商用车AMT变速器匹配天然气重卡换挡研究

商用车AMT变速器匹配天然气重卡换挡研究

郑异凡

东风商用车新疆有限公司研发中心 442000

摘要：受经济发展、油价升高、环保政策强力执行等影响，商用车AMT变速器匹配天然气重卡换挡已经成为必然，更是现在、未来的必然发展趋势。积极分析换挡过程，明确换挡难度，有利于换挡工作顺利完成，还可减少不必要问题的存在。

关键词：商用车AMT变速器；天然气重卡；换挡

现今处于经济全球化与贸易国际化时代，经济在高速发展时，生态问题、环保问题、资源问题也成为各国重点关注内容。石油等资源日益减少，国际油价日益升高，汽车尾气污染日益加重，车辆应用成本不断升高，再受各国环保政策影响，天然气重卡成为新型竞争领域[1]。与柴油重卡比较，天然气重卡存在保养成本低廉、天然气价格便宜、无需后处理系统、能源清洁干净等特点，非常符合环保政策[2]。但长期驾驶天然气重卡，会给驾驶员身心造成较大压力，增加驾驶疲劳程度，降低驾驶舒适度。鉴于天然气重卡是新型竞争行业，如何获取更多资源成为各大重卡企业的重点研究问题，其中降低驾驶疲劳与提升驾驶舒适度是主要发展方向，通过商用车AMT变速器能够实现。

一、换挡过程

1，离合器分离与发动机清扭。分离操作应迅速进行，耗时短，分离同时进行清扭，严格控制发动机的转速，避免分离过快、负荷骤然下降导致的转速骤然升高[3]。

2，变速器摘挡。该操作时从有挡变成空挡，发动机是空载状态，车速受外界阻力、制动阻力联合作用逐步下降，需科学选择摘挡时机，若存在负扭矩，则难以实现摘挡[4]。

3、同步发动机转速、输入轴转速。变速器输入轴进入自然降速状态或处于被制动器制动状态，此时是自然降速状态，故离合器可与从动盘、飞轮转速一致。

4、变速器挂挡：该过程和摘挡很像，自空挡至新挡位转变，于摘挡、同步与挂挡时，需严格控制发动机转速，令其无限接近目标转速，降低离合器自从动盘、飞轮转速产生的差值。

5、离合器接合。该阶段离合器状态从分离转变为完全结合，可分成三环节。第一，无转矩传递，意在清除离合器中的摩擦片分离间隙，不进行扭矩传递[5]；第二，传递扭矩，与离合器结合，可让功率中断时间缩短，降低冲击力。鉴于变速器有多个挡位，不同挡位的离合器接合速度也不一样，为避免滑摩时间过长，需在规定时间内完成该阶段，离合器接合时发动机的负荷逐步增大，需尽快恢复发动机的扭矩，促使扭矩、加速踏板扭矩完全一致；第三，扭矩不增长，离合器完成接合，该阶段离合器的压盘压紧力可逐步增长至额定数值，需保证扭曲在传递过程中能继续保留分离轴承及分离叉实际间隙。

6、发动机还扭。此时整车均有动力，故AMT重卡换挡时需更精准控制离合器的分离接合操作，离合器可基于预定结合速度或是预定轨迹完成离合器位置的闭环控制。重卡从静止状态换挡至稳定无滑摩车速前，离合器是半离合状态，该状态下变速器的输入轴转速明显比发动机转速更低，具体速差等于发动机转速减去输入轴转速。离合器的实际接合速度与油门具有直接关系，若油门较大，则代表接合速度越快，换挡速度越快；若油门较小，则代表接合速度越慢，换挡速度越慢。鉴于两个转矩是完全相等的，所以在输入轴转速比较低的情况下，部分能量会在离合器摩擦片上损耗。若长期通过小油门换挡，会加重离合器磨损，导致离合器迅速发热、磨损。离合器受这一情况影响，可从分离变成完全分离，之后逐步接合，最后变成完全接合。在该过程中，离合器会传递扭矩，最大扭矩与离合器接合深度具有密切关系，还与离合器摩擦片所用的摩擦材料、离合器实际温度等存在直接关系。若并未精准控制离合器的实际位置，则可导致换挡抖动。在换挡过程中存在很多影响因素，其中外界路面会影响车辆的平顺性，若离合器接合不平顺也会对整车造成严重冲击力，所以需主动规避离合器接合不平顺现象。在离合器接合期间产生的冲击可结合车辆纵向加速度具体变化率评价。若是干式离合器，在进行换挡控制期间，对离合器的接合速度实施合理调整，无疑可有效控制冲击力度。换挡期间，若要消除发动机、一轴转速的实际转速差，离合器可通过滑动摩擦力做功实现。

二、换挡难点

1、离合器分离期间，发动机会接收到变速器传达的扭矩限制请求，故扭矩清零期间，主箱会主动摘挡。但天然气发动机存在燃烧这一特点，所以会有扭矩响应延迟问题的存在[6]。再者，天然气会有燃烧不充分现象存在，故CAN总线有时虽然发出0N·m这一扭矩信号，实际运行可见残留扭矩，这是导致离合器完全打开后扭矩突变，输入轴转速迅速上冲，车辆发生顿挫、摘挡困难的主要原因。输入轴转速骤然上冲，还会延长换挡时间，增加换挡动力损失。

2、输入轴、发动机的转速处于同步阶段时，会受天然气自身的燃烧特性影响，导致扭矩响应延迟，故发动机扭矩难以跟上AMT所发送的发动机需求扭矩。再受AMT控制以及发动机交互导致的信号延时影响，换挡期间发动机本身转速控制明显比AMT扭矩控制更好，但发动机参数必须符合转速跟随需求。

三、小结

天然气重卡已经成为汽车领域现在与未来的主要发展、竞争对象，再受经济市场、政策法规等推动，现在是市场竞争焦点。通过商用车AMT变速器匹配天然气重卡换挡，能够进一步提高天然气重卡的竞争价值，可促进市场发展。但结合实际调查可知，换挡涉及较多复杂过程，容易被外界地面以及气候温度等多种因素影响，故需考虑各项情况，科学合理换挡，最大程度上提高换挡的顺利性与有效性。鉴于换挡过程中存在很多难点，相关人员还需全面分析、积极研究，寻求有效解决方法，逐步降低换挡难度，进一步提高天然气重卡的价值。

参考文献：

[1] 韩晓宇,马斌. 重卡AMT应用匹配及相关问题处理[J]. 汽车实用技术,2023,48(22):115-119.
[2] 米林,王幻之,谭伟. 商用车变速器换挡性能试验台测控系统设计[J]. 重庆理工大学学报（自然科学版）,2018,32(1):21-27,76.

[3] 高建敏,马凯凯,陈文仁,等. 变速器气阀卡滞检测试验台架设计[J]. 汽车实用技术,2023,48(9):134-137.

[4] 陈颖宇,李强,何耀华,等. 基于尺寸链和运动学分析的手动变速器换挡机构结构改进研究[J]. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版）,2015(4):883-887.

[5] 刘青,王建萍. 奔驰重卡国产化对国内重卡市场影响浅见[J]. 汽车与配件,2021(6):59-61.

[6] 王凯峰. 重卡离合助力与换挡最佳时间匹配关系研究[J]. 汽车实用技术,2017(15):156-158.