混动客车AMT变速箱换挡方法探究

姚玉财

摘 要：文章分析了混动汽车用AMT变速箱的换挡方法，结合混合动力汽车动力系统结构形式及工作原理，提出了基于多工作模式的AMT变速箱换挡控制方法，以实现混合动力汽车在纯发动机、纯电动机、混合动力等工作模式下车辆的最佳经济性、最佳动力性。

关键词：混合动力；AMT变速器；研究

1 AMT变速箱换挡技术研究

AMT变速箱是在MT变速箱的基础之上加装电控执行机构来实现自动变速功能的。因此，其性能的好坏与执行机构的设计和控制有着密切的关系。

2 AMT执行机构分析

图1是AMT的结构组成示意图，该图说明了AMT的结构原理及ASCS的组成。较早的AMT系统，由于汽车换挡时需要对发动机节气门、离合器位置及挡位进行综合控制，因此，AMT执行机构包括如图1所示的三部分。

对于采用电子节气门体的新型发动机，TCU能够与发动机的电子控制单元（Electronic Control Unit，简称ECU）进行控制器局域网络 （Controller Area Network，简称CAN）的通讯，在换挡时根据需求通过CAN总线向发动机发送扭矩控制请求，完成换挡动作。新的AMT系统，大都只有离合器执行机构和换挡执行机构。

3 执行机构分类

从执行机构的组成来看，目前市场上的AMT主要有三种结构形式：电控液动、电控气动和电机操纵。

电控液动使用压力液体来推动液压活塞驱动执行机构进行换挡及离合器的分离结合。电动液压泵将液压油增压并储存在高压蓄能器里。若高压蓄能器中的液体压力高于一定门限值，电动液压泵将自动关闭；若液体压力低于一定门限值，电动液压泵将自动打开，补入一定液体；需要换挡时，液压控制单元HCU控制选换挡及离合器电磁阀，高压蓄能器中的高压液体便推动选换挡机构及离合器机构进行动作。

液压AMT系统将能量储存在高压蓄能器中，在换挡时突然释放，因此，液压AMT系统功率密度较高，适合用在对换挡速度或换挡力要求较高的车型上，比如F1赛车用的都是液压AMT系统，其换挡时间可缩短至50ms。但液压AMT系统需要采用一些高精度电磁阀，并且为避免漏油，执行机构上各个部件加工精度要求很高，因此液压AMT系统成本较高。

气动AMT系统采用车上的高压储气罐作为动力源，来推动执行机构动作。由于只有大型商用车上才有储气罐，气压AMT系统只用在大型商用车上。由于不需要额外加装动力源，气动AMT系统结构较简单。气体具有较大的可压缩性，所以气动AMT系统很难实现很精确的位置控制，其换挡品质较差。

电动AMT系统采用直流电机来带动执行机构操纵离合器的分离结合以及变速器的换挡动作。由于电机的输出扭矩较小，电动AMT系统都需要速比很大的减速机构。直流电机控制AMT根据控制电机数目不同，可分为两电机方式、三电机方式及四电机方式：两电机方式，即离合器使用一个电机，选、换挡只用一个电机，通过机械机构（如凸轮机构）来实现选、换挡由以上内容可知，无论是气动还是液压的执行机构都存在的一定的问题和缺陷，而电动控制的执行机构相对来说具有一定的优越性，因此，文章就以三个直流电机控制的执行机构的AMT为研究对象，对自动变速箱的控制策略进行研究和分析。

4 常用AMT变速箱换挡规律

换挡策略是车辆两挡间自动换挡时刻随控制参数变化的规律。动力性换挡规律，是指能够使车辆获得最大加速度的换挡规律。图2是在一定节气门开度下的驱动力矩示意图，由图可看出，1挡驱动力矩曲线与2挡驱动力矩曲线交汇于A点，则车速低于A点时，1挡加速度大于2挡加速度；当车速高于A点时，1挡加速度小于2挡加速度。因此，A点车速就是在这个节气门开度下1挡换2挡的动力性换挡点。由此，可得出2挡换3挡，3挡换4挡，4挡换5挡的换挡点。

由此即可得出动力性换挡规律，见图3：

经济性换挡规律是指能够使车辆在行驶中消耗燃油最少的换挡规律。由图3可知，3挡和4挡的燃油消耗率曲线交汇于A点，车速低于A点时，3挡燃油消耗率低于4挡燃油消耗率，在A点以右，3挡燃油消耗率高于4挡燃油消耗率。由此，A点车速即为此油门开度下3挡升4挡的经济性换挡点。

本篇针对常见的AMT变速箱的执行机构进行了分析，对比电控液动、电控气动和电机操纵三种不同换挡机构形式的优缺点，并分析了常用的AMT变速箱换挡规律，为研究混合动力客车用电动执行机构的AMT控制策略打下了基础。