电控机械式自动变速箱选换档验证方法研究

0 前言

变速箱作为传递运动与动力的核心零部件，在汽车、船舶、重工、农业等领域上被广泛应用。变速箱在汽车的传动系统中是极为重要的一环，不仅直接影响车辆对的动力传动效率、动力传动连续性、燃油经济性，同时还影响着驾乘人员的操作效率及舒适性等驾乘体验。伴随工业时代的蓬勃发展，人们对车辆的需求不仅仅停留在动力性方面，对车辆经济型、舒适性等方面的需求日趋强烈且严苛，变速箱的各方面性能要求也愈发提高，逐步推动着变速箱向着效率高、动力强、换档平顺噪音小等方向不断发展

。

机械式自动变速箱始于上世纪七十年代，分为半自动机械式自动变速箱(SAMT)和AMT。直到1984年，日本五十铃公司推出了第一款真正意义上的AMT——NAVI-5式AMT并安装于ASKA轿车上投放于市场。1997年Sabb公司推出由步进电机驱动液压缸控制离合器分离与接合的AMT。2001年Renault Twingo公司首次使用这种AMT，开辟了大排量车辆与运动型车辆的先例

。

自八十年代中期开始，上海交通大学、北京理工大学、吉林工业大学、哈尔滨挨姆特汽车电子有限公司等机构开始针对AMT的研究。2002年重庆大学机械传动实验室针对AMT变速箱离合器及其执行机构改进并进行实车实验。2010年底，法士特公司自主研发了一款AMT并进行了量产

。目前，我国拥有自主产权的卡车AMT主要是重汽、解放、法士特三家企业。

搭载AMT变速箱的整车，在车辆起步及行驶过程中的选换档时刻，针对发动机的转速及扭矩进行控制，区别于自动变速箱(AT)所采用的定油门开度控制方式，基于AMT系统的控制策略及实现方式均提出更高精度、更快响应、更加平顺等需求特性。本文提出一种基于AMESim及Simulink联合仿真的方式

，针对大排量商用重卡专用的十六档电控机械式自动变速箱(AMT)，于AMESim中进行变速箱结构及整车动力学模型的物理建模，于Simulink中进行控制系统及发动机等结构的物理建模，建立AMESim-Simulink之间的通讯串口，并将AMESim模型编译，在Simulink中以添加模块形式实现AMESim-Simulink的联合仿真，在此试验环境中实现针对AMT的控制系统与策略的功能性验证，提升产品开发效率，降低开发周期。

虽然美国对伊朗的制裁针对大宗商品、矿产、航空、技术等领域，但一直以来都是以能源领域的制裁为核心。具体而言，主要针对如下行为。

1 AMT模型搭建

2017年12月5日，国务院办公厅印发《关于深化产教融合的若干意见》，再一次昭示了国家对产教融合的重视。深化产教融合，创新技能人才的培养模式，是国家大力倡导的。人社部于2010年发布的《关于大力推进技工院校改革发展的意见》中明确要求“推进一体化教学改革”。一体化教学场所和一体化教师是一体化教学的重要资源。实施一体化教学，需要不断进行一体化教学的资源建设。一体化教学改革至今，一体化教学场所建设陷入误区，一体化教师依然短缺。必须实事求是，以学生的学习效果来评判一体化教学资源建设的效果。针对出现的问题，分析原因，找出问题的根源所在，踏踏实实地研究、开发和提升一体化教学，最终培养出合格的实用人才。

1.1 变速齿轮机构

变速齿轮机构作为变速箱的核心部件之一，同样可以分为两部分，分别为变速传动机构及变速操纵机构。变速传动机构主要由不同齿比的齿轮组系及配套轴系所构成，通过不同齿轮组系之间的啮合，实现传递速度、扭矩的可变；变速操纵机构主要由离合器、同步器、换档操作机构等构成，通过离合器、同步器、换档操作机构、副轴制动等协同动作，实现不同齿轮组系之间的啮合，进而控制变速传动机构对应的不同传动比，使得车辆满足不同行驶路况的要求，以所需求的速度、扭矩等需求工况行驶，甚至长时间的动力传递切断。

本文中AMT的变速箱选换档系统是根据TCU判断得到的选换档结果，分别控制两个选档电磁阀、两个换档电磁阀。分别对应选档气缸内活塞及换档气缸内活塞动作。选档电磁阀及换档电磁阀均为两位三通阀，电磁阀位的切换即代表缸内腔体与高压气源的连接状态与缸内腔体泄压状态间的切换。选档电磁阀1、2分别控制气缸活塞两端活塞腔的出入口，选档电磁阀1、2的开闭状态会直接影响气缸活塞两侧腔体内是否充满高压气体，选档电磁阀1、2的单开状态会驱动气缸活塞正向及反向运动，并运动至气缸体结构的机械限位处；阀1、2同开时刻，活塞两端均充满高压气体，由于活塞两侧活塞杆上均部有复位弹簧，在两侧复位弹簧及高压气体作用下，气缸活塞始终处于中间位置，即中位状态。综上所述选档电磁阀1、2的协同动作可以控制选档活塞处于伸出、中位、缩回三种状态，进而带动拨叉，实现档位选择的动作。同理，换档电磁阀1、2之间的协同动作可以控制换档活塞处于伸出、中位、缩回三种状态，值得注意的是，换档电磁阀的伸出、缩回对应在档状态，中位状态对应空挡状态。基于上述状态带动拨叉，完成换档动作。

长时间切断动力传递是为了满足发动机启动、退档换档、怠速行驶、停车等状况，达到中断汽车发动机向驱动轴动力输出的目的。当离合器接合的情况下，变速箱输出轴不向外输出扭矩。

Huang：Yang Bailao，you’re so foolish.You must sign tonight.Lao Mu，keep an eye on him.Don’t let him run away.

图3中所示包含副轴制动系统，其工作过程为，发动机升档过程中，变速箱输出轴转速与输入轴转速间速比加大，因而为了车辆行驶的平稳性，需拉低发动机转速。在离合闭合前，需保证发动机转速与输入轴转速的速差在一定范围内，因而需要副轴制动的作用降低输入轴转速；变速箱降档过程中，变速箱输出轴转速与输入轴转速间速比减小，需拉高发动机转速，为配合发动机转速拉高，需提高输入轴转速以减小离合器两端速差，结构通过离合器的结合阶段初期的滑磨过程提升转速，保证换档过程的离合结合过程不会因速差过大形成离合片的滑磨，影响驾乘体验及使用寿命。

AMT系统由电控单元TCU、执行机构、传感器三大部分(见图1)。TCU是变速箱的控制大脑，一定程度上可以取代经验丰富的司机对离合及油门踏板的控制，同时通过报文，与ECU进行交互，发送发动机控制模式需求以满足发动机的转速及扭矩需求；执行机构通过接受TCU发送的控制指令，实现电磁阀等执行器的控制，通过工作介质的传动，实现变速箱的选换档动作，当前应用较为广泛的执行机构主要区分为电动式及气动式，电动式的主箱是通过步进电机带动丝杠完成选档及换档动作，气动式是通过控制电磁阀，通过高压气体的推动，完成选档及换档动作；传感器作为控制器的物理信息来源，用来采集转速、温度、气压等讯息，以电讯号反馈给TCU进行逻辑判断

。本文中于AMESim中完成变速箱齿轮机构及整车动力学模型的搭建，于Simulink中完成控制模型及发动机等结构的建模。

AMESim中齿轮变速机构及车辆模型模型如图3所示：

1.2 选换档系统

驾驶员在进行选换档操作时，往往希望速度快、无振荡与冲击的完成选换档的操作。而选换档系统又是一个多惯量系统，在极短时间内换档会导致速比的变化和动力传递的中断，从而引发整个系统的冲击，增加传动系统的动载荷，导致驾驶的不平稳。所以选换档系统往往要求时间要短，减少动力中断时间，降低变速箱输出轴动力损失；换档过程平稳，在较短的换档时间内，尽可能的减少换档冲击，保证车辆的平稳驾驶。

通过AMESim搭建AMT的物理模型，Simulink搭建发动机与ECU控制系统，AMT物理模型作为子模块嵌入Simulink中

，其中包含机械连接与信号连接。机械连接主要传递转速与扭矩，信号连接把传感器收集到各部件状态信息进行传递以及把选换档控制策略指令由TCU传递给AMT中。AMESim/Simulink联合仿真模型如图5所示：

本文所选变速箱换档系统根据选换档决策结果，通过电磁阀和气缸控制换档拨叉移动

，进而跟踪目标档位，实现自动换档。选换档结构如图4所示：

本文所述AMT变速箱(见图2)传动比变换的基本原理如下，左侧两对排系齿轮构成了差动箱，通过两个差分档电磁阀带动拨叉进行档位选择，形成两种传动比；中间四对排系齿轮构成了主箱，同过四个电磁阀带动(2个控制主箱选档、2个控制主箱换档)，完成主箱的选换档动作，形成四种传动比；右侧行星轮系构成范围向，通过控制两个范围档电磁阀，形成两种传动比

。最终通过拨叉、离合、各电磁阀之间的协同配合，实现16(2×4×2)档的调速操作。

由于发动机的结构特性、动力性、耐久性及经济性等方面的限制，发动机的最优运行工况区间较小，转速区间在固定传动比条件下，难以满足车辆不同路况下针对牵引力及行驶速度的需求，变速箱需具备可改变发动机传递的驱动扭矩与转速的能力，使得汽车能够在较大的范围内改变速度与驱动轮扭矩。

2 联合仿真模型

康川司法所使用手机定位社区服刑人员有很多弊端。手机定位要求服刑人员必须随身携带手机，一旦手机脱离了服刑人员，司法所就无法及时联系他们。携带者如果预谋犯罪，甚至有可能造成刑侦误导。[5]

Simulink将发动机的转速与扭矩、电磁阀信号、锁止器信号、离合器信号等信号传递至AMESim模型中，而AMESim模型反馈离合器位置、副轴速度、差动轴位置、齿轮位置、档位位置、取力机构离合信号、范围档位置与温度等信号反馈回Simulink模型中。

综上所述，药学类研究生国际化公开课是指在全球化观念的指引下，把国际的、跨文化的观念与前沿的药学相关知识融合到药学类研究生课程中，由国际药学领域知名专家与学者采用开放的、高质量的授课方式，以此培养学生的国际观念、视野和技能的教育、教学活动的系统。

3 模型验证

为了验证模型的合理性与准确性，需要给与ECU正确的选换档控制策略，并模拟实车测试的环境，将AMESim模型与Simulink模型的步长调节至相同，并确保前者单独的情况下定步长积分与变步长积分运算结果相同

，尽可能简化模型，使得其真实仿真运算时间小于仿真时间。

前面说过综合材料的真正使用最早见于19世纪末期欧洲艺术家，如埃德加·德加的作品。德加的《小舞女》最初并不是我们现在看到的青铜材质，而是蜡制的。在这尊雕塑中，他使用了真实布料制作的芭蕾舞裙、舞鞋以及真实毛发制作的假发等。这件雕塑作品在1881年的印象派展览上展出备受争议，从此以后德加再也没有在公开场合展示过类似作品，显然这更像是一种尝试。

AMT模型反馈档位变化状况：

根据图6显示的结果，目标档位与实际档位基本一致，仿真结果在误差容限范围内，证明了模型的合理性与准确性。

4 结论

以一款大排量商用重卡专用的16档AMT基于AMESim与Simulink联合仿真的验证平台，其中包含了发动机模型、AMT模型、ECU系统，可以模拟不同油门开度与车速下的档位状况，并对油门开度与车速的变化实时进行退档、选档、换档。该仿真平台进过测试后误差较小，可考虑进行进一步更复杂路况选换档功能性验证。

[1]邓雷. 汽车齿轮变速箱的振动分析与优化设计[D].重庆大学,2013.

[2]Automotive Transmission Market 2018 Global Industry Share, Size, Trends, Growth Analysis By AMT, CVT, DCT, DSG and Tiptronic Transmission With Regional Forecast To 2023[J]. M2 Presswire,2018.

[3]何忠波,白鸿柏.AMT技术的发展现状与展望[J].农业机械学报,2007(05):181-186.

[4]王鹏宇,王庆年,胡安平,于远彬.基于Simulink-AMESim联合仿真的混合动力客车再生制动系统分析[J].吉林大学学报(工学版),2008(S1):7-11.

[5] 胡建军,李康力,胡明辉,杜昌松.纯电动轿车AMT换档过程协调匹配控制方法[J].中国公路学报,2012,25(01):152-158.

[6]赵海峰. 基于CRUISE软件的AMT车辆性能仿真分析与实验研究[D].重庆大学,2005.

[7]赵飞. 基于AMESim的气动系统建模与仿真技术研究[D].燕山大学,2010.

[8]李谨,邓卫华.AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真技术及应用[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2004(05):61-64.

[9]胡安平. 基于AMESim-Simulink联合仿真的再生制动系统研究[D].吉林大学,2008.