李志杰， 喬運乾， 陳國濤， 趙國強， 張明波

（濰柴動力股份有限公司， 山東 濰坊 261061）

能源危機與環(huán)境污染兩大問題促進了全球新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國家頒布的一系列政策更是對國內新能源的發(fā)展影響深遠。純電動汽車是新能源汽車的主要發(fā)展方向之一［1，2］。目前新能源汽車采用“電池-電機-傳動機構”的結構，似乎變速器不再是必須部件，但從新能源汽車發(fā)展方向看，無論從驅動電機系統(tǒng)動力性、經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)向高速化發(fā)展，都需要先進的變速器技術作為支撐［3—6］，商用車中的手動變速器系統(tǒng)正逐步切換為自動或手自一體變速器，先進變速器的技術在未來很長一段時間內都會是商用車應用研究的主流方向［7，8］。兩擋箱系統(tǒng)主要應用領域為城際物流，可滿足爬坡與高速行駛需求［9］。

兩擋箱系統(tǒng)在運行過程中，容易出現(xiàn)換擋件磨損導致的脫擋現(xiàn)象［10-12］，嚴重影響動力系統(tǒng)的換擋可靠性及駕乘舒適性，本文基于純電兩擋箱開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，提出相應控制策略的優(yōu)化方案并進行了試驗驗證，驗證結果表明控制策略及標定方案切實有效。

1 純電動AMT換擋控制方法介紹

AMT （Automated Mechanical Transmisstion）就是在傳統(tǒng)MT基礎上，裝上電腦控制系統(tǒng)，模擬駕駛員換擋的行為完成自動選擋和換擋。AMT保留了MT結構簡單、傳動效率高、性價比高等優(yōu)點，其發(fā)展前景廣闊［13］。目前常見的純電動AMT換擋控制方法如圖1所示：主要過程由電機降扭、變速器摘擋、換擋執(zhí)行機構選擋調速、變速器掛擋等階段組成［14］，流程見圖1。

圖1 純電動AMT傳統(tǒng)換擋方法流程圖

對于電控電動擋箱而言，當下比較典型的控制過程如圖2所示：選定目標位置，根據(jù)目標位置與實際位置的差值，進行分段PID控制，控制PWM占空比的輸出，最終完成整個換擋過程［15］。當前擋位的確定通過傳感器的位置、傳動比校準來實現(xiàn)。

圖2 典型的換擋控制方法

2 換擋驗證問題及對應分析

兩擋箱動力系統(tǒng)在臺架運行幾萬次可靠性試驗后出現(xiàn)脫擋現(xiàn)象，將變速器進行拆檢分析，發(fā)現(xiàn)如下問題：撥叉金屬塊磨損嚴重、結合套換擋齒輪尖角出現(xiàn)嚴重磨損，棱角變凸，不再具備止脫作用，零部件磨損情況如圖3所示，換擋過程涉及到的滑套與目標齒的三維圖如圖4所示。

圖3 零部件磨損情況

圖4 相關件三維圖

對換擋結合齒的三維數(shù)模進行分析得到換擋過程的示意簡圖，如圖5所示，通過分析發(fā)現(xiàn)。

圖5 結構簡圖

1）撥叉金屬塊的磨損原因為進擋后撥叉金屬塊與滑套壁面接觸且一直處于受力狀態(tài)。

2）目標齒輪壁面與限位面1的距離為1.8mm，而結合套上的齒輪尖角與撥叉限位面2的距離為1.5mm，因此不會出現(xiàn)尖角碰撞目標齒壁面的情況，齒尖的磨損主要是在掛擋過程中出現(xiàn)脫擋時齒輪之間的碰撞導致。

3 換擋控制方法優(yōu)化

試驗過程中使用的換擋控制方法如圖6所示，針對以上問題進行優(yōu)化，具體過程如下。

圖6 換擋方法優(yōu)化

1）在進擋過程中，當執(zhí)行機構推動至合適的位置后即可增加扭矩，有效提高換擋時間；同時控制策略中增加回退需求，減少金屬塊的磨損以及撥叉受力，提高AMT產(chǎn)品的性能。

2）由于傳動系統(tǒng)、制造精度以及裝配等誤差使得回退的距離無法直接準確反映在撥叉端，因此通過在撥叉金屬塊處增加監(jiān)控設備 （監(jiān)控設備的布置如圖5所示）來判定實際回退位置是否處于合適的位置。最終形成控制策略如圖7所示。

圖7 優(yōu)化后的換擋方法流程圖

4 臺架驗證

將經(jīng)過論證的控制策略通過Simulink_RTW過程生成代碼，刷寫到變速器控制器中，再次進行換擋可靠性驗證，臺架運行幾十萬次可靠性試驗后未出現(xiàn)脫擋現(xiàn)象，臺架結構如圖8所示，對臺架試驗過程數(shù)據(jù)進行記錄，策略優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比如圖9所示。

圖8 動力總成臺架

圖9 驗結果對比

對位置信號進行分析發(fā)現(xiàn)控制策略可正常實現(xiàn)，同時記錄監(jiān)控設備各測點的數(shù)據(jù)，從圖10中可以看出換擋過程中位置無回退時監(jiān)控設備數(shù)值明顯上升異常；而回退之后監(jiān)控設備數(shù)值不出現(xiàn)突變，且各測點數(shù)值變化均勻。圖11顯示分別在1擋、2擋長時間運行時，監(jiān)控設備數(shù)值無明顯上升現(xiàn)象發(fā)生，說明撥叉金屬塊不存在與兩邊接觸磨損的情況，可有效對AMT換擋進行控制，提高產(chǎn)品使用壽命。

圖10 升2擋時監(jiān)控設備數(shù)值變化

圖11 有回退穩(wěn)定運行在1擋、 2擋時數(shù)值變化

5 結論

本文通過優(yōu)化控制策略并利用在撥叉金屬塊中增加監(jiān)控設備，PID控制實現(xiàn)回退至合適的位置，利用監(jiān)控設備監(jiān)測與滑套壁面的接觸情況，有效避免撥叉長時間處于受力狀態(tài)，提高了產(chǎn)品性能，有效地增加了產(chǎn)品可靠性。