電控機械式自動變速箱選換檔驗證方法研究

0 前言

變速箱作為傳遞運動與動力的核心零部件，在汽車、船舶、重工、農業等領域上被廣泛應用。變速箱在汽車的傳動系統中是極為重要的一環，不僅直接影響車輛對的動力傳動效率、動力傳動連續性、燃油經濟性，同時還影響著駕乘人員的操作效率及舒適性等駕乘體驗。伴隨工業時代的蓬勃發展，人們對車輛的需求不僅僅停留在動力性方面，對車輛經濟型、舒適性等方面的需求日趨強烈且嚴苛，變速箱的各方面性能要求也愈發提高，逐步推動著變速箱向著效率高、動力強、換檔平順噪音小等方向不斷發展

。

機械式自動變速箱始于上世紀七十年代，分為半自動機械式自動變速箱(SAMT)和AMT。直到1984年，日本五十鈴公司推出了第一款真正意義上的AMT——NAVI-5式AMT并安裝于ASKA轎車上投放于市場。1997年Sabb公司推出由步進電機驅動液壓缸控制離合器分離與接合的AMT。2001年Renault Twingo公司首次使用這種AMT，開辟了大排量車輛與運動型車輛的先例

。

自八十年代中期開始，上海交通大學、北京理工大學、吉林工業大學、哈爾濱挨姆特汽車電子有限公司等機構開始針對AMT的研究。2002年重慶大學機械傳動實驗室針對AMT變速箱離合器及其執行機構改進并進行實車實驗。2010年底，法士特公司自主研發了一款AMT并進行了量產

。目前，我國擁有自主產權的卡車AMT主要是重汽、解放、法士特三家企業。

搭載AMT變速箱的整車，在車輛起步及行駛過程中的選換檔時刻，針對發動機的轉速及扭矩進行控制，區別于自動變速箱(AT)所采用的定油門開度控制方式，基于AMT系統的控制策略及實現方式均提出更高精度、更快響應、更加平順等需求特性。本文提出一種基于AMESim及Simulink聯合仿真的方式

，針對大排量商用重卡專用的十六檔電控機械式自動變速箱(AMT)，于AMESim中進行變速箱結構及整車動力學模型的物理建模，于Simulink中進行控制系統及發動機等結構的物理建模，建立AMESim-Simulink之間的通訊串口，并將AMESim模型編譯，在Simulink中以添加模塊形式實現AMESim-Simulink的聯合仿真，在此試驗環境中實現針對AMT的控制系統與策略的功能性驗證，提升產品開發效率，降低開發周期。

雖然美國對伊朗的制裁針對大宗商品、礦產、航空、技術等領域，但一直以來都是以能源領域的制裁為核心。具體而言，主要針對如下行為。

1 AMT模型搭建

2017年12月5日，國務院辦公廳印發《關于深化產教融合的若干意見》，再一次昭示了國家對產教融合的重視。深化產教融合，創新技能人才的培養模式，是國家大力倡導的。人社部于2010年發布的《關于大力推進技工院校改革發展的意見》中明確要求“推進一體化教學改革”。一體化教學場所和一體化教師是一體化教學的重要資源。實施一體化教學，需要不斷進行一體化教學的資源建設。一體化教學改革至今，一體化教學場所建設陷入誤區，一體化教師依然短缺。必須實事求是，以學生的學習效果來評判一體化教學資源建設的效果。針對出現的問題，分析原因，找出問題的根源所在，踏踏實實地研究、開發和提升一體化教學，最終培養出合格的實用人才。

1.1 變速齒輪機構

變速齒輪機構作為變速箱的核心部件之一，同樣可以分為兩部分，分別為變速傳動機構及變速操縱機構。變速傳動機構主要由不同齒比的齒輪組系及配套軸系所構成，通過不同齒輪組系之間的嚙合，實現傳遞速度、扭矩的可變；變速操縱機構主要由離合器、同步器、換檔操作機構等構成，通過離合器、同步器、換檔操作機構、副軸制動等協同動作，實現不同齒輪組系之間的嚙合，進而控制變速傳動機構對應的不同傳動比，使得車輛滿足不同行駛路況的要求，以所需求的速度、扭矩等需求工況行駛，甚至長時間的動力傳遞切斷。

本文中AMT的變速箱選換檔系統是根據TCU判斷得到的選換檔結果，分別控制兩個選檔電磁閥、兩個換檔電磁閥。分別對應選檔氣缸內活塞及換檔氣缸內活塞動作。選檔電磁閥及換檔電磁閥均為兩位三通閥，電磁閥位的切換即代表缸內腔體與高壓氣源的連接狀態與缸內腔體泄壓狀態間的切換。選檔電磁閥1、2分別控制氣缸活塞兩端活塞腔的出入口，選檔電磁閥1、2的開閉狀態會直接影響氣缸活塞兩側腔體內是否充滿高壓氣體，選檔電磁閥1、2的單開狀態會驅動氣缸活塞正向及反向運動，并運動至氣缸體結構的機械限位處；閥1、2同開時刻，活塞兩端均充滿高壓氣體，由于活塞兩側活塞桿上均部有復位彈簧，在兩側復位彈簧及高壓氣體作用下，氣缸活塞始終處于中間位置，即中位狀態。綜上所述選檔電磁閥1、2的協同動作可以控制選檔活塞處于伸出、中位、縮回三種狀態，進而帶動撥叉，實現檔位選擇的動作。同理，換檔電磁閥1、2之間的協同動作可以控制換檔活塞處于伸出、中位、縮回三種狀態，值得注意的是，換檔電磁閥的伸出、縮回對應在檔狀態，中位狀態對應空擋狀態。基于上述狀態帶動撥叉，完成換檔動作。

長時間切斷動力傳遞是為了滿足發動機啟動、退檔換檔、怠速行駛、停車等狀況，達到中斷汽車發動機向驅動軸動力輸出的目的。當離合器接合的情況下，變速箱輸出軸不向外輸出扭矩。

Huang：Yang Bailao，you’re so foolish.You must sign tonight.Lao Mu，keep an eye on him.Don’t let him run away.

圖3中所示包含副軸制動系統，其工作過程為，發動機升檔過程中，變速箱輸出軸轉速與輸入軸轉速間速比加大，因而為了車輛行駛的平穩性，需拉低發動機轉速。在離合閉合前，需保證發動機轉速與輸入軸轉速的速差在一定范圍內，因而需要副軸制動的作用降低輸入軸轉速；變速箱降檔過程中，變速箱輸出軸轉速與輸入軸轉速間速比減小，需拉高發動機轉速，為配合發動機轉速拉高，需提高輸入軸轉速以減小離合器兩端速差，結構通過離合器的結合階段初期的滑磨過程提升轉速，保證換檔過程的離合結合過程不會因速差過大形成離合片的滑磨，影響駕乘體驗及使用壽命。

AMT系統由電控單元TCU、執行機構、傳感器三大部分(見圖1)。TCU是變速箱的控制大腦，一定程度上可以取代經驗豐富的司機對離合及油門踏板的控制，同時通過報文，與ECU進行交互，發送發動機控制模式需求以滿足發動機的轉速及扭矩需求；執行機構通過接受TCU發送的控制指令，實現電磁閥等執行器的控制，通過工作介質的傳動，實現變速箱的選換檔動作，當前應用較為廣泛的執行機構主要區分為電動式及氣動式，電動式的主箱是通過步進電機帶動絲杠完成選檔及換檔動作，氣動式是通過控制電磁閥，通過高壓氣體的推動，完成選檔及換檔動作；傳感器作為控制器的物理信息來源，用來采集轉速、溫度、氣壓等訊息，以電訊號反饋給TCU進行邏輯判斷

。本文中于AMESim中完成變速箱齒輪機構及整車動力學模型的搭建，于Simulink中完成控制模型及發動機等結構的建模。

AMESim中齒輪變速機構及車輛模型模型如圖3所示：

1.2 選換檔系統

駕駛員在進行選換檔操作時，往往希望速度快、無振蕩與沖擊的完成選換檔的操作。而選換檔系統又是一個多慣量系統，在極短時間內換檔會導致速比的變化和動力傳遞的中斷，從而引發整個系統的沖擊，增加傳動系統的動載荷，導致駕駛的不平穩。所以選換檔系統往往要求時間要短，減少動力中斷時間，降低變速箱輸出軸動力損失；換檔過程平穩，在較短的換檔時間內，盡可能的減少換檔沖擊，保證車輛的平穩駕駛。

通過AMESim搭建AMT的物理模型，Simulink搭建發動機與ECU控制系統，AMT物理模型作為子模塊嵌入Simulink中

，其中包含機械連接與信號連接。機械連接主要傳遞轉速與扭矩，信號連接把傳感器收集到各部件狀態信息進行傳遞以及把選換檔控制策略指令由TCU傳遞給AMT中。AMESim/Simulink聯合仿真模型如圖5所示：

本文所選變速箱換檔系統根據選換檔決策結果，通過電磁閥和氣缸控制換檔撥叉移動

，進而跟蹤目標檔位，實現自動換檔。選換檔結構如圖4所示：

本文所述AMT變速箱(見圖2)傳動比變換的基本原理如下，左側兩對排系齒輪構成了差動箱，通過兩個差分檔電磁閥帶動撥叉進行檔位選擇，形成兩種傳動比；中間四對排系齒輪構成了主箱，同過四個電磁閥帶動(2個控制主箱選檔、2個控制主箱換檔)，完成主箱的選換檔動作，形成四種傳動比；右側行星輪系構成范圍向，通過控制兩個范圍檔電磁閥，形成兩種傳動比

。最終通過撥叉、離合、各電磁閥之間的協同配合，實現16(2×4×2)檔的調速操作。

由于發動機的結構特性、動力性、耐久性及經濟性等方面的限制，發動機的最優運行工況區間較小，轉速區間在固定傳動比條件下，難以滿足車輛不同路況下針對牽引力及行駛速度的需求，變速箱需具備可改變發動機傳遞的驅動扭矩與轉速的能力，使得汽車能夠在較大的范圍內改變速度與驅動輪扭矩。

2 聯合仿真模型

康川司法所使用手機定位社區服刑人員有很多弊端。手機定位要求服刑人員必須隨身攜帶手機，一旦手機脫離了服刑人員，司法所就無法及時聯系他們。攜帶者如果預謀犯罪，甚至有可能造成刑偵誤導。[5]

Simulink將發動機的轉速與扭矩、電磁閥信號、鎖止器信號、離合器信號等信號傳遞至AMESim模型中，而AMESim模型反饋離合器位置、副軸速度、差動軸位置、齒輪位置、檔位位置、取力機構離合信號、范圍檔位置與溫度等信號反饋回Simulink模型中。

綜上所述，藥學類研究生國際化公開課是指在全球化觀念的指引下，把國際的、跨文化的觀念與前沿的藥學相關知識融合到藥學類研究生課程中，由國際藥學領域知名專家與學者采用開放的、高質量的授課方式，以此培養學生的國際觀念、視野和技能的教育、教學活動的系統。

3 模型驗證

為了驗證模型的合理性與準確性，需要給與ECU正確的選換檔控制策略，并模擬實車測試的環境，將AMESim模型與Simulink模型的步長調節至相同，并確保前者單獨的情況下定步長積分與變步長積分運算結果相同

，盡可能簡化模型，使得其真實仿真運算時間小于仿真時間。

前面說過綜合材料的真正使用最早見于19世紀末期歐洲藝術家，如埃德加·德加的作品。德加的《小舞女》最初并不是我們現在看到的青銅材質，而是蠟制的。在這尊雕塑中，他使用了真實布料制作的芭蕾舞裙、舞鞋以及真實毛發制作的假發等。這件雕塑作品在1881年的印象派展覽上展出備受爭議，從此以后德加再也沒有在公開場合展示過類似作品，顯然這更像是一種嘗試。

AMT模型反饋檔位變化狀況：

根據圖6顯示的結果，目標檔位與實際檔位基本一致，仿真結果在誤差容限范圍內，證明了模型的合理性與準確性。

4 結論

以一款大排量商用重卡專用的16檔AMT基于AMESim與Simulink聯合仿真的驗證平臺，其中包含了發動機模型、AMT模型、ECU系統，可以模擬不同油門開度與車速下的檔位狀況，并對油門開度與車速的變化實時進行退檔、選檔、換檔。該仿真平臺進過測試后誤差較小，可考慮進行進一步更復雜路況選換檔功能性驗證。

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