混動客車AMT變速箱換擋方法探究

姚玉財

摘 要：文章分析了混動汽車用AMT變速箱的換擋方法，結合混合動力汽車動力系統結構形式及工作原理，提出了基于多工作模式的AMT變速箱換擋控制方法，以實現混合動力汽車在純發動機、純電動機、混合動力等工作模式下車輛的最佳經濟性、最佳動力性。

關鍵詞：混合動力；AMT變速器；研究

1 AMT變速箱換擋技術研究

AMT變速箱是在MT變速箱的基礎之上加裝電控執行機構來實現自動變速功能的。因此，其性能的好壞與執行機構的設計和控制有著密切的關系。

2 AMT執行機構分析

圖1是AMT的結構組成示意圖，該圖說明了AMT的結構原理及ASCS的組成。較早的AMT系統，由于汽車換擋時需要對發動機節氣門、離合器位置及擋位進行綜合控制，因此，AMT執行機構包括如圖1所示的三部分。

對于采用電子節氣門體的新型發動機，TCU能夠與發動機的電子控制單元（Electronic Control Unit，簡稱ECU）進行控制器局域網絡 （Controller Area Network，簡稱CAN）的通訊，在換擋時根據需求通過CAN總線向發動機發送扭矩控制請求，完成換擋動作。新的AMT系統，大都只有離合器執行機構和換擋執行機構。

3 執行機構分類

從執行機構的組成來看，目前市場上的AMT主要有三種結構形式：電控液動、電控氣動和電機操縱。

電控液動使用壓力液體來推動液壓活塞驅動執行機構進行換擋及離合器的分離結合。電動液壓泵將液壓油增壓并儲存在高壓蓄能器里。若高壓蓄能器中的液體壓力高于一定門限值，電動液壓泵將自動關閉；若液體壓力低于一定門限值，電動液壓泵將自動打開，補入一定液體；需要換擋時，液壓控制單元HCU控制選換擋及離合器電磁閥，高壓蓄能器中的高壓液體便推動選換擋機構及離合器機構進行動作。

液壓AMT系統將能量儲存在高壓蓄能器中，在換擋時突然釋放，因此，液壓AMT系統功率密度較高，適合用在對換擋速度或換擋力要求較高的車型上，比如F1賽車用的都是液壓AMT系統，其換擋時間可縮短至50ms。但液壓AMT系統需要采用一些高精度電磁閥，并且為避免漏油，執行機構上各個部件加工精度要求很高，因此液壓AMT系統成本較高。

氣動AMT系統采用車上的高壓儲氣罐作為動力源，來推動執行機構動作。由于只有大型商用車上才有儲氣罐，氣壓AMT系統只用在大型商用車上。由于不需要額外加裝動力源，氣動AMT系統結構較簡單。氣體具有較大的可壓縮性，所以氣動AMT系統很難實現很精確的位置控制，其換擋品質較差。

電動AMT系統采用直流電機來帶動執行機構操縱離合器的分離結合以及變速器的換擋動作。由于電機的輸出扭矩較小，電動AMT系統都需要速比很大的減速機構。直流電機控制AMT根據控制電機數目不同，可分為兩電機方式、三電機方式及四電機方式：兩電機方式，即離合器使用一個電機，選、換擋只用一個電機，通過機械機構（如凸輪機構）來實現選、換擋由以上內容可知，無論是氣動還是液壓的執行機構都存在的一定的問題和缺陷，而電動控制的執行機構相對來說具有一定的優越性，因此，文章就以三個直流電機控制的執行機構的AMT為研究對象，對自動變速箱的控制策略進行研究和分析。

4 常用AMT變速箱換擋規律

換擋策略是車輛兩擋間自動換擋時刻隨控制參數變化的規律。動力性換擋規律，是指能夠使車輛獲得最大加速度的換擋規律。圖2是在一定節氣門開度下的驅動力矩示意圖，由圖可看出，1擋驅動力矩曲線與2擋驅動力矩曲線交匯于A點，則車速低于A點時，1擋加速度大于2擋加速度；當車速高于A點時，1擋加速度小于2擋加速度。因此，A點車速就是在這個節氣門開度下1擋換2擋的動力性換擋點。由此，可得出2擋換3擋，3擋換4擋，4擋換5擋的換擋點。

由此即可得出動力性換擋規律，見圖3：

經濟性換擋規律是指能夠使車輛在行駛中消耗燃油最少的換擋規律。由圖3可知，3擋和4擋的燃油消耗率曲線交匯于A點，車速低于A點時，3擋燃油消耗率低于4擋燃油消耗率，在A點以右，3擋燃油消耗率高于4擋燃油消耗率。由此，A點車速即為此油門開度下3擋升4擋的經濟性換擋點。

本篇針對常見的AMT變速箱的執行機構進行了分析，對比電控液動、電控氣動和電機操縱三種不同換擋機構形式的優缺點，并分析了常用的AMT變速箱換擋規律，為研究混合動力客車用電動執行機構的AMT控制策略打下了基礎。