AMT起步品質(zhì)評價指標的研究

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。對于汽車 3大動力總成之一的變速器來說，雖然手動變速器依然能夠滿足汽車行駛的要求，但卻已經(jīng)無法滿足用戶對于更先進技術(shù)產(chǎn)品的需求。所以以自動換擋為特征的變速器，是汽車動力總成升級換代的研發(fā)重點【1】。目前自動變速器主要分為 3類：液力自動變速器AT、無極變速器 CVT和電控機械式自動變速器AMT。AT與CVT受到自身承載能力的限制，一般適用于小型汽車。對于商用汽車（大型客車、中重型卡車）而言，針對其載重量大、行駛工況復雜的特點，大多選用AMT。

由于我國AMT產(chǎn)品研發(fā)起步較晚，對AMT系統(tǒng)的認知有限，雖然有多個國內(nèi)廠家推出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的AMT變速器，但是其產(chǎn)品性能與國外先進產(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。

1 AMT起步過程分析

車輛起步是一個靠離合器滑磨將發(fā)動機動力平穩(wěn)傳遞到車輪，以克服路面阻力，實現(xiàn)車輛由靜止到運動的過渡過程【2】。

AMT車輛開始起步時，由于離合器尚未接合，從動盤的轉(zhuǎn)速為零，而主動盤與發(fā)動機相連，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相同，主、從動盤之間的轉(zhuǎn)速差很大，所以在離合器接合時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)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、離合器接合速度和接合量，以保證在發(fā)動機不熄火條件下實現(xiàn)發(fā)動機和離合器接合過程的協(xié)調(diào)控制，使車輛平穩(wěn)起步。起步控制是對動力傳動系統(tǒng)綜合控制的過程，動力傳動系統(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、從動盤之間的間隙，在此階段離合器主、從動盤之間不傳遞轉(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)動機驅(qū)動力無法傳遞到車輪，車輛處于靜止狀態(tài)。

第二階段：離合器主、從動盤逐漸接合的滑磨階段。離合器在消除主、從動盤之間的自由行程間隙后，主、從動盤開始接觸。此階段由于離合器壓盤的壓緊力不足，主、從動盤之間存在轉(zhuǎn)速差，所以會產(chǎn)生摩擦和沖擊。在這個過程中，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動狀態(tài)的過渡，車輛有了運動趨勢。

第三階段：離合器主、從動盤同步階段。此階段離合器壓盤的壓緊力已足夠大，使得主動盤可以將發(fā)動機轉(zhuǎn)矩完全傳遞給從動盤，繼而傳遞給車輛驅(qū)動輪。此階段主、從動盤轉(zhuǎn)速達到一致，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，要受到當前時刻發(fā)動機狀態(tài)的限制。根據(jù)發(fā)動機特性，在一定的轉(zhuǎn)速、一定的油門開度和確定的動態(tài)過程中，發(fā)動機每一時刻能夠發(fā)出的轉(zhuǎn)矩都是一個確定值。此刻如果離合器接合深度過大，就會導致發(fā)動機負載力矩大于發(fā)動機能夠輸出的力矩，反拖發(fā)動機使其轉(zhuǎn)速下降；如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時仍然出現(xiàn)這樣的情況，就會使發(fā)動機進入不穩(wěn)定工作狀態(tài)，甚至導致發(fā)動機熄火。離合器的接合速度對起步?jīng)_擊影響很大。如果離合器接合速度過快會造成起步?jīng)_擊大，舒適性差；如果離合器按合速度過慢，則會加劇離合器磨損，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)動機轉(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)評價指標

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)評價指標[3]。

3.1 起步響應

起步響應是指從駕駛員踩下加速踏板開始，到車輛運動到某個狀態(tài)的過程（文中是指車輛縱向加速度達到 1m/s2時），這個指標的評價參數(shù)為時間t，見圖1。對于AMT起步響應來說，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動狀態(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)評價指標，容易與人體的感覺同步，從而真實地反映起步品質(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，對傳動系統(tǒng)造成的沖擊。用這個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價起步品質(zhì)最重要的 2個指標。離合器接合沖擊是指在離合器完全接合點位置，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。對于AMT變速箱來說，駕駛員對這2個指標敏感度最高。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，主動盤傳遞給從動盤的轉(zhuǎn)矩不斷增加，則傳遞給驅(qū)動輪的驅(qū)動力也不斷增大，車輛縱向加速度也不斷增大；當離合器完全接合時，離合器主、從動盤傳遞的轉(zhuǎn)矩相同，此時如果發(fā)動機動力輸出控制策略與離合器配合不好，就會出現(xiàn)縱向加速度減小，給車輛帶來沖擊。

3.5 發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降

發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降是指在起步過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速最高點與最低點的差值，見圖5。在起步過程中，發(fā)動機某時刻的輸出轉(zhuǎn)矩為定值，此時如果離合器接合位置過大，會導致發(fā)動機負載力矩遠大于發(fā)動機能夠輸出的轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降；如果轉(zhuǎn)速下降過大，發(fā)動機會有熄火風險，所以離合器控制策略與發(fā)動機控制策略要統(tǒng)籌考慮，使兩者協(xié)同合作。

3.6 傳動系聳動

傳動系聳動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。這個評價指標主要用于考察此過程中發(fā)動機動力輸出對起步平順性的影響。

4 AMT起步品質(zhì)的評價

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，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)評價指標的基礎(chǔ)上，對國外一款優(yōu)秀的重型AMT變速箱起步品質(zhì)進行了評價（見表1），希望可以對自主產(chǎn)品的研發(fā)有所幫助。

表1 AMT起步品質(zhì)評價結(jié)果

5 結(jié)束語

通過對 AMT起步過程的分析及其邊界條件的界定，將起步響應、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)動機轉(zhuǎn)速下降、傳動系聳動 7個參數(shù)定義為AMT起步品質(zhì)的評價指標。在定義了評價指標以后，可以對開發(fā)的AMT產(chǎn)品的起步品質(zhì)進行客觀評價，并可以有的放矢地對產(chǎn)品品質(zhì)的改善提出合理建議，這對于加快自主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.機械式自動變速器的控制策略研究[D].重慶：重慶大學，2004.

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

[3]AVL DRIVE USER GUIDE.