摘 要:全驅越野車輛行駛工況具有復雜多樣性的特征。行駛阻力及地面附著力頻繁變化時,如果駕駛員處理不當,則會出現車輛動力中斷的現象,導致駕駛表現變差。全驅越野車要保證高通過性、高可靠性及舒適性,就對自動變速箱提出了較高的要求。而裝備AT自動變速箱的車輛在以上三方面具有明顯的優勢,并且由于AT自動變速箱的工作原理和特性,不會出現動力中斷,非常適用于越野及頻繁起步的工況。

        關鍵詞:全驅越野車;AT變速箱;通過性;可靠性;舒適性;可行性分析。

        0 引言

        全驅越野車行駛工況極其惡劣且載荷變化比較大,如何適用行駛阻力及地面附著力的頻繁變化,是提升全驅越野車不同駕駛員適應性、操縱方便性等指標的關鍵問題所在,因此,為了解決以上問題,匹配自動變速箱是解決問題的最佳選擇之一[1]。

        自動變速箱主要包含以下4種:

        1)AMT 機械式自動變速箱是在手動變速箱的基礎上加裝電子選換擋機構實現擋位自動切換,它能減輕駕駛員勞動強度,但換擋存在動力中斷,換擋品質低,它主要用于低端市場乘用車和商用車。

        2)AT 液力機械式自動變速箱由液力變矩器、離合器、行星齒輪機構、換擋操縱機構等組成,隨著電子技術的發展,綜合性能又進一步提高,特別是在重型車輛及通過性要求較高的全驅越野車車輛其優勢更加明顯,AT的應用更加廣泛[2]。

        3)CVT 無級變速箱的速比是一系列的連續值,具有良好的經濟性和舒適性,但鋼帶傳遞扭矩有限,只能匹配小排量的發動機。

        4)DCT 雙離合器自動變速箱具有傳動效率高的優點,且換擋過程動力不中斷,國內乘用車匹配率較高。DCT包括干式和濕式之分,干式離合器易出現過熱問題,暫不能應用到環境惡劣的重型車輛上。

        使用離合器的AMT系統和手動變速箱一樣,是斷開動力源后換擋,對輸出到車輪的動力還是有很大的影響,換擋的平順性則難以和AT相媲美[3]。

        本文針對全驅越野車的行駛工況特點,對匹配AT自動變速箱進行可行性分析論證。

        1 離合傳動系統分析

        1.1 液力變矩器

        液力變矩器安裝在發動機和行星變速機構之間

        實現發動機轉矩的增大及轉速傳遞,主要包括泵輪、渦輪和導輪,見圖1。

        圖1 液力變矩器工作原理示意圖

        由于液力變矩器工作構件靠液體聯系,動力傳遞柔和,能防止傳動系統過載和有效減小起步和換擋沖擊。同時在一定范圍內能實現轉速和轉矩的無極變化特性,提高了車輛的起步性能和通過性。在車輛行駛阻力比較大的越野工況和低速行駛時,離合器處于解鎖狀態,發揮液力變矩器的優越性,進而提升越野能力[4]。

        液力變矩器速比等于渦輪轉速與泵輪轉速的比值,計算公式如(1)所示:

        液力變矩器變矩比等于渦輪轉矩與泵輪轉矩的比值,計算公式如(2)所示:

        某型號液力變矩器無因次特性曲線見圖2[5]。

        圖2 液力變矩器無因次特性曲線

        由圖2可以看出,全驅越野車在低速起步工況,變矩器起到對發動機輸出扭矩放大的作用,順利通過障礙,符合越野車使用工況。

        而AMT變速箱沒有液力變矩器,在低速工況無法實現對發動機輸出扭矩增大的作用,且機械構件為剛性連接,無法消除發動機輸出軸的振動。

        1.2 離合器

        全驅越野車行駛工況復雜,對離合器要求較高,AMT離合器主要由主動部分、從動部分、壓緊機構及操縱機構組成,見圖3。當需離合器分離時,執行機構將離合器摩擦片與飛輪分離,這樣發動機的轉矩就不能傳遞到變速箱輸入軸。相反,需要離合器結合時,膜片彈簧將離合器摩擦片與飛輪壓緊而傳遞扭矩,從而使發動機驅動車輪。

        圖3 AMT摩擦離合器壓盤和從動盤

        為了避免因長時間摩擦過程造成離合器的損傷,因次根據作用扭矩、離合器上的轉速差以及滑動時間計算當前的離合器負載,檢查是否已超過負載極限值。離合器保護算法示意圖見圖4。

        圖4 離合器保護算法示意圖

        當離合器發生過載時,有以下保護措施:

        1)離合器扭矩可逐步提高至離合器完全接合,以此避免離合器繼續承受負載。這種方式可使車輛更為快速的使發動機轉速降低,并且必要時使發動機熄火;

        2)根據計算出的離合器負載限制可允許的起步擋;

        3)根據所應用的邊界條件,可在起步或蠕動行駛過程中進行自動降擋;

        4)如果即便在離合器已接合時仍未能消除離合器打滑,則將由變速箱控制裝置以發動機介入的方式對發動機扭矩進行限制。

        綜上所述,觸發離合器保護功能后,限制了車輛部分功能,動力性降低。

        國標對全驅越野車有最低穩定車速不大于3km/h的要求,且全驅越野車工況蠕行較多,而AMT變速箱是干式離合器,緊靠自然風冷散熱,在低速半離合狀態、坡道頻繁起步和換擋等極端工況下,離合器滑摩功很大,離合器溫度急劇升溫,容易觸發離合器保護,且高溫對離合器硬件的損壞是不可逆的。

        AT變速箱有液力變矩器和多片濕式離合器,即使在低速和極端惡劣工況,可以增加離合器潤滑流量快速降低離合器溫度,所以AT變速箱更適合匹配全驅越野車車。

        2 換擋品質

        高品質的換擋表現為換擋時平滑、快捷、無噪聲及對器件造成的磨損程度低于允許值。AT變速箱之所以得到廣泛應用就是因為它滿足以上4點。

        AMT變速箱機械結構決定了換擋工程必須要分離離合器,造成動力中斷,動力中斷時間包含部分離合器分離、摘擋、選擋、同步、掛擋、部分接合離合器的時間。在離合器分離到滑摩點之后和離合器接合到滑摩點之后,離合器可以傳遞部分或全部扭矩,但是發動機的輸出扭矩已經減少,所以這部分時間雖然沒有完全動力中斷,但可等效于部分時間動力中斷。在摘擋、選擋、同步和掛擋期間,動力完全無法傳遞,所以是絕對動力中斷時間。所以整個換擋過程車輛經歷加速、滑行、再加速三個階段,這就會影響駕駛舒適性,也會對車輛動力性造成影響。尤其在加速過程中和上坡行駛過程中,失去動力的感覺更明顯。

        某重型商用車AMT換擋過程見圖5,整個換擋過程1.85秒,絕對動力中斷時間375毫秒,1.475秒為部分時間動力中斷。

        圖5 AMT換擋過程

        尤其坡道行駛時,坡道阻力的增加造成換擋間隙車速下降尤為迅速。見圖6。

        圖6 AMT坡道換擋過程

        AT變速箱換擋快捷和平順。自動變速箱輸入轉矩的交換及重新分配僅發生在分離的離合器和結合的離合器之間,在短時間的換擋過程中其傳遞的扭矩不變,實現動力不中斷換擋,車輛表現為駕駛舒適性及動力性較好[6]。動力升擋控制原理見圖7。

        圖7 AT變速箱動力升檔控制原理圖

        3 結論

        針對全驅越野車復雜多樣的行駛工況,分析車輛匹配AT自動變速箱的可行性,得出以下結論:

        1)AT自動變速箱匹配有液力變矩器,在車輛行駛阻力比較大的越野工況和低速行駛時,離合器處于解鎖狀態,可實現對發動機輸出扭矩進行放大,進而提升越野能力,而AMT不具備此優勢。

        2)全驅越野車越野及低速蠕行工況較多,離合器滑摩功很大,若沒有及時冷卻,則損壞離合器硬件且不可逆。AT變速箱有液力變矩器和濕式多片離合器,離合器冷卻效果好,而AMT為干式離合器,在頻繁起步的工況,由于車速較低,對流換熱效果差,容易觸發離合器熱保護,甚至燒毀離合器,影響車輛功能。

        3)全驅越野車對動力性要求較高,AT變速箱為無動力中斷換擋,駕駛舒適性及動力性較好。而AMT變速箱換擋時必須要分離離合器,造成整車動力中斷,甚至大坡道換擋時,由于坡道阻力增加,車速比換當前還要低,動力性較差。

        綜上所述,全驅越野車更適合匹配AT自動變速箱。

        參考文獻:

        [1] 張泰. 越野汽車液力變矩器和機械自動變速系統的控制理論與試驗 [D]. 長春:吉林大學博士學位論文,2004.

        [2] 李艷琴,李春沛等,重型汽車液力機械自動變速箱應用概述[J].汽車應用,2010,6:30-32.

        [3] 劉貽樟.AMT控制技術[M].機械工業出版社,2016.

        [4] 易軍. 履帶車輛自動變速系統智能控制策略及實驗研究 [D]. 武漢:華中科技大學博士學位論文,2007.

        [5] 李興忠. 越野車用液力機械式自動變速箱控制系統關鍵技術研究[D]. 長春:吉林大學博士學位論文,2014.

        [6] 徐向陽.自動變速箱電控系統及其應用軟件開發技術[M].機械工業出版社,2018.

《電鰻快報》