重型商用车AMT坡道起步系统研究与开发

【摘要】：电控机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission,简称AMT)是目前我国重型商用车车研发的重点。相比传统的手动变速箱,它易于操作,大大降低了驾驶员的劳动强度,减少了离合器的磨损。相比于其它结构形式的自动变速器,如液力自动变速器(automatic transmission,简称AT)、机械无级自动变速器(Continuously Variable Transmission,简称CVT)等,AMT具有传动效率高,结构简单,制造成本较低等优点。此外,AMT的生产制造可直接沿用以前的手动变速箱生产线,适合我国国情,因此,AMT在我国商用车市场具有广阔的产业化前景。 坡道起步是汽车行驶过程的典型工况。对于传统手动变速箱,坡道起步品质是衡量驾驶员技术熟练程度的评价指标之一,对于配置AMT的重型商用车,坡道起步品质是判断AMT产品性能优劣的重要指标之一。开发一套完善可靠的坡道起步系统,能够提高起步品质,保证行车安全,提高AMT的产品竞争力。 本文通过对熟练驾驶员利开手动变速箱车辆进行坡道起步的操作模式进行试验分析,分析了优秀驾驶员坡道起步的驾驶习惯和主要性能指标,并对坡度和车辆的载重量对坡道起步的影响进行了研究。其次,通过对现有AMT重型商用车的坡道起步进行试验,分析了现有AMT产品坡道起步控制系统的优缺点,为本文AMT车辆在坡道起步控制系统的设计提供了支撑。 目前我国对于重型商用车坡道起步评价的研究较少,没有形成一套科学、公认的评价体系,因此建立一套适用而且科学的客观评价体系对重型商用车坡逆起步品质进行评价,对于指导我国重型商用车AMT控制策略的开发,提高我国AMT的产品设计水平具有重要意义。本文提出了一套针对重型商用车坡道起步的评价体系,并组织进行了大量试验,进行了坡道起步的主观评价。通过对客观试验数据与主观评价结果的相关性分析,提出了从客观数据获取主观评价结果的方法。 针对AMT车辆坡道起步,本文开发了一套智能坡道起步辅助系统SHS (Smart Hill-start System),基于对动力传动系统及制动系统的理论分析,提出了AMT车辆坡道起步的综合控制策略,主要包括驻车制动系统解除控制策略以及离合器结合的控制策略。 本文进行了重型商用车AMT系统的建模与仿真研究。建立了发动机模型、离合器模型、齿轮传动系统模型、制动系统模型以及车身阴力模型等,其中,离合器模型包括离合器摩擦片模型、膜片弹簧模型、分离杠杆、离合器扭转减振器等,制动系统模型包括手制动阀、差动阀、电磁阀及弹簧制动气室模型等。基于以上模型,建立了整车模型,联合坡道起步控制策略,进行了小坡道及大坡道起步相应工况的仿真分析,验证了坡道起步控制策略的的有效性和可靠性。 在理论研究的基础上,以东风牵引车(4X2)为基础车型,研制开发了带坡道起步功能SHS的AMT样车。开发内容包括驻车制动系统、坡道起步电磁阀、控制器(TCU)的软、硬件设计、原型十四档机械自动变速箱(AMT)的结构更改及电子仪表的更改。进行了多种工况下的坡道起步试验。试验结果证明,本文开发的SHS系统能够有效防止倒溜,起步迅速、平稳,冲击度小,安全性高,具有较高的商品化推广应用前景。