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扭矩辅助电控机械式自动变速器的分析和仿真

摘要

本文提出了用一个湿式离合器作辅助离合器取代了五档同步器的电控机械式

自动变速器换挡过程的运动和动力分析。这个扭矩辅助装置作为换挡过程中的一

个扭矩传递路径，可以解决传统AMT的动力中断的问题。可以计算在不同的发动

机和辅助离合器的介入下，换挡过程中的功率值的情况，还应考虑开发应用的控

制算法。模拟结果证实了此变速器在换挡品质和乘坐舒适性上的优势。

关键词：辅助离合器；电控机械式自动变速器；动力换档变速器；扭矩差补偿；

驾驶性能

1.引言

近年来，汽车行业最具挑战性的问题之一是提高汽车燃油效率和驱动力。由

于变速器在节能和操控性上的重要地位，许多研究都集中在提高现有系统的性能

和开发新技术[1–6]。

在现有的几种类型的变速器中，手动变速箱（MT）相比于其他类型变速器有

最高的传输效率（96%），目前生产的自动变速器（AT）效率大约为86%，而带式

无级变速器（CVT）综合效率为85%，但其主要优点在于使发动机在最大燃料效率

范围内工作（见例子[7,5,8]）。

近年来发展的一种动力换档自动变速器，即双离合器变速器，旨在综合机械

变速器和自动变速器的优势（见例子Kulkarni等人[3]），提供高效率和优良的

换挡品质。

电控机械式自动变速器（AMT）通常是由干式离合器和机械式变速箱构成，配

有电动或电-液执行器，由一个电子控制单元（ECU）驱动[9]。为了克服驱动扭矩

中断导致换挡过程中不希望的车辆颤动[6]，不同的设备称为扭矩差补偿（TGF）可

以集成在AMT传动系统结构。已经MagnetiMarelliPowertrain提出一个解决方

案[10]：它主要将一个行星齿轮组添加到传统的AMT中，在换挡过程中发动机允

许传送功率到输出轴。

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[4]

最近，日立集团提出了一个替代方案，由称为辅助离合器（ACL）的一个摩

擦离合器机构代替传统的AMT上的五档齿轮同步器。辅助离合器部件使换档平稳、

无驱动力中断[11]；此外，这是一个结构紧凑、成本低的解决方案，只需要相对较

小的改动现有的结构。

本文讨论这ACL-AMT变速器：将集中分析其系统结构和动力学特性。

作者特别在提出的传动机构的运动学和动力学模型上研究和量化了功率值不

同的发动机和ACL介入各个换挡过程，为了突出可用的、消耗的和有效使用的车

辆驱动力之间的重要性，最后显示在仿真结果中。

2.传动机构布局和特性

一个ACL-AMT变速器（参见图1）由一个传统的电控机械式自动变速器与伺服

辅助离合器取代了五档同步器。该系统是由一个中央电控单元电控有发动机，主

离合器，换挡装置和辅助离合器组成的机构来优化换档过程。

内燃机（E）是通过主离合器连接（CL）的变速箱输入轴；在轴的另一端，ACL

连接