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汽车变速器控制面临的机遇和挑战 Zongxuan Sun and Kumar Hebbale Research and Development Center General Motors Corporation Warren, MI 48090 摘要：在动力系统中，汽车变速器是连接动力源和车轮的关键部位。为了提高燃油经济性、降低排放及增强驱动性能，近几年来，许多新的技术已经在变速器领域出现了。本文章首先介绍了不同类型的汽车变速器，并阐述了它们各自独特的控制特点。接着，我们又讨论了在汽车变速器控制上来自三个方面的挑战：校准、转换调度，传感、驱动和电子技术。一直以来，研究人员都在寻找进一步改善系统性能的方法。许多新兴的自动变速器（AT），离合器对离合器转换被用来降低成本和改进包装。这涉及到即将出现的和就要过时的离合器的电子控制，以及它们之间的正时和协调。除了省去转换阀，蓄电池等，离合器对离合器转换也省去了滑行离合器和自由轮，这就大大简化了变速器的机械构造。省去这些设备使离合器对离合器转换的稳定控制成为一种挑战。 1.介绍先进的汽车变速器技术 为了提高燃油经济性，减少废气排放及提高性能，汽车制造商一直都在开发新的动力传动技术。在变速器领域，新兴的技术，如传动比连续变化的无级变速器（CVT），双离合器变速箱（DCT），自动手动的综合变速器（AMT）和电动无级变速器（EVT）已经在由齿轮自动变速器（AT）和手动变速器（MT）居于主导地位的市场上出现了。在众多不同的开发这些新型变速器的技术挑战中，系统动力和控制在提供优越的性能的同时，对实现燃油经济性及排放优势也起到了关键的作用。 任何形式的自动变速器的基本功能就是将发动机的转矩平稳有效地传递到具有要求的传动比的汽车上。最常见的变速器控制装置是离合器和液压活塞。这些离合器由液力驱动，马达驱动或由其他方式驱动（见图一）。因此，离合器/活塞控制对传动操作是必不可少的。在DCT和AMT中，离合器是确保转矩平稳传递的关键。在CVT中，液压活塞控制对系统性能和设备的耐用性都很重要。在许多新型自动变速器（AT）中，采用离合器对离合器转换降低了成本、改进了包装。这不仅涉及到即将到来的和就要过时的离合器，而且涉及到它们之间正时和协调的电子控制。除了淘汰这种转变阀门和蓄电池等，离合器对离合器控制也减少了滑行离合器和自由轮，大大简化了机械传动的内容。取消这些装置使对离合器到离合器转换的控制成为一种挑战。 伴随着具有离合器对离合器转换的自动变速器的传统控制系统，这种即将到来的离合器填充过程是一个不确定性的主要来源，它使在转变过程中协调离合器成为一项艰巨的任务。即将到来的离合器填充时间会受许多因素的影响而发生变化，如液体的温度，电磁阀的特点，线压力变化和转变过程中流逝的时间。要求的填充压力和填充时间对于在转变过程中实现良好的填充和平稳的开始过程是至关重要的。即使在计算这两个参数的过程中发生的微小错误也可能导致过满或底部填充，就像图2示意的那样。有些算法已发展到能够探测出使用高速信号填冲的终端，但是它们中没有一个被证明是可靠的及足够快去防止尖峰过满。图3显示了在挂高速档的过程中即将发生的离合器过满的例子。那个即将来临的离合器压有轻微的溢流现象，这会产生转换过程中的连锁反应，导致引擎下拉和输出转矩的大幅度下降。在这个例子中为了避免这些连锁反应需要更强大的离合器控制。尽管在未来的调整中可以使用适应性计划去更正过满现象，但是真正的挑战是如何在第一地点阻止它发生。 在目前大多数离合器对离合器转变的变速器中，由于开环控制、驱动控制和反馈控制方法的结合，离合器的协调配合得以实现。在这种控制中，变速器的输入输出转速是主要的测量对象。一个自适应系统主要用于补偿转换和开发过程中的变化[2]。近来，已经有人提出同时使用发动机和变速器产生混合扭矩的想法。这种产生扭矩的方法所面临的主要难题在于如何保证离合器协调和持续的转换质量。 自动手动变速器（AMT）在欧洲已经开始受到欢迎。由于自身的设计使得在转换过程中扭矩中断，造成这种变速器在北美潜在的发展空间变得有限。AMT的一个分支是双输入离合器变速箱（DCT），它使用两个输入离合器—一个适用于具有单数齿轮的变速箱，一个适用于具有双数齿轮的变速箱。DCT可以在转换过程中持续传输扭矩。在面临摩擦启动(FL)的启动和转换过程中，DCT遇到的所有控制方面的问题和挑战也在于它自身的设计。一台DCT比传统的液力变矩器自动变速器需要更多的校核工作，同时人们也希望DCT能够在生产和操控方面所需要的完善工作更少。另一方面，因为DCT需要更多的校准处理，所以它们可以不断变化以适用于不同规格和不同行驶条件的汽车。在DCT和FL中，较少的变矩器传输在控制方面面临的一个挑战显示在图4中。具有阻尼传动系统的短暂变化，