探析重卡AMT换档执行过程及智能档位决策

妥世花 秦龙龙

摘 要：电控机械式自动变速器（Automated Mechanical Transmission AMT）与其他类型的自动变速器相比具有结构简单、生产继承性好、传动效率高，制造维护成本低等优点。装配AMT的重型商用车不仅可以减轻驾驶员的劳动强度，而且能减少整车燃油消耗，降低货物运输成本，非常适合市场需求，是自动变速器研发重要方向。因此，开发完善的重型气动AMT控制系统具有重要意义。

关键词：AMT;档位决策;气动离合器

1 AMT原理

AMT变速器通过电子控制单元操纵离合器及控制换档机构，使手动变速器实现自动换档，因此也被称为“智能换档变速器”。AMT原理为：变速器控制单元（TCU）中嵌入档位决策和执行机构的控制策略，TCU接收驾驶员控制油门踏板制动踏板及换档手柄的信息、车辆运行参数（车速、加速度、发动机转速、变速器输入轴转速）以及道路路面状况三个方面的信号，并根据相应的信号信息，档位决策系统的出口标档位，执行机构控制系统根据当前档位与目标档位的信息对相应的执行机构进行协调控制，实现换档操作过程。上述操作通过控制发动机节气门执行机构、离合器执行机构、变速器换档执行机构、TB阀同步执行机构配合完成自动换档过程。

2 AMT快速原型开发试验

AMT快速原型开发试验台架可实现各气动执行机构特性研究及起步、同步换档过程设计与测试等多种功能。本试验台架的动力源为功率55kw三相异步电机。研究对象是重汽hw系列变速器，其内部结构为中间轴式无同步器变速器，同步过程需要制动中间轴并将其转速控制在合理范围内，从而实现同步换档。另外该变速器采用气动执行机构，其动力由空气压缩机产生的高压气体提供，通过控制电磁阀开闭完成各执行机构动作。在试验台架的末端，装配一套加载装置，该加載装置通过液压执行机构摩擦制动进行加载。MicroAutoBoxⅡ是整个台架的控制中心，控制整个AMT实验台架。扭矩仪采集电机输出转速、转矩信号以及变速器输出轴的转速、扭矩信号，从而完成变速器转速标定及实验台工况检测。

3 AMT试验台架仿真建模

AMT电气原理图，主要包括助力缸位置传感器以及选换档位置传感器，主要电磁阀包括助力缸电磁阀、选换档电磁阀、TB制动器电磁阀等。根据该电控机械变速器结构及试验台架各组成部分的参数使用AMESim搭建其机电液仿真模型并在Simulink中搭建相对应控制策略模型。

3.1 离合器助力缸模型

离合器助力缸通过常闭式两位两通开关电磁阀开启与关闭，控制缸内活塞往复运动，进而实现离合器的接合与分离。本文用ZZK、ZZM、ZFK、ZFM分别表示助力缸正向快阀、助力缸正向慢阀、助力缸负向快阀、助力缸负向慢阀。当AMT上层档位决策系统决定换档指令或起步指令发出时，底层离合器控制系统接到指令并根据控制需求，对各助力缸电磁阀发出相应开关指令，进而实现阻力缸的控制。当ZZK和ZZM开启时，高压气通过电磁阀给气缸供气，使气缸增压。当气缸压力大于等效阻力F时，助力缸活塞移动带动离合器执行机构，完成其分离任务;当ZFK和ZFM开启时，气缸气室通过电磁阀气路与外界大气连通，气缸泄压，在离合器等效阻力F的作用下，助力缸活塞移动带动离合器执行机构动作，完成其结合任务;当助力缸各电磁阀关闭，离合器位置不发生改变。在助力缸正向电磁阀组以及助力缸负向电磁阀组中，快阀比慢阀节流口面积大，单位时间内进气量不同，通过对快阀和慢阀逻辑控制，可实现离合器不同的结合或分离速度。该AMT通过助力缸位移传感器，实现闭环反馈控制。根据以上对助力缸分析，使用AMESim建立助力缸执行机构模型。

3.2 选换档模型

本文所研究AMT变速器选换档执行机构的结构类型为X-Y型，通过控制选档正向、选档负向、换档正向、换档负向四个电磁阀工作来控制拨叉的位置进而实现主箱的选档和换档任务。通过范围档正向、范围档负向两个电磁阀控制副箱范围档执行机构，进而控制车辆高低档。

3.3 AMT台架整体模型

完成变速器助力缸、选换档等各个部分的建模及仿真调试后，根据实验台电机、变速器及转动惯量的参数搭建试验台架仿真模型。该试验台架仿真模型如图所示，对应控制策略模型如图所示。该仿真模型能够进行气动执行机构控制、换档过程控制、同步控制及离合器跟踪控制方法的仿真分析，为离合器起步及换档控制策略验证提供试验验证基础。同时也为建立基于dSPACE快速原型开发控制AMT实验台架奠定理论基础。

4 结语

最后在分析离合器特性及其控制方法基础上，制定了离合器分阶段控制策略，并进行起步仿真测试试验，结果证明该策略能够有效完成离合器起步控制在针对换档过程冲击问题，分析无同步器同步换档过程，讨论最优差控制策略，并利用台架仿真模型，进行换档过程仿真，仿真结果证明同步换档控制能够有效解决换档过程中冲击问题。

参考文献：

[1]赫燕鹏.重卡AMT自动变速器试验台测控系统研究与开发[D].山东大学，2019.

[2]丛晓妍.重卡AMT自动换挡策略及关键参数研究[D].2017.