商用车 AMT 技术开发应用分析

引言

机械式自动变速器（AMT）已在乘用车有广泛使用，欧洲及美洲等地区也早已将 AMT 应用在重型载货汽车多档位变速箱上。随之而来国内也面临重型卡车AMT 市场需求。本文旨在探讨商用车 AMT 变速器在是实车匹配中关键技术的应用，同时针对重点零部件系统以及控制系统进行阐述及说明。

1. 商用车AMT 技术发展历程

20 世纪 60 年代，欧洲的奔驰、沃尔沃率先在乘用车上应用 AMT 变速器技术。至 20 世纪 80 年代，欧洲、美洲在商用车上也逐步匹配 AMT变速箱。AMT 技术发展之初，控制系统相对简单，虽能有效减少驾驶员对离合器踏板的操作，但在实际使用过程中依然不能完全解放驾驶员的左脚。随着 AMT 技术的不断提升，20 世纪 80 年代初至 90 年代末，AMT变速器已经可以自主完成离合器分离与结合、目标挡位选择、实际挡位切换、车辆起步控制。但在车辆行驶过程中依然存在变速箱换挡无法满足实际工况需求，并且因频繁的换挡导致离合器磨损加剧，特殊工况下车辆换挡困难等问题。进入 21 世纪以来，AMT 变速箱的发展更趋向于智能化，换档控制策略更加完善，特殊工况换挡数据更加优化，软件编写更加成熟，综合技术改革提升推动了如今的商用AMT 变速箱油耗更低、使用寿命更长。

2. 商用车AMT 硬件匹配应用

1.2.2.1. 商用车 AMT 变速器

电控机械式自动变速器，即在定轴齿轮结构上集成换挡操纵系统、离合器操纵系统以及电控系统（TCU）等零部件。通过 TCU 控制外围执行机构，操纵变速器完成车辆自动换挡。

1.2.2.1.2.2. 离合器

离合器的主要作用是在发动机与变速箱输入轴之间形成有速差的连接，保证变速箱输入转速能够与发动机输出转速完成 0-100% 的调整。按照其分离力的方式，市面上应用广泛的离合器可分为推式离合器和拉式离合器。分离指内端受力方向指向压盘的是推式，离开压盘的则为拉式。拉式离合器在动作过程中离合器变形较小，膜片弹簧外径较大，弹簧应力较小，但其分离轴承设计较为复杂，安装过程相对困难。推式离合器动作过程中离合器变形较大，加紧载荷较小，但其设计结构简单、承载复合较大、易于安装，目前两种离合器均广泛用于商用车 AMT 传动系统。

2.3. 离合器执行机构

传统机械式变速箱离合器的结合与分离是通过离合器踏板进行调整的，商用AMT 变速箱为完成离合器自动分离与结合，需要增加机械装置代替离合器踏板，根据实际需求控制离合器动作。目前市面上主要的驱动方式为纯电动、纯气动、纯液压、混合式驱动。实际换挡过程中离合器执行机构驱动方式的选择依赖于离合器对分离力大小、空间、气源、电压等要求，商用车AMT 主流采用电控气动的方式驱动离合器执行机构。传统AMT 箱体采用分离拨叉式的离合器分离装置，但其结构复杂、使用可靠性差、并且其悬挂于变速箱壳体外部，容易造成其他损伤。目前最新的中央式气动离合器执行机构外部结构简单、体积小、并且采用同心式安装方式，使得变速箱整体结构更加简洁，有效降低故障率，提高离合器结合与分离的完整性。

2.4. 选换挡执行机构

选换档执行机构在换挡过程中扮演着重要的角色，主要功能为执行TCU 控制逻辑所下发的换挡命令，完成挡位切换。换挡执行机构根据动力源可分为电控电动、电控液动、电控气动的驱动方式。电控电动执行机构是在手动机械式变速箱的换挡部分加装驱动电机和相应机械机构，控制系统下发指令完成选换档，优点是驱动结构简单，制造成本低，可利用车辆电源，无需外接动力装置，缺点是驱动力较小、电机可靠性要求偏高、控制稳定性较差、还需加装减速增扭机构。电控液动执行机构是在手动机械式变速箱的换挡部分加装液压系统，包括液压油源、油泵、控制电磁阀、液压管路、蓄能装置及执行油缸等元件，以液压油为动力，完成选换档，优点是控制精度高、执行机构动作平稳、驱动力大、可靠性高、不受变速器扭矩大小局限等，缺点是控制系统相对复杂，加工成本高。电控气动执行机构是在手动机械式变速箱的换挡部分加装气动驱动元件，在气源的驱动下完成选换档，优点是驱动系统简单、成本低、扭矩范围高、环保、易安装，缺点是控制精度较低，体积较大。目前商用车 AMT 控制过程中需要较大的换挡力矩，且需要保证一定的可靠性，因此多数采用电控气动的驱动方式完成选换档。

3. 商用车AMT 控制技术解析

3.3.1. 换挡原理

换挡过程主要由升档、降档组成。升档过程中，升档前后输出轴转速不变，输入轴由于升档速比变小，输入轴转速按照速比极差关系应该降低，输入轴转速下降依靠制动器控制完成。降档过程中降档前后输出轴转速不变，输入轴转速由于降档速比变大，输入轴转速按照速比极差关系对应升高，输入轴转速上升依靠离合器同步控制和发动机调速控制完成。

3.2. 换挡过程

升、降档均需通过清扭、同步、还扭三个阶段完成。在升档过程中，清扭阶段：离合器执行机构开分离合器完成清扭动作，此时需要离合器的分离扭矩和发动机扭矩之间相互协同控制，避免扭矩清理不彻底影响转速同步。同步阶段：选档挂挡动作需要在40-60ms 完成，同时制动器控制一轴转速达到最优挂挡速差，挂挡完成后，离合器结合，使得发动机转速降低，同时针对车辆进行动力换向控制以消除传动系抖动。还扭阶段：一轴转速与发动机转速进行同步，离合器由半结合状态，逐渐达到全结合，在该过程中发动机扭矩随着离合器的结合逐渐增加，一直增加到车辆所需扭矩还扭阶段结束。在降档过程中，清扭动作与升档保持一致，均由离合器分离完成。同步阶段：由于降档升速，需控制发动机转速对一轴进行提速，因此较升档过程多一步离合器的结合过程，发动机会将一轴转速提升至最优换挡速差，完成换挡后，离合器直接从同步点继续滑磨结合以减少动力中断时间。还扭阶段与降档保持一致，以达到车辆所需扭矩。

3.3. 制动器控制

制动器（TB）是 AMT 系统中不可或缺的换挡控制单元，其主要作用是在升档过程中降低一轴转速的。通过控制制动器是否介入换挡过程的观察实验，在不开启制动器换档时，输入轴只能自然降速，升档时间较长，约为 1s，而在启动制动器控制换挡后，会急速加剧一轴转速降低，增加输入轴减速斜率使得快速达到目标挡位的转换，整体换挡时间为0.18s。因此制动器在换挡控制系统中决定了升档的换挡时间与质量。

4. 商用车AMT 未来发展规划

乘用车在全球市场已基本完成自动挡车辆迭代更新，国内商用车自动挡市场自从21世纪逐步推广以来，目前市场占有率已达到 40% 以上，且近些年增长幅度接近 40% 。随着 AMT 产品的不断推广，稳定的 AMYT变速器已逐渐取得了用户的信任，大型物流企业也已经批量配备自动档运输车辆。预计进入 2025 年后，国内商用车自动挡将占领市场的半壁江山，并最终随着不断的发展提升至 90% 以上。

结论：综上所述，商用 AMT 在我国具备良好的发展基础，通过分析商用车 AMT 变速器主要零部件及换挡原理，了解其在换挡过程中的重要意义，并通过数据分析及理论说明等方式实现对挂挡质量的全方位说明，促使变速器换挡效率提升，推动相关产品进一步发展。

参考文献

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[2] 林树森 . 基于直接驱动的机械式自动变速器换挡控制技术研究[D]. 南京 : 南京理工大学 ,2014.

[3] 李传武 , 王鲜艳 , 陈波 , 等 . 一种 AMT 选换挡执行机构及商用车 :CN202021205788.7[P].2020-06-24.