CN101832387A - 一种机械自动变速器amt档位切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械自动变速器AMT档位切换控制方法，采用两次离合、空档过渡的换档策略，采用实现转速同步的PID比例-积分-微分控制算法，通过离合器分离、发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算的转速、变速器置入空档(空档过渡)、离合器接合、对变速器输入轴进行同步、离合器二次分离、变速器置入目标档位、离合器二次接合、发动机油门控制模式的控制过程，使换档齿轮组精确同步，减轻对同步器的磨损，延长同步器的寿命，使整个换档过程更加平顺，从而获得较高的市场应用价值。可广泛适用于各类采用电磁阀的液压、气压执行机构和伺服电机控制离合、换档动作的机械自动变速器。

Description

一种机械自动变速器AMT档位切换控制方法

技术领域

本发明涉及机械自动变速器AMT控制领域，具体涉及一种大传动比机械自动变速器档位切换的控制方法。

背景技术

目前在中、重型工程车辆、特种车辆以及混合动力客车等商用车领域，需要采用大传动比的变速器结构。由于相邻两档之间的传动比较大，在采用电子控制器控制的变速器AMT实施换档过程中，常常导致齿轮间打齿和换档困难等问题，同时变速器中同步器和传动齿轮的磨损也很大，影响变速器的寿命。解决这一问题的关键是要寻求对变速器动力输入和输出轴按转动比进行精确的同步控制。但由于车辆在换档过程中，车速是处于不受控的不断变化之中，使得精确同步发动机与车速存在实际上的困难。针对这一问题，借鉴无同步器变速器手工操纵换挡的方法，采用两次动力分离并同步转速，使切换档位时动力轴处于自由且基本同步的状态，达到不打齿、无声、低磨损、平顺换档的效果。两脚离合法是能够提供解决因大传动比变速器结构导致换挡困难等问题的良好方法，但是目前尚未运用在电控技术主导下的机械自动变速器AMT领域，仅仅停留在手动变速器的人工操作技术上，不利于商用车越来越广泛的电控技术发展趋势。

发明内容

本发明提供一种机械自动变速器AMT档位切换控制方法，依托目前主流的AMT电控技术和控制器，采用两次离合、空档过渡、转速同步、平滑接合的技术方法实现档位切换的自动精确控制，避免同步器过早磨损导致换档时齿轮打齿、换档困难等问题发生，提高变速器的可靠性和寿命，本发明广泛适用于各类采用电磁阀的液压、气压执行机构和伺服电机控制离合、换档动作的机械自动变速器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机械自动变速器AMT档位切换控制方法，采用两次离合、空档过渡的换档策略，采用实现转速同步的PID比例-积分-微分控制算法实现相邻档位传动比相差较大、同步器工作困难情况的变速器进行精密的换档齿轮组转速同步，动力平稳结合。该方法包括以下步骤：

(1)控制器通过接收车速传感器和发动机油门踏板的电信号，进行档位选择；

(2)当需要进行档位切换且目标档位非空档时，控制器按顺序分别控制离合器分离、发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算所得到的转速、变速器置入空档、离合器接合、对变速器输入轴进行同步、离合器二次分离、变速器置入目标档位、离合器二次接合、发动机进入油门控制模式；

(3)当需要进行档位切换且目标档位为空档时，控制器按顺序分别控制离合器分离、发动机被控制至怠速转速、变速器置入空档、离合器接合。

其中，发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算所得到的转速，是指控制器按采集到的当前车速信号和所要换入的档位的传动比计算出对应的发动机目标转速，可通过下述方法之一将发动机控制到该转速：

A、控制器将目标转速信息传送到发动机控制器并命令发动机控制器将发动机控制到该转速；

B、控制器直接控制发动机油门踏板输入信号，将发动机控制至目标转速。

其中，控制过程中发动机的控制有两种情况，分别为发动机PID控制和发动机油门控制；发动机PID控制是在第一次离合器接合后执行，采用实现转速同步的PID比例-积分-微分控制算法，实现变速器中待啮合的一对目标档位齿轮达到转速同步的控制目的；发动机油门控制模式是在第二次离合器接合后执行，此时换档已经完成，由油门踏板直接控制发动机动力输出；其中发动机PID控制模式是采集变速器输出轴转速信号得到相应的转速值，将变速器输出轴转速与目标档位的传动比相乘，得到的值为PID控制发动机转速的目标值，PID依据实时计算得到的发动机转速目标值和传感器采集到的发动机转速实际值及其差值，进行PID算法调节，使发动机实际转速达到目标值。

其中，所述的离合器控制、空档和目标档位的置位采用下述方法：对于气动和液压操纵的AMT，控制器直接对档位电磁阀的驱动进行PWM脉冲宽度调制方式，控制液压或气压执行机构，达到离合器动作、换档拨叉动作的控制；对于由执行电机操纵的AMT，控制器直接对执行电机进行驱动，完成对离合器动作、换档拨叉动作的控制。

本发明的优点在于：通过离合器分离、发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算的转速、变速器置入空档(空档过渡)、离合器接合、对变速器输入轴进行同步、离合器二次分离、变速器置入目标档位、离合器二次接合、发动机油门控制模式的控制过程，使换档齿轮组精确同步，减轻对同步器的磨损，延长同步器的寿命，使整个换档过程更加平顺，从而获得较高的市场应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例的一种两档机械自动变速器控制系统示意图；

图中：1、离合器；2、离合电磁阀液(气)压控制机构；3、变速器输入轴；4、中间轴一档齿轮；5、中间轴二档齿轮；6、输出轴一档齿轮；7、输出轴二档齿轮；8、同步器；9、变速器输出轴；10、拨叉；11、换档电磁阀液(气)压控制机构；12、控制器；13、车速传感器；14、发动机转速传感器；15、油门位置传感器；16、离合器状态开关信号；17、变速器档位反馈信号。

图2为本发明控制器控制非空档的流程图；

图3为本发明控制器控制空档的流程图。

具体实施方式

以两档机械自动变速器控制系统为例，离合器及换档操纵以液压执行机构进行说明。

如图1所示，将车速传感器13、发动机转速传感器14和油门位置传感器15分别安装在变速器输出轴9端、发动机曲轴飞轮端和油门踏板端。传感器与控制器12采用普通车用线束连接，控制器12通过普通车用线束与离合电磁阀液(气)压控制机构2和换挡电磁阀液(气)压控制机构11连接。本实施例中，车速传感器13、发动机转速传感器14采用霍尔传感器类型，油门位置传感器15采用电位计类型。控制器12利用现有A/D(模拟/数字)信号采集技术对各传感器按照一定时间间隔进行数据采样，获取车速传感器13信号、发动机转速传感器14信号和油门位置传感器15信号，并由控制器程序查找存储在指定寄存器中的经过实际试验得到的标定数据表，得到所需的变速器输出轴9转速值、车速值(通过变速器输出轴9转速值和后桥传动比值计算可得)、发动机转速值和油门踏板位置。

车辆在实际运行时，将获得的车速传感器13车速信号的数值和油门位置传感器15位置信号的数值与存储在指定寄存器中的经过实际试验得到的自动换档规律曲线脉谱进行对比，得到当前的目标档位。如果目标档位与当前的实际档位不一致，则需要进行换档操作，具体换档规律曲线的选择和判别方式不在本发明方法的讨论范围之内。

当控制器12判别出执行换档操作时，会首先判断是否换入空档，这一点可在整车的行车控制策略中体现，本发明方法中不作阐述。

下面详细说明本发明对不同目标档位下的档位切换的控制方法和流程图

当控制器12判别出换入非空档时，对于本例二档变速器来说，非空档定义为两种情况，即：一档换入二档和二档换入一档。则如图2的流程，在步骤101，首先控制器12根据采集到的离合器状态开关信号16判断出当前离合器1的状态，如果离合器1已经分离，则进入步骤103，如果离合器1没有分离，则进入步骤102，控制离合电磁阀液压控制执行机构2的电磁阀，控制器12用输出PWM占空比信号的方法控制电磁阀的动作，使达到离合器1分离的目的。离合器分离完成后，进入步骤103；

在步骤103，控制器12按照一定的时间间隔采集车速传感器13的信号，从而得到输出轴9的转速，再依此根据目标档位的传动比计算发动机目标转速，即发动机目标转速＝输出轴9转速×目标档位传动比。这一过程的作用是使得目标档位待啮合的齿轮组转速达到一致，以减轻甚至消除该齿轮组啮合时同步器为了同步该齿轮组转速而产生的摩擦，从而大大延长同步器的使用寿命，转速同步的过程也是本发明的重点。完成目标转速的实时计算后，执行步骤104；

在步骤104，发动机模式变更为PID控制模式，此时发动机的运转不受油门踏板的控制，而是自动将发动机转速调节到计算出的发动机目标转速值，模式变更后，执行步骤105；

在步骤105，控制器12根据采集到的变速器档位反馈信号17判断当前变速器的档位状态，如果变速器为空挡，则进入步骤107。如果变速器不为空挡，则进入步骤106，此时控制器12控制换档电磁阀液压控制机构11的电磁阀，完成换入空档的动作，即通过驱动液压控制机构推动拨叉10在中间位置，不移动同步器8上的结合套，不使输出轴一档齿轮6或输出轴二档齿轮7与中间轴一档齿轮4或中间轴二档齿轮5啮合。具体换档电磁阀的操作在实际运用中，根据不同的换档电磁阀液压控制机构11的结构而不同。通过步骤106完成变速器置换入空挡的动作后，执行步骤107；

在步骤107，控制器12根据采集到的离合器状态开关信号16判断出当前离合器1的状态，如果离合器1已经接合，则进入步骤109，如果离合器1没有接合，则进入步骤108，控制离合电磁阀液压控制执行机构2的电磁阀，控制器12用输出PWM占空比信号的方法控制电磁阀的动作，使达到离合器1接合的目的，从而实现变速器输入轴3与发动机转速的同步。然后执行步骤109；

在步骤109，通过发动机转速传感器14采集的实际发动机转速值与步骤103中所述的发动机目标转速值在程序中进行校核，若达到标定值范围内的匹配条件后，则认为同步完成，执行步骤110；

在步骤110，控制器12根据采集到的离合器状态开关信号16判断出当前离合器1的状态，如果离合器1已经分离，则进入步骤112，如果离合器1没有分离，则进入步骤111，控制离合电磁阀液压控制执行机构2的电磁阀，控制器12用输出PWM占空比信号的方法控制电磁阀的动作，使达到离合器1分离的目的，离合器分离完成后，执行步骤112；

在步骤112，控制器12控制换档电磁阀液压控制机构11的电磁阀，执行换入目标档位的动作，即推动拨叉10在一档或二档位置，带动同步器8上的结合套移动，使输出轴一档齿轮6或输出轴二档齿轮7与中间轴一档齿轮4或中间轴二档齿轮5啮合。形成置换一档或二档的目的。然后执行步骤113；

在步骤113，控制器12根据采集到的变速器档位反馈信号17判断出当前变速器的档位状态，如果变速器当前档位为目标档位，确认换档成功，如果变速器当前档位不为目标档位，则需要再次继续换档动作，直至换档成功，换档成功后执行步骤114；

在步骤114，控制器12根据采集到的离合器状态开关信号16判断出当前离合器1的状态，如果离合器1已经接合，则进入步骤116，如果离合器1没有接合，则进入步骤115，控制离合电磁阀液压控制执行机构2的电磁阀，控制器12用输出PWM占空比信号的方法控制电磁阀的动作，使达到离合器1接合的目的，离合器接合后，执行步骤116；

在步骤116，发动机模式变更为油门控制模式，驾驶人员可以自由通过油门踏板15控制车辆运行。

当目标档位为空挡时，如图3的流程，在步骤201，首先控制器12根据采集到的离合器状态开关信号16判断出当前离合器1的状态，如果离合器1已经分离，则进入步骤203，如果离合器1没有分离，则进入步骤202，控制离合电磁阀液压控制执行机构2的电磁阀，控制器12用输出PWM占空比信号的方法控制电磁阀的动作，使达到离合器1分离的目的。离合器分离完成后，进入步骤203；

在步骤203，发动机被控制至怠速转速，可由控制器12根据现有发动机怠速控制方式实现，即通过设定发动机怠速目标转速值与实际采集到的发动机转速值及其差值进行PID控制调节，使发动机稳定在设定的怠速目标转速下。然后执行步骤204；

在步骤204，控制器12根据采集到的变速器档位反馈信号17判断出当前变速器的档位状态，如果变速器为空挡，则进入步骤206。如果变速器不为空挡，则进入步骤205，此时控制器12控制换档电磁阀液压控制机构11的电磁阀，完成换入空档的动作，即通过驱动液压控制机构推动拨叉10在中间位置，不移动同步器8上的结合套，不使输出轴一档齿轮6或输出轴二档齿轮7与中间轴一档齿轮4或中间轴二档齿轮5啮合。具体换档电磁阀的操作在实际运用中，根据不同的换档电磁阀液压控制机构11的结构而不同。通过步骤205完成变速器置空挡的动作后，执行步骤206；

在步骤206，控制器12根据采集到的离合器状态开关信号16判断出当前离合器1的状态，如果离合器1已经接合，则完成换挡过程，如果离合器1没有接合，则进入步骤207，控制离合电磁阀液压控制执行机构2的电磁阀，控制器12用输出PWM占空比信号的方法控制电磁阀的动作，使达到离合器1接合的目的，控制器12完成离合器1的接合。上述动作完成后发动机仍然维持怠速状态。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过利用现有的控制器技术和机械自动变速器执行机构进行匹配，达到为目前大传动比机械自动变速器提供一种有效减轻同步器磨损，延长同步器使用寿命，使换档更平顺的档位切换控制方法。

换档和离合操纵执行机构除了液压执行装置外，也可以是气动、伺服电机等其它可电控的装置或部件。本发明旨在提供一种档位切换的控制方法，所以可广泛适用于容易产生同步器磨损和换档不顺的不同燃料、用途的多档位机械自动变速的车辆。

以上所述仅是本发明的优选实施方法，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种机械自动变速器AMT档位切换控制方法，其特征在于，采用两次离合、空档过渡的换档策略，采用转速同步的PID比例-积分-微分控制算法实现档位切换和动力结合，该方法包括以下步骤：

1)控制器通过接收车速传感器和发动机油门踏板的电信号，进行档位选择；

2)当需要进行档位切换且目标档位非空档时，控制器按顺序分别控制离合器分离、发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算所得到的的转速、变速器置入空档、离合器接合、对变速器输入轴进行同步、离合器二次分离、变速器置入目标档位、离合器二次接合、发动机进入油门控制模式；

3)当需要进行档位切换且目标档位为空档时，控制器按顺序分别控制离合器分离、发动机被控制至怠速转速、变速器置入空档、离合器接合。

2.如权利要求1所述的机械自动变速器AMT档位切换控制方法，其特征在于发动机被控制到按当前车速和换档传动比换算所得到的转速，是指控制器按检测到的当前车速通过所要换入的档位的传动比计算出对应的发动机目标转速，再通过下述方法之一将发动机控制到该转速：

A、控制器将目标转速信息传送到发动机控制器并命令发动机控制器将发动机控制到该转速；

B、控制器直接控制发动机油门踏板输入信号，将发动机控制至目标转速。

3.如权利要求1所述的机械自动变速器AMT档位切换控制方法，其特征在于，所述的离合器控制、空档和目标档位的置位采用下述方法：

A1、对于气动和液压操纵的AMT，控制器直接对档位电磁阀的驱动进行PWM脉冲宽度调制方式，控制液压或气压执行机构，达到对离合器动作、换档拨叉动作的控制；

B1、对于由执行电机操纵的AMT，控制器直接对执行电机进行驱动，完成对离合器动作、换档拨叉动作的控制。

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