趙屹東, 陳慧巖, 胡家銘

(北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院, 北京 100081)

0 引言

電驅(qū)動(dòng)行駛是車輛新能源驅(qū)動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向，同樣也是履帶車輛發(fā)展的方向。目前，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率密度仍較為有限，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速范圍難以全面適應(yīng)車輛、特別是車體較重的履帶車輛的需求，需配置變速器提高行駛性能。相比傳統(tǒng)燃油車輛，電動(dòng)車輛同樣能夠使用多種常見(jiàn)類型的變速器，但在變速器的選擇與配置上因電機(jī)特性而有所不同。因驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有恒功率輸出特性，電動(dòng)車輛傾向使用少擋位、高階比的有級(jí)變速器。

在常見(jiàn)的有級(jí)變速器類型中，自動(dòng)機(jī)械變速器(AMT)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操控方便、傳動(dòng)效率高而得到廣泛應(yīng)用，多種結(jié)構(gòu)方案與控制方案被提出[1-6]。其中燃油車多使用4擋以上的AMT，普通電動(dòng)客車或轎車則使用2～3擋無(wú)離合器定軸AMT[3-7]，由于定軸齒輪傳動(dòng)的承載能力有限[8]且占用布置空間，較難適用于雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)以及功率與質(zhì)量較大[9]的履帶車輛。

在各種電動(dòng)履帶車輛中，雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)履帶車輛為主要類型，具有結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單、便于控制等顯著優(yōu)勢(shì)。此類履帶車輛在加裝變速器時(shí)需要兩臺(tái)雙側(cè)布置，常應(yīng)用帶離合器的2擋行星齒輪液力自動(dòng)變速器(AT)[10]。AT換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本及精度要求均較高，尤其需用液壓控制，難于使用全線控操縱方法進(jìn)行換擋。

本文研究針對(duì)雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)履帶車輛AMT變速技術(shù)，基于承載能力更強(qiáng)且節(jié)省布置空間、應(yīng)用行星齒輪傳動(dòng)的無(wú)離合器兩擋行星AMT，提出其全線控電動(dòng)換擋控制方案，并在軟土路面實(shí)際行駛試驗(yàn)中取得成功應(yīng)用，對(duì)試驗(yàn)中的換擋效果與規(guī)律進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 車輛設(shè)計(jì)方案

1.1 車輛總體結(jié)構(gòu)布置

車輛總體結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。圖1中，主動(dòng)輪外圍的黑色虛線代表履帶。

圖1 雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)履帶車輛總體結(jié)構(gòu)布置Fig.1 Main functional system and components of bilateral electric drive tracked vehicle

車輛的行駛以線控化操控方式實(shí)現(xiàn)。在線控系統(tǒng)中，遙控駕駛儀用于反映駕駛操作，整車控制器(VCU)用于控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)及制動(dòng)器，變速器控制器(TCU)主要用于控制變速器換擋機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能、傳動(dòng)比及整車質(zhì)量等主要參數(shù)如表1所示。

1.2 自動(dòng)變速器在本車的配置與應(yīng)用特點(diǎn)

本車設(shè)計(jì)配置兩擋行星式電控電動(dòng)AMT.為驅(qū)動(dòng)電機(jī)配置變速器，主要目的是擴(kuò)展其恒功率輸出外特性范圍，提升車輛行駛能力，同時(shí)也利于提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)效率及功率密度[10]。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上已具有較寬范圍的恒功率輸出外特性，本AMT按少擋位、高階比原則設(shè)計(jì)為兩擋，1擋為減速擋，2擋為直接擋，其傳動(dòng)比見(jiàn)表1，可使1擋最低驅(qū)動(dòng)力等于2擋最高驅(qū)動(dòng)力，且1擋最高速度等于2擋在最高驅(qū)動(dòng)力下的最高速度，如圖2所示，即能夠最大程度地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并擴(kuò)展輸出外特性。為了減小軸向尺寸，本AMT將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為行星式，即通過(guò)單行星排齒輪組實(shí)現(xiàn)兩擋傳動(dòng)，同時(shí)行星齒輪傳動(dòng)承載能力更強(qiáng)?？紤]車輛線控化布局與最簡(jiǎn)設(shè)計(jì)，本AMT采用電動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)，且省去離合器。

本車AMT在換擋過(guò)程中的應(yīng)用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在3方面：1)AMT具有同步器，利于降低同步階段驅(qū)動(dòng)電機(jī)主動(dòng)精確調(diào)速的難度，提高換擋可靠性；2)車輛需要兩側(cè)AMT共同進(jìn)行換擋，線控化操控方式可使其換擋進(jìn)程互不影響，且能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)一體化換擋控制；3)線控化操控方式可能存在控制信號(hào)響應(yīng)延遲帶來(lái)的相關(guān)問(wèn)題。

表1 車輛主要參數(shù)Tab.1 Basic parameters of vehicle

圖2 按驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率計(jì)算的履帶驅(qū)動(dòng)力特性曲線Fig.2 Calculated characteristics of track driving force at rated power of traction motor

2 兩擋行星AMT及其換擋

2.1 變速器機(jī)構(gòu)組成

2.1.1 兩擋行星變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖3所示兩擋行星AMT變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以單行星排(含太陽(yáng)輪、行星輪、齒圈、行星架)實(shí)現(xiàn)兩擋傳動(dòng)比，太陽(yáng)輪連接輸入軸，行星架連接輸出軸。圖3中，位置?表示空擋，①表示1擋，②表示2擋。換擋撥叉在①位置區(qū)域時(shí)，接合套連接1擋接合齒，使齒圈連接箱體而被固定，為1擋(減速擋)；換擋撥叉在②位置區(qū)域時(shí)，接合套連接2擋接合齒，使齒圈連接行星架，行星排被固連，為2擋(直接擋)。接合齒及接合套間為鎖環(huán)，構(gòu)成慣性式同步器。

圖3 兩擋行星AMT變速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖Fig.3 Scheme of transmission system of two-speed planetary AMT

2.1.2 換擋機(jī)構(gòu)

AMT電動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)如圖4所示。換擋撥叉位置由換擋電機(jī)調(diào)整，撥叉與螺母相連。當(dāng)換擋電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可通過(guò)絲杠帶動(dòng)螺母直線移動(dòng)，從而改變撥叉的位置。撥叉位置可通過(guò)曲柄的旋轉(zhuǎn)角位置間接測(cè)量，對(duì)應(yīng)電位器的感測(cè)信號(hào)，即電位器電壓模擬數(shù)字(AD)量化值。圖4中，UA、UB分別為測(cè)量電壓、供電電壓。

圖4 換擋機(jī)構(gòu)示意圖Fig.4 Scheme of gearshift mechanism

2.2 換擋控制原理及影響因素

換擋控制將變速器的換擋分為三階段，即摘擋、同步、掛擋。摘擋階段，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)自由運(yùn)行進(jìn)行卸載，將撥叉移動(dòng)至空擋位置區(qū)域。同步階段，采用主動(dòng)同步的方法，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使所連變速器的傳動(dòng)比接近目標(biāo)行進(jìn)擋位值，即接近同步狀態(tài)。掛擋階段，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)自由運(yùn)行，將撥叉移動(dòng)至目標(biāo)擋位的位置區(qū)域，并可借助同步器輔助精確同步。

換擋采用主動(dòng)同步方法的主要因素是考慮到變速器無(wú)離合器，其輸入軸直連驅(qū)動(dòng)電機(jī)，導(dǎo)致等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加大，若以同步器的機(jī)械摩擦方式使輸入軸被動(dòng)同步，則同步進(jìn)程會(huì)減慢，且同步器的摩擦磨損會(huì)加劇。主動(dòng)同步方法無(wú)需同步器的摩擦接觸，因此可避免摩擦振動(dòng)等不利影響[11]。

考慮理想正向行駛時(shí)的換擋過(guò)程，行駛阻力可忽略，換擋過(guò)程中車輛兩側(cè)履帶速度相同且穩(wěn)定不變，兩側(cè)變速器換擋工況相同，同步狀態(tài)時(shí)的輸入軸轉(zhuǎn)速相同且穩(wěn)定不變，主動(dòng)同步時(shí)便于用驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行精確調(diào)速，可同時(shí)完成換擋。實(shí)際情況中，考慮履帶車輛常行駛于粗糙的地面，滾動(dòng)阻力作用較大，且在兩側(cè)履帶處具有差異性，可引起換擋過(guò)程中兩側(cè)履帶速度及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速的變化波動(dòng)與差異，一方面使得主動(dòng)同步時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速目標(biāo)不會(huì)精確穩(wěn)定，難以實(shí)現(xiàn)精確同步，另一方面使得車輛可能具有兩側(cè)明顯差速的風(fēng)險(xiǎn)，還影響兩側(cè)換擋保持共同的進(jìn)程，不利于換擋的整體效果。實(shí)際情況中需要考慮以上兩方面換擋控制影響因素。

對(duì)于第一方面影響因素，若主動(dòng)同步時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速目標(biāo)不精確穩(wěn)定，且需要在精確同步的同時(shí)使接合套、同步器與接合齒具有相配的位置關(guān)系，以便撥叉迅速完成安全掛擋，避免打齒沖擊[7，12-15]，則需驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有瞬態(tài)高精度的轉(zhuǎn)速及位置響應(yīng)能力，且要應(yīng)對(duì)線控系統(tǒng)響應(yīng)延遲等問(wèn)題，換擋控制難度相當(dāng)高。為此，主動(dòng)應(yīng)用同步器解決精確同步與安全掛擋的問(wèn)題，避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)按目標(biāo)轉(zhuǎn)速精確調(diào)速，而在接近同步后直接開始掛擋，使同步器發(fā)揮其原本作用確保精確同步與安全掛擋，以降低換擋控制難度，并提高換擋可靠性。

對(duì)于第二方面影響因素，圍繞換擋期間地面造成的滾動(dòng)阻力會(huì)否影響正向行駛，使兩側(cè)履帶速度有顯著差異，分析如下。

設(shè)車輛垂直于地面的質(zhì)量為G，左側(cè)及右側(cè)履帶承重為Gl及Gr，壓力均布；左側(cè)和右側(cè)地面的滾動(dòng)阻力系數(shù)分別為fl及fr，即滾動(dòng)阻力為flGl及frGr；履帶中心距為B，車輛質(zhì)心到左側(cè)及右側(cè)履帶縱向中分面的距離為Bl及Br. 則：G=Gl+Gr；B=Bl+Br；GlBl=GrBr；作用于兩側(cè)履帶的滾動(dòng)阻力對(duì)車輛質(zhì)心的力矩為Mc=|flGlBl-frGrBr|. 若fl=fr，則Mc=0 N·m，不影響車輛正向行駛，不會(huì)使兩側(cè)履帶速度產(chǎn)生差異。

實(shí)際行駛時(shí)，車輛采用履帶，且地面的滾動(dòng)阻力系數(shù)較小，換擋瞬間可認(rèn)為fl≈fr，則Mc≈0 N·m，加之整車質(zhì)量及慣性大，在換擋期間，車輛不易出現(xiàn)兩側(cè)明顯差速的不利問(wèn)題，即兩側(cè)履帶速度不易產(chǎn)生顯著差異。因此，雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)車輛應(yīng)用雙側(cè)AMT換擋是可行的，且僅需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制動(dòng)力恢復(fù)，不必要求兩側(cè)換擋精準(zhǔn)同時(shí)完成，可降低換擋控制難度。

2.3 換擋控制方法

圖5 換擋控制方法Fig.5 Shifting control method

車輛在兩個(gè)行進(jìn)擋位之間進(jìn)行換擋時(shí)的控制方法如圖5所示。在換擋過(guò)程中，需要控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)與換擋電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)由VCU直接控制，TCU向VCU發(fā)送控制信號(hào)；換擋電機(jī)由TCU直接控制。兩側(cè)變速器共同開始摘擋；之中任何變速器若進(jìn)入空擋，即可進(jìn)行主動(dòng)同步與掛擋；若均完成掛擋，則換擋成功。兩側(cè)變速器在移動(dòng)換擋撥叉時(shí)的速度指令值均相等；撥叉位置AD值在換擋前后的行程范圍與變化方向相同。在標(biāo)定各擋位對(duì)應(yīng)的撥叉位置區(qū)域時(shí)，雖然兩側(cè)撥叉位置AD值范圍邊界值不同，但變化量相等。若撥叉位置AD值變到空擋或目標(biāo)行進(jìn)擋位的AD值標(biāo)定范圍內(nèi)，則進(jìn)入空擋或完成掛擋。之后TCU使換擋電機(jī)斷電，停止移動(dòng)換擋撥叉?？紤]換擋期間，若換擋電機(jī)斷電，則換擋機(jī)構(gòu)的機(jī)械慣性與振動(dòng)等因素可引起撥叉位置的自由變化，故在進(jìn)入空擋進(jìn)行主動(dòng)同步時(shí)，為防止撥叉位置偏離空擋范圍，避免打齒沖擊的可能性，采取措施保持空擋：TCU周期性地判斷撥叉位置，若在空擋范圍內(nèi)，則不移動(dòng)撥叉；若偏離空擋范圍，則令驅(qū)動(dòng)電機(jī)自由運(yùn)行以中斷主動(dòng)同步，運(yùn)行換擋電機(jī)，直至使撥叉移回空擋位置范圍。接近同步的判斷參考變速器輸入軸轉(zhuǎn)速ni與輸出軸轉(zhuǎn)速no以及目標(biāo)行進(jìn)擋位的傳動(dòng)比ie. 若|ni/no-ie|<5%，則接近同步。ni由旋轉(zhuǎn)變壓器式轉(zhuǎn)速傳感器直接測(cè)得；no由霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器間接測(cè)得(見(jiàn)圖1)。主動(dòng)同步時(shí)，設(shè)定一個(gè)能夠使驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)調(diào)速的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值即可，接近同步后令驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)入自由運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)速過(guò)程即停止。

3 實(shí)車試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)場(chǎng)地為坦克專用行駛場(chǎng)地，其地形屬于平原微丘，地面由沙質(zhì)軟土構(gòu)成，有起伏，其間有凹凸不平的地面，具有典型的非道路行駛條件。履帶車輛在這類松軟的土路上行駛時(shí)可造成地面發(fā)生較大的沉陷量，會(huì)產(chǎn)生壓實(shí)與推土阻力，使得試驗(yàn)中的行駛阻力較大。試驗(yàn)車輛采用克里斯蒂(無(wú)托帶輪)行動(dòng)裝置、前置主動(dòng)輪及鉸鏈?zhǔn)戒撝坡膸А?/p>

3.2 試驗(yàn)方法

換擋試驗(yàn)中使車輛正向行駛，在不同速度條件下開始換擋(包括升擋與減擋)，以便考察換擋成功率、對(duì)比換擋過(guò)程、論證換擋控制方法的實(shí)用性與應(yīng)用效果。為此，換擋試驗(yàn)著重關(guān)注變速器換擋撥叉位置，以及在驅(qū)動(dòng)電機(jī)與主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值的基礎(chǔ)上所計(jì)算得到的變速器輸入軸、輸出軸與齒圈的轉(zhuǎn)速、車輛及其履帶速度的理論值。

試驗(yàn)中為了便于獲得摘擋、同步、掛擋的時(shí)段，在采集數(shù)據(jù)時(shí)記錄變速器開始換擋、進(jìn)入空擋、接近同步、掛擋完成時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)。

4 換擋試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 換擋結(jié)果

車輛在連續(xù)行駛過(guò)程中共進(jìn)行30次換擋，均成功，其中：升擋與減擋各15次；車速受場(chǎng)地所限，均不超過(guò)30 km/h. 不同起始車速的車輛換擋用時(shí)及兩側(cè)換擋用時(shí)差異情況如圖6和圖7所示。

圖6 不同起始車速的車輛換擋用時(shí)Fig.6 Statistics of vehicle shifting time duration at various speeds

圖7 兩側(cè)換擋用時(shí)差異統(tǒng)計(jì)Fig.7 Difference between shifting time durations of two gearboxes

圖6中換擋起始車速是指換擋起始時(shí)刻的車速，取該時(shí)刻兩側(cè)履帶速度平均值。圖7中數(shù)據(jù)點(diǎn)反映了兩側(cè)換擋用時(shí)差異的絕對(duì)值不小于對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)值的情況，次數(shù)占比表示該情況的發(fā)生次數(shù)與換擋總次數(shù)之比。

試驗(yàn)總體效果表明，對(duì)于本文履帶車輛及非道路行駛條件，為降低控制難度而設(shè)計(jì)提出的線控?fù)Q擋控制方法在實(shí)際應(yīng)用中是有效可行的。由圖6可見(jiàn)，在相同換擋起始車速時(shí)，升擋用時(shí)傾向于比減擋用時(shí)更長(zhǎng)。升擋及減擋用時(shí)均傾向于隨換擋起始車速的增高而增加。由圖7可見(jiàn)，由于無(wú)需控制兩側(cè)同時(shí)完成換擋，兩側(cè)換擋用時(shí)存在差異性，差異值多在0.3 s以內(nèi)，差異性總體較小，對(duì)車輛換擋不構(gòu)成顯著影響。

4.2 換擋過(guò)程

4.2.1 升擋與減擋全過(guò)程表現(xiàn)及對(duì)比分析

相同換擋起始車速時(shí)的升擋與減擋換擋過(guò)程如圖8和圖9所示，圖中橫坐標(biāo)行駛時(shí)刻表示試驗(yàn)開始后經(jīng)歷的時(shí)間。試驗(yàn)中的換擋起始車速約為11 km/h.

圖8 起始車速約為11 km/h時(shí)的升擋過(guò)程Fig.8 Upshifting process beginning at vehicle speed close to 11 km/h

圖9 起始車速約為11 km/h時(shí)的減擋過(guò)程Fig.9 Downshifting process beginning at vehicle speed of about 11 km/h

根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中記錄的狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)，圖8所示升擋過(guò)程的各階段歷時(shí)為：左右兩側(cè)變速器在第186.153 s開始摘擋，摘擋階段各持續(xù)至第186.323 s及第186.316 s進(jìn)入空擋并開始主動(dòng)同步，同步階段各持續(xù)至第187.303 s及第187.353 s接近同步并開始掛擋，掛擋階段各持續(xù)至第187.446 s及第187.476 s完成掛擋。圖9所示減擋過(guò)程的各階段歷時(shí)為：左右兩側(cè)變速器在第221.352 s開始摘擋，摘擋階段均持續(xù)至第221.532 s進(jìn)入空擋并開始主動(dòng)同步，同步階段各持續(xù)至第222.222 s及第222.262 s接近同步并開始掛擋，掛擋階段均持續(xù)至第222.372 s完成掛擋。

由圖8和圖9可知，換擋過(guò)程中，受阻力影響，履帶速度及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速總體減小，具有隨機(jī)波動(dòng)性與相對(duì)較弱的兩側(cè)差異性。分析變速器的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，相同行駛時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的兩側(cè)變速器輸出軸轉(zhuǎn)速基本相同，其間的差異可忽略，對(duì)兩側(cè)變速器工況一致性與換擋的同時(shí)完成不構(gòu)成主要影響。同步階段的特點(diǎn)為：兩側(cè)變速器輸入軸轉(zhuǎn)速的主動(dòng)變化均勻穩(wěn)定，幾乎不受輸出軸轉(zhuǎn)速隨機(jī)波動(dòng)的影響；齒圈轉(zhuǎn)速主要隨輸入軸轉(zhuǎn)速變化，但也受輸出軸轉(zhuǎn)速影響而隨機(jī)波動(dòng)，反映出令驅(qū)動(dòng)電機(jī)精確調(diào)速以精確同步所面臨的控制難度。對(duì)此，不要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)按同步目標(biāo)轉(zhuǎn)速精確調(diào)速，在接近同步時(shí)即開始掛擋的控制方法發(fā)揮出良好效果。同步階段完成后，齒圈轉(zhuǎn)速曲線僅出現(xiàn)一個(gè)明顯拐點(diǎn)，表明驅(qū)動(dòng)電機(jī)在調(diào)速過(guò)程中很容易接近同步，掛擋可迅速完成。掛擋階段中撥叉位置變化中斷的時(shí)間極短，表明在接近同步后的掛擋過(guò)程中，以同步器輔助精確同步迅速有效，不影響掛擋的迅速完成，且不易引起明顯的摩擦磨損?？梢?jiàn)，控制方法能以高效率實(shí)現(xiàn)精確同步與安全掛擋。

比較左右兩側(cè)變速器狀態(tài)可知，傳動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)速的兩側(cè)相同性較好，其中僅有輸入軸與齒圈轉(zhuǎn)速的兩側(cè)差異可在圖中略有顯現(xiàn)；兩側(cè)撥叉位置同時(shí)開始變化但過(guò)程中存在差異。影響兩側(cè)換擋同時(shí)完成的原因主要在于撥叉位置實(shí)際變化差異。摘擋階段，撥叉位置變化有減慢或不變的情況，原因在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)TCU信號(hào)的響應(yīng)延遲，在信號(hào)響應(yīng)期間未自由運(yùn)行，兩側(cè)的摘擋進(jìn)程均因此略受阻礙，但基本同時(shí)完成。同步階段，撥叉位置最初仍因慣性略有自由變化，且右側(cè)撥叉位置因此出現(xiàn)偏離空擋標(biāo)定范圍及再次調(diào)整的情況，圖8中右側(cè)轉(zhuǎn)速主動(dòng)同步過(guò)程因此略有中斷，同步進(jìn)程略有延長(zhǎng)。掛擋階段，左側(cè)撥叉位置變化略有短時(shí)停頓，同步器鎖環(huán)或接合齒端面略為接觸鎖止；右側(cè)撥叉位置變化程度較大，但變化過(guò)程連續(xù)通順，恰好對(duì)應(yīng)同步狀態(tài)，未引起同步器的鎖止，掛擋移動(dòng)更為迅速，同步狀態(tài)略受驅(qū)動(dòng)電機(jī)響應(yīng)延遲及輸出軸轉(zhuǎn)速隨機(jī)波動(dòng)等因素的影響?？梢?jiàn)，線控?fù)Q擋過(guò)程中，兩側(cè)撥叉能夠迅速響應(yīng)TCU信號(hào)，同時(shí)開始移動(dòng)，兩側(cè)變速器輸出軸轉(zhuǎn)速狀態(tài)基本相同，影響兩側(cè)換擋同時(shí)完成的因素主要來(lái)自控制系統(tǒng)內(nèi)部，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)響應(yīng)延遲及撥叉慣性移動(dòng)等實(shí)際因素，但影響程度不嚴(yán)重，兩側(cè)可基本同時(shí)完成掛擋，即能夠保證車輛較好的換擋效果。

比較圖8和圖9換擋過(guò)程發(fā)現(xiàn)，換擋起始車速相同時(shí)，減擋比升擋用時(shí)更短，主要是因?yàn)橥诫A段的差異。變速器輸入軸轉(zhuǎn)速在升擋時(shí)增大，在減擋時(shí)減小，轉(zhuǎn)速變化方向相反，變化率基本相同；輸出軸轉(zhuǎn)速均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，轉(zhuǎn)速變化方向相同。因此，相比升擋，減擋過(guò)程中輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速之間的相對(duì)變化率更大，同步階段用時(shí)更短?？梢?jiàn)，在阻力作用下，輸出軸轉(zhuǎn)速的減小對(duì)升擋與減擋的同步進(jìn)程造成了不同影響。此外，摘擋階段減擋比升擋更容易受到驅(qū)動(dòng)電機(jī)響應(yīng)延遲的影響而引起撥叉位置變化的停頓，因減擋前驅(qū)動(dòng)電機(jī)需輸出更大的轉(zhuǎn)矩以克服相同的行駛阻力，接合齒加載互鎖及阻礙撥叉移動(dòng)的作用更強(qiáng)。

4.2.2 不同車速換擋過(guò)程對(duì)比分析

在不同的換擋起始車速時(shí)，升擋及減擋過(guò)程的表現(xiàn)如表2和表3所示。

由表2和表3可見(jiàn)，起始車速對(duì)換擋過(guò)程的影響主要表現(xiàn)為，當(dāng)起始車速增高時(shí)，同步階段所用的時(shí)間及變速器的輸出軸轉(zhuǎn)速平均減速變化率均有所增加。分析同步階段，變速器的輸入軸轉(zhuǎn)速平均變化率明顯高于輸出軸轉(zhuǎn)速平均變化率，若換擋起始車速增高，則變速器輸入軸轉(zhuǎn)速變化范圍將隨之增大；表2和表3中，變速器的輸入軸轉(zhuǎn)速平均變化率基本相同，因此會(huì)使同步階段所用的時(shí)間隨換擋起始車速的增高而增加。實(shí)際中，變速器的輸出軸轉(zhuǎn)速平均減速變化率仍然不可忽略，且隨車速增高而增加，可見(jiàn)車輛行駛阻力的影響。在此影響下，比較11.2 km/h起始車速時(shí)減擋及9.3 km/h起始車速時(shí)升擋的情況，即便前者起始車速較高，但同步階段所用的時(shí)間仍然短于后者。

表2和表3中顯示：摘擋及掛擋階段時(shí)間均很短，車速對(duì)其影響不明顯，線控方案可使換擋電機(jī)及時(shí)快速地響應(yīng)并驅(qū)動(dòng)撥叉移動(dòng)到位；掛擋階段未引起同步器明顯鎖止，不會(huì)造成其嚴(yán)重磨損。掛擋階段，車速較低時(shí)，右側(cè)撥叉移動(dòng)較為流暢；車速較高時(shí)，左側(cè)撥叉移動(dòng)較為流暢，可能是初始控制條件及響應(yīng)延遲等因素造成的影響。在換擋各階段，左右兩側(cè)所用時(shí)間略有差異性。

表2 不同起始車速時(shí)的升擋過(guò)程對(duì)比Tab.2 Upshifting processes beginning at different vehicle speeds

表3 不同起始車速時(shí)的減擋過(guò)程對(duì)比Tab.3 Downshifting processes beginning at different vehicle speeds

5 結(jié)論

本文應(yīng)用無(wú)離合器兩擋行星AMT及全線控電動(dòng)操縱方法實(shí)現(xiàn)了雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)履帶車輛在非道路行駛時(shí)的換擋，換擋控制過(guò)程中，先令驅(qū)動(dòng)電機(jī)主動(dòng)調(diào)速至接近同步，然后開始掛擋，由同步器輔助實(shí)現(xiàn)精確同步，大幅降低了換擋控制難度，取得了穩(wěn)定流暢的換擋效果。得出主要結(jié)論如下：

1)實(shí)際行駛中，兩擋行星AMT可應(yīng)用于雙側(cè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)履帶車輛。換擋控制通過(guò)線控系統(tǒng)及純電動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，控制方法針對(duì)非道路行駛路面，基于無(wú)離合器、有同步器的AMT機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速進(jìn)行主動(dòng)同步，在接近同步后的掛擋階段由同步器輔助精確同步，可降低換擋控制難度，提高換擋操縱效率，具有較好的可行性與可靠性，在軟土路面試驗(yàn)中取得良好效果，且未使撥叉在同步器鎖止位置處發(fā)生明顯停頓，不會(huì)對(duì)同步器造成嚴(yán)重磨損。

2)換擋期間，變速器輸入軸轉(zhuǎn)速在主動(dòng)同步時(shí)具有顯著且穩(wěn)定的變化率，輸出軸轉(zhuǎn)速受車輛行駛阻力影響而有減速趨勢(shì)。在換擋起始車速不變時(shí)，升擋時(shí)間常大于減擋時(shí)間；隨換擋起始車速的提高，升擋及減擋時(shí)間均有增加趨勢(shì)。

3)換擋期間，履帶速度及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速兩側(cè)基本相同，反映出路面不平度的隨機(jī)差異性基本不會(huì)造成兩側(cè)履帶速度及變速器輸出軸轉(zhuǎn)速出現(xiàn)顯著差異，不影響車輛正向行駛與兩側(cè)換擋保持共同的進(jìn)程。兩側(cè)換擋基本同時(shí)完成，略有時(shí)間差異，差異原因主要在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)響應(yīng)延遲及撥叉空擋位置調(diào)整所帶來(lái)的綜合影響。