全電AMT同步過(guò)程控制策略及驗(yàn)證

李小龍，李守成，馬 濤，李占江

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

0 引言

電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）是在傳統(tǒng)手動(dòng)機(jī)械式變速器基礎(chǔ)上加裝電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)和操縱系統(tǒng)組成的，其核心是電子控制單元（ECU），通過(guò)液壓、氣壓或電機(jī)控制離合器和選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)換檔過(guò)程和起步的自動(dòng)操作。AMT具有液力機(jī)械式自動(dòng)變速器（AT）自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又繼承了傳統(tǒng)機(jī)械式變速器的傳動(dòng)效率高、成本低的長(zhǎng)處，符合汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求［1，2］。目前，針對(duì)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(jī)構(gòu)的控制策略方面研究較少［3］。本文通過(guò)分析AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及AMT換檔過(guò)程，制定了AMT摘檔過(guò)程及掛檔同步過(guò)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(shí)驗(yàn)車(chē)上驗(yàn)證了控制策略的可行性。

1 全電AMT選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)

全電AMT正交式選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖1所示，選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行選檔和換檔操作，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)由換檔電機(jī)、選檔電機(jī)、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(jī)構(gòu)的工作原理為：采用滾珠絲杠作為選檔軸，將選檔電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檫x檔撥頭的直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)換檔撥頭運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)檔位槽中的空檔位置，完成選檔動(dòng)作；換檔軸和撥頭之間通過(guò)方軸、方孔連接，滾珠絲杠將換檔電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)套筒推動(dòng)方軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)方孔上的換檔撥頭旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)同步器完成摘檔及掛檔動(dòng)作。

2 AMT換檔過(guò)程分析

AMT換檔過(guò)程控制包括兩個(gè)方面：①由于換檔過(guò)程具有較為嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，故需要進(jìn)行邏輯控制；②需要通過(guò)協(xié)調(diào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等一系列操作對(duì)換檔性能進(jìn)行控制［4］。

圖1 全電AMT選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)

AMT換檔過(guò)程的時(shí)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(dòng)機(jī)扭矩降低，待降到一定程度后，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行分離離合器的動(dòng)作，當(dāng)離合器完全分開(kāi)后，換檔電機(jī)執(zhí)行摘檔動(dòng)作，確認(rèn)換檔撥頭回空檔后，選檔電機(jī)執(zhí)行選檔動(dòng)作（若當(dāng)前檔位跟目標(biāo)檔位在同一個(gè)選檔位置，選檔操作可省略），確認(rèn)換檔撥頭到達(dá)目標(biāo)檔位選檔位置后，換檔電機(jī)執(zhí)行掛檔動(dòng)作，掛檔動(dòng)作又可分為3步，第一步是從空檔位置到目標(biāo)檔位同步起始點(diǎn)，第二步是同步器同步過(guò)程，第三步是鎖止過(guò)程，確認(rèn)換檔到位后，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行結(jié)合離合器的動(dòng)作，確認(rèn)離合器完全結(jié)合后，換檔過(guò)程結(jié)束，車(chē)輛以新檔位行駛。

3 掛檔時(shí)同步過(guò)程控制策略

由于變速器相臨兩檔位傳動(dòng)比的不同，且檔位越低，傳動(dòng)比差值越大，因此在掛檔時(shí)同步器兩端轉(zhuǎn)速的差值不同，所以，同步器在同步時(shí)所需要的同步力也不盡相同。為了完成快速換檔，同時(shí)達(dá)到減小同步器磨損的目的，在同步器的同步過(guò)程中需要控制同步力的變化。當(dāng)換檔位置到達(dá)同步起始點(diǎn)后，進(jìn)入同步器同步階段，換檔電機(jī)進(jìn)入同步力控制模式，在同步開(kāi)始時(shí)，換檔電機(jī)的占空比較小，稱(chēng)為同步起始力；同步過(guò)程中不斷增大電機(jī)的占空比，同步驅(qū)動(dòng)力逐漸增大，而增大的占空比的比率稱(chēng)為同步累加力；當(dāng)同步力增大到一定程度后便不再增大，以恒定的驅(qū)動(dòng)力完成同步過(guò)程，同步過(guò)程最后階段這個(gè)最大的力稱(chēng)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(biāo)檔位、變速器油溫、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)給出換檔電機(jī)的同步起始力、同步累加力、同步最大力（這里的力實(shí)際指的是換檔電機(jī)的占空比）。當(dāng)同步器同步開(kāi)始時(shí)，換檔電機(jī)以同步起始力驅(qū)動(dòng)（此時(shí)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(jī)的占空比，直到同步最大力為止；在換檔電機(jī)從小到大的驅(qū)動(dòng)力作用下，同步器慢慢完成同步過(guò)程，當(dāng)傳感器檢測(cè)到同步器兩端轉(zhuǎn)速相同時(shí)，同步過(guò)程結(jié)束。同步過(guò)程中同步力控制模型如圖2所示。

圖2 同步過(guò)程中同步力控制模型

5 控制策略實(shí)車(chē)驗(yàn)證

在 MATLAB／Simulink中建好模型后，應(yīng)用Real－Time Workshop代碼自動(dòng)生成工具編譯成ANSIC語(yǔ)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(cè)及標(biāo)定系統(tǒng)，在CANape環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)TCU內(nèi)變量隨時(shí)間變化的曲線。實(shí)驗(yàn)樣車(chē)及使用的CANape工具如圖4所示。經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)驗(yàn)證，并標(biāo)定換檔過(guò)程控制參數(shù)后同步器同步過(guò)程曲線如圖5所示。

圖3 AMT控制單元TCU

圖4 實(shí)驗(yàn)樣車(chē)及CANape工具

6 結(jié)論

電控機(jī)械式自動(dòng)變速器為達(dá)到甚至超過(guò)傳統(tǒng)手動(dòng)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(biāo)定換檔過(guò)程中的控制參數(shù)。本文結(jié)合機(jī)械式自動(dòng)變速器的特點(diǎn)，制定了換檔過(guò)程中同步器的控制策略，并在實(shí)驗(yàn)車(chē)上進(jìn)行了驗(yàn)證。

通過(guò)在搭載AMT的實(shí)車(chē)上進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明本文制定的控制策略可以很好地滿(mǎn)足汽車(chē)行駛過(guò)程中摘檔和掛檔的操作。

圖5 同步器同步過(guò)程曲線

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

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

［3］ 萬(wàn)國(guó)強(qiáng)，黃英，張付軍，等.液力自動(dòng)變速器換檔過(guò)程標(biāo)定方法研究［J］.兵工學(xué)報(bào)，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.