重型汽車(chē)變速操縱系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)探析

于龍，安俊龍，辛?xí)扎棧芷G龍，楊富恩

行業(yè)綜述

重型汽車(chē)變速操縱系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)探析

于龍，安俊龍，辛?xí)扎?，周艷龍，楊富恩

（陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

文章概述了國(guó)內(nèi)主流重型商用車(chē)汽車(chē)變速操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和布置形式，并對(duì)各類(lèi)型操縱系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)、技術(shù)瓶頸進(jìn)行系統(tǒng)分析，研究變速操縱系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

重型汽車(chē)；變速操縱系統(tǒng)

CLC NO.: U461 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-01-03

引言

隨著人民生活水平的提高和汽車(chē)工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)整車(chē)的操縱舒適性要求也越來(lái)越高。在過(guò)去幾年里國(guó)內(nèi)整個(gè)重型汽車(chē)行業(yè)車(chē)輛的變速操縱性能、舒適性都有一定提升，但仍然不能滿(mǎn)足重型車(chē)舒適性轎車(chē)化的需求。目前歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家75%的車(chē)型匹配AMT/AT變速器，國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠(chǎng)從2011年開(kāi)始陸續(xù)推出匹配AMT/AT變速器重型汽車(chē)，變速操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)控，使駕駛的舒適性得到了極大的提升。由于中國(guó)特殊路況、技術(shù)成本等原因，目前國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)主要使用的是手動(dòng)檔變速器，匹配自動(dòng)變速器重型汽車(chē)銷(xiāo)量占重卡銷(xiāo)量不足2‰，未來(lái)多年國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)還將以手動(dòng)變速器為主，所以目前各大廠(chǎng)商都在做提升手動(dòng)檔變速操縱性能和自動(dòng)變速器推廣的相關(guān)工作。

1 國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)變速操縱機(jī)構(gòu)介紹

圖1

圖2

目前國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)變速操縱系統(tǒng)大體分為以下五種：軟軸式操縱系統(tǒng)見(jiàn)圖1、單桿式操縱系統(tǒng)見(jiàn)圖2、天線(xiàn)式操縱系統(tǒng)見(jiàn)圖、AMT電控液動(dòng)/氣動(dòng)/電動(dòng)控制系統(tǒng)和AT電控液壓控制系統(tǒng)。天線(xiàn)式操縱系統(tǒng)根據(jù)桿系結(jié)構(gòu)可以分為天線(xiàn)多桿操縱系統(tǒng)和天線(xiàn)單桿式操縱系統(tǒng)。根據(jù)變速器頂蓋選換擋操縱是否分開(kāi)，可分為單桿式操縱變速器和雙桿式操縱變速器[1]。單桿式變速器主要與單桿操縱系統(tǒng)和天線(xiàn)操縱系統(tǒng)匹配使用，雙桿式變速器主要適用于軟軸操縱系統(tǒng)。

2 手動(dòng)檔變速操縱系統(tǒng)應(yīng)用分析

2.1 手動(dòng)檔變速操縱系統(tǒng)應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)變速操縱系統(tǒng)主要以軟軸式操縱系統(tǒng)、單桿式操縱系統(tǒng)、天線(xiàn)式操縱系統(tǒng)為主。

2.2 手動(dòng)檔變速操縱機(jī)構(gòu)分析及發(fā)展趨勢(shì)

2.2.1 單桿式變速操縱系統(tǒng)

單桿式操縱系統(tǒng)由固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上的操縱器通過(guò)一根硬桿控制變速器頂蓋選換檔軸進(jìn)行選換檔。桿系剛度高，整個(gè)操縱系統(tǒng)效率高、可靠性好。整車(chē)行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)會(huì)傳遞到操縱手柄上，影響舒適性。駕駛室下落時(shí)操縱器護(hù)罩與駕駛室孔結(jié)合，由于制造及裝配誤差會(huì)導(dǎo)致駕駛室密封差目前各大汽車(chē)廠(chǎng)都在著手解決密封振動(dòng)問(wèn)題。因桿系不易布置，單桿操縱系統(tǒng)主要用于重型凸地板車(chē)型。

2.2.2 天線(xiàn)式變速操縱系統(tǒng)

為解決單桿式變速操縱系統(tǒng)振動(dòng)密封問(wèn)題，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)出了天線(xiàn)式變速操縱系統(tǒng)。天線(xiàn)式操縱系統(tǒng)操縱器固定在駕駛室上，翻轉(zhuǎn)駕駛室時(shí)操縱桿會(huì)像天線(xiàn)一樣伸長(zhǎng)，當(dāng)駕駛室下落時(shí)操縱桿會(huì)鎖成一體，保證選換檔。操縱器固定在駕駛室上基本解決了密封振動(dòng)問(wèn)題，繼承單桿式操縱系統(tǒng)效率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。但駕駛室與動(dòng)力總成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致變速器掉檔、操縱系統(tǒng)異響等問(wèn)題。

駕駛室懸置已由螺簧向空氣簧發(fā)展，駕駛室相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)增加，對(duì)單桿操縱系統(tǒng)的性能、密封等影響較大，會(huì)導(dǎo)致天線(xiàn)式變速操縱系統(tǒng)掉檔風(fēng)險(xiǎn)增大。

國(guó)內(nèi)天線(xiàn)式操縱系統(tǒng)主要有兩種：?jiǎn)螚U式天線(xiàn)操縱系統(tǒng)、多桿式變速操縱系統(tǒng)。單桿式天線(xiàn)操縱系統(tǒng)由于桿系布置難主要使用于凸地板車(chē)型，多桿式變速操縱系統(tǒng)主要適用于平地板車(chē)型。

2.2.3 軟軸式變速操縱系統(tǒng)

由于軟軸式操縱系統(tǒng)容易布置，密封及NVH好，最初廣泛用于轎車(chē)和輕型卡車(chē)上。軟軸效率較低、可靠性較差，用在重卡上市場(chǎng)索賠率高且操縱性較差。隨技術(shù)發(fā)展國(guó)內(nèi)高端軟軸疲勞壽命能達(dá)到120萬(wàn)次、效率達(dá)到80%，性能有了一定提升。

2.2.4 手動(dòng)檔變速操縱系統(tǒng)趨勢(shì)分析

目前國(guó)內(nèi)高端重型汽車(chē)已經(jīng)十分注重舒適性、密封、NVH，采用平地板駕駛室、空氣懸置駕駛室已是趨勢(shì)。平地板車(chē)型駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)之間空間較小、相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較多，桿式操縱系統(tǒng)不易布置，天線(xiàn)式變速操縱系統(tǒng)掉檔風(fēng)險(xiǎn)增大，軟軸操縱系統(tǒng)基本沒(méi)有影響，隨著軟軸操縱系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展、軟軸操縱系統(tǒng)在重型汽車(chē)手動(dòng)檔變速器上廣泛應(yīng)用。

3 自動(dòng)檔變速操縱系統(tǒng)介紹

國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)市場(chǎng)目前主要的自動(dòng)變速器有兩種：AMT和AT。AT結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)被壟斷，國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)生產(chǎn)AT變速器，同時(shí)由于成本關(guān)系A(chǔ)T變速器主要用于一些特殊用途的礦用自卸和軍車(chē)上。

3.1 AMT變速器及操縱機(jī)構(gòu)介紹

電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)是在現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械變速器基礎(chǔ)上改變手動(dòng)操縱選換檔機(jī)構(gòu)而來(lái)，基本保留絕大部分原總成部件，與其它自動(dòng)變速器相比效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

AMT變速操縱機(jī)構(gòu)通過(guò)在變速器本體增加電控?fù)Q擋機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)，取消了手柄和變速器之間的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)控。駕駛員通過(guò)油門(mén)、手柄、剎車(chē)給ECU輸入，發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器TCU通過(guò)傳感器判斷駕駛員意圖，自動(dòng)變速操縱系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)指令控制發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和離合器實(shí)現(xiàn)變速器自動(dòng)換檔[2]。AMT控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3。

圖3

目前，國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)AMT選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)有三種：

液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)AMT 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)根據(jù)電控單元指令控制電磁閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成離合器分離、結(jié)合和變速器選換檔等動(dòng)作。液壓方案技術(shù)成熟、可靠性高，但加工要求高、成本高。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)AMT 電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使用三個(gè)直流電機(jī)分別控制選換檔和離合器操縱，電機(jī)根據(jù)電控單元指令控制離合器分離、結(jié)合和變速器選換檔等工作。電機(jī)執(zhí)行方案具有成本低、部件少、直接使用車(chē)上電瓶為電源，不需另外附加能源裝置等優(yōu)點(diǎn)，但單位輸出功率小。

氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)AMT 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同樣氣動(dòng)系統(tǒng)也是根據(jù)電控單元指令控制電磁閥，執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成離合器分離、結(jié)合和變速器選換檔等工作。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)適合具有氣源汽車(chē)，環(huán)保性能好，控制技術(shù)要求高，但要求汽車(chē)氣路密封性能好。

自動(dòng)變速器根據(jù)駕駛員操縱行駛不同可分為旋鈕式、撥片式、手柄式。人機(jī)位置目前有三種：前儀表、方向盤(pán)下側(cè)、駕駛員右側(cè)。由于是線(xiàn)連接，方便手柄人機(jī)布置、性能指標(biāo)提升。

3.2 AT變速器及操縱機(jī)構(gòu)介紹

自動(dòng)變速器(AT)主要有液力變矩器、行星齒輪組、主殼體、旋轉(zhuǎn)/固定離合器、主軸等部件組成，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪通過(guò)柔性盤(pán)和液力變矩器將動(dòng)力傳至變速器本體，然后通過(guò)行星齒輪變速傳遞給傳動(dòng)軸，行星齒輪傳動(dòng)速比靠液壓控制旋轉(zhuǎn)離合器執(zhí)行。駕駛員通過(guò)油門(mén)、手柄和剎車(chē)給TCM輸入，TCM通過(guò)輸入信息和各傳感器參數(shù)判斷駕駛員意圖輸出控制信號(hào)，控制相關(guān)離合器工作進(jìn)行變速器換檔。

3.3 自動(dòng)擋變速操縱系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

駕駛員駕駛自動(dòng)變速器車(chē)輛只需要控制手柄、油門(mén)就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，操作便捷，大大減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，尤其是城市工況，優(yōu)化的換擋策略，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)變速器和離合器的使用壽命。

4 結(jié)論

隨著國(guó)內(nèi)重型汽車(chē)市場(chǎng)對(duì)舒適性、密封、NVH等要求提高，因?yàn)檐涊S操縱系統(tǒng)容易布置、手感好等優(yōu)勢(shì)，軟軸操縱系統(tǒng)會(huì)在重型汽車(chē)手動(dòng)檔變速器上廣泛應(yīng)用。同時(shí)，隨著自動(dòng)檔變速器技術(shù)成熟、成本降低，未來(lái)重型汽車(chē)會(huì)由手動(dòng)檔向自動(dòng)檔過(guò)渡，但過(guò)程會(huì)比較長(zhǎng)，最終自動(dòng)變速器將基本取代手動(dòng)檔變速器，同時(shí)手動(dòng)控制機(jī)械結(jié)構(gòu)操縱系統(tǒng)將被電控操縱系統(tǒng)取代。

[1] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造.北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[2] 劉貽樟.AMT控制技術(shù).北京∶機(jī)械工業(yè)出版社.

Development trend of transmission control system of heavy vehicles

Yu Long, An Junlong, Xin Xiaoying, Zhou Yanlong, Yang Fuen
( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd Institute of Automotive Engineering R&D, Shaanxi Xi'an 710200 )

This paper summarizes the domestic heavy-duty truck manufacturer transmission control system structure and layout form, and systematically analyze the advantages and technical bottlenecks of various variable speed control systems, and study the future development trend of variable speed control system.

Heavy vehicles; Vehicle transmission control system

U461

A

1671-7988 (2017)16-01-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.001

于龍，男，（1988-）助理工程師，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，主要從事變速器及操縱系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。