AMT换挡过程离合器控制研究

任钢（南京越博动力系统股份有限公司，江苏 南京　210000）

AMT换挡过程离合器控制研究

任钢
（南京越博动力系统股份有限公司，江苏 南京210000）

以直流有刷电机驱动的AMT电控离合器系统为基础，系统分析换挡过程中离合器结合过程的控制算法对换挡品质的影响。提出了一种以发动机主从动轮的转速差、发动机输出扭矩为基础的离合器控制策略，并将该控制策略应用于小型轻客上。试验结果证明，该控制算法有效地提高了车辆换挡的平顺性，能满足AMT车辆的要求。

AMT；离合器；控制策略

目前，电控自动变速操纵系统的类型主要有电液自动变速 （AT）、电控机械式自动变速 （AMT）、无级变速 （CVT）、双离合器自动变速器 （DCT）4种自动变速车辆。由于电控机械式自动变速器传动效率高、制作成本低、易于制造，在舒适性要求不高的轻型客车、城市公交及商用车上的应用越来越广泛。

换挡平顺性是AMT变速器的重要评价指标，其换挡平顺性的难点及核心在于换挡过程中离合器接合的控制。离合器接合过快，会造成发动机转速的波动，同时引起传动系统载荷的突变，造成换挡冲击，影响换挡平顺性。离合器接合过慢，虽然传动系统载荷连续变化，换挡平顺性好，但离合器的滑摩功会增加，从而降低了离合器的使用寿命。由于换挡平顺性与离合器使用寿命是矛盾体，因此研究换挡过程中离合器的控制问题是十分必要的。

1　换挡过程评价指标

换挡过程性能的评价指标主要有冲击度和滑摩功。

1.1冲击度

冲击度是指车辆的纵向加速度的变化率，用j表示，由此可导出：

式中：i0——主减速比；ig——各个挡位的速比；η——传动系效率 （机械式变速器传动效率一般为95%）；M0——汽车总质量；δ——旋转质量换算系数；r——驱动轮滚动半径；Tc——离合器实际传递扭矩。

由式 （2）可以看出，车辆在换挡过程中的冲击度主要与车辆的本身特性及离合器实际传递扭矩的速度有关，要保证换挡的平顺性可通过控制离合器

结合实际车辆行驶参数，可以推导出的结合速度来控制。

1.2滑摩功

负载F:采用液压缸加载。实验装置采用加载液压缸与工作液压缸的活塞杆处于同心位置直接对顶的加载方案，调节加载缸工作腔的油压大小，即可使调速回路获得不同的负载值。

滑摩功W表征离合器摩擦片之间滑动摩擦力做功的大小，可由下式表示：

式中：ωC——离合器从动轮的转速；tF——离合器刚开始接合时刻；tH——离合器完全接合时刻；ωe2——换挡后发动机转速。

2　离合器接合控制策略

换挡过程离合器的接合过程分为无转矩传递区、转矩传递区、转矩不再增长区3个阶段。离合器接合过程中，无转矩传递区中无转矩传递，接合速度尽可能快，缩短动力中断时间。转矩传递区中开始传递摩擦力矩，此时应放慢接合速度，减少传动系的冲击载荷，为防止滑磨时间过长影响使用寿命，需控制在一定时间内尽快完成。当离合器主、从动轴已同步，应以尽可能快的速度接合。由此可见，真正对换挡过程影响最大的是转矩传递区。在该区内，离合器的接合过程又可细分为两个小阶段：前一阶段是从离合器摩擦面开始接触、摩擦力矩逐渐增长，直到等于车辆行驶阻力矩；后一阶段摩擦力矩继续增加，一直到离合器从动轴转速与发动机转速相等而达到同步。

2.1离合器接合量的确定

离合器的接合量应随着发动机实际扭矩的变化而变化，实际扭矩越大离合器主动轮驱动力越大，而从动轮的负载不变，在离合器接合位置不变的情况下会使离合器主从动轮之间转速差增大。此时需要加大离合器接合量来减少离合器主从动轮之间的转速差，从而减小滑摩功。

离合器的接合量应随着离合器主从动轮转速差的变化而变化，当转速差大时，接合量越大会造成冲击度增大；转速差小时，接合量的大小对冲击度不会造成影响，此时可以增大接合量减小滑摩功。

综上所述，可以通过离合器主从动轮的转速差以及发动机的实际输出扭矩得出离合器的接合量La，如图1、图2所示。

图1　　离合器接合量查表计算图

图2　　离合器接合量与发动机实际扭矩、离合器主从动轮转速差的关系图

由于冲击度与ig有关，因此需要根据每个挡位计算离合器接合量Lg；ig越大，冲击度越大，因此需要减小离合器接合量。如图3所示。

图3　　离合器接合量与挡位关系图

图4　　离合器接合量与变速器油温关系图

2.2离合器接合速度的确定

离合器接合速度的控制可以分为3种状况来控制。

状况一：当油门开度大于90%而且为降挡时，说明驾驶员需求最大动力来驱动车辆加速行驶，此时则可以牺牲换挡冲击度，较快地接合离合器减小滑摩功的同时，使离合器以最快的速度进行扭矩的快速传递。

状况二：当离合器处于完全分离以及开始接触之前，该过程由于没有动力传递，不会产生滑摩功以及冲击度，因此可以增大离合器接合速度，使离合器尽快地接触产生动力传递；当离合器快接近于接触位置时，需减小接合速度，防止过冲产生换挡冲击。

状况三：离合器处于动力传递状态。离合器的接合速度应随着发动机实际扭矩的变化而变化，实际扭矩越大离合器主动轮驱动力越大，而从动轮的负载不变，在离合器接合位置不变的情况下，会使离合器主从动轮之间转速差增大。此时需要加大离合器接合速度来减少离合器主从动轮之间的转速差，从而减小滑摩功。

离合器的接合速度应随着离合器主从动轮转速差的变化而变化。当转速差大时，接合速度越快会造成冲击度增大；转速差小时，接合速度的快慢对冲击度不会造成影响，此时可以增加接合速度来减小滑摩功。

综上所述，可以通过离合器主从动轮的转速差以及发动机的实际输出扭矩得出离合器的接合速度va，如图5、图6所示。

图5　　离合器接合速度查表图

图6　　离合器接合速度与发动机实际扭矩、离合器主从动轮转速差的关系图

离合器的接合速度也应随着发动机扭矩恢复速度的变化而变化。扭矩恢复速度越快，离合器接合速度也应该越快，使离合器尽快接合，减小滑摩功。

3　试验验证

为了验证提出的离合器控制策略的正确性，在加装了AMT电控系统的轻型客车上分别进行了不同状态下的换挡过程离合器控制试验。

由图7分析，在同样的发动机实际扭矩0处，不同的转速差下，离合器接合位置也不一样。转速差越小，离合器接合量也大，但对换挡冲击度也未产生影响，离合器接合过程中可以发现转速没有发生波动。同时也可以看出，图7b在2 min49 s与2 min49.2 s时间时，相比图7a在2min与2min1.5s时间时，在转速差较大时，离合器接合速度也慢，这样可以通过一段时间的滑摩来降低换挡的冲击度。这正好与离合器接合速度控制算法中的离合器接合速度与发动机实际扭矩、离合器主从动轮转速差的关系图相对应，验证了该控制算法的正确性。

4　总结

本文根据换挡过程的品质评价指标的分析，提出了基于发动机实际扭矩与转速差的离合器接合量、接合速度的控制策略和实现这一策略的控制方法，理论与实践证明该控制策略具备以下优点。

图7　　不同状态下的换挡过程离合器控制试验

1）减小了换挡过程的滑摩功，提高了离合器使用寿命。本文的分析可知换挡过程中转速差及发动机实际扭矩对离合器的接合量及接合速度有决定性的影响，转速差越大，离合器结合量也越大，离合器接合速度也小，从而降低换挡冲击度，减小了离合器的滑摩功。

2）此离合器控制算法采用查表输出，计算量小，逻辑判断简单，方便实车进行控制参数的修改及匹配。

［1］葛安林．车辆自动变速理论与设计［M］．北京：机械工业出版社，1993．

［2］雷雨龙.提高电控机械式自动变速器性能的研究［D］.长春：吉林工业大学，1999.

［3］毛谦德.机械制动器和离合器中的干摩擦过程［J］.工程设计，1995，（3）：12-21.

（编辑文珍）

On the Clutch Control in AMT Shifting Process

REN Gang
（Nanjing YueBoo Power System Co.，Ltd.，Nanjing 210000，China）

Based on the AMT electronic clutch system drived by brush DC motor，the impact of control algorithm in shifting process on shift quality is analyzed.Based on the rotational speed difference of engine driving and driven wheels，engine output torque，a control strategy is proposed.It is applied in small buses.The test result shows that this control algorithm can improve shift comfort and meet the requirements of AMT vehicles.

AMT；clutch；control strategy

U463.221.4

A

1003－8639（2016）02－0009－03

2016-01-07