【正文】 第三章 智能電控自動變速器換檔策略研究 一 . 簡介 １． 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 在國外 ， 自動變速器的研究始于汽車 。 1985年 ， 日本五十鈴公司率先研制成功 NAVI5型全自動機械式變速器 ， 并裝于飛鳥 (ASKA)轎車 ， 投放市場獲得成功 。 此后 ， 美國的福特 (FORD)公司 、 法國雷諾(RENAULT)公司 、 意大利的菲亞特 (FIAT)公司都相繼開發(fā)了這種變速器 ， 全自動 AMT已進(jìn)入產(chǎn)品化和實用化階段 。 由于自動換擋和起步時都受到環(huán)境 、 駕駛員駕駛水平和車況等因素的影響 ， 日本的五十鈴(ISUZU)、 尼桑 (NISSAN)等開始采用模糊推理的智能化方法進(jìn)行此方面的研究 ， 包括模糊換擋策略和離合器接合速度的模糊控制 。 三菱公司新的自動變速車 “ Fuzzy Shift 4AT”在自動變速系統(tǒng)中加入了 “ 模糊控制 ” 的概念 。 在工程機械領(lǐng)域 ， 日本川崎重工公司開發(fā)的輪式裝載機 KLD97ZIII匹配 15ZIII自動換擋變速器 。 意大利薩姆 (SAME)公司 Rubin系列拖拉機采用了全自動換擋變速箱 ， 美國卡特彼勒(CATERPILLAR)公司的 Challenger35/45/55橡膠履帶拖拉機從第 10擋至第 16擋可以實現(xiàn)自動換擋 。 在國內(nèi)，吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、重慶醫(yī)療機械工業(yè)公司等多家單位均在自動變速器的研究方面取得了科研成果。其中，吉林大學(xué)率先將智能控制理論應(yīng)用到工程機械中，對工程機械模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檔位控制進(jìn)行了試驗研究，研制出推土機的模糊換擋系統(tǒng)并進(jìn)行了室內(nèi)試驗；對輪式裝載機的模糊換擋策略也進(jìn)行了研究。 1998年 8月吉林大學(xué)自主研制桑塔納 2023AMT樣車通過了國家鑒定，目前正進(jìn)一步加強系統(tǒng)可靠性等方面的研究。神龍公司也向市場投放了裝備進(jìn)口 AL4智能型自動變速器的富康 988“領(lǐng)導(dǎo)者”以及富康 ，它們采用了模糊控制理論和動力傳動系統(tǒng)綜合控制技術(shù)，實現(xiàn)了智能化控制，電子控制單元有 10種換擋規(guī)律，按需分別調(diào)用幾種換擋規(guī)律或同時或交替工作，共同控制變速器的狀態(tài)。 2023/3/2 1 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 ２． 自動換擋規(guī)律研究展望 隨著自動變速器換擋規(guī)律在使用中出現(xiàn)的問題和智能控制理論的迅速發(fā)展以及人們對車輛性能要求的提高，各種最新的監(jiān)測、控制技術(shù)將不斷引入車輛領(lǐng)域，以改善自動變速器的性能，使檔位決策、換擋控制與車輛、環(huán)境和駕駛員意圖相適應(yīng)。在已有智能控制理論與車輛工程相結(jié)合的基礎(chǔ)上，運用最新的智能控制理論修正傳統(tǒng)的二參數(shù)、三參數(shù)換擋規(guī)律，使車輛換擋更加經(jīng)濟、可靠；將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)及混沌理論等新學(xué)科單獨或者結(jié)合使用，以擴大處理信息的范圍和能力，進(jìn)行綜合控制，形成綜合智能控制換擋規(guī)律。所有這些都將大大提高自動換擋的穩(wěn)定性和智能化水平，將成為未來研究的熱點 ． 二．自動變速器的基本組成與工作原理 １．基本組成 電子控制自動變速器一般由液力變矩器、行星輪變速器、電子控制系統(tǒng) 3部分組成 。 液力變矩器通常由與發(fā)動機飛輪連接的泵輪、與變速器輸入軸連接的渦輪及與單向離合器連接的導(dǎo)輪組成，其主要作用是通過油液的運動傳遞動力并在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)降速增扭、無級變速。行星輪變速器是由一系列的行星齒輪系、液壓離合器與制動器組成的有級式的變速器，該變速器易于通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動換檔，并且與液力變矩器配合可在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速 。 電子控制系統(tǒng)由反應(yīng)汽車工況的傳感器、自動變速器控制電腦、變速電磁閥及換檔離合器等執(zhí)行機構(gòu)組成，其主要功用是由自動變速器控制電腦根據(jù)傳感器反應(yīng)的車況信息進(jìn)行自動運算和判斷，發(fā)出科學(xué)的換檔指令到換檔執(zhí)行機構(gòu)以實現(xiàn)自動換檔變速。 ２．工作原理 如圖 ， 電子控制式自動變速器是通過傳感器裝置將汽車的運行工況轉(zhuǎn)化為電信號 ， 并通 2023/3/2 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 過自動變速器電腦對電信號處理，然后輸出控制指令給相應(yīng)的電磁閥，來實現(xiàn)變速器的換檔操作。 發(fā)動機 發(fā)動機電腦 節(jié)氣門位置傳感器 車速傳感器 冷卻水溫傳感器 變速器油溫傳感器 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 檔次開關(guān) 制動燈開關(guān) 模式選擇開關(guān) 自動變速閥體 電磁閥 自動變速器電腦 行星齒輪變速器 液力變矩器 圖 電子控制式自動變速器的工作原理 2023/3/2 3 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 （１） 功率流傳遞路線 汽車發(fā)動機發(fā)出的功率流通過液力變矩器的一次放大（可達(dá)到 24倍）后，傳給行星輪變速器進(jìn)行有級變速，然后通過輸出軸傳到驅(qū)動橋；其中液力變矩器可在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，根據(jù)汽車的行駛阻力及車速自動調(diào)整負(fù)荷。 （２）傳感器監(jiān)測的主要信息 1） 節(jié)氣門位置傳感器反應(yīng)節(jié)氣門的開度大小的比例 ， 該信息與發(fā)動機轉(zhuǎn)速汽車行駛速度等參數(shù)配合提供電腦換檔的決策依據(jù)； 2） 車速傳感器反應(yīng)汽車的行駛速度； 3） 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器反應(yīng)發(fā)動機實際運轉(zhuǎn)速度； 4） 冷卻水溫傳感器反應(yīng)發(fā)動機熱平衡狀況信息 ， 水溫較低時不適宜加檔 ， 應(yīng)在低負(fù)荷下繼續(xù)預(yù)熱； 5） 變速器油溫傳感器反應(yīng)變速器潤滑油熱平衡狀況 ， 其是控制散熱器的散熱強度的依據(jù)； 6） 檔位開關(guān)反應(yīng)駕駛?cè)藛T的意圖并間接反應(yīng)出道路情況 ， 自動變速器仍然需要將變速手柄置于某一確定的位置 （ 至少分為前進(jìn) 、 倒退 、 空位等 ） ； 7） 模式選擇開關(guān)決定汽車行駛的基本模式：是以經(jīng)濟車速行駛還是以高動力性行駛； 8） 制動燈開關(guān) ， 反應(yīng)汽車是否處于制動狀態(tài) ， 決定發(fā)動機工況及各傳動部件的工況； 2023/3/2 4 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 （３）自動變速系統(tǒng)的控制內(nèi)容 1）檔位控制：當(dāng)變速手柄在前進(jìn)檔時，自動變速器電腦根據(jù)汽車行駛情況選擇最佳的時刻換到最合適的檔位，以使汽車充分發(fā)揮動力性和經(jīng)濟性； 2）變速液壓系統(tǒng)的油壓控制：自動變速器電腦根據(jù)汽車的工況需要調(diào)整液壓系統(tǒng)的壓力，以達(dá)到既減少能耗，又滿足傳遞功率流的需要，同時保證換檔平穩(wěn)無沖擊； 3）發(fā)動機控制：自動換檔過程中，自動變速器電腦通知發(fā)動機電腦適當(dāng)減小噴油量，保證換檔平穩(wěn)；特殊路況下需發(fā)動機制動汽車運行時，自動變速器電腦發(fā)出信號使發(fā)動機與變速器強制連接（通過強制離合器），以實現(xiàn)發(fā)動機的制動效果。 高檔 低檔 50% 100% 車速 加速時的升檔規(guī)律 加速時的降檔規(guī)律 節(jié)氣門開度 圖 自動換檔圖 2023/3/2 5 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 （４）自動變速的控制原理 1）自動換檔的決策模型：如圖 ，汽車換檔的主要決定因素是節(jié)氣門開度和汽車行駛速度，當(dāng)汽車在某一節(jié)氣門開度下，車速上升達(dá)到升檔規(guī)律線時，則自動變速器電腦發(fā)出升檔指令使自動變速器實現(xiàn)升檔操作；反之，車速下降達(dá)到降檔規(guī)律線時，則自動變速器電腦發(fā)出降檔指令使自動變速器實現(xiàn)降檔操作，該模型也稱為自動換檔圖。 2）自動換檔的控制過程：如圖 ，自動變速電腦根據(jù)汽車檔位開關(guān)及換檔模式開關(guān)的信息決定選擇相應(yīng)的自動換檔圖，然后按節(jié)氣門位置傳感器及車速傳感器檢測到的信息進(jìn)行判斷得出結(jié)果，最后向換檔電磁閥發(fā)出換檔指令。 2023/3/2 6 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 檔位開關(guān)和換檔模式選擇開關(guān) 選擇自動換檔圖 車速判斷 車速傳感器 節(jié) 氣 門 位 置 傳 感 器 換檔電池閥 節(jié)氣門位置傳感器 圖 自動換檔控制過程 2023/3/2 7 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 三 . 當(dāng)前檔位決策方法及其局限性 1．傳統(tǒng)換檔規(guī)律 （１） 單參數(shù)換檔規(guī)律 汽車用單參數(shù)換檔規(guī)律一般選擇相對穩(wěn)定的車速作為控制參數(shù) 。 國外大功率拖拉機以發(fā)動機速 n來限定 。 如圖 ,當(dāng)車速達(dá)到 時升入 2擋；反之 ， 當(dāng)車速降至?xí)r換回到 1擋 。 和 之間是兩檔均可能出現(xiàn)的工作區(qū) ,這種在控制參數(shù)相同的情況下 ， 升擋和降擋的時刻不同 ， 降擋時刻較升擋時刻晚的現(xiàn)象稱為降擋重疊或降擋延遲 。 其作用是 : 1） 換入新?lián)鹾?,不會因油門的振動或車速引起的輕度變化 ,而重新?lián)Q回原來擋位 ,保證換擋過程的穩(wěn)定性 。 2） 有利于減小換擋循環(huán) ,防止控制系統(tǒng)元件的加速磨損 ,并防止乘坐舒適性的降低 。 1V2V1 2 1 2 1V2降檔 升檔 V a a 油門開度 n 發(fā)動機轉(zhuǎn)速 v 車速 圖 單參數(shù)換檔規(guī)律 2023/3/2 8 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）汽車工程學(xué)院 單參數(shù)換擋規(guī)律結(jié)構(gòu)簡單 ,但無論油門開度如何變化 ,換擋點 、 換擋延遲大小都不變 ,不能實現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋 。 為了保證動力性 ， 一般把升檔點設(shè)計在發(fā)動機的最高轉(zhuǎn)速 ， 而不考慮車輛的功率需求狀況 。 這將造成車輛在小油門開度行駛時 ， 也需要達(dá)到最高轉(zhuǎn)速 才能換檔 ， 故換檔過程中不僅噪聲較大 ， 機件的磨損也較大 ， 因此這種換檔規(guī)律是不合理的 。 此外 ， 這種單參數(shù)的系統(tǒng)也難以兼顧車輛動力性和經(jīng)濟性的要求 ,故目前已很少采用 。 （２） 二參數(shù)換擋規(guī)律 二參數(shù)換擋規(guī)律克服了單參數(shù)換擋規(guī)律的缺點 ,其控制參數(shù)類型有車速與油門開度 、 液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速與渦輪轉(zhuǎn)速 、 車速與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩等 ,但當(dāng)前采用最多的形式仍為車速與油門開度 。 如下圖 ， 根據(jù)降擋延遲的不同可劃分為以下幾種： 1） 等延遲型 其降擋延遲的大小不隨油門開度變化 ， 但可實現(xiàn)駕駛員的干預(yù) ， 在小油門時可提前換入高檔 ， 即減小發(fā)動機噪聲 ， 又可延遲換回低檔 ， 改善了燃油經(jīng)濟性 。 2） 發(fā)散型 其降擋延遲的大小隨油門開度增大而增大 ， 特點是：大油門升檔時發(fā)動機轉(zhuǎn)速高 ， 接近最大功率點 ， 動力性好 ， 換檔延遲大 ， 減少了換檔次數(shù) ， 提高了舒適性 。 但大油門升檔時 ， 發(fā)動機轉(zhuǎn)速要降的很低 ， 降低時大 ， 功率利用差 ， 故該型使用于功率大的轎車上 。 3） 收斂型 其降擋延遲隨油門開度增大而減小 ， 呈收斂狀分布 ， 特點是：在大油門換檔延遲最小 ，小 ， 所以升檔時有較好的功率利用 ， 動力性好 。 減小油門時 ，