妥世花 秦龍龍

摘 要：電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（Automated Mechanical Transmission AMT）與其他類型的自動(dòng)變速器相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)繼承性好、傳動(dòng)效率高，制造維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。裝配AMT的重型商用車不僅可以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能減少整車燃油消耗，降低貨物運(yùn)輸成本，非常適合市場(chǎng)需求，是自動(dòng)變速器研發(fā)重要方向。因此，開(kāi)發(fā)完善的重型氣動(dòng)AMT控制系統(tǒng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：AMT;檔位決策;氣動(dòng)離合器

1 AMT原理

AMT變速器通過(guò)電子控制單元操縱離合器及控制換檔機(jī)構(gòu)，使手動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，因此也被稱為“智能換檔變速器”。AMT原理為：變速器控制單元（TCU）中嵌入檔位決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制策略，TCU接收駕駛員控制油門踏板制動(dòng)踏板及換檔手柄的信息、車輛運(yùn)行參數(shù)（車速、加速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速）以及道路路面狀況三個(gè)方面的信號(hào)，并根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)信息，檔位決策系統(tǒng)的出口標(biāo)檔位，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前檔位與目標(biāo)檔位的信息對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)換檔操作過(guò)程。上述操作通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變速器換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)、TB閥同步執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合完成自動(dòng)換檔過(guò)程。

2 AMT快速原型開(kāi)發(fā)試驗(yàn)

AMT快速原型開(kāi)發(fā)試驗(yàn)臺(tái)架可實(shí)現(xiàn)各氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性研究及起步、同步換檔過(guò)程設(shè)計(jì)與測(cè)試等多種功能。本試驗(yàn)臺(tái)架的動(dòng)力源為功率55kw三相異步電機(jī)。研究對(duì)象是重汽hw系列變速器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為中間軸式無(wú)同步器變速器，同步過(guò)程需要制動(dòng)中間軸并將其轉(zhuǎn)速控制在合理范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)同步換檔。另外該變速器采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體提供，通過(guò)控制電磁閥開(kāi)閉完成各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在試驗(yàn)臺(tái)架的末端，裝配一套加載裝置，該加載裝置通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)摩擦制動(dòng)進(jìn)行加載。MicroAutoBoxⅡ是整個(gè)臺(tái)架的控制中心，控制整個(gè)AMT實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。扭矩儀采集電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號(hào)以及變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速、扭矩信號(hào)，從而完成變速器轉(zhuǎn)速標(biāo)定及實(shí)驗(yàn)臺(tái)工況檢測(cè)。

3 AMT試驗(yàn)臺(tái)架仿真建模

AMT電氣原理圖，主要包括助力缸位置傳感器以及選換檔位置傳感器，主要電磁閥包括助力缸電磁閥、選換檔電磁閥、TB制動(dòng)器電磁閥等。根據(jù)該電控機(jī)械變速器結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)臺(tái)架各組成部分的參數(shù)使用AMESim搭建其機(jī)電液仿真模型并在Simulink中搭建相對(duì)應(yīng)控制策略模型。

3.1 離合器助力缸模型

離合器助力缸通過(guò)常閉式兩位兩通開(kāi)關(guān)電磁閥開(kāi)啟與關(guān)閉，控制缸內(nèi)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)離合器的接合與分離。本文用ZZK、ZZM、ZFK、ZFM分別表示助力缸正向快閥、助力缸正向慢閥、助力缸負(fù)向快閥、助力缸負(fù)向慢閥。當(dāng)AMT上層檔位決策系統(tǒng)決定換檔指令或起步指令發(fā)出時(shí)，底層離合器控制系統(tǒng)接到指令并根據(jù)控制需求，對(duì)各助力缸電磁閥發(fā)出相應(yīng)開(kāi)關(guān)指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)阻力缸的控制。當(dāng)ZZK和ZZM開(kāi)啟時(shí)，高壓氣通過(guò)電磁閥給氣缸供氣，使氣缸增壓。當(dāng)氣缸壓力大于等效阻力F時(shí)，助力缸活塞移動(dòng)帶動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成其分離任務(wù);當(dāng)ZFK和ZFM開(kāi)啟時(shí)，氣缸氣室通過(guò)電磁閥氣路與外界大氣連通，氣缸泄壓，在離合器等效阻力F的作用下，助力缸活塞移動(dòng)帶動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成其結(jié)合任務(wù);當(dāng)助力缸各電磁閥關(guān)閉，離合器位置不發(fā)生改變。在助力缸正向電磁閥組以及助力缸負(fù)向電磁閥組中，快閥比慢閥節(jié)流口面積大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)氣量不同，通過(guò)對(duì)快閥和慢閥邏輯控制，可實(shí)現(xiàn)離合器不同的結(jié)合或分離速度。該AMT通過(guò)助力缸位移傳感器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。根據(jù)以上對(duì)助力缸分析，使用AMESim建立助力缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)模型。

3.2 選換檔模型

本文所研究AMT變速器選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型為X-Y型，通過(guò)控制選檔正向、選檔負(fù)向、換檔正向、換檔負(fù)向四個(gè)電磁閥工作來(lái)控制撥叉的位置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主箱的選檔和換檔任務(wù)。通過(guò)范圍檔正向、范圍檔負(fù)向兩個(gè)電磁閥控制副箱范圍檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而控制車輛高低檔。

3.3 AMT臺(tái)架整體模型

完成變速器助力缸、選換檔等各個(gè)部分的建模及仿真調(diào)試后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電機(jī)、變速器及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的參數(shù)搭建試驗(yàn)臺(tái)架仿真模型。該試驗(yàn)臺(tái)架仿真模型如圖所示，對(duì)應(yīng)控制策略模型如圖所示。該仿真模型能夠進(jìn)行氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制、換檔過(guò)程控制、同步控制及離合器跟蹤控制方法的仿真分析，為離合器起步及換檔控制策略驗(yàn)證提供試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)。同時(shí)也為建立基于dSPACE快速原型開(kāi)發(fā)控制AMT實(shí)驗(yàn)臺(tái)架奠定理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

最后在分析離合器特性及其控制方法基礎(chǔ)上，制定了離合器分階段控制策略，并進(jìn)行起步仿真測(cè)試試驗(yàn)，結(jié)果證明該策略能夠有效完成離合器起步控制在針對(duì)換檔過(guò)程沖擊問(wèn)題，分析無(wú)同步器同步換檔過(guò)程，討論最優(yōu)差控制策略，并利用臺(tái)架仿真模型，進(jìn)行換檔過(guò)程仿真，仿真結(jié)果證明同步換檔控制能夠有效解決換檔過(guò)程中沖擊問(wèn)題。

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