淺析機械式汽車換擋智能控制

高　敬

[摘要]目前汽車發展技術飛速,裝配自動變速器能夠使得汽車自動換擋,主要分析電控機械式變速器系統基本技術,在此基礎上分析目前電控機械式自動變速系統需要完善問題,并闡述機械式汽車換擋智能控制技術相關問題。

[關鍵詞]電控機械式自動變速器AMT控制

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710113-01

換擋控制作為電控機械式自動變速器(Automatic Mechanical Trans

mission,AMT)控制系統中的關鍵技術,直接影響汽車的整車品質,因此關于換擋控制的研究與開發具有現實的意義。

一、電控機械式自動變速系統原理

電控機械式自動變速系統是在原有固定軸式齒輪變速箱和干式離合器的基礎上,應用電子技術和自動變速理論,以電子控制單元(ECU,Electr

ical Control Unit)為核心,通過液壓或電動執行機構控制離合器的分離和接合、選換擋操作以及發動機節氣門的調節,來實現車輛起步、換擋操縱控制的自動化。

根據駕駛員的意圖(油門踏板、制動踏板、選擇器開關等)和車輛的運行狀態(發動機轉速、輸入軸轉速、車速、檔位),通過設定的規律(換擋規律、離合器接合規律等),借助于相應的執行機構(發動機轉速調節機構、選換擋執行機構、離合器分離和接合執行機構),對車輛的動力傳動系統(發動機、離合器、變速器)進行聯合操縱。

AMT系統由下列四部分組成:(1)被控對象:包括發動機、離合器和變速器。(2)執行機構:包括電機、電磁閥(普通電磁閥和高速電磁閥),液壓缸(離合器作動缸和選、換擋油缸)等。(3)傳感器:包括速度傳感器(發動機轉速傳感器、輸入軸轉速傳感器、車速傳感器)、油門開度傳感器、檔位傳感器等。(4)電子控制單元(ECU):包括CPU、RAM、I/O接口等。

AMT的執行機構由選換擋執行機構、離合器執行機構和發動機轉速調節裝置組成。選、換擋和離合器執行機構有電-氣式、全電式及電-液式三種,由于氣體體積的可壓縮性,采用氣動方案會導致換擋速度變慢,但如果車輛原有氣壓系統,則采用電-氣式可以不用增加能源、調壓與蓄能器等設備,使成本降低;全電式在價格和質量上有優勢,但調整困難,不太適合大量生產,目前使用最多的仍是電控-液壓式執行機構,它不僅可用于高扭矩范圍,有最快的換擋速度,而且與其它液壓系統可實現最佳配合。

二、目前電控機械式自動變速系統需完善的問題

(一)可靠性問題。可靠性問題是車輛自動化裝置最重要的問題之一。AMT的可靠性問題包括執行機構的可靠性和電控系統軟硬件可靠性兩方面的問題。可靠性問題的解決是AMT走向商品化的重要前提條件。

(二)換擋品質問題。AMT在切斷動力換擋時,不像液力變矩器在起步、換擋過程中能緩和振動與沖擊。目前在實際工作中出現的換擋品質問題主要表現在傳動比變化大、同步前變速器主、從動軸轉速差大,同步時間長或產生同步沖擊;同步后相應的離合器主、從動盤轉速差也較大,從而增加了滑摩時間或造成換擋沖擊。這對解決好換擋時序、離合器與發動機的協調控制問題提出了要求。

(三)執行機構優化設計問題。AMT的自動操縱是由液壓或電動執行系統完成的。它包括選換擋執行系統和離合器執行系統兩部分。系統動態特性的好壞直接影響起步、換擋控制品質和系統工作的可靠性。影響系統動態特性的因素很多,其中系統的結構參數一經設計選定將是固定不變的,所以根據系統的工作特點和使用要求對執行機構的結構參數進行動態優化設計是AMT產品化過程中的一個關鍵環節。

(四)起步控制技術問題。離合器的接合控制是起步控制中的難點與關鍵。近年來,開環控制、閉環PID控制、模糊控制等控制策略先后被引入到離合器接合控制,豐富了自動變速控制理論,同時也取得一定的效果。此外,道路狀況對車輛起步也有很大影響,當AMT車輛在坡道起步時,為了能可靠起步,需配以坡道起步輔助裝置及相應控制規律才能完成坡道起步。要滿足起步工況的工作要求,即平穩、滑磨功小又與駕駛員的操縱意圖協調等,必須進一步研究提高起步性能的理論和技術,如自適應控制以提高AMT對工作環境的適應性;預測控制對執行機構相對控制指令的滯后時間進行預測補償,以提高控制精度和系統的反應速度等。

三、電控機械式自動變速系統的展望

隨著電子技術的不斷進步和人們對車輛性能要求的不斷提高,將可能在以下幾個方面對AMT技術產生較大影響。1.整車協調智能控制。由于車輛行駛工況與控制的復雜性,將電子技術引入汽車,用電腦代替人腦來精確判斷車輛及路面狀況,用電控系統取代繁雜的機械控制元件已成為現代汽車研究發展的目標之一。汽車工作環境惡劣而且多變,要確保電子控制系統能在氣候、機械、電性能等各種條件下能可靠工作,對電子控制系統的設計提出了更高的要求。作為整個電控系統核心的微機控制技術的研究和實踐也不斷深入。2.多路通信技術。在車載各ECU間使用的多路通信稱為CAN(Controller Area Network)總線,它是德國Bosch公司在80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。它通過在每個ECU上設置CAN控制器,使用串行通路母線發送和接收數據,實現各控制系統中使用的傳感器信號和車輛狀態信息共享以及綜合診斷,預計在推進各控制系統的高性能化、協調化方面將不斷發揮巨大作用。3.傳感器技術。傳感器是汽車電子化、智能化的基礎和關鍵。車輛電子控制系統為了得到控制需要的物理量和化學量信息,需要各種各樣的傳感器。此外,人們還引入了各種最新的監測、控制技術以改善自動變速器的性能,使檔位決策及換擋控制對路面環境、使用者特點、使用者意圖具有適應性。AMT在離合器控制和檔位決策方面采用模糊邏輯、模仿熟練駕駛員駕駛車輛中的相應操縱以改善起步、換擋、離合器接合控制特性和檔位選擇的適應性。神經網絡方法也被引入AMT的檔位決策和控制中。通過全球定位系統GPS(GlobalPositionSystem)獲取更多路面特征信息以提高AMT對路面的適應性。所有這些都將大大提高AMT的智能化水平。

四、自動變速汽車換擋智能控制的意義

在汽車行駛過程中,換擋是較為頻繁的動作,傳統的手動換擋,駕駛員容易疲勞和精神松弛,AMT的自動變速系統使駕駛員可根據行駛狀況通過控制加速踏板使AMT自動換入所期望的合理的檔位工作。要實現這種控制同時又保證換擋品質,提高車輛性能,有必要對自動換擋實行智能控制,模擬人腦,根據駕駛員意圖(通過加速踏板,剎車踏板等),行駛工況等自動做出準確判斷,換入合適檔位。采用模糊神經元網絡對自動換擋進行智能控制,使AMT能夠根據駕駛員的意圖,行車工況等信息實現最佳動力性或經濟性換擋,同時也保證換擋的平順性,是換擋控制策略的有效嘗試。

參考文獻:

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