商用车机械式自动变速器的研究

杜栋+陈文

摘 要：商用车速度的变化与车辆的行驶安全息息相关，不合理的速度控制可能会对离合器的使用寿命、车辆的行驶稳定性产生一定影响。机械式自动变速器的应用可以有效解决上述问题，本文从机械式自动变速器的结构入手，对商用车机械式自动变速器进行分析和研究。

关键词：商用车；机械式；自动变速器

前言：随着我国经济的不断发展，商用车的数量变得越来越多，然而，车辆事故的发生昭示着商用车的行驶过程存在着一定的安全隐患。商用车速度控制（发动机转速、档位车速）是引发事故的主要原因，因此，可以利用在速度决策方面具有显著优势的机械式自动变速器，对商用车的速度变化进行安全合理的自动控制。

一、机械式自动变速器的结构

机械式自动变速器的结构主要由以下几部分构成：

（一）电控单元部分

电控单元是机械式自动变速器发挥变速功能的核心。其组成成分主要包含I/O接口、CPU等[1]。

（二）执行机构部分

机械式自动变速器的执行机构主要由油缸、电磁阀等组成。在实际应用过程中，该部分负责实现相关控制指令。

（三）被控对象部分

机械式自动变速器的控制对象包含变速器、发动机以及离合器三种[2]。

（四）传感器部分

机械式自动变速器中主要包含离合器位置传感器、发动机及车速传感器、档位传感器等。在实际应用过程中，机械式自动变速器可以利用这些传感器收集车辆的实际运行信息，以此改善车辆行驶速度调节质量。

二、商用车机械式自动变速器

这里主要从以下几方面入手，对商用车机械式自动变速器进行分析和研究：

（一）启动方面

当商用车处于静止状态时，车辆的离合器从动盘转速为0，商用车刚刚开始启动接合时，离合器从动盘转速参数与主动盘转速参数之间的差值最大，在启动过程中，摩擦阻力会对商用车的启动形成一定影响，因此，商用车的车速从0开始逐渐增加，随着车速的不断增加，商用车离合器从动盘转速与主动盘转速之间的差值变得越来越小，当差值为0时，这两种参数将保持同步状态，不再产生差值[3]。根据商用车启动过程在不同时间段的特点，可以将启动阶段分成克服阻力阶段、转速同步阶段、同步接合阶段以及完全接合阶段。其中，转速同步阶段对商用车启动环节的影响最为明显。从商用车的实际使用要求来看，在启动阶段中，机械式自动变速器应该可以保证起步在较短时间内完成，防止离合器长时间磨合影响离合器的寿命；保证商用车的起步具有良好的平稳性特点，为乘客带来舒适、安全的乘坐体验。

根据上述要求，机械式自动变速器对商用车起步阶段发动机转速的控制应该遵循如下原则：

第一，预先设定控制原则。以商用车发动机油门开度参数为参照依据，分别设定多种合理的转速判断阈值。在商用车发动过程中，如果发动机的实际转速参数大于对应阈值参数，离合器开始进行接合动作；如果发动机的实际转速参数小于对应转速阈值参数，则无法引发离合器的动作。

第二，恒定控制原则。这种控制原则是指，以怠速参数为参照依据，事先完成商用车发动机转速判断阈值的设定。在商用车的启动过程中，机械式自动变速器将会根据实际启动状况对发动机的最高转速参数进行合理控制[4]。为了保证机械自动变速器变速功能的实效性，可以将发动机恒定控制模式的最高目标转速参数设定为所有油门开度下发动机转矩最大值时的转速参数。这种设置方式的应用优势在于：商用车启动过程的发动机转速参数较低（达到最高目标的概率相对较低）。在恒定速度模式下，离合器受到的摩擦阻力干扰相对较小，且整个启动过程对自然环境产生的影响相对较小。

（二）降档方面

驾驶员在高档驾驶过程中，常常会遇到紧急制动降档的问题。结合商用车的以往应用经验可知，驾驶员实施降档操作所需的时间相对较长，在整个降档过程中，稍有不慎便有可能引发交通事故。此外，即使驾驶员在安全状态下顺利完成制动降档，当引发降档需求的因素消失后，制动的解除可能会导致商用车动力不足问题。

为了避免出现上述状况，可以将机械式自动变速器的控制流程设计为：当商用车发动机转速不足750r/min，且驾驶员踩下制动踏板（实施制动降档操作）时[5]，需要根据机械自动变速器的实际档位为常用车控制降档提供不同的解决策略。如果机械式自动变速器的档位大于一档（商用车处于高档运行模式），则商用车的离合器开始从接合状态转入分离状态。此时机械式自动变速器将参照商用车设计车速完成目标档位的计算。驾驶员成功将商用车的制动解除之后，机械自动变速器将自动更换为目标档位。此时，离合器由分离状态转入结合状态，满足商用车的安全、正常行驶要求；如果机械式自动变速器处于一档位置，则离合器会在变速器的作用下直接转入分离状态。当商用车完全停止运行之后，由驾驶员手动操作，再次重新启动。基于机械式自动变速器降档控制的优势在于：其可以有效防止商用车驾驶员的制动降档操作干扰车辆的运行安全。从这个角度来讲，机械式自动变速器的应用，显著改善了商用车的运行安全情况。

（三）换挡方面

1.机械式自动变速器的换挡功能要求

商用车安全、正常形式对机械式自动变速器换挡功能的要求主要包含以下几种：第一，要求变速器的换挡过程应降低摩擦阻力对离合器产生的干扰，同时保证离合器由分离状态转入接合状态过程的平稳水平。第二，要求变速器的换挡过程降低档位变化对发动机转速产生的影响，保障发动机处于稳定运行状态。

2.机械式自动变速器的升档流程分析

这里以商用车的升档操作为例，对机械自动变速器的作用流程进行分析。整个升档流程主要包含以下几个阶段：

第一，转矩阶段。在转矩阶段中，商用车的离合器始终处于闭合阶段。商用车在以原档位运行的过程中，离合器作为中间媒介，负责为发动机的扭矩提供传递功能，实现发动机扭矩向商用车变速器一轴的转化。在这个阶段中，商用车发动机转矩的合理控制需要利用ECU完成。

第二，檔位计算阶段。在这个过程中，商用车TCU参照车辆本身的换挡规律，将适宜的换挡车速计算出来。在商用车即将达到换挡时刻之前，机械式自动变速器会向驾驶员发出换挡信号。在信号发出的同一时间，离合器接受分离指令，并响应分离动作[6]。在这一作用下，商用车发动机的负荷将会出现显著的下降变化。为了防止商用车出现发动机轰鸣、转速超速等问题，应该利用机械式自动变速器合理降低油门开度参数，并根据商用车的实际行驶要求合理调节发动机的转矩参数、转速参数。由于油门开度控制工作的时间直接影响发动机转速，为了提升油门开度参数控制时间的合理性，应该在TCU与ECU之间建立良好的连接，以此实现信息的实时传输。

结论：机械式自动变速器的应用可以有效改善商用车的行驶安全状态，对于驾驶员而言，无论是车辆的启动环节、换挡环节，还是降档环节，机械式自动变速器都可以有效发挥速度调节功能。

参考文献：

[1]万利. 重型商用车机械式自动变速器道路试验方法研究[D].吉林大学，2014.

[2]刘文营. 重型商用车电控机械式自动变速器换挡规律的研究[D].吉林大学，2009.

[3]伍国强. 重型商用车机械自动变速器控制软件开发及试验研究[D].重庆大学，2009.

[4]王建忠. 商用车机械式自动变速器控制策略关键技术研究[D].吉林大学，2014.

[5]赵立军，张艳芬，刘清河. 纯电动商用车机械式自动变速器综合换挡策略[J]. 西安交通大学学报，2015，06：46-52.

[6]王祺波. 重型商用车机械自动变速器控制软件开发及试验研究[J]. 山东工业技术，2016，04：250-252.