次分開到離合器完全結(jié)合所用的時間叫做換擋時間，定義為th，換擋時間可以分為5個階段，第1步是分開離合器，第2步是退出原擋位，第3步選擇新?lián)跷?，?步同步進(jìn)入新?lián)跷?，?步是離合器重新結(jié)合，分別定義為t1、t2、t3、t4和t5。AMT是在原有手動變速器MT的技術(shù)上增加了自動選換擋結(jié)構(gòu)而衍生出自動變速器技術(shù)。它和傳統(tǒng)手動變速器一樣，必須脫離原擋位后才能開始掛入新的擋位。因為駕駛員只有油門踏板可以控制，在換擋過程中，離合器脫離時，駕駛員會感覺到動力中斷，為了保證整車的平順性能，需要我們縮短AMT的選換擋時間，減少駕駛員對動力中斷的感知。選換擋時間若過長，動力中斷時間越長，駕駛員甚至能明顯感知到整車車速下降和動力損失，這是AMT駕駛性提升的關(guān)鍵因素。離合器分開和離合器重新結(jié)合時間太短，可以很好保護(hù)離合器的使用壽命，但會出現(xiàn)很大的換擋沖擊，車子頓挫感很強(qiáng)，駕駛性差。若加長該時間，對選換擋的平順性有很好的幫助，但影響其使用耐久性。退出原擋位和掛入新?lián)跷坏臅r間則是越短越好，這個是可以決定AMT性能的一個關(guān)鍵因素。換擋時間除與計算機(jī)運(yùn)算速度、電磁閥反應(yīng)速度有關(guān)外，還與發(fā)動機(jī)動態(tài)特性、同步時間、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反應(yīng)速度、換擋速度有關(guān)，其主要由被控制的變速器、離合器、發(fā)動機(jī)三者動作的正確時序決定[2]。

離合器重新結(jié)合時會產(chǎn)生滑摩功Lc，其對離合器是有損害的，也是離合器耐久性設(shè)計的關(guān)鍵點?；κ请x合器結(jié)合時的摩擦力，包含兩方面，首先是用于克服汽車行駛力矩。車輛起動后，摩擦力矩Tc一直增加，使傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相等，具體公式如下：

LC= c（t）〡ωe（t）-ω1（t）〡dt " " " " " " " " " " " " （1）

式中：Tc（t）——離合器結(jié)合時的摩擦面所產(chǎn)生的力矩；ω1（t）——離合器從帶動輸出軸的角速度；ωe（t）——離合器動力源輸入的角速度。

AMT是在原有手動變速器MT的技術(shù)上增加自動選換擋結(jié)構(gòu)，而衍生出自動變速器技術(shù)。它和傳統(tǒng)手動變速器一樣，必須脫離原擋位后才能開始掛入新的擋位。因為駕駛員只有油門踏板可以控制，在換擋過程中離合器脫離時，駕駛員會感覺到動力中斷，為了保證整車的平順性能，必須縮短AMT的選換擋時間，減少駕駛員對動力中斷的感知。在整個換擋過程中，各種指令及其滯后時間可以參考表1。

表1 各種指令及其滯后時間

在排除復(fù)雜道路條件和駕駛員操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐那闆r下，我們需要建立一個數(shù)學(xué)模型來表達(dá)出乘客對自動變速器換擋動力性和平順性的感知，即大家所說的沖擊度。離合器分離和結(jié)合的時候，對整車能夠產(chǎn)生明顯的沖擊度，一般采用縱向加速度對時間求導(dǎo)的方式來真實地反映汽車運(yùn)動過程中的動力性和平順性。

離合器分離過程主要是收油及分離離合器，如果收油過快，以及離合器分離過快，車輛動力會猛地失去，加速度會負(fù)的較多，影響平順性；收油過慢，以及離合器分離過快，會造成發(fā)動機(jī)轟油門的現(xiàn)象；收油過快，以及離合器分離過慢，又會讓駕駛員覺得車輛加速性不夠好。因此，怎么樣設(shè)置收油速度以及離合器分離速度是AMT控制的一大難點，需要大量的標(biāo)定以及實驗來匹配兩者的關(guān)系。

AMT升擋時，在換擋過程中控制發(fā)動機(jī)降扭，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速一致，減少離合器磨損。需要標(biāo)定AMT和發(fā)動機(jī)之間扭矩匹配關(guān)系，結(jié)合油門開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速等情況，做到升擋減扭，如圖6所示。

圖6 AMT和發(fā)動機(jī)之間扭矩匹配關(guān)系（升擋減扭）

AMT降擋時，在換擋過程中控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升扭，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入軸轉(zhuǎn)速一致，減少離合器磨損。此時同樣需要標(biāo)定AMT和發(fā)動機(jī)之間扭矩匹配關(guān)系，結(jié)合發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、離合器位置等情況，做到降擋增扭，如圖7所示。

圖7 AMT和發(fā)動機(jī)之間扭矩匹配關(guān)系（降擋增扭）

不同技術(shù)路線的自動變速器具備不一樣的換擋規(guī)律，其表現(xiàn)出來的技術(shù)復(fù)雜性、平順性、動力性、經(jīng)濟(jì)性等性能參數(shù)也不一樣。自動變速器根據(jù)其技術(shù)特點和整車所處的狀態(tài)，控制離開原擋位進(jìn)入下個擋位的規(guī)律叫做換擋規(guī)律。AMT作為自動變速器的一種，同樣需要深入研究換擋規(guī)律，使整車達(dá)到動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性等整車性能的最優(yōu)平衡，以滿足客戶的使用場景。換擋規(guī)律中起到?jīng)Q定作用的控制邏輯是選擋控制參數(shù)，標(biāo)定出最優(yōu)的整車控制換擋參數(shù)，能讓自動變速器達(dá)到最佳的換擋規(guī)律。根據(jù)控制邏輯的差異，可分為單參數(shù)、兩參數(shù)、三參數(shù)換擋規(guī)律。

單參數(shù)換擋規(guī)律是最為簡單的控制邏輯，只適用于如城市公共交通類工況較為單一的場景下。車速較低、駕駛員油門開度變化不大，為了提升整車的平順性，可以減少換擋次數(shù)。在較為復(fù)雜的工況下，單一參數(shù)調(diào)質(zhì)無法達(dá)到整車舒適性的要求，會采用兩參數(shù)換擋規(guī)律。一般采用油門和車速同時控制，按照換擋延遲情況又可分為：等延遲型、收斂型、發(fā)散型、組合型4種[3]。不同的場景下，可以使用不同的換擋控制邏輯。如為了改善整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和噪聲，可以采用早升擋晚降擋的控制策略；如為了獲得較好的整車加速性，則需要自動變速器采用晚升擋的控制策略。在復(fù)雜路況下，車速變換較為頻繁時，在客戶油門信號沒有過多變化的情況下，為了保持整車較好的穩(wěn)定性，需要避免頻繁換擋而造成整車動力中斷。目前依維柯AMT車輛采用這種換擋規(guī)律。

當(dāng)車輛行駛在坡道上時，最容易出現(xiàn)頻繁換擋，因為上坡時在換擋過程中存在動力中斷，導(dǎo)致車輛速度迅速減小，當(dāng)減到一定速度又降擋，然后車速上去又降擋，如此循環(huán)，造成上坡失敗。而在平路上，由于換擋動力中斷期間車速下降不多就不會存在該現(xiàn)象，因此需要一項技術(shù)識別坡道，使其在坡道上時將升擋點延遲，在大坡時能做到不升擋。要想AMT能識別坡道，首先就要求發(fā)動機(jī)扭矩一定要準(zhǔn)確，否則影響輸出扭矩的計算；其次，整車一致性要好，否則影響拖動扭矩的計算。因為，一般AMT標(biāo)定時只針對一輛車標(biāo)定，然后將拖動扭矩數(shù)據(jù)固化在TCU內(nèi)，如果其他車摩擦力較大，就會造成負(fù)載扭矩計算不準(zhǔn)。同時，整車車速信號精度要高，因為需要通過車速計算加速度來計算慣性扭矩。

4 總結(jié)

隨著輕客技術(shù)的發(fā)展，商用車越來越體現(xiàn)出轎車化趨勢，如操控轎車化、設(shè)計人性化和乘坐舒適化。在此背景下，越來越多的依維柯車型有了匹配自動擋的需求。而AMT技術(shù)作為其中性價比最高、適用性最好和改動量最小的方案，將會有很好的應(yīng)用前景。

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（編輯 "凌 "波）