汽车机械自动变速器系统的组成及其发展

汽车机械自动变速器系统的组成及其发展

王坤鹏迟广

长城汽车股份有限公司天津哈弗分公司天津300000

摘要：在我国汽车主要采用了固定轴式变速器，并且在现有的变速器结构的基础上增加电控单元。与此同时在汽车内采用电控换挡执行机构，从而将车辆燃油经济性以及乘坐的舒适性提高。由于汽车容易受到较大的车载变化、行驶路况以及驾驶意图影响，这就使得离合器和挡位控制不能够达到理想的效果，最终使得车辆的操纵性能受到影响。本文主要探讨了汽车机械自动变速器系统的组成及其发展。

关键词：电控机械；自动变速器；系统

20世纪80年代以来，国际商用车市场开始进入机械自动变速器时代。商用车自动变速器的应用有效缓解了驾驭员的驾驶强度，提高了行车安全性和舒适性。目前，在国内商用车市场中，法士特、中国重汽、一汽等公司已先后推出了自己的自动变速器产品（主要为AMT），总体年销量超过千台。随着用户对自动变速器接受度的提高，中国商用车自动变速器市场将具有巨大的发展空间。

1AMT的特点及组成

1.1AMT的特点

1）实现了变速器选换挡的自动控制，选换挡操纵杆的动作和离合器的结合与分离由气动、液动或电动执行机构完成，使选换挡操作方便，减轻了驾车者的劳动强度。2）可通过ECU进行最优化的换挡控制，使汽车能在最理想的换挡点及时换挡，并可避免手动换挡操作不当所造成的换挡冲击。因此，AMT可使汽车的动力性和平顺性等有所提高。3）采用传统的齿轮变速器传动，传动效率优于液力变速器，机械传动机构的维修也较为简单。4）由AMT能在现有生产的手动变速器基础上进行改造，生产继承性好，投入费用较低，容易被生产厂接受。

当然，AMT通过微机控制实现自动换挡控制，增设了相关的传感器、控制器（ECU）及换挡执行机构，其成本较手动变速器高，结构也较为复杂，维修难度也相应有所提高。

1.2AMT基本组成

1）AMT硬件组成

硬件主要包括：ａ．被控对象：被控对象包括发动机、离合器和变速器。ｂ．执行机构：按驾驶员的意图实现车辆运行状态的改变。执行机构由选、换挡执行机构，离合器分离结合执行机构，油门执行机构组成。ｃ．传感器：传感器用于时时监测车辆运行状态、采集ECU控制所需的各种信息，同时将采集到的信号转换成ECU能识别的信息，便于ECU进行处理，并对车辆运行做出及时反应以调整行驶状态。ｄ．电控系统部分：控制系统将传感器采集到的信号通过电控单元（ECU）进行处理，对相应的执行机构发出指令，实现驾驶员的意图。电子控制系统充分实现车辆的良好性能并保证车辆的可靠运行。

2）AMT系统的软件

硬件是AMT控制系统的基础，但是软件设计是整个控制系统的核心。AMT系统的软件系统由实现控制策略的软件模块组成，它按照一定的次序来处理各种信号。同时，结合智能控制技术能解决传统控制方法所不能解决的问题，从而取得明显的、满足实际应用要求的效果，有利于加快AMT进入实用阶段的进程。

1.3AMT安全应急控制措施

1）在使用AMT的车辆上安装主控和应急备控两个电控单元，当主控单元全部或部分失控，应急系统自动启动，保证汽车行驶的最基本功能。

2）采用２个控制单元，把对发动机与离合器、变速器的控制分离出来，改善控制性能和简化了编程，同时降低各单元的工作负担，延长使用寿命。

3）无论单机控制还是双机控制系统，若电控系统失效，可以启用机械式应急系统，即恢复手动操纵，进一步确保安全性能。

1.4机械式自动变速器的基本思想

机械式自动变速器根据当前汽车运行状态、路面状况以及驾驶员的意图等进行自动换挡控制。驾驶员通过加速踏板和选择器（包括选档范围、换挡规律、巡航控制等）向ECU表达意图，发动机转速、输人轴转速、车速、档位、油门开度等传感器实时监测发动机工况和车辆的运行状况，并将相应的电信号输入ECU，ECU按存储在其中的预先设定的由模拟熟练驾驶员的驾驶规律（最佳换挡规律、离合器最佳结合规律、发动机油门的自适应调节规律等）对油门开度、离合器结合以及换挡三者进行控制，以实现发动机、离合器和变速器最佳匹配，从而获得优良的行驶性能、平稳起步性能和迅速换挡的能力。

2AMT的发展

2.1国外机械式自动变速器发展

半自动阶段：20世纪60年代，随着电子技术的发展，出现了对传统离合器与手动机械式变速器的半自动操作控制。如美国伊顿（Eaton）公司生产的半自动变速器（SAMT），德国ＺＦ公司生产的半自动变速器（Semishift）但保留了离合器踏板，换挡时刻仍由驾驶员来决定，并未实现起步过程的完全自动化。其关键问题是对离合器的最佳控制问题没有得到很好的解决，因而没有得到广泛运用。

全自动阶段：该阶段研发的重点是离合器的起步控制、换挡操纵规律。在1983年，日本五十铃公司将其研制成功的电子控制全机械式有级自动变速器NAVI-5，装于ASKA轿车并投放市场。同年，美国伊顿公司也宣布成功地将重型货车的手动变速器实现自动化，并称之为“AMT”。电控机械式自动变速器进入实用化阶段。

智能阶段：随着电子技术的不断发展和进步，特别是微机控制功能的进一步增强，各种传感器和执行机构性能的改善，AMT的性能有很大提高。变速器控制单元（TCU）与发动机控制单元（ECU）通过CAN总线实现信息共享，来增强协调控制能力，实现整车控制系统网络化。模糊控制、自适应控制、神经网络、遗传算法等方法也被引人AMT的档位决策和起步控制中，提高了汽车传动系统的智能化，这也是AMT发展的趋势所在。

2.2国内AMT现状与展望

国内对AMT的研究起步较晚，始于80年代中期，期间得到了国家自然科学基金项目、国家火炬预备项目和国家科技九五重点攻关项目等资助。吉林大学研究的两参数最佳换挡规律、动态三参数换挡规律、离合器最佳结合规律等换挡和起步规律、最佳同步换挡控制、动态闭环换挡控制、离合器模糊起步控制等处于世界先进水平。北京理工大学等多家单位在AMT的开发中都取得了丰硕的成果。

由于国内AMT技术在实际开发和应用中仍有一些问题未能解决，至今尚未实现产业化，只有处于试验阶段的样车。例如东风电动车辆股份有限公司承担的国家科技部“十五”863重大专项课题———EQ6110HEV混合动力大型公交车拥有完全的自主知识产权。该车采用了AMT变速箱，通过3个永磁直流电动机控制完成离合器的分离与结合、档位的变换，具有6挡自动变速功能，并已经在武汉公交510路和599路正式开始运营。

清华大学汽车系、吉林大学汽车系开展了对重载并有压缩空气汽车的动式AMT的研究；吉林大学液力研究所、北京理工大学等开展了适用于高档高速跑车的液动式AMT的研究；华崴集团研制成功了适用于各类汽车要求的电动式AMT。在这３类控制方式中，电控气动和电控液动式AMT对车型有一定的要求，局限性很强。而电控电动式AMT具有普遍性，因而是今后AMT开发的重点。

作为AMT的关键技术的离合器结合品质、换挡规律以及可靠性技术问题的良好解决是AMT产业化的前提。

3结语

总之，汽车作为一种人们生活中需要用到的代步工具，其设计和应用组装也有了更高的标准。汽车自动变速器作为一种调节装置，起到了极为重要的作用，现已逐渐取代了手动变速器，具有十分广阔的市场。

参考文献：

[1]王国民.汽车自动变速技术的发展现状与展望[J].电工技术：理论与实践，2015（12）：198.

[2]孟庆辉.汽车自动变速器研究现状及展望[J].商情，2014（9）：156.