探析重卡AMT換檔執行過程及智能檔位決策

妥世花 秦龍龍

摘 要：電控機械式自動變速器（Automated Mechanical Transmission AMT）與其他類型的自動變速器相比具有結構簡單、生產繼承性好、傳動效率高，制造維護成本低等優點。裝配AMT的重型商用車不僅可以減輕駕駛員的勞動強度，而且能減少整車燃油消耗，降低貨物運輸成本，非常適合市場需求，是自動變速器研發重要方向。因此，開發完善的重型氣動AMT控制系統具有重要意義。

關鍵詞：AMT;檔位決策;氣動離合器

1 AMT原理

AMT變速器通過電子控制單元操縱離合器及控制換檔機構，使手動變速器實現自動換檔，因此也被稱為“智能換檔變速器”。AMT原理為：變速器控制單元（TCU）中嵌入檔位決策和執行機構的控制策略，TCU接收駕駛員控制油門踏板制動踏板及換檔手柄的信息、車輛運行參數（車速、加速度、發動機轉速、變速器輸入軸轉速）以及道路路面狀況三個方面的信號，并根據相應的信號信息，檔位決策系統的出口標檔位，執行機構控制系統根據當前檔位與目標檔位的信息對相應的執行機構進行協調控制，實現換檔操作過程。上述操作通過控制發動機節氣門執行機構、離合器執行機構、變速器換檔執行機構、TB閥同步執行機構配合完成自動換檔過程。

2 AMT快速原型開發試驗

AMT快速原型開發試驗臺架可實現各氣動執行機構特性研究及起步、同步換檔過程設計與測試等多種功能。本試驗臺架的動力源為功率55kw三相異步電機。研究對象是重汽hw系列變速器，其內部結構為中間軸式無同步器變速器，同步過程需要制動中間軸并將其轉速控制在合理范圍內，從而實現同步換檔。另外該變速器采用氣動執行機構，其動力由空氣壓縮機產生的高壓氣體提供，通過控制電磁閥開閉完成各執行機構動作。在試驗臺架的末端，裝配一套加載裝置，該加載裝置通過液壓執行機構摩擦制動進行加載。MicroAutoBoxⅡ是整個臺架的控制中心，控制整個AMT實驗臺架。扭矩儀采集電機輸出轉速、轉矩信號以及變速器輸出軸的轉速、扭矩信號，從而完成變速器轉速標定及實驗臺工況檢測。

3 AMT試驗臺架仿真建模

AMT電氣原理圖，主要包括助力缸位置傳感器以及選換檔位置傳感器，主要電磁閥包括助力缸電磁閥、選換檔電磁閥、TB制動器電磁閥等。根據該電控機械變速器結構及試驗臺架各組成部分的參數使用AMESim搭建其機電液仿真模型并在Simulink中搭建相對應控制策略模型。

3.1 離合器助力缸模型

離合器助力缸通過常閉式兩位兩通開關電磁閥開啟與關閉，控制缸內活塞往復運動，進而實現離合器的接合與分離。本文用ZZK、ZZM、ZFK、ZFM分別表示助力缸正向快閥、助力缸正向慢閥、助力缸負向快閥、助力缸負向慢閥。當AMT上層檔位決策系統決定換檔指令或起步指令發出時，底層離合器控制系統接到指令并根據控制需求，對各助力缸電磁閥發出相應開關指令，進而實現阻力缸的控制。當ZZK和ZZM開啟時，高壓氣通過電磁閥給氣缸供氣，使氣缸增壓。當氣缸壓力大于等效阻力F時，助力缸活塞移動帶動離合器執行機構，完成其分離任務;當ZFK和ZFM開啟時，氣缸氣室通過電磁閥氣路與外界大氣連通，氣缸泄壓，在離合器等效阻力F的作用下，助力缸活塞移動帶動離合器執行機構動作，完成其結合任務;當助力缸各電磁閥關閉，離合器位置不發生改變。在助力缸正向電磁閥組以及助力缸負向電磁閥組中，快閥比慢閥節流口面積大，單位時間內進氣量不同，通過對快閥和慢閥邏輯控制，可實現離合器不同的結合或分離速度。該AMT通過助力缸位移傳感器，實現閉環反饋控制。根據以上對助力缸分析，使用AMESim建立助力缸執行機構模型。

3.2 選換檔模型

本文所研究AMT變速器選換檔執行機構的結構類型為X-Y型，通過控制選檔正向、選檔負向、換檔正向、換檔負向四個電磁閥工作來控制撥叉的位置進而實現主箱的選檔和換檔任務。通過范圍檔正向、范圍檔負向兩個電磁閥控制副箱范圍檔執行機構，進而控制車輛高低檔。

3.3 AMT臺架整體模型

完成變速器助力缸、選換檔等各個部分的建模及仿真調試后，根據實驗臺電機、變速器及轉動慣量的參數搭建試驗臺架仿真模型。該試驗臺架仿真模型如圖所示，對應控制策略模型如圖所示。該仿真模型能夠進行氣動執行機構控制、換檔過程控制、同步控制及離合器跟蹤控制方法的仿真分析，為離合器起步及換檔控制策略驗證提供試驗驗證基礎。同時也為建立基于dSPACE快速原型開發控制AMT實驗臺架奠定理論基礎。

4 結語

最后在分析離合器特性及其控制方法基礎上，制定了離合器分階段控制策略，并進行起步仿真測試試驗，結果證明該策略能夠有效完成離合器起步控制在針對換檔過程沖擊問題，分析無同步器同步換檔過程，討論最優差控制策略，并利用臺架仿真模型，進行換檔過程仿真，仿真結果證明同步換檔控制能夠有效解決換檔過程中沖擊問題。

參考文獻：

[1]赫燕鵬.重卡AMT自動變速器試驗臺測控系統研究與開發[D].山東大學，2019.

[2]叢曉妍.重卡AMT自動換擋策略及關鍵參數研究[D].2017.