AMT控制技术应用及成果展示

一般来讲，变速器是内燃机汽车不可缺少的一部分。变速器种类繁多，在整个汽车动力系统中的布置方法有多种，图1-1所示为其中一种。图中动力源可以是不同类型的内燃机，也可以是各种类型的电动机。对于混合动力汽车，动力源通常为内燃机和电动机的组合。

传统的机械式变速器（MT）结构简单，成本低，传动效率高，但是驾v驶要求较高。配置了自动变速器的车型使用安全，操作简单，受到广大用户的青睐。因此自动变速器的应用越来越广泛，美国基本上不生产手动变速器的乘用车了。

图1-1 车辆驱动链和变速器

目前国内外乘用车使用的自动变速器的主流是AT。AT靠液力变矩器来实现自动平滑换档，具有较高的舒适性、方便的操纵性和较高的安全性，但平均传动效率较低（约85%），因此油耗较高。除此之外，AT结构复杂，重量重，制造工艺复杂，价格高，维护困难。正是由于AT的这些缺陷，新型变速器不断涌现，如无级自动变速器（CVT）、双离合器变速器（DCT）、无限自动变速器（IVT）、AMT等。

CVT通过连续不分级地改变变速器输入轮和输出轮的相对半径来实现无级调速。因此，尽管车速不同，但它可以通过无级调速而使发动机总是工作在最佳油耗区，使发动机的工作效率很高。从这一点来讲，CVT是方便驾驶、提高汽车燃料经济性的理想装置，也被公认为最具发展前途的自动变速装置，但是现在几乎所有大批量生产的CVT都是用钢带传动。钢带传动效率低，易打滑，使用寿命也不理想。目前，对于大转矩的情况，CVT还是难以胜任。

DCT是齿轮传动，所以传动效率很高。它由两个离合器组成，当一个档位逐渐退出时，另一档同时逐渐介入。这样，在两档切换的过程中，动力不中断。这是DCT的最大优点。但是，由于有两个离合器，系统较为复杂，和MT以及AMT相比，重量、空间和价格上都处于弱势。

MT是在汽车上最先使用的变速器，它结构简单，造价低，便于维护，更重要的是传动效率高（约97%），但是它的操纵性较差，尤其在市区运行时，驾驶人的劳动强度大，甚至有时会造成危险。

AMT是在原有机械式手动变速器基本结构不变的情况下，加装了电子单元的自动操纵机构，取代了原来由驾驶人人工完成的离合器分离与接合、摘档与挂档以及发动机的转速与转矩的调节等操作，实现换档过程的操纵自动化，给驾驶人带来了极大方便。因为原有的机械传动结构基本不变，所以齿轮传动固有的传动效率高、结构紧凑、造价低廉等优点被很好地继承下来。相对于传统AT而言，由于AMT传动效率高而不会使车辆因为变为自动而失去动力性，还可以省油10%以上，相应CO₂等废气排放也会降低。在油价高涨、排放要求越来越严的大形势下，AMT的高效率、低造价和操作方便等特性是其得以快速发展的主要动力。

AMT最早出现在欧洲。1986年，意大利的马瑞利（Magneti Marelli）公司将AMT应用在F1赛车上而15次赢得F1赛车冠军。这说明AMT不仅传动效率高，而且反应速度快。1992年，AMT从F1赛车成功地移植到民用车阿尔法·罗密欧（Alfa Romeo）上以后，法拉利F355 AMT在1999年得以大批量生产。其高效率的动力传递性能受到很多用户的喜爱。

当然，使用以内燃机为主动力的AMT系统都配置有离合器。使用离合器的AMT系统和手动变速器一样，通常是在断开动力源后换档，换档的平顺性则难以和AT相媲美。这项技术的难点在于满足换档的平顺性以及正确应对各种复杂情况的快速性要求。对于不使用离合器的纯电动或其他动力的AMT系统来说，貌似没有动力中断问题。实际上在换档过程中，还是存在那么一瞬间，即原先的档位已脱开，而新的档位还没有啮合上，也就是说在这瞬间还是有动力中断。再有，在脱开老档位前降低发动机输出转矩（降扭）的过程和啮合新档位后恢复转矩（升扭）的过程虽不是完全的动力中断，但对输出到车轮的动力还是有很大的影响。

从结构上讲，AMT有两大类（图1-2）：集成式和外挂式。集成式是将选换档执行机构甚至离合器执行机构都集成到机械式变速器体内。而外挂式是在传统的手动变速器外面安装执行机构。

AMT执行机构的驱动方式又可分为电动式、气动式、液压式和混合式。电动式以小型电动机作为驱动执行器件。气动式使用气缸作为驱动执行器件。液压式使用油缸作为驱动执行器件。混合式，是指在同一个AMT系统中同时使用一种以上动力驱动器件。

AMT可用于各种传统能源的乘用车、公交车、客车、轻型载货车、重型载货车，也可用于各类需要变速的纯电动车和混合动力车。由于各种不同的需要，AMT的档位数也不尽相同，有2档、3档、5档、6档甚至十几档等。图1-3所示为广东戈兰玛汽车系统有限公司为中国南车新能源汽车公司配套的6档12m AMT混合动力公交车。(www.xing528.com)

图1-2 AMT变速器

图1-3 配置AMT的12m混合动力公交车

图1-4所示为广东戈兰玛汽车系统有限公司为华晨汽车公司配套5档AMT的智尚SUV。

图1-4 配置AMT的智尚SUV

图1-5所示为奔驰公司出品的5档AMT的Smart乘用车。

图1-5 配置5档AMT的Smart小车

因为AMT换档时有动力中断，如何减少或消除换档时动力中断对驾驶舒适性的影响就是对AMT研发和生产的一大挑战。和MT相比，AMT增加了几个机械执行机构，如何保证它们的可靠性和耐久性是研发、生产AMT的另一大挑战，其中，如何控制AMT是最重要的。

本书就AMT的控制及其相关问题用最通俗的语言进行介绍和讨论，避免烦琐的数学推导，但尽可能给出实际AMT系统控制的一些实例和数据供读者参考。AMT机械机构的设计和生产等问题都非常重要，但由于篇幅的限制，本书并未进行探讨。除AMT以外的其他自动变速器的原理和生产也不在本书的探讨范围内。虽然AMT系统离不开控制器（TCU），但这里也只是对TCU的硬件、软件和底层程序等进行简单介绍而不详细讨论，本书重点讨论AMT系统的控制问题。即使本书只是讨论控制问题，但由于控制问题分支比较多，内容很丰富，所以这里只是就大部分AMT从业者和使用者最感兴趣的一些基础问题进行介绍和讨论。对于更深入的控制问题，请读者自行阅读有关参考文献进行深化研究。

如前所述，AMT可以用于传统汽车、混合动力车，也可用于纯电动车，这些车的主动力源可能有所不同，如汽油机、柴油机、电动机或它们的混合。但是在本书中，除特殊说明的地方外，大都以汽油机驱动的传统汽车为例。对于AMT的转矩控制需求来说，其他的动力源也没有什么很大的区别，只是获得需要的转矩的方式不同而已，所以读者完全可以举一反三，触类旁通。