AMT擋位位置自學(xué)習(xí)控制算法研究

王澍龍, 石 魏, 文健峰,2, 趙 鈴

(1.中車時代電動汽車股份有限公司， 湖南 株洲 412000; 2.長沙中車智馭新能源科技有限公司， 長沙 410000)

AMT全稱為機械式自動變速器，是在傳統(tǒng)機械式變速器上加裝一套電控換擋執(zhí)行機構(gòu)[1-3]，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于各種車型上。如何實現(xiàn)準確、快速、高品質(zhì)換擋是AMT控制策略的核心，而如何準確獲取各擋位位置成為AMT控制的關(guān)鍵。目前主要是通過AMT控制軟件的自學(xué)習(xí)來解決這個問題。如何能精確地自學(xué)習(xí)到各擋位位置是本文研究的重點。

在實際應(yīng)用中，由于加工和裝配誤差的原因，使得每臺變速器中各擋位位置存在一定的差異，而且長期使用引起的機械磨損也會導(dǎo)致同一臺變速器各擋位位置發(fā)生一定的變化，這就要求自學(xué)習(xí)算法具有很強的自適應(yīng)性。本文從同步環(huán)式機械變速器內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)進行分析，針對其特有的自鎖機構(gòu)以及同步環(huán)結(jié)構(gòu)，開發(fā)一套自學(xué)習(xí)控制算法，能精確學(xué)習(xí)到各擋位位置，同時也能適應(yīng)因加工、裝配誤差以及使用磨損等因素導(dǎo)致?lián)跷晃恢貌灰恢碌膯栴}，提高AMT控制系統(tǒng)的精度、魯棒性以及換擋成功率[4-5]。

1 AMT變速器換擋原理

目前電動汽車領(lǐng)域使用的同步環(huán)式機械變速器的換擋過程如圖1所示。換擋執(zhí)行機構(gòu)推動結(jié)合套與同步環(huán)靠近，與同步環(huán)接觸時，開始同步，此位置即為AMT控制中關(guān)注的同步點位置。在驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速與變速器轉(zhuǎn)速同步后，結(jié)合套與同步環(huán)嚙合，換擋執(zhí)行機構(gòu)繼續(xù)推動結(jié)合套與齒圈嚙合，換擋完成[6-8]。

(a) 空擋狀態(tài)

(b) 同步過程

(c) 結(jié)合套與鎖環(huán)嚙合

(d) 結(jié)合套與齒圈嚙合

在換擋完成后，為防止脫擋，變速器都設(shè)計了自鎖機構(gòu)，如圖2所示，自鎖機構(gòu)由換擋桿上自鎖槽以及鋼球、彈簧組成。其工作原理：以空擋掛1擋為例，首先換擋執(zhí)行機構(gòu)推動換擋桿克服空擋自鎖槽的阻力[9-10]，脫離空擋。當(dāng)結(jié)合套與齒圈嚙合后，如果控制精確，鋼球正好落在一擋自鎖槽內(nèi)，即實現(xiàn)自鎖。

圖2 同步環(huán)式機械變速器擋位位置

目前市場采用的換擋執(zhí)行機構(gòu)基本都具有自鎖功能，即運行到指定位置后，不能再反向移動，這就要求各擋位的實際位置必須足夠精確，以便換擋時能精確到達每個擋位的自鎖槽位置，即各擋位的精確位置。

2 AMT擋位位置自學(xué)習(xí)算法

2.1 位置傳感器信號與物理位置的關(guān)系

本文主要針對四擋AMT變速器進行研究，采用的換擋執(zhí)行機構(gòu)取消了選擋環(huán)節(jié)。通過兩個電機分別控制兩根換擋桿移動，通過位置傳感器采集換擋桿的位置信號，確定換擋桿移動距離，傳感器電壓值與換擋桿實際移動距離如圖3所示。

圖3 位置傳感器信號與實際位移關(guān)系

2.2 關(guān)鍵位置自學(xué)習(xí)

關(guān)鍵位置包括變速器擋位極限位置、精確位置和同步點位置。極限位置指的是各擋位的機械極限位置，此值在AMT控制中只作為限定閾值；精確位置指的是上述自鎖槽位置。這是AMT控制中目標換擋位置，其值的精確性直接決定換擋成功率以及脫擋概率；同步點位置是結(jié)合套與同步環(huán)開始接觸的位置，其值影響換擋過程的平順性。

根據(jù)變速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，自行設(shè)計了自學(xué)習(xí)控制算法。對于極限值自學(xué)習(xí)，以一擋位置為例，其算法邏輯如圖4所示。根據(jù)自學(xué)習(xí)記錄的位置1和位置2，取其中的最大值作為一擋極限位置。

圖4 一擋極限位置自學(xué)習(xí)算法邏輯

對于精確位置的自學(xué)習(xí)算法相對比較復(fù)雜，主要考慮自鎖槽的機械特性。由于自鎖裝置的存在，在進擋過程中，當(dāng)鋼球落入自鎖槽內(nèi)時，如果要進一步向前推動，則需要很大的力，由此來判定是否已到達精確位置點。同樣以一擋位置為例，設(shè)計其算法邏輯如圖5所示。自學(xué)習(xí)完成后，將保存的位置點數(shù)據(jù)存入TCU的EEPROM里，以便后續(xù)調(diào)用。

圖5 一擋精確位置自學(xué)習(xí)算法邏輯

在電機與變速器開始同步時，進擋阻力加大，在未完全同步前，此阻力將一直存在。為了學(xué)習(xí)到同步點這個位置，需要讓電機維持一定轉(zhuǎn)速，保證此阻力一直存在。同樣以一擋位置為例，設(shè)計其算法如圖6所示。自學(xué)習(xí)完成后，將保存的位置點數(shù)據(jù)存入TCU的EEPROM里，以便后續(xù)調(diào)用。

圖6 一擋同步點位置自學(xué)習(xí)算法邏輯

3 試驗驗證

3.1 極限位置與精確位置自學(xué)習(xí)驗證

本次試驗采用某四擋AMT變速器，針對1、2、3、4擋的極限位置和精確位置進行自學(xué)習(xí)，其結(jié)果如圖7所示。其中1、2擋共用一個位置傳感器，3、4擋共用一個位置傳感器。各位置信號用位置傳感器電壓表示，見表1。

圖7 各擋位極限位置與精確位置自學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)曲線

表1 各位置傳感器電壓信號 V

對于空擋位置，由于變速器的1、2擋，以及3、4擋都是對稱分布的，在這里分別取1、2擋精確位置的平均值作為1、2擋空擋位置，3、4擋精確位置的平均值作為3、4擋空擋位置。

從圖7可以看出，極限值與精確值的自學(xué)習(xí)時間在30 s左右，無論是離線還是在線自學(xué)習(xí)，都能滿足要求。另外，為驗證算法的穩(wěn)定性，對同一變速器進行了5次自學(xué)習(xí)，4個擋位的自學(xué)習(xí)位置結(jié)果值一致性良好。

3.2 同步點位置自學(xué)習(xí)驗證

對于同步點的自學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)如圖8所示，自學(xué)習(xí)時間在10 s左右(10 s后自學(xué)習(xí)已結(jié)束)，能滿足離線和在線自學(xué)習(xí)要求。從圖中可以看到，1、2、3、4擋的同步點自學(xué)習(xí)位置傳感器電壓分別為2.956 V、1.951 V、2.179 V、2.820 V；1擋和2擋、3擋和4擋的同步點軸對稱分布，符合變速器機械特性。

圖8 各擋位同步點自學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)曲線

4 結(jié)束語

試驗結(jié)果表明，整個自學(xué)習(xí)過程不到1 min，AMT變速器擋位自學(xué)習(xí)算法能夠快速實現(xiàn)各擋位精確值、極限值以及同步點位置的自學(xué)習(xí)。這樣可以避免在AMT系統(tǒng)出廠調(diào)試以及裝車調(diào)試時重復(fù)標定，節(jié)省了大量的時間，同時也能避免人員操作出現(xiàn)錯誤。