重型汽车变速操纵系统发展趋势探析

于龙，安俊龙，辛晓鹰，周艳龙，杨富恩

行业综述

重型汽车变速操纵系统发展趋势探析

于龙，安俊龙，辛晓鹰，周艳龙，杨富恩

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

文章概述了国内主流重型商用车汽车变速操纵系统结构和布置形式，并对各类型操纵系统的优势、技术瓶颈进行系统分析，研究变速操纵系统未来的发展趋势。

重型汽车；变速操纵系统

CLC NO.: U461 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-01-03

引言

随着人民生活水平的提高和汽车工业技术的不断发展，人们对整车的操纵舒适性要求也越来越高。在过去几年里国内整个重型汽车行业车辆的变速操纵性能、舒适性都有一定提升，但仍然不能满足重型车舒适性轿车化的需求。目前欧洲发达国家75%的车型匹配AMT/AT变速器，国内各大主机厂从2011年开始陆续推出匹配AMT/AT变速器重型汽车，变速操纵系统实现线控，使驾驶的舒适性得到了极大的提升。由于中国特殊路况、技术成本等原因，目前国内重型汽车主要使用的是手动档变速器，匹配自动变速器重型汽车销量占重卡销量不足2‰，未来多年国内重型汽车还将以手动变速器为主，所以目前各大厂商都在做提升手动档变速操纵性能和自动变速器推广的相关工作。

1 国内重型汽车变速操纵机构介绍

图1

图2

目前国内重型汽车变速操纵系统大体分为以下五种：软轴式操纵系统见图1、单杆式操纵系统见图2、天线式操纵系统见图、AMT电控液动/气动/电动控制系统和AT电控液压控制系统。天线式操纵系统根据杆系结构可以分为天线多杆操纵系统和天线单杆式操纵系统。根据变速器顶盖选换挡操纵是否分开，可分为单杆式操纵变速器和双杆式操纵变速器[1]。单杆式变速器主要与单杆操纵系统和天线操纵系统匹配使用，双杆式变速器主要适用于软轴操纵系统。

2 手动档变速操纵系统应用分析

2.1 手动档变速操纵系统应用

目前国内重型汽车变速操纵系统主要以软轴式操纵系统、单杆式操纵系统、天线式操纵系统为主。

2.2 手动档变速操纵机构分析及发展趋势

2.2.1 单杆式变速操纵系统

单杆式操纵系统由固定在发动机上的操纵器通过一根硬杆控制变速器顶盖选换档轴进行选换档。杆系刚度高，整个操纵系统效率高、可靠性好。整车行驶时发动机振动会传递到操纵手柄上，影响舒适性。驾驶室下落时操纵器护罩与驾驶室孔结合，由于制造及装配误差会导致驾驶室密封差目前各大汽车厂都在着手解决密封振动问题。因杆系不易布置，单杆操纵系统主要用于重型凸地板车型。

2.2.2 天线式变速操纵系统

为解决单杆式变速操纵系统振动密封问题，国内厂家开发出了天线式变速操纵系统。天线式操纵系统操纵器固定在驾驶室上，翻转驾驶室时操纵杆会像天线一样伸长，当驾驶室下落时操纵杆会锁成一体，保证选换档。操纵器固定在驾驶室上基本解决了密封振动问题，继承单杆式操纵系统效率高、可靠性好的优点。但驾驶室与动力总成的相对运动会导致变速器掉档、操纵系统异响等问题。

驾驶室悬置已由螺簧向空气簧发展，驾驶室相对于发动机状态增加，对单杆操纵系统的性能、密封等影响较大，会导致天线式变速操纵系统掉档风险增大。

国内天线式操纵系统主要有两种：单杆式天线操纵系统、多杆式变速操纵系统。单杆式天线操纵系统由于杆系布置难主要使用于凸地板车型，多杆式变速操纵系统主要适用于平地板车型。

2.2.3 软轴式变速操纵系统

由于软轴式操纵系统容易布置，密封及NVH好，最初广泛用于轿车和轻型卡车上。软轴效率较低、可靠性较差，用在重卡上市场索赔率高且操纵性较差。随技术发展国内高端软轴疲劳寿命能达到120万次、效率达到80%，性能有了一定提升。

2.2.4 手动档变速操纵系统趋势分析

目前国内高端重型汽车已经十分注重舒适性、密封、NVH，采用平地板驾驶室、空气悬置驾驶室已是趋势。平地板车型驾驶室与发动机之间空间较小、相对运动状态较多，杆式操纵系统不易布置，天线式变速操纵系统掉档风险增大，软轴操纵系统基本没有影响，随着软轴操纵系统技术发展、软轴操纵系统在重型汽车手动档变速器上广泛应用。

3 自动档变速操纵系统介绍

国内重型汽车市场目前主要的自动变速器有两种：AMT和AT。AT结构复杂，相关技术已经被垄断，国内基本没有厂家开发生产AT变速器，同时由于成本关系AT变速器主要用于一些特殊用途的矿用自卸和军车上。

3.1 AMT变速器及操纵机构介绍

电控机械式自动变速器(AMT)是在现生产机械变速器基础上改变手动操纵选换档机构而来，基本保留绝大部分原总成部件，与其它自动变速器相比效率高、成本低、结构简单。

AMT变速操纵机构通过在变速器本体增加电控换挡机构等机构，取消了手柄和变速器之间的机械连接结构，实现了线控。驾驶员通过油门、手柄、刹车给ECU输入，发动机和变速器TCU通过传感器判断驾驶员意图，自动变速操纵系统通过电动指令控制发动机、变速器和离合器实现变速器自动换档[2]。AMT控制结构简图如图3。

图3

目前，国内重型汽车AMT选换档执行机构有三种：

液压执行机构AMT 液压执行机构，液压系统根据电控单元指令控制电磁阀，执行机构自动完成离合器分离、结合和变速器选换档等动作。液压方案技术成熟、可靠性高，但加工要求高、成本高。

电动执行机构AMT 电机执行机构，使用三个直流电机分别控制选换档和离合器操纵，电机根据电控单元指令控制离合器分离、结合和变速器选换档等工作。电机执行方案具有成本低、部件少、直接使用车上电瓶为电源，不需另外附加能源装置等优点，但单位输出功率小。

气动执行机构AMT 气动执行机构，同样气动系统也是根据电控单元指令控制电磁阀，执行机构自动完成离合器分离、结合和变速器选换档等工作。气动执行机构适合具有气源汽车，环保性能好，控制技术要求高，但要求汽车气路密封性能好。

自动变速器根据驾驶员操纵行驶不同可分为旋钮式、拨片式、手柄式。人机位置目前有三种：前仪表、方向盘下侧、驾驶员右侧。由于是线连接，方便手柄人机布置、性能指标提升。

3.2 AT变速器及操纵机构介绍

自动变速器(AT)主要有液力变矩器、行星齿轮组、主壳体、旋转/固定离合器、主轴等部件组成，发动机飞轮通过柔性盘和液力变矩器将动力传至变速器本体，然后通过行星齿轮变速传递给传动轴，行星齿轮传动速比靠液压控制旋转离合器执行。驾驶员通过油门、手柄和刹车给TCM输入，TCM通过输入信息和各传感器参数判断驾驶员意图输出控制信号，控制相关离合器工作进行变速器换档。

3.3 自动挡变速操纵系统优势

驾驶员驾驶自动变速器车辆只需要控制手柄、油门就能实现自动换档，操作便捷，大大减轻驾驶员劳动强度，尤其是城市工况，优化的换挡策略，提高燃油经济性，延长变速器和离合器的使用寿命。

4 结论

随着国内重型汽车市场对舒适性、密封、NVH等要求提高，因为软轴操纵系统容易布置、手感好等优势，软轴操纵系统会在重型汽车手动档变速器上广泛应用。同时，随着自动档变速器技术成熟、成本降低，未来重型汽车会由手动档向自动档过渡，但过程会比较长，最终自动变速器将基本取代手动档变速器，同时手动控制机械结构操纵系统将被电控操纵系统取代。

[1] 陈家瑞.汽车构造.北京∶机械工业出版社,2002.

[2] 刘贻樟.AMT控制技术.北京∶机械工业出版社.

Development trend of transmission control system of heavy vehicles

Yu Long, An Junlong, Xin Xiaoying, Zhou Yanlong, Yang Fuen
( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd Institute of Automotive Engineering R&D, Shaanxi Xi'an 710200 )

This paper summarizes the domestic heavy-duty truck manufacturer transmission control system structure and layout form, and systematically analyze the advantages and technical bottlenecks of various variable speed control systems, and study the future development trend of variable speed control system.

Heavy vehicles; Vehicle transmission control system

U461

A

1671-7988 (2017)16-01-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.001

于龙，男，（1988-）助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，主要从事变速器及操纵系统开发设计工作。