電控機(jī)械式自動(dòng)變速器時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

周英超 常思勤 李 波

1.南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，南京，210094 2.山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院，淄博，255049

0 引言

機(jī)械式自動(dòng)變速器（automated mechanical transmission，AMT）在傳統(tǒng)定軸式機(jī)械變速器的基礎(chǔ)上增加了電控的自動(dòng)離合器和自動(dòng)換擋裝置，具有傳動(dòng)效率高、繼承性好以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，是自動(dòng)變速技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一，被廣泛應(yīng)用于各種緊湊型、運(yùn)動(dòng)型以及中型/重型車(chē)輛。與其他類(lèi)型的自動(dòng)變速器相比，現(xiàn)有AMT存在換擋過(guò)程動(dòng)力中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，這嚴(yán)重影響了車(chē)輛的動(dòng)力性和換擋品質(zhì)［1］。

為了解決AMT換擋過(guò)程中動(dòng)力中斷的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員提出了各種新型AMT結(jié)構(gòu)［2］。KUROIWA等［3］開(kāi)發(fā)了一種轉(zhuǎn)矩輔助型AMT結(jié)構(gòu)，在換擋過(guò)程中，通過(guò)輔助離合器的接合而接通輔助的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至車(chē)輪，從而彌補(bǔ)換擋過(guò)程中的動(dòng)力中斷。NGO等［4］提出了一種在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器輸出軸之間加裝基于慣性飛輪的行星齒輪動(dòng)力分流機(jī)構(gòu)。BARASZU等［5］設(shè)計(jì)了一種并聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)方案，在傳統(tǒng)AMT傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一條由電機(jī)傳遞至半軸的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)。董悅航［6］提出了一種用于混合動(dòng)力客車(chē)的電動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)行星齒輪機(jī)構(gòu)與變速器輸出軸耦合，從而在換擋過(guò)程中直接將電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳遞到車(chē)輪，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不中斷換擋。然而，這些新型AMT都是通過(guò)添加輔助的動(dòng)力傳遞路線(xiàn)來(lái)補(bǔ)償換擋過(guò)程的動(dòng)力缺失，其結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)往往比較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用仍有諸多困難。

與上述文獻(xiàn)在換擋過(guò)程中對(duì)AMT進(jìn)行動(dòng)力補(bǔ)償?shù)乃悸凡煌疚牟捎眉涌鞊Q擋速度的方式來(lái)改善AMT動(dòng)力中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了一種利用電磁直線(xiàn)執(zhí)行器直驅(qū)撥叉的時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)，該方案旨在通過(guò)AMT無(wú)選擋過(guò)程的擋位切換以及摘擋與進(jìn)擋過(guò)程的時(shí)序重疊控制，實(shí)現(xiàn)縮短AMT動(dòng)力中斷時(shí)間的目的。

1 AMT動(dòng)力中斷問(wèn)題

隨著行駛環(huán)境的不斷變化，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在理想的工況下工作，AMT需要頻繁地?fù)Q擋以滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的需求。

如圖1所示，AMT的整個(gè)換擋過(guò)程主要分為如下三個(gè)部分［1］：首先，離合器分離，從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞來(lái)的動(dòng)力中斷；然后，擋位切換，摘除先前擋位，掛入目標(biāo)擋位；最后，離合器再次接合，從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞來(lái)的動(dòng)力恢復(fù)。

圖1 AMT換擋過(guò)程中變速器傳遞扭矩變化Fig.1 The torque variation of gearshift process in AMT

在換擋過(guò)程中，離合器的分離中斷了發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輪之間的動(dòng)力傳遞，變速器傳遞的轉(zhuǎn)矩減小，并因受到行駛阻力而出現(xiàn)負(fù)轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致車(chē)輛在換擋期間前進(jìn)加速度缺失，車(chē)輛動(dòng)力性降低。在整個(gè)換擋過(guò)程中，動(dòng)力中斷時(shí)間越長(zhǎng)，車(chē)輛動(dòng)力性損失就越嚴(yán)重。為了減少動(dòng)力中斷對(duì)車(chē)輛動(dòng)力性和舒適性的影響，應(yīng)盡量縮短換擋時(shí)間。

2 AMT直驅(qū)撥叉式電控?fù)Q擋系統(tǒng)方案

順序換擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2a所示，選擋執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)在不同空擋位之間的切換動(dòng)作，換擋執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)在空擋位和不同擋位之間的切換動(dòng)作。時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2b所示，每個(gè)換擋執(zhí)行器與與其相連的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成單獨(dú)的換擋模塊，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)空擋位和兩個(gè)擋位之間的切換動(dòng)作。

圖2 兩種換擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of two gearshift systems

圖3 換擋過(guò)程對(duì)比Fig.3 Gearshift process comparison

以2擋至3擋換擋過(guò)程為例，順序換擋方式和時(shí)序重疊換擋方式換擋過(guò)程的對(duì)比如圖3所示，整個(gè)過(guò)程始于離合器完全分離，直至離合器再次接合。順序換擋包括三個(gè)步驟：首先，換擋執(zhí)行器動(dòng)作，從2擋摘擋至空擋（N1）；然后，選擋執(zhí)行器動(dòng)作，從空擋（N1）選擋至空擋（N2）；最后，換擋執(zhí)行器再次動(dòng)作，從空擋（N2）掛擋至3擋。由于這三個(gè)步驟必須依次進(jìn)行，即便每個(gè)步驟所用時(shí)間都降至最短，依舊難以獲得足夠短的換擋時(shí)間。時(shí)序重疊換擋包括兩個(gè)步驟：換擋執(zhí)行器2動(dòng)作，從2擋摘擋至空擋（N2）；換擋執(zhí)行器1動(dòng)作，從空擋（N1）掛擋至3擋。這兩個(gè)步驟在時(shí)序上同時(shí)進(jìn)行，與順序換擋相比，時(shí)序重疊換擋取消了選擋階段，節(jié)省了選擋動(dòng)作的時(shí)間，摘擋階段與掛擋階段在時(shí)序上重疊，從而實(shí)現(xiàn)換擋時(shí)間的縮短［7］。

圖4所示為時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)的三維模型。每一個(gè)換擋執(zhí)行器分別與一個(gè)換擋撥叉相連，單獨(dú)控制一個(gè)同步器實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)擋位與空擋之間的摘擋和掛擋動(dòng)作。

圖4 時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)三維模型Fig.4 The 3D model of the time-overlapping gearshift system

換擋執(zhí)行器采用了動(dòng)圈式電磁直線(xiàn)執(zhí)行器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由永磁體、動(dòng)圈、外磁軛、內(nèi)磁軛以及連接板等部件組成［8］。與旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)合減速、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的電控機(jī)械式換擋執(zhí)行器［9］相比，電磁直線(xiàn)執(zhí)行器取消了減速和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高了換擋機(jī)構(gòu)的可控性和定位精度。

圖5 電磁直線(xiàn)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)Fig.5 The structure of the electromagnetic linear actuator

3 換擋系統(tǒng)模型

基于電磁直線(xiàn)執(zhí)行器的時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)是一個(gè)多物理場(chǎng)相互耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，各子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系如圖6所示。

圖6 換擋系統(tǒng)耦合關(guān)系Fig.6 The coupling relations of the gearshift system

當(dāng)在電磁直線(xiàn)執(zhí)行器的動(dòng)圈施加激勵(lì)電壓U時(shí)，相應(yīng)產(chǎn)生電流I，載流線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用，產(chǎn)生的電磁驅(qū)動(dòng)力加載到機(jī)械子系統(tǒng)，從而使與動(dòng)圈相連的換擋部件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。反之，由于磁場(chǎng)的作用，動(dòng)圈受到與運(yùn)動(dòng)速度v成比例的反電動(dòng)勢(shì)Eemf作用于電路子系統(tǒng)，進(jìn)而影響線(xiàn)圈電流I，引起電磁力Fm的變化，在摩擦阻力Ff和換擋阻力Fd的共同作用下又會(huì)再次影響動(dòng)圈結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度v，形成耦合關(guān)系。

4 執(zhí)行器性能分析

執(zhí)行器性能測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖7所示，由DSP作為控制器，上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送控制指令至DSP控制器，功率驅(qū)動(dòng)模塊接收相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁直線(xiàn)執(zhí)行器動(dòng)作，相應(yīng)的傳感器采集位置、力和電流等信號(hào)，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。

圖7 執(zhí)行器性能測(cè)試系統(tǒng)Fig.7 Performance testing system

通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算得到的樣機(jī)主要參數(shù)如表1所示，可以看出，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量得以減小，系統(tǒng)的電氣時(shí)間常數(shù)值和機(jī)械時(shí)間常數(shù)值較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較快。

表1 換擋執(zhí)行器系統(tǒng)主要參數(shù)Tab.1 The main parameters of the gearshift actuator

定義同步器空擋位置為0，則同步器同步位置為4 mm情況下，電磁力與電流特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示，電流與電磁力呈現(xiàn)較好的線(xiàn)性關(guān)系，電磁直線(xiàn)執(zhí)行器具有較好的力控制性能。

圖8 力-電流特性曲線(xiàn)Fig.8 Measured force-current characteristics

圖9所示為在30 V電壓激勵(lì)下執(zhí)行器位置響應(yīng)仿真和實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)的對(duì)比結(jié)果。從圖9中可以看出，實(shí)驗(yàn)測(cè)量和仿真結(jié)果較為接近，驗(yàn)證了執(zhí)行器參數(shù)辨識(shí)的有效性。

圖9 執(zhí)行器動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)Fig.9 Dynamic characteristics of the actuator

5 時(shí)序重疊控制策略

摘擋和掛擋過(guò)程時(shí)序重疊控制策略的流程圖見(jiàn)圖10。換擋過(guò)程開(kāi)始，控制單元讀取摘擋執(zhí)行器的位置信號(hào)，判斷摘擋過(guò)程所處階段，在摘擋第一階段，接合套與上一擋位齒圈仍然嚙合，因此以接合套與上一擋位齒圈完全脫離的位置作為與摘擋第二階段的分界點(diǎn)。

圖10 時(shí)序重疊控制策略Fig.10 Time-overlapping control strategy

同時(shí)，控制單元讀取掛擋執(zhí)行器的位置信號(hào)zg，判斷掛擋過(guò)程所處的階段，實(shí)施相應(yīng)的控制策略。預(yù)同步階段與摘擋第一階段以及同步階段和摘擋第二階段可能存在時(shí)序重疊。若預(yù)同步階段完成過(guò)早，而摘擋過(guò)程第一階段尚未完成，此時(shí)開(kāi)始同步階段的動(dòng)作會(huì)造成兩個(gè)擋位之間運(yùn)動(dòng)干涉，這是不允許發(fā)生的；若預(yù)同步階段提前完成后等待摘擋第一階段完成再繼續(xù)掛擋過(guò)程，此時(shí)由于待掛入擋位同步器錐面之間間隙已經(jīng)消除，二者之間存在滑摩現(xiàn)象，這種控制方式會(huì)造成同步器摩擦錐面的提前過(guò)度磨損，縮短同步器的使用壽命。預(yù)同步階段的起始時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格按照時(shí)序要求進(jìn)行控制，從而保證掛擋過(guò)程的預(yù)同步階段完成后可立即進(jìn)入同步階段。由于換擋過(guò)程依據(jù)各換擋元件的相對(duì)位置進(jìn)行劃分和控制，因此，換擋執(zhí)行器依照時(shí)序要求進(jìn)行快速精確的位置控制，對(duì)于保證時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)的性能尤為重要。

6 位置復(fù)合控制器

電磁直驅(qū)換擋系統(tǒng)中換擋元件與執(zhí)行器直接相連，在提高響應(yīng)速度和增大系統(tǒng)剛度的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程易受到換擋過(guò)程中各種不確定因素的影響。常規(guī)的PID控制方法無(wú)法滿(mǎn)足執(zhí)行器位置控制的需求［10］。各種擾動(dòng)抑制方法，比如自適應(yīng)控制、魯棒控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等，雖然這些方法最終都能抑制擾動(dòng)，保證系統(tǒng)跟蹤控制的魯棒性，但是它們本質(zhì)上和常規(guī)PID控制相同，都是依靠誤差反饋控制方式來(lái)抑制系統(tǒng)的擾動(dòng)，只有在跟蹤誤差產(chǎn)生后才調(diào)整控制量，在大擾動(dòng)情況下，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程相對(duì)緩慢，不滿(mǎn)足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求［11］。二自由度控制方法由前饋控制器和反饋控制器組成，設(shè)計(jì)過(guò)程滿(mǎn)足分離性原理，前饋控制的引入能夠提高執(zhí)行器位置控制的精度和帶寬，反饋控制用以補(bǔ)償系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部干擾所引起的跟蹤誤差，因此，二自由度控制器具有更好的系統(tǒng)響應(yīng)和擾動(dòng)抑制特性［12］。

本文結(jié)合微分平坦前饋和線(xiàn)性自抗擾控制理論設(shè)計(jì)了一種基于二自由度控制理論的位置復(fù)合控制器用于換擋執(zhí)行器的位置控制，其結(jié)構(gòu)如圖11所示，主要由參考模型、前饋控制器、反饋控制器和擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器四部分組成。

圖11 位置復(fù)合控制器結(jié)構(gòu)Fig.11 Structure of position compound controller

6.1 參考模型設(shè)計(jì)

參考模型的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①因?yàn)榛谖⒎制教沟那梆伩刂破鞯脑O(shè)計(jì)涉及目標(biāo)軌跡的速度和加速度的未來(lái)信息，這對(duì)于階躍輸入的設(shè)定值來(lái)說(shuō)難以實(shí)現(xiàn)，本文利用參考模型預(yù)先設(shè)計(jì)參考軌跡，產(chǎn)生連續(xù)光滑的三路參考信號(hào)以實(shí)現(xiàn)前饋控制器的設(shè)計(jì)；②當(dāng)設(shè)定值為階躍信號(hào)時(shí)，由于被控系統(tǒng)具有一定的慣性，被控量的變化不可能產(chǎn)生突變，若直接利用設(shè)定值與被控量之間的誤差來(lái)計(jì)算控制量的話(huà)，會(huì)引起被控系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞被控系統(tǒng)。根據(jù)被控系統(tǒng)控制量的工作范圍，利用參考模型對(duì)輸入階躍信號(hào)的平滑作用使系統(tǒng)輸入得到合理的過(guò)渡，在線(xiàn)生成參考軌跡，并通過(guò)系統(tǒng)控制量對(duì)其跟蹤控制，能夠有效地減少超調(diào)現(xiàn)象，改善系統(tǒng)的控制性能。

離散形式的參考模型表達(dá)式如下：

式中，h為位置環(huán)采樣時(shí)間；ξ、ωn分別為期望的系統(tǒng)阻尼比和帶寬；r為設(shè)定值；zd、vd和ad分別為位置、速度和加速度參考信號(hào)。

6.2 擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器設(shè)計(jì)

構(gòu)造擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器，對(duì)系統(tǒng)的位置和速度狀態(tài)變量以及總和擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)。系統(tǒng)擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器離散形式的表達(dá)式如下：

式中，z1為位置估計(jì)值；z2為速度估計(jì)值；z3為系統(tǒng)總和擾動(dòng)的估計(jì)值；α1、α2、α3為狀態(tài)觀(guān)測(cè)器參數(shù)；ke為電機(jī)系數(shù)；m為運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量；R為執(zhí)行器線(xiàn)圈電阻；c為阻尼系數(shù)。

6.3反饋控制器設(shè)計(jì)

反饋控制律UB利用參考模型輸出的參考信號(hào)與擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器輸出的狀態(tài)估計(jì)之間的差值，以及擴(kuò)張狀態(tài)觀(guān)測(cè)器估計(jì)的總和擾動(dòng)來(lái)產(chǎn)生控制量，從而利用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線(xiàn)性化的方式使非線(xiàn)性換擋系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性系統(tǒng)，具體表達(dá)式如下：

式中，k0、k1為比例控制系數(shù)。

6.4 前饋控制器設(shè)計(jì)

基于微分平坦的前饋控制器設(shè)計(jì)方法主要有兩種：微分幾何方法和直接分析法。由于系統(tǒng)階數(shù)較少，此處采用比較直觀(guān)的直接分析法。由于電路系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間明顯短于機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，因此可以將其忽略，只考慮機(jī)械系統(tǒng)的作用。

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線(xiàn)性化后的機(jī)械系統(tǒng)可表示為

系統(tǒng)的輸入變量可以通過(guò)輸出變量位置信號(hào)z及其導(dǎo)數(shù)表示：

根據(jù)參考模型的輸出信號(hào)，得到機(jī)械系統(tǒng)的前饋控制器表達(dá)式：

7 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖12所示為本文串級(jí)二自由度位置控制器有無(wú)前饋環(huán)節(jié)時(shí)執(zhí)行器位置變化對(duì)比曲線(xiàn)。圖13所示為兩種情況下的執(zhí)行器位置誤差變化曲線(xiàn)。從圖12、圖13可以看出，有前饋控制的情況下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速，動(dòng)態(tài)誤差明顯小于無(wú)前饋控制的動(dòng)態(tài)誤差。

圖12 有無(wú)前饋環(huán)節(jié)條件下位置變化曲線(xiàn)Fig.12 Position curves with and without feedforward controller

圖13 位置誤差變化曲線(xiàn)Fig.13 Position error curves

假定系統(tǒng)參數(shù)按下式隨機(jī)變化：

式中，λ為滿(mǎn)足正態(tài)分布的隨機(jī)函數(shù)，λ∈[-1'1]；R0、L0、ke0、m0和c0分別為相應(yīng)參數(shù)的名義值。

在上述系統(tǒng)參數(shù)隨機(jī)變化的情況下，系統(tǒng)位置誤差曲線(xiàn)如圖14所示，可以看出，系統(tǒng)參數(shù)的隨機(jī)變化并未對(duì)位置誤差造成較大的影響，位置控制系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的魯棒性較強(qiáng)。

圖14 參數(shù)隨機(jī)變化條件下位置誤差曲線(xiàn)Fig.14 Position error curves with uncertain parameters

為了驗(yàn)證控制系統(tǒng)在參數(shù)不確定和較大的外部負(fù)載力作用下系統(tǒng)的魯棒性，在上述隨機(jī)變化系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)上，在25～30 ms的時(shí)間段內(nèi)作用不同的階躍負(fù)載。圖15所示為在不同階躍負(fù)載和不確定參數(shù)的條件下?lián)Q擋系統(tǒng)的執(zhí)行器位置變化曲線(xiàn)。在負(fù)載力增大至200 N時(shí)，系統(tǒng)仍可以在一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至平衡位置，最大動(dòng)態(tài)誤差約為7.8%。

圖15 外部負(fù)載力和參數(shù)隨機(jī)變化條件下位置變化曲線(xiàn)Fig.15 Position curves with different external load force and uncertain parameters

為了驗(yàn)證基于電磁直線(xiàn)執(zhí)行器的時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)的可行性，建立如圖16所示的換擋試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)臺(tái)架主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、換擋執(zhí)行器、變速器、直線(xiàn)位置傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、慣量盤(pán)以及各種連接部件等。

在被同步轉(zhuǎn)速差為500 r/min，慣量盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.01 kg·m2的條件下，對(duì)2擋至3擋的換擋過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖17所示為2擋至3擋的時(shí)序重疊換擋過(guò)程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖17中可以看出，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)摘擋過(guò)程和掛擋過(guò)程的同步進(jìn)行，時(shí)序重疊時(shí)間約為20 ms。在摘擋第一階段完成時(shí)，掛擋預(yù)同步過(guò)程尚未完成，因此同時(shí)掛入兩個(gè)擋位運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉的情況不會(huì)發(fā)生，掛擋預(yù)同步過(guò)程完成可立即進(jìn)入同步階段。表2所示為時(shí)序重疊換擋方式與兩種采用順序換擋方式的方案在不同換擋階段的時(shí)間對(duì)比，時(shí)序重疊換擋方式換擋時(shí)間明顯縮短，數(shù)值上約等于掛擋階段所需的時(shí)間，有效地縮短了AMT換擋過(guò)程動(dòng)力中斷的時(shí)間。

圖17 時(shí)序重疊控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.17 Test results of the time-overlapping gearshift controller

表2 不同換擋階段的時(shí)間對(duì)比Tab.2 Duration comparison for different gearshift phases ms

8 結(jié)論

（1）通過(guò)分析AMT動(dòng)力中斷問(wèn)題的主要影響因素，以縮短換擋時(shí)間為出發(fā)點(diǎn)，提出了一種時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)，采用電磁直線(xiàn)執(zhí)行器作為動(dòng)力源，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量下降。

（2）執(zhí)行器的性能測(cè)試結(jié)果表明了系統(tǒng)具有較好的力控制性能和動(dòng)態(tài)特性，適用于快速的時(shí)序重疊換擋控制過(guò)程。

（3）提出了時(shí)序重疊換擋系統(tǒng)的控制策略，結(jié)合微分平坦前饋和線(xiàn)性自抗擾控制器設(shè)計(jì)了一種基于二自由度控制理論的位置復(fù)合控制器，仿真結(jié)果驗(yàn)證了位置復(fù)合控制器的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和對(duì)不確定的系統(tǒng)參數(shù)和外部負(fù)載力的擾動(dòng)抑制能力。

（4）通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了時(shí)序重疊的換擋操作，時(shí)序重疊時(shí)間約為20 ms，整體換擋時(shí)間縮短超過(guò)15%，有效地縮短AMT換擋過(guò)程動(dòng)力中斷時(shí)間。

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