浅析机械式汽车换挡智能控制

高　敬

[摘要]目前汽车发展技术飞速,装配自动变速器能够使得汽车自动换挡,主要分析电控机械式变速器系统基本技术,在此基础上分析目前电控机械式自动变速系统需要完善问题,并阐述机械式汽车换挡智能控制技术相关问题。

[关键词]电控机械式自动变速器AMT控制

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710113-01

换挡控制作为电控机械式自动变速器(Automatic Mechanical Trans

mission,AMT)控制系统中的关键技术,直接影响汽车的整车品质,因此关于换挡控制的研究与开发具有现实的意义。

一、电控机械式自动变速系统原理

电控机械式自动变速系统是在原有固定轴式齿轮变速箱和干式离合器的基础上,应用电子技术和自动变速理论,以电子控制单元(ECU,Electr

ical Control Unit)为核心,通过液压或电动执行机构控制离合器的分离和接合、选换挡操作以及发动机节气门的调节,来实现车辆起步、换挡操纵控制的自动化。

根据驾驶员的意图(油门踏板、制动踏板、选择器开关等)和车辆的运行状态(发动机转速、输入轴转速、车速、档位),通过设定的规律(换挡规律、离合器接合规律等),借助于相应的执行机构(发动机转速调节机构、选换挡执行机构、离合器分离和接合执行机构),对车辆的动力传动系统(发动机、离合器、变速器)进行联合操纵。

AMT系统由下列四部分组成:(1)被控对象:包括发动机、离合器和变速器。(2)执行机构:包括电机、电磁阀(普通电磁阀和高速电磁阀),液压缸(离合器作动缸和选、换挡油缸)等。(3)传感器:包括速度传感器(发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速传感器)、油门开度传感器、档位传感器等。(4)电子控制单元(ECU):包括CPU、RAM、I/O接口等。

AMT的执行机构由选换挡执行机构、离合器执行机构和发动机转速调节装置组成。选、换挡和离合器执行机构有电-气式、全电式及电-液式三种,由于气体体积的可压缩性,采用气动方案会导致换挡速度变慢,但如果车辆原有气压系统,则采用电-气式可以不用增加能源、调压与蓄能器等设备,使成本降低;全电式在价格和质量上有优势,但调整困难,不太适合大量生产,目前使用最多的仍是电控-液压式执行机构,它不仅可用于高扭矩范围,有最快的换挡速度,而且与其它液压系统可实现最佳配合。

二、目前电控机械式自动变速系统需完善的问题

(一)可靠性问题。可靠性问题是车辆自动化装置最重要的问题之一。AMT的可靠性问题包括执行机构的可靠性和电控系统软硬件可靠性两方面的问题。可靠性问题的解决是AMT走向商品化的重要前提条件。

(二)换挡品质问题。AMT在切断动力换挡时,不像液力变矩器在起步、换挡过程中能缓和振动与冲击。目前在实际工作中出现的换挡品质问题主要表现在传动比变化大、同步前变速器主、从动轴转速差大,同步时间长或产生同步冲击;同步后相应的离合器主、从动盘转速差也较大,从而增加了滑摩时间或造成换挡冲击。这对解决好换挡时序、离合器与发动机的协调控制问题提出了要求。

(三)执行机构优化设计问题。AMT的自动操纵是由液压或电动执行系统完成的。它包括选换挡执行系统和离合器执行系统两部分。系统动态特性的好坏直接影响起步、换挡控制品质和系统工作的可靠性。影响系统动态特性的因素很多,其中系统的结构参数一经设计选定将是固定不变的,所以根据系统的工作特点和使用要求对执行机构的结构参数进行动态优化设计是AMT产品化过程中的一个关键环节。

(四)起步控制技术问题。离合器的接合控制是起步控制中的难点与关键。近年来,开环控制、闭环PID控制、模糊控制等控制策略先后被引入到离合器接合控制,丰富了自动变速控制理论,同时也取得一定的效果。此外,道路状况对车辆起步也有很大影响,当AMT车辆在坡道起步时,为了能可靠起步,需配以坡道起步辅助装置及相应控制规律才能完成坡道起步。要满足起步工况的工作要求,即平稳、滑磨功小又与驾驶员的操纵意图协调等,必须进一步研究提高起步性能的理论和技术,如自适应控制以提高AMT对工作环境的适应性;预测控制对执行机构相对控制指令的滞后时间进行预测补偿,以提高控制精度和系统的反应速度等。

三、电控机械式自动变速系统的展望

随着电子技术的不断进步和人们对车辆性能要求的不断提高,将可能在以下几个方面对AMT技术产生较大影响。1.整车协调智能控制。由于车辆行驶工况与控制的复杂性,将电子技术引入汽车,用电脑代替人脑来精确判断车辆及路面状况,用电控系统取代繁杂的机械控制元件已成为现代汽车研究发展的目标之一。汽车工作环境恶劣而且多变,要确保电子控制系统能在气候、机械、电性能等各种条件下能可靠工作,对电子控制系统的设计提出了更高的要求。作为整个电控系统核心的微机控制技术的研究和实践也不断深入。2.多路通信技术。在车载各ECU间使用的多路通信称为CAN(Controller Area Network)总线,它是德国Bosch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它通过在每个ECU上设置CAN控制器,使用串行通路母线发送和接收数据,实现各控制系统中使用的传感器信号和车辆状态信息共享以及综合诊断,预计在推进各控制系统的高性能化、协调化方面将不断发挥巨大作用。3.传感器技术。传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键。车辆电子控制系统为了得到控制需要的物理量和化学量信息,需要各种各样的传感器。此外,人们还引入了各种最新的监测、控制技术以改善自动变速器的性能,使档位决策及换挡控制对路面环境、使用者特点、使用者意图具有适应性。AMT在离合器控制和档位决策方面采用模糊逻辑、模仿熟练驾驶员驾驶车辆中的相应操纵以改善起步、换挡、离合器接合控制特性和档位选择的适应性。神经网络方法也被引入AMT的档位决策和控制中。通过全球定位系统GPS(GlobalPositionSystem)获取更多路面特征信息以提高AMT对路面的适应性。所有这些都将大大提高AMT的智能化水平。

四、自动变速汽车换挡智能控制的意义

在汽车行驶过程中,换挡是较为频繁的动作,传统的手动换挡,驾驶员容易疲劳和精神松弛,AMT的自动变速系统使驾驶员可根据行驶状况通过控制加速踏板使AMT自动换入所期望的合理的档位工作。要实现这种控制同时又保证换挡品质,提高车辆性能,有必要对自动换挡实行智能控制,模拟人脑,根据驾驶员意图(通过加速踏板,刹车踏板等),行驶工况等自动做出准确判断,换入合适档位。采用模糊神经元网络对自动换挡进行智能控制,使AMT能够根据驾驶员的意图,行车工况等信息实现最佳动力性或经济性换挡,同时也保证换挡的平顺性,是换挡控制策略的有效尝试。

参考文献:

[1]金辉、葛安林、陈慧岩,汽车自动变速技术的新发展[J].汽车技术,2007.2.

[2]郭立书、张泰、葛安林等,汽车自动变速控制系统的发展[J].公路交通科技,2003.3.