商用車機械式自動變速器的研究

杜棟+陳文

摘 要：商用車速度的變化與車輛的行駛安全息息相關，不合理的速度控制可能會對離合器的使用壽命、車輛的行駛穩定性產生一定影響。機械式自動變速器的應用可以有效解決上述問題，本文從機械式自動變速器的結構入手，對商用車機械式自動變速器進行分析和研究。

關鍵詞：商用車；機械式；自動變速器

前言：隨著我國經濟的不斷發展，商用車的數量變得越來越多，然而，車輛事故的發生昭示著商用車的行駛過程存在著一定的安全隱患。商用車速度控制（發動機轉速、檔位車速）是引發事故的主要原因，因此，可以利用在速度決策方面具有顯著優勢的機械式自動變速器，對商用車的速度變化進行安全合理的自動控制。

一、機械式自動變速器的結構

機械式自動變速器的結構主要由以下幾部分構成：

（一）電控單元部分

電控單元是機械式自動變速器發揮變速功能的核心。其組成成分主要包含I/O接口、CPU等[1]。

（二）執行機構部分

機械式自動變速器的執行機構主要由油缸、電磁閥等組成。在實際應用過程中，該部分負責實現相關控制指令。

（三）被控對象部分

機械式自動變速器的控制對象包含變速器、發動機以及離合器三種[2]。

（四）傳感器部分

機械式自動變速器中主要包含離合器位置傳感器、發動機及車速傳感器、檔位傳感器等。在實際應用過程中，機械式自動變速器可以利用這些傳感器收集車輛的實際運行信息，以此改善車輛行駛速度調節質量。

二、商用車機械式自動變速器

這里主要從以下幾方面入手，對商用車機械式自動變速器進行分析和研究：

（一）啟動方面

當商用車處于靜止狀態時，車輛的離合器從動盤轉速為0，商用車剛剛開始啟動接合時，離合器從動盤轉速參數與主動盤轉速參數之間的差值最大，在啟動過程中，摩擦阻力會對商用車的啟動形成一定影響，因此，商用車的車速從0開始逐漸增加，隨著車速的不斷增加，商用車離合器從動盤轉速與主動盤轉速之間的差值變得越來越小，當差值為0時，這兩種參數將保持同步狀態，不再產生差值[3]。根據商用車啟動過程在不同時間段的特點，可以將啟動階段分成克服阻力階段、轉速同步階段、同步接合階段以及完全接合階段。其中，轉速同步階段對商用車啟動環節的影響最為明顯。從商用車的實際使用要求來看，在啟動階段中，機械式自動變速器應該可以保證起步在較短時間內完成，防止離合器長時間磨合影響離合器的壽命；保證商用車的起步具有良好的平穩性特點，為乘客帶來舒適、安全的乘坐體驗。

根據上述要求，機械式自動變速器對商用車起步階段發動機轉速的控制應該遵循如下原則：

第一，預先設定控制原則。以商用車發動機油門開度參數為參照依據，分別設定多種合理的轉速判斷閾值。在商用車發動過程中，如果發動機的實際轉速參數大于對應閾值參數，離合器開始進行接合動作；如果發動機的實際轉速參數小于對應轉速閾值參數，則無法引發離合器的動作。

第二，恒定控制原則。這種控制原則是指，以怠速參數為參照依據，事先完成商用車發動機轉速判斷閾值的設定。在商用車的啟動過程中，機械式自動變速器將會根據實際啟動狀況對發動機的最高轉速參數進行合理控制[4]。為了保證機械自動變速器變速功能的實效性，可以將發動機恒定控制模式的最高目標轉速參數設定為所有油門開度下發動機轉矩最大值時的轉速參數。這種設置方式的應用優勢在于：商用車啟動過程的發動機轉速參數較低（達到最高目標的概率相對較低）。在恒定速度模式下，離合器受到的摩擦阻力干擾相對較小，且整個啟動過程對自然環境產生的影響相對較小。

（二）降檔方面

駕駛員在高檔駕駛過程中，常常會遇到緊急制動降檔的問題。結合商用車的以往應用經驗可知，駕駛員實施降檔操作所需的時間相對較長，在整個降檔過程中，稍有不慎便有可能引發交通事故。此外，即使駕駛員在安全狀態下順利完成制動降檔，當引發降檔需求的因素消失后，制動的解除可能會導致商用車動力不足問題。

為了避免出現上述狀況，可以將機械式自動變速器的控制流程設計為：當商用車發動機轉速不足750r/min，且駕駛員踩下制動踏板（實施制動降檔操作）時[5]，需要根據機械自動變速器的實際檔位為常用車控制降檔提供不同的解決策略。如果機械式自動變速器的檔位大于一檔（商用車處于高檔運行模式），則商用車的離合器開始從接合狀態轉入分離狀態。此時機械式自動變速器將參照商用車設計車速完成目標檔位的計算。駕駛員成功將商用車的制動解除之后，機械自動變速器將自動更換為目標檔位。此時，離合器由分離狀態轉入結合狀態，滿足商用車的安全、正常行駛要求；如果機械式自動變速器處于一檔位置，則離合器會在變速器的作用下直接轉入分離狀態。當商用車完全停止運行之后，由駕駛員手動操作，再次重新啟動。基于機械式自動變速器降檔控制的優勢在于：其可以有效防止商用車駕駛員的制動降檔操作干擾車輛的運行安全。從這個角度來講，機械式自動變速器的應用，顯著改善了商用車的運行安全情況。

（三）換擋方面

1.機械式自動變速器的換擋功能要求

商用車安全、正常形式對機械式自動變速器換擋功能的要求主要包含以下幾種：第一，要求變速器的換擋過程應降低摩擦阻力對離合器產生的干擾，同時保證離合器由分離狀態轉入接合狀態過程的平穩水平。第二，要求變速器的換擋過程降低檔位變化對發動機轉速產生的影響，保障發動機處于穩定運行狀態。

2.機械式自動變速器的升檔流程分析

這里以商用車的升檔操作為例，對機械自動變速器的作用流程進行分析。整個升檔流程主要包含以下幾個階段：

第一，轉矩階段。在轉矩階段中，商用車的離合器始終處于閉合階段。商用車在以原檔位運行的過程中，離合器作為中間媒介，負責為發動機的扭矩提供傳遞功能，實現發動機扭矩向商用車變速器一軸的轉化。在這個階段中，商用車發動機轉矩的合理控制需要利用ECU完成。

第二，檔位計算階段。在這個過程中，商用車TCU參照車輛本身的換擋規律，將適宜的換擋車速計算出來。在商用車即將達到換擋時刻之前，機械式自動變速器會向駕駛員發出換擋信號。在信號發出的同一時間，離合器接受分離指令，并響應分離動作[6]。在這一作用下，商用車發動機的負荷將會出現顯著的下降變化。為了防止商用車出現發動機轟鳴、轉速超速等問題，應該利用機械式自動變速器合理降低油門開度參數，并根據商用車的實際行駛要求合理調節發動機的轉矩參數、轉速參數。由于油門開度控制工作的時間直接影響發動機轉速，為了提升油門開度參數控制時間的合理性，應該在TCU與ECU之間建立良好的連接，以此實現信息的實時傳輸。

結論：機械式自動變速器的應用可以有效改善商用車的行駛安全狀態，對于駕駛員而言，無論是車輛的啟動環節、換擋環節，還是降檔環節，機械式自動變速器都可以有效發揮速度調節功能。

參考文獻：

[1]萬利. 重型商用車機械式自動變速器道路試驗方法研究[D].吉林大學，2014.

[2]劉文營. 重型商用車電控機械式自動變速器換擋規律的研究[D].吉林大學，2009.

[3]伍國強. 重型商用車機械自動變速器控制軟件開發及試驗研究[D].重慶大學，2009.

[4]王建忠. 商用車機械式自動變速器控制策略關鍵技術研究[D].吉林大學，2014.

[5]趙立軍，張艷芬，劉清河. 純電動商用車機械式自動變速器綜合換擋策略[J]. 西安交通大學學報，2015，06：46-52.

[6]王祺波. 重型商用車機械自動變速器控制軟件開發及試驗研究[J]. 山東工業技術，2016，04：250-252.