AMT換擋過程離合器控制研究

任鋼（南京越博動力系統股份有限公司，江蘇 南京　210000）

AMT換擋過程離合器控制研究

任鋼
（南京越博動力系統股份有限公司，江蘇 南京210000）

以直流有刷電機驅動的AMT電控離合器系統為基礎，系統分析換擋過程中離合器結合過程的控制算法對換擋品質的影響。提出了一種以發動機主從動輪的轉速差、發動機輸出扭矩為基礎的離合器控制策略，并將該控制策略應用于小型輕客上。試驗結果證明，該控制算法有效地提高了車輛換擋的平順性，能滿足AMT車輛的要求。

AMT；離合器；控制策略

目前，電控自動變速操縱系統的類型主要有電液自動變速 （AT）、電控機械式自動變速 （AMT）、無級變速 （CVT）、雙離合器自動變速器 （DCT）4種自動變速車輛。由于電控機械式自動變速器傳動效率高、制作成本低、易于制造，在舒適性要求不高的輕型客車、城市公交及商用車上的應用越來越廣泛。

換擋平順性是AMT變速器的重要評價指標，其換擋平順性的難點及核心在于換擋過程中離合器接合的控制。離合器接合過快，會造成發動機轉速的波動，同時引起傳動系統載荷的突變，造成換擋沖擊，影響換擋平順性。離合器接合過慢，雖然傳動系統載荷連續變化，換擋平順性好，但離合器的滑摩功會增加，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，因此研究換擋過程中離合器的控制問題是十分必要的。

1　換擋過程評價指標

換擋過程性能的評價指標主要有沖擊度和滑摩功。

1.1沖擊度

沖擊度是指車輛的縱向加速度的變化率，用j表示，由此可導出：

式中：i0——主減速比；ig——各個擋位的速比；η——傳動系效率 （機械式變速器傳動效率一般為95%）；M0——汽車總質量；δ——旋轉質量換算系數；r——驅動輪滾動半徑；Tc——離合器實際傳遞扭矩。

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

結合實際車輛行駛參數，可以推導出的結合速度來控制。

1.2滑摩功

負載F:采用液壓缸加載。實驗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頂的加載方案，調節加載缸工作腔的油壓大小，即可使調速回路獲得不同的負載值。

滑摩功W表征離合器摩擦片之間滑動摩擦力做功的大小，可由下式表示：

式中：ωC——離合器從動輪的轉速；tF——離合器剛開始接合時刻；tH——離合器完全接合時刻；ωe2——換擋后發動機轉速。

2　離合器接合控制策略

換擋過程離合器的接合過程分為無轉矩傳遞區、轉矩傳遞區、轉矩不再增長區3個階段。離合器接合過程中，無轉矩傳遞區中無轉矩傳遞，接合速度盡可能快，縮短動力中斷時間。轉矩傳遞區中開始傳遞摩擦力矩，此時應放慢接合速度，減少傳動系的沖擊載荷，為防止滑磨時間過長影響使用壽命，需控制在一定時間內盡快完成。當離合器主、從動軸已同步，應以盡可能快的速度接合。由此可見，真正對換擋過程影響最大的是轉矩傳遞區。在該區內，離合器的接合過程又可細分為兩個小階段：前一階段是從離合器摩擦面開始接觸、摩擦力矩逐漸增長，直到等于車輛行駛阻力矩；后一階段摩擦力矩繼續增加，一直到離合器從動軸轉速與發動機轉速相等而達到同步。

2.1離合器接合量的確定

離合器的接合量應隨著發動機實際扭矩的變化而變化，實際扭矩越大離合器主動輪驅動力越大，而從動輪的負載不變，在離合器接合位置不變的情況下會使離合器主從動輪之間轉速差增大。此時需要加大離合器接合量來減少離合器主從動輪之間的轉速差，從而減小滑摩功。

離合器的接合量應隨著離合器主從動輪轉速差的變化而變化，當轉速差大時，接合量越大會造成沖擊度增大；轉速差小時，接合量的大小對沖擊度不會造成影響，此時可以增大接合量減小滑摩功。

綜上所述，可以通過離合器主從動輪的轉速差以及發動機的實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算圖

圖2　　離合器接合量與發動機實際扭矩、離合器主從動輪轉速差的關系圖

由于沖擊度與ig有關，因此需要根據每個擋位計算離合器接合量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系圖

圖4　　離合器接合量與變速器油溫關系圖

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種狀況來控制。

狀況一：當油門開度大于90%而且為降擋時，說明駕駛員需求最大動力來驅動車輛加速行駛，此時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，使離合器以最快的速度進行扭矩的快速傳遞。

狀況二：當離合器處于完全分離以及開始接觸之前，該過程由于沒有動力傳遞，不會產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生動力傳遞；當離合器快接近于接觸位置時，需減小接合速度，防止過沖產生換擋沖擊。

狀況三：離合器處于動力傳遞狀態。離合器的接合速度應隨著發動機實際扭矩的變化而變化，實際扭矩越大離合器主動輪驅動力越大，而從動輪的負載不變，在離合器接合位置不變的情況下，會使離合器主從動輪之間轉速差增大。此時需要加大離合器接合速度來減少離合器主從動輪之間的轉速差，從而減小滑摩功。

離合器的接合速度應隨著離合器主從動輪轉速差的變化而變化。當轉速差大時，接合速度越快會造成沖擊度增大；轉速差小時，接合速度的快慢對沖擊度不會造成影響，此時可以增加接合速度來減小滑摩功。

綜上所述，可以通過離合器主從動輪的轉速差以及發動機的實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動機實際扭矩、離合器主從動輪轉速差的關系圖

離合器的接合速度也應隨著發動機扭矩恢復速度的變化而變化。扭矩恢復速度越快，離合器接合速度也應該越快，使離合器盡快接合，減小滑摩功。

3　試驗驗證

為了驗證提出的離合器控制策略的正確性，在加裝了AMT電控系統的輕型客車上分別進行了不同狀態下的換擋過程離合器控制試驗。

由圖7分析，在同樣的發動機實際扭矩0處，不同的轉速差下，離合器接合位置也不一樣。轉速差越小，離合器接合量也大，但對換擋沖擊度也未產生影響，離合器接合過程中可以發現轉速沒有發生波動。同時也可以看出，圖7b在2 min49 s與2 min49.2 s時間時，相比圖7a在2min與2min1.5s時間時，在轉速差較大時，離合器接合速度也慢，這樣可以通過一段時間的滑摩來降低換擋的沖擊度。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動機實際扭矩、離合器主從動輪轉速差的關系圖相對應，驗證了該控制算法的正確性。

4　總結

本文根據換擋過程的品質評價指標的分析，提出了基于發動機實際扭矩與轉速差的離合器接合量、接合速度的控制策略和實現這一策略的控制方法，理論與實踐證明該控制策略具備以下優點。

圖7　　不同狀態下的換擋過程離合器控制試驗

1）減小了換擋過程的滑摩功，提高了離合器使用壽命。本文的分析可知換擋過程中轉速差及發動機實際扭矩對離合器的接合量及接合速度有決定性的影響，轉速差越大，離合器結合量也越大，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，計算量小，邏輯判斷簡單，方便實車進行控制參數的修改及匹配。

［1］葛安林．車輛自動變速理論與設計［M］．北京：機械工業出版社，1993．

［2］雷雨龍.提高電控機械式自動變速器性能的研究［D］.長春：吉林工業大學，1999.

［3］毛謙德.機械制動器和離合器中的干摩擦過程［J］.工程設計，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