AMT起步品质评价指标的研究

赵振和，朱 勇，邢红岩，张红星，秦 凯

Zhao Zhenhe, Zhu Yong, Xing Hongyan, Zhang Hongxing, Qin Kai

（东风商用车有限公司技术中心，湖北武汉 430056 )

0 引 言

随着汽车电子电控技术的快速发展，采用高新技术的车型日益增多。对于汽车 3大动力总成之一的变速器来说，虽然手动变速器依然能够满足汽车行驶的要求，但却已经无法满足用户对于更先进技术产品的需求。所以以自动换挡为特征的变速器，是汽车动力总成升级换代的研发重点【1】。目前自动变速器主要分为 3类：液力自动变速器AT、无极变速器 CVT和电控机械式自动变速器AMT。AT与CVT受到自身承载能力的限制，一般适用于小型汽车。对于商用汽车（大型客车、中重型卡车）而言，针对其载重量大、行驶工况复杂的特点，大多选用AMT。

由于我国AMT产品研发起步较晚，对AMT系统的认知有限，虽然有多个国内厂家推出了具有自主知识产权的AMT变速器，但是其产品性能与国外先进产品相比差距还很大。

通过分析AMT起步过程及影响AMT起步控制的边界条件，提出并定义了影响AMT起步性能的关键指标。

1 AMT起步过程分析

车辆起步是一个靠离合器滑磨将发动机动力平稳传递到车轮，以克服路面阻力，实现车辆由静止到运动的过渡过程【2】。

AMT车辆开始起步时，由于离合器尚未接合，从动盘的转速为零，而主动盘与发动机相连，其转速与发动机转速相同，主、从动盘之间的转速差很大，所以在离合器接合时必定带来车辆的冲击和离合器的磨损。要使AMT车辆具有良好的起步品质，必须根据行驶工况及驾驶员的驾驶意图，按照一定控制策略控制发动机转速和转矩、离合器接合速度和接合量，以保证在发动机不熄火条件下实现发动机和离合器接合过程的协调控制，使车辆平稳起步。起步控制是对动力传动系统综合控制的过程，动力传动系统各部分的协调配合是保证起步品质的关键条件。

根据离合器的工作状态，把AMT车辆的起步过程分为3个阶段。

第一阶段：自由行程阶段。自由行程阶段是用来减小主、从动盘之间的间隙，在此阶段离合器主、从动盘之间不传递转矩，自由行程阶段的离合器接合速度与驾驶员的意愿关系较大。此过程中发动机驱动力无法传递到车轮，车辆处于静止状态。

第二阶段：离合器主、从动盘逐渐接合的滑磨阶段。离合器在消除主、从动盘之间的自由行程间隙后，主、从动盘开始接触。此阶段由于离合器压盘的压紧力不足，主、从动盘之间存在转速差，所以会产生摩擦和冲击。在这个过程中，随着离合器压盘压紧力的不断增如，离合器传递给车轮的转矩逐渐可以克服起步阻力，车辆完成从静止到运动状态的过渡，车辆有了运动趋势。

第三阶段：离合器主、从动盘同步阶段。此阶段离合器压盘的压紧力已足够大，使得主动盘可以将发动机转矩完全传递给从动盘，继而传递给车辆驱动轮。此阶段主、从动盘转速达到一致，完成车辆起步。

2 AMT起步过程边界条件

在AMT起步过程中，离合器接合位置的大小和接合速度的快慢都对起步品质有着决定性的影响。离合器的接合位置和接合速度的选择不是随意的，要受到当前时刻发动机状态的限制。根据发动机特性，在一定的转速、一定的油门开度和确定的动态过程中，发动机每一时刻能够发出的转矩都是一个确定值。此刻如果离合器接合深度过大，就会导致发动机负载力矩大于发动机能够输出的力矩，反拖发动机使其转速下降；如果发动机转速较低时仍然出现这样的情况，就会使发动机进入不稳定工作状态，甚至导致发动机熄火。离合器的接合速度对起步冲击影响很大。如果离合器接合速度过快会造成起步冲击大，舒适性差；如果离合器按合速度过慢，则会加剧离合器磨损，影响离合器使用寿命。这种控制结果在AMT控制中是不能接受的。AMT起步控制的边界条件就是要避免发动机转速过分下降甚至熄火情况的发生，且要保证车辆平稳起步。

3 AMT起步品质评价指标

在分析 AMT起步过程及影响起步过程边界条件的基础上，可以确定影响AMT起步品质的因素，将这些影响因素通过工程语言表述出来，形成AMT起步品质评价指标[3]。

3.1 起步响应

起步响应是指从驾驶员踩下加速踏板开始，到车辆运动到某个状态的过程（文中是指车辆纵向加速度达到 1m/s2时），这个指标的评价参数为时间t，见图1。对于AMT起步响应来说，如何辨别驾驶员驾驶意图是控制策略中关键的一环。优秀的 AMT产品应该能够根据驾驶员踩下加速踏板的位置和速度，给出不同的起步响应速度。

3.2 起步初始冲击度

起步初始冲击度是指车辆从静止过渡到运动状态过程中，纵向加速度的变化率，见图2。

选择冲击度作为起步品质评价指标，容易与人体的感觉同步，从而真实地反映起步品质。

3.3 离合器接合平稳性

离合器接合平稳性是指从离合器开始接合（第二阶段）到完全按合（第三阶段）的过程中，对传动系统造成的冲击。用这个过程中车辆纵向加速度的均方根值来表示离合器接合的平稳性，见图3。

3.4 离合器接合冲击和冲击度

离合器接合冲击和接合冲击度是评价起步品质最重要的 2个指标。离合器接合冲击是指在离合器完全接合点位置，车辆纵向加速度变化值，离合器接合冲击度是指加速度变化率，见图4。对于AMT变速箱来说，驾驶员对这2个指标敏感度最高。车辆起步过程中离合器接合的第二阶段，随着压盘压紧力的增加，主动盘传递给从动盘的转矩不断增加，则传递给驱动轮的驱动力也不断增大，车辆纵向加速度也不断增大；当离合器完全接合时，离合器主、从动盘传递的转矩相同，此时如果发动机动力输出控制策略与离合器配合不好，就会出现纵向加速度减小，给车辆带来冲击。

3.5 发动机转速下降

发动机转速下降是指在起步过程中，发动机转速最高点与最低点的差值，见图5。在起步过程中，发动机某时刻的输出转矩为定值，此时如果离合器接合位置过大，会导致发动机负载力矩远大于发动机能够输出的转矩，发动机转速下降；如果转速下降过大，发动机会有熄火风险，所以离合器控制策略与发动机控制策略要统筹考虑，使两者协同合作。

3.6 传动系耸动

传动系耸动是指在离合器完全结合后的起步过程中，车辆纵向加速度脉冲式的上升与下降程度，见图6。这个评价指标主要用于考察此过程中发动机动力输出对起步平顺性的影响。

4 AMT起步品质的评价

近年来随着国内重型汽车技术的发展，自主AMT产品相继投放市场，但由于起步晚，自主产品的品质尚无法与国外优秀AMT产品相媲美。在分析AMT起步品质评价指标的基础上，对国外一款优秀的重型AMT变速箱起步品质进行了评价（见表1），希望可以对自主产品的研发有所帮助。

表1 AMT起步品质评价结果

5 结束语

通过对 AMT起步过程的分析及其边界条件的界定，将起步响应、起步初始冲击度、离合器接合平稳性、离合器接合冲击、离合器接合冲击度、发动机转速下降、传动系耸动 7个参数定义为AMT起步品质的评价指标。在定义了评价指标以后，可以对开发的AMT产品的起步品质进行客观评价，并可以有的放矢地对产品品质的改善提出合理建议，这对于加快自主AMT产品的开发，提升产品质量有积极的意义。

[1]黄建明.机械式自动变速器的控制策略研究[D].重庆：重庆大学，2004.

[2]何瑛.AMT车辆起步过程研究[J]机械设计与制造，2011，（5）：184-186

[3]AVL DRIVE USER GUIDE.