AMT換擋過(guò)程離合器控制研究

任鋼（南京越博動(dòng)力系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 南京　210000）

AMT換擋過(guò)程離合器控制研究

任鋼
（南京越博動(dòng)力系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 南京210000）

以直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的AMT電控離合器系統(tǒng)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析換擋過(guò)程中離合器結(jié)合過(guò)程的控制算法對(duì)換擋品質(zhì)的影響。提出了一種以發(fā)動(dòng)機(jī)主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩為基礎(chǔ)的離合器控制策略，并將該控制策略應(yīng)用于小型輕客上。試驗(yàn)結(jié)果證明，該控制算法有效地提高了車(chē)輛換擋的平順性，能滿足AMT車(chē)輛的要求。

AMT；離合器；控制策略

目前，電控自動(dòng)變速操縱系統(tǒng)的類(lèi)型主要有電液自動(dòng)變速 （AT）、電控機(jī)械式自動(dòng)變速 （AMT）、無(wú)級(jí)變速 （CVT）、雙離合器自動(dòng)變速器 （DCT）4種自動(dòng)變速車(chē)輛。由于電控機(jī)械式自動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、制作成本低、易于制造，在舒適性要求不高的輕型客車(chē)、城市公交及商用車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

換擋平順性是AMT變速器的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，其換擋平順性的難點(diǎn)及核心在于換擋過(guò)程中離合器接合的控制。離合器接合過(guò)快，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，同時(shí)引起傳動(dòng)系統(tǒng)載荷的突變，造成換擋沖擊，影響換擋平順性。離合器接合過(guò)慢，雖然傳動(dòng)系統(tǒng)載荷連續(xù)變化，換擋平順性好，但離合器的滑摩功會(huì)增加，從而降低了離合器的使用壽命。由于換擋平順性與離合器使用壽命是矛盾體，因此研究換擋過(guò)程中離合器的控制問(wèn)題是十分必要的。

1　換擋過(guò)程評(píng)價(jià)指標(biāo)

換擋過(guò)程性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有沖擊度和滑摩功。

1.1沖擊度

沖擊度是指車(chē)輛的縱向加速度的變化率，用j表示，由此可導(dǎo)出：

式中：i0——主減速比；ig——各個(gè)擋位的速比；η——傳動(dòng)系效率 （機(jī)械式變速器傳動(dòng)效率一般為95%）；M0——汽車(chē)總質(zhì)量；δ——旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；r——驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)半徑；Tc——離合器實(shí)際傳遞扭矩。

由式 （2）可以看出，車(chē)輛在換擋過(guò)程中的沖擊度主要與車(chē)輛的本身特性及離合器實(shí)際傳遞扭矩的速度有關(guān)，要保證換擋的平順性可通過(guò)控制離合器

結(jié)合實(shí)際車(chē)輛行駛參數(shù)，可以推導(dǎo)出的結(jié)合速度來(lái)控制。

1.2滑摩功

負(fù)載F:采用液壓缸加載。實(shí)驗(yàn)裝置采用加載液壓缸與工作液壓缸的活塞桿處于同心位置直接對(duì)頂?shù)募虞d方案，調(diào)節(jié)加載缸工作腔的油壓大小，即可使調(diào)速回路獲得不同的負(fù)載值。

滑摩功W表征離合器摩擦片之間滑動(dòng)摩擦力做功的大小，可由下式表示：

式中：ωC——離合器從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速；tF——離合器剛開(kāi)始接合時(shí)刻；tH——離合器完全接合時(shí)刻；ωe2——換擋后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

2　離合器接合控制策略

換擋過(guò)程離合器的接合過(guò)程分為無(wú)轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)、轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)、轉(zhuǎn)矩不再增長(zhǎng)區(qū)3個(gè)階段。離合器接合過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)中無(wú)轉(zhuǎn)矩傳遞，接合速度盡可能快，縮短動(dòng)力中斷時(shí)間。轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)中開(kāi)始傳遞摩擦力矩，此時(shí)應(yīng)放慢接合速度，減少傳動(dòng)系的沖擊載荷，為防止滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響使用壽命，需控制在一定時(shí)間內(nèi)盡快完成。當(dāng)離合器主、從動(dòng)軸已同步，應(yīng)以盡可能快的速度接合。由此可見(jiàn)，真正對(duì)換擋過(guò)程影響最大的是轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)。在該區(qū)內(nèi)，離合器的接合過(guò)程又可細(xì)分為兩個(gè)小階段：前一階段是從離合器摩擦面開(kāi)始接觸、摩擦力矩逐漸增長(zhǎng)，直到等于車(chē)輛行駛阻力矩；后一階段摩擦力矩繼續(xù)增加，一直到離合器從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相等而達(dá)到同步。

2.1離合器接合量的確定

離合器的接合量應(yīng)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩的變化而變化，實(shí)際扭矩越大離合器主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力越大，而從動(dòng)輪的負(fù)載不變，在離合器接合位置不變的情況下會(huì)使離合器主從動(dòng)輪之間轉(zhuǎn)速差增大。此時(shí)需要加大離合器接合量來(lái)減少離合器主從動(dòng)輪之間的轉(zhuǎn)速差，從而減小滑摩功。

離合器的接合量應(yīng)隨著離合器主從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的變化而變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速差大時(shí)，接合量越大會(huì)造成沖擊度增大；轉(zhuǎn)速差小時(shí)，接合量的大小對(duì)沖擊度不會(huì)造成影響，此時(shí)可以增大接合量減小滑摩功。

綜上所述，可以通過(guò)離合器主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差以及發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出扭矩得出離合器的接合量La，如圖1、圖2所示。

圖1　　離合器接合量查表計(jì)算圖

圖2　　離合器接合量與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩、離合器主從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的關(guān)系圖

由于沖擊度與ig有關(guān)，因此需要根據(jù)每個(gè)擋位計(jì)算離合器接合量Lg；ig越大，沖擊度越大，因此需要減小離合器接合量。如圖3所示。

圖3　　離合器接合量與擋位關(guān)系圖

圖4　　離合器接合量與變速器油溫關(guān)系圖

2.2離合器接合速度的確定

離合器接合速度的控制可以分為3種狀況來(lái)控制。

狀況一：當(dāng)油門(mén)開(kāi)度大于90%而且為降擋時(shí)，說(shuō)明駕駛員需求最大動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛加速行駛，此時(shí)則可以犧牲換擋沖擊度，較快地接合離合器減小滑摩功的同時(shí)，使離合器以最快的速度進(jìn)行扭矩的快速傳遞。

狀況二：當(dāng)離合器處于完全分離以及開(kāi)始接觸之前，該過(guò)程由于沒(méi)有動(dòng)力傳遞，不會(huì)產(chǎn)生滑摩功以及沖擊度，因此可以增大離合器接合速度，使離合器盡快地接觸產(chǎn)生動(dòng)力傳遞；當(dāng)離合器快接近于接觸位置時(shí)，需減小接合速度，防止過(guò)沖產(chǎn)生換擋沖擊。

狀況三：離合器處于動(dòng)力傳遞狀態(tài)。離合器的接合速度應(yīng)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩的變化而變化，實(shí)際扭矩越大離合器主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力越大，而從動(dòng)輪的負(fù)載不變，在離合器接合位置不變的情況下，會(huì)使離合器主從動(dòng)輪之間轉(zhuǎn)速差增大。此時(shí)需要加大離合器接合速度來(lái)減少離合器主從動(dòng)輪之間的轉(zhuǎn)速差，從而減小滑摩功。

離合器的接合速度應(yīng)隨著離合器主從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的變化而變化。當(dāng)轉(zhuǎn)速差大時(shí)，接合速度越快會(huì)造成沖擊度增大；轉(zhuǎn)速差小時(shí)，接合速度的快慢對(duì)沖擊度不會(huì)造成影響，此時(shí)可以增加接合速度來(lái)減小滑摩功。

綜上所述，可以通過(guò)離合器主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差以及發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出扭矩得出離合器的接合速度va，如圖5、圖6所示。

圖5　　離合器接合速度查表圖

圖6　　離合器接合速度與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩、離合器主從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的關(guān)系圖

離合器的接合速度也應(yīng)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩恢復(fù)速度的變化而變化。扭矩恢復(fù)速度越快，離合器接合速度也應(yīng)該越快，使離合器盡快接合，減小滑摩功。

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證提出的離合器控制策略的正確性，在加裝了AMT電控系統(tǒng)的輕型客車(chē)上分別進(jìn)行了不同狀態(tài)下的換擋過(guò)程離合器控制試驗(yàn)。

由圖7分析，在同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩0處，不同的轉(zhuǎn)速差下，離合器接合位置也不一樣。轉(zhuǎn)速差越小，離合器接合量也大，但對(duì)換擋沖擊度也未產(chǎn)生影響，離合器接合過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生波動(dòng)。同時(shí)也可以看出，圖7b在2 min49 s與2 min49.2 s時(shí)間時(shí)，相比圖7a在2min與2min1.5s時(shí)間時(shí)，在轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，離合器接合速度也慢，這樣可以通過(guò)一段時(shí)間的滑摩來(lái)降低換擋的沖擊度。這正好與離合器接合速度控制算法中的離合器接合速度與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩、離合器主從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速差的關(guān)系圖相對(duì)應(yīng)，驗(yàn)證了該控制算法的正確性。

4　總結(jié)

本文根據(jù)換擋過(guò)程的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析，提出了基于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩與轉(zhuǎn)速差的離合器接合量、接合速度的控制策略和實(shí)現(xiàn)這一策略的控制方法，理論與實(shí)踐證明該控制策略具備以下優(yōu)點(diǎn)。

圖7　　不同狀態(tài)下的換擋過(guò)程離合器控制試驗(yàn)

1）減小了換擋過(guò)程的滑摩功，提高了離合器使用壽命。本文的分析可知換擋過(guò)程中轉(zhuǎn)速差及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩對(duì)離合器的接合量及接合速度有決定性的影響，轉(zhuǎn)速差越大，離合器結(jié)合量也越大，離合器接合速度也小，從而降低換擋沖擊度，減小了離合器的滑摩功。

2）此離合器控制算法采用查表輸出，計(jì)算量小，邏輯判斷簡(jiǎn)單，方便實(shí)車(chē)進(jìn)行控制參數(shù)的修改及匹配。

［1］葛安林．車(chē)輛自動(dòng)變速理論與設(shè)計(jì)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993．

［2］雷雨龍.提高電控機(jī)械式自動(dòng)變速器性能的研究［D］.長(zhǎng)春：吉林工業(yè)大學(xué)，1999.

［3］毛謙德.機(jī)械制動(dòng)器和離合器中的干摩擦過(guò)程［J］.工程設(shè)計(jì)，1995，（3）：12-21.

（編輯文珍）

On the Clutch Control in AMT Shifting Process

REN Gang
（Nanjing YueBoo Power System Co.，Ltd.，Nanjing 210000，China）

Based on the AMT electronic clutch system drived by brush DC motor，the impact of control algorithm in shifting process on shift quality is analyzed.Based on the rotational speed difference of engine driving and driven wheels，engine output torque，a control strategy is proposed.It is applied in small buses.The test result shows that this control algorithm can improve shift comfort and meet the requirements of AMT vehicles.

AMT；clutch；control strategy

U463.221.4

A

1003－8639（2016）02－0009－03

2016-01-07