電控機械式自動變速箱選換檔驗證方法研究

0 前言

變速箱作為傳遞運動與動力的核心零部件，在汽車、船舶、重工、農(nóng)業(yè)等領域上被廣泛應用。變速箱在汽車的傳動系統(tǒng)中是極為重要的一環(huán)，不僅直接影響車輛對的動力傳動效率、動力傳動連續(xù)性、燃油經(jīng)濟性，同時還影響著駕乘人員的操作效率及舒適性等駕乘體驗。伴隨工業(yè)時代的蓬勃發(fā)展，人們對車輛的需求不僅僅停留在動力性方面，對車輛經(jīng)濟型、舒適性等方面的需求日趨強烈且嚴苛，變速箱的各方面性能要求也愈發(fā)提高，逐步推動著變速箱向著效率高、動力強、換檔平順噪音小等方向不斷發(fā)展

。

機械式自動變速箱始于上世紀七十年代，分為半自動機械式自動變速箱(SAMT)和AMT。直到1984年，日本五十鈴公司推出了第一款真正意義上的AMT——NAVI-5式AMT并安裝于ASKA轎車上投放于市場。1997年Sabb公司推出由步進電機驅動液壓缸控制離合器分離與接合的AMT。2001年Renault Twingo公司首次使用這種AMT，開辟了大排量車輛與運動型車輛的先例

。

自八十年代中期開始，上海交通大學、北京理工大學、吉林工業(yè)大學、哈爾濱挨姆特汽車電子有限公司等機構開始針對AMT的研究。2002年重慶大學機械傳動實驗室針對AMT變速箱離合器及其執(zhí)行機構改進并進行實車實驗。2010年底，法士特公司自主研發(fā)了一款AMT并進行了量產(chǎn)

。目前，我國擁有自主產(chǎn)權的卡車AMT主要是重汽、解放、法士特三家企業(yè)。

搭載AMT變速箱的整車，在車輛起步及行駛過程中的選換檔時刻，針對發(fā)動機的轉速及扭矩進行控制，區(qū)別于自動變速箱(AT)所采用的定油門開度控制方式，基于AMT系統(tǒng)的控制策略及實現(xiàn)方式均提出更高精度、更快響應、更加平順等需求特性。本文提出一種基于AMESim及Simulink聯(lián)合仿真的方式

，針對大排量商用重卡專用的十六檔電控機械式自動變速箱(AMT)，于AMESim中進行變速箱結構及整車動力學模型的物理建模，于Simulink中進行控制系統(tǒng)及發(fā)動機等結構的物理建模，建立AMESim-Simulink之間的通訊串口，并將AMESim模型編譯，在Simulink中以添加模塊形式實現(xiàn)AMESim-Simulink的聯(lián)合仿真，在此試驗環(huán)境中實現(xiàn)針對AMT的控制系統(tǒng)與策略的功能性驗證，提升產(chǎn)品開發(fā)效率，降低開發(fā)周期。

雖然美國對伊朗的制裁針對大宗商品、礦產(chǎn)、航空、技術等領域，但一直以來都是以能源領域的制裁為核心。具體而言，主要針對如下行為。

1 AMT模型搭建

2017年12月5日，國務院辦公廳印發(fā)《關于深化產(chǎn)教融合的若干意見》，再一次昭示了國家對產(chǎn)教融合的重視。深化產(chǎn)教融合，創(chuàng)新技能人才的培養(yǎng)模式，是國家大力倡導的。人社部于2010年發(fā)布的《關于大力推進技工院校改革發(fā)展的意見》中明確要求“推進一體化教學改革”。一體化教學場所和一體化教師是一體化教學的重要資源。實施一體化教學，需要不斷進行一體化教學的資源建設。一體化教學改革至今，一體化教學場所建設陷入誤區(qū)，一體化教師依然短缺。必須實事求是，以學生的學習效果來評判一體化教學資源建設的效果。針對出現(xiàn)的問題，分析原因，找出問題的根源所在，踏踏實實地研究、開發(fā)和提升一體化教學，最終培養(yǎng)出合格的實用人才。

1.1 變速齒輪機構

變速齒輪機構作為變速箱的核心部件之一，同樣可以分為兩部分，分別為變速傳動機構及變速操縱機構。變速傳動機構主要由不同齒比的齒輪組系及配套軸系所構成，通過不同齒輪組系之間的嚙合，實現(xiàn)傳遞速度、扭矩的可變；變速操縱機構主要由離合器、同步器、換檔操作機構等構成，通過離合器、同步器、換檔操作機構、副軸制動等協(xié)同動作，實現(xiàn)不同齒輪組系之間的嚙合，進而控制變速傳動機構對應的不同傳動比，使得車輛滿足不同行駛路況的要求，以所需求的速度、扭矩等需求工況行駛，甚至長時間的動力傳遞切斷。

本文中AMT的變速箱選換檔系統(tǒng)是根據(jù)TCU判斷得到的選換檔結果，分別控制兩個選檔電磁閥、兩個換檔電磁閥。分別對應選檔氣缸內(nèi)活塞及換檔氣缸內(nèi)活塞動作。選檔電磁閥及換檔電磁閥均為兩位三通閥，電磁閥位的切換即代表缸內(nèi)腔體與高壓氣源的連接狀態(tài)與缸內(nèi)腔體泄壓狀態(tài)間的切換。選檔電磁閥1、2分別控制氣缸活塞兩端活塞腔的出入口，選檔電磁閥1、2的開閉狀態(tài)會直接影響氣缸活塞兩側腔體內(nèi)是否充滿高壓氣體，選檔電磁閥1、2的單開狀態(tài)會驅動氣缸活塞正向及反向運動，并運動至氣缸體結構的機械限位處；閥1、2同開時刻，活塞兩端均充滿高壓氣體，由于活塞兩側活塞桿上均部有復位彈簧，在兩側復位彈簧及高壓氣體作用下，氣缸活塞始終處于中間位置，即中位狀態(tài)。綜上所述選檔電磁閥1、2的協(xié)同動作可以控制選檔活塞處于伸出、中位、縮回三種狀態(tài)，進而帶動撥叉，實現(xiàn)檔位選擇的動作。同理，換檔電磁閥1、2之間的協(xié)同動作可以控制換檔活塞處于伸出、中位、縮回三種狀態(tài)，值得注意的是，換檔電磁閥的伸出、縮回對應在檔狀態(tài)，中位狀態(tài)對應空擋狀態(tài)?；谏鲜鰻顟B(tài)帶動撥叉，完成換檔動作。

長時間切斷動力傳遞是為了滿足發(fā)動機啟動、退檔換檔、怠速行駛、停車等狀況，達到中斷汽車發(fā)動機向驅動軸動力輸出的目的。當離合器接合的情況下，變速箱輸出軸不向外輸出扭矩。

Huang：Yang Bailao，you’re so foolish.You must sign tonight.Lao Mu，keep an eye on him.Don’t let him run away.

圖3中所示包含副軸制動系統(tǒng)，其工作過程為，發(fā)動機升檔過程中，變速箱輸出軸轉速與輸入軸轉速間速比加大，因而為了車輛行駛的平穩(wěn)性，需拉低發(fā)動機轉速。在離合閉合前，需保證發(fā)動機轉速與輸入軸轉速的速差在一定范圍內(nèi)，因而需要副軸制動的作用降低輸入軸轉速；變速箱降檔過程中，變速箱輸出軸轉速與輸入軸轉速間速比減小，需拉高發(fā)動機轉速，為配合發(fā)動機轉速拉高，需提高輸入軸轉速以減小離合器兩端速差，結構通過離合器的結合階段初期的滑磨過程提升轉速，保證換檔過程的離合結合過程不會因速差過大形成離合片的滑磨，影響駕乘體驗及使用壽命。

AMT系統(tǒng)由電控單元TCU、執(zhí)行機構、傳感器三大部分(見圖1)。TCU是變速箱的控制大腦，一定程度上可以取代經(jīng)驗豐富的司機對離合及油門踏板的控制，同時通過報文，與ECU進行交互，發(fā)送發(fā)動機控制模式需求以滿足發(fā)動機的轉速及扭矩需求；執(zhí)行機構通過接受TCU發(fā)送的控制指令，實現(xiàn)電磁閥等執(zhí)行器的控制，通過工作介質的傳動，實現(xiàn)變速箱的選換檔動作，當前應用較為廣泛的執(zhí)行機構主要區(qū)分為電動式及氣動式，電動式的主箱是通過步進電機帶動絲杠完成選檔及換檔動作，氣動式是通過控制電磁閥，通過高壓氣體的推動，完成選檔及換檔動作；傳感器作為控制器的物理信息來源，用來采集轉速、溫度、氣壓等訊息，以電訊號反饋給TCU進行邏輯判斷

。本文中于AMESim中完成變速箱齒輪機構及整車動力學模型的搭建，于Simulink中完成控制模型及發(fā)動機等結構的建模。

AMESim中齒輪變速機構及車輛模型模型如圖3所示：

1.2 選換檔系統(tǒng)

駕駛員在進行選換檔操作時，往往希望速度快、無振蕩與沖擊的完成選換檔的操作。而選換檔系統(tǒng)又是一個多慣量系統(tǒng)，在極短時間內(nèi)換檔會導致速比的變化和動力傳遞的中斷，從而引發(fā)整個系統(tǒng)的沖擊，增加傳動系統(tǒng)的動載荷，導致駕駛的不平穩(wěn)。所以選換檔系統(tǒng)往往要求時間要短，減少動力中斷時間，降低變速箱輸出軸動力損失；換檔過程平穩(wěn)，在較短的換檔時間內(nèi)，盡可能的減少換檔沖擊，保證車輛的平穩(wěn)駕駛。

通過AMESim搭建AMT的物理模型，Simulink搭建發(fā)動機與ECU控制系統(tǒng)，AMT物理模型作為子模塊嵌入Simulink中

，其中包含機械連接與信號連接。機械連接主要傳遞轉速與扭矩，信號連接把傳感器收集到各部件狀態(tài)信息進行傳遞以及把選換檔控制策略指令由TCU傳遞給AMT中。AMESim/Simulink聯(lián)合仿真模型如圖5所示：

本文所選變速箱換檔系統(tǒng)根據(jù)選換檔決策結果，通過電磁閥和氣缸控制換檔撥叉移動

，進而跟蹤目標檔位，實現(xiàn)自動換檔。選換檔結構如圖4所示：

本文所述AMT變速箱(見圖2)傳動比變換的基本原理如下，左側兩對排系齒輪構成了差動箱，通過兩個差分檔電磁閥帶動撥叉進行檔位選擇，形成兩種傳動比；中間四對排系齒輪構成了主箱，同過四個電磁閥帶動(2個控制主箱選檔、2個控制主箱換檔)，完成主箱的選換檔動作，形成四種傳動比；右側行星輪系構成范圍向，通過控制兩個范圍檔電磁閥，形成兩種傳動比

。最終通過撥叉、離合、各電磁閥之間的協(xié)同配合，實現(xiàn)16(2×4×2)檔的調(diào)速操作。

由于發(fā)動機的結構特性、動力性、耐久性及經(jīng)濟性等方面的限制，發(fā)動機的最優(yōu)運行工況區(qū)間較小，轉速區(qū)間在固定傳動比條件下，難以滿足車輛不同路況下針對牽引力及行駛速度的需求，變速箱需具備可改變發(fā)動機傳遞的驅動扭矩與轉速的能力，使得汽車能夠在較大的范圍內(nèi)改變速度與驅動輪扭矩。

2 聯(lián)合仿真模型

康川司法所使用手機定位社區(qū)服刑人員有很多弊端。手機定位要求服刑人員必須隨身攜帶手機，一旦手機脫離了服刑人員，司法所就無法及時聯(lián)系他們。攜帶者如果預謀犯罪，甚至有可能造成刑偵誤導。[5]

Simulink將發(fā)動機的轉速與扭矩、電磁閥信號、鎖止器信號、離合器信號等信號傳遞至AMESim模型中，而AMESim模型反饋離合器位置、副軸速度、差動軸位置、齒輪位置、檔位位置、取力機構離合信號、范圍檔位置與溫度等信號反饋回Simulink模型中。

綜上所述，藥學類研究生國際化公開課是指在全球化觀念的指引下，把國際的、跨文化的觀念與前沿的藥學相關知識融合到藥學類研究生課程中，由國際藥學領域知名專家與學者采用開放的、高質量的授課方式，以此培養(yǎng)學生的國際觀念、視野和技能的教育、教學活動的系統(tǒng)。

3 模型驗證

為了驗證模型的合理性與準確性，需要給與ECU正確的選換檔控制策略，并模擬實車測試的環(huán)境，將AMESim模型與Simulink模型的步長調(diào)節(jié)至相同，并確保前者單獨的情況下定步長積分與變步長積分運算結果相同

，盡可能簡化模型，使得其真實仿真運算時間小于仿真時間。

前面說過綜合材料的真正使用最早見于19世紀末期歐洲藝術家，如埃德加·德加的作品。德加的《小舞女》最初并不是我們現(xiàn)在看到的青銅材質，而是蠟制的。在這尊雕塑中，他使用了真實布料制作的芭蕾舞裙、舞鞋以及真實毛發(fā)制作的假發(fā)等。這件雕塑作品在1881年的印象派展覽上展出備受爭議，從此以后德加再也沒有在公開場合展示過類似作品，顯然這更像是一種嘗試。

AMT模型反饋檔位變化狀況：

根據(jù)圖6顯示的結果，目標檔位與實際檔位基本一致，仿真結果在誤差容限范圍內(nèi)，證明了模型的合理性與準確性。

4 結論

以一款大排量商用重卡專用的16檔AMT基于AMESim與Simulink聯(lián)合仿真的驗證平臺，其中包含了發(fā)動機模型、AMT模型、ECU系統(tǒng)，可以模擬不同油門開度與車速下的檔位狀況，并對油門開度與車速的變化實時進行退檔、選檔、換檔。該仿真平臺進過測試后誤差較小，可考慮進行進一步更復雜路況選換檔功能性驗證。

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