基于CAN總線的分布式電動型AMT系統
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電控機械式自動變速器(AMT) ,是運用微電子技術改造傳統手動變速器的典型機電一體化產品。AMT 是在干式摩擦離合器和固定軸式齒輪變速器的基礎上改造的。它結構簡單,保留了干式離合器與手動變速器的絕大部分總成部件,改變了其中手動操縱系統的換檔部分,去掉離合器踏板,去掉加速踏板和油門之間的拉索,改為電子控制裝置自動操縱[1 ] 。通過電子控制單元( ECU) 控制液壓、氣動或電動執行機構,完成汽車起步、換檔的自動操縱。
特別是對于公交車輛,大功率容量的自動變速器主要依靠進口,而且在實際運營中出現了采用自動變速器后整車油耗上升1/ 3 至1/ 2 的現象,以至于有些運營單位買得起也養不起[2 ] 。與傳統自動變速器相比,AMT 方案可以在原有的機械變速器上進行改造,生產繼承性好、結構簡單、制造容易、維護維修成本低適合中國國情。同時AMT 不經過液力耦合器,減少了能耗,對整車節能有重大意義。
1 分布式全電動型AMT 工作原理
按照不同的控制機構來區分,AMT 系統存在電2液的、電2氣的和全電動的等3 種控制方式[3 ] 。
電2液控制方式:由電控單元發出指令控制電磁閥,通過液壓系統驅動來自動地完成離合器的結合、分離和變速器的選檔、換檔等動作。
電2氣控制方式:與電2液控制方式原理基本相同,也是電控單元發出指令控制電磁閥,不同的是控制機構變為氣動系統。
電動控制方式:用電機作為執行電控單元指令的機構,來實現檔位和離合器的操縱。
由于啟動電磁閥和氣動作用缸構成的氣動執行器體積大、笨重、反應慢,在AMT 系統的應用中,已不再考慮這種方案。然而,使用電動執行器或是液壓執行器的問題一直存在著爭論。在實際應用中,取舍的焦點是成本、體積、重量和平均功率消耗等。
液壓系統不僅需要執行器件,而且需要液壓泵系統和蓄能器硬件。通常,液壓控制系統比電動控制系統具有更高的價格和維修保養成本。電2液型AMT 以電子控制單元ECU 為核心,通過液壓系統控制來取代原來由人工操作完成的離合器的分離與
結合、變速器的選、換檔動作和發動機油門的調節,以實現車輛起步、換檔的自動操縱[4 - 5 ] 。ECU 根據駕駛員的意圖(加速踏板、選檔手柄等) ,按照設定的控制規律(換檔規律、離合器接合規律等) ,輸出換檔電信號,控制電磁閥的通斷,借助于液壓系統對車輛的動力傳動系統(發動機、離合器和變速器) 進行協調操縱,完成車輛的平穩起步和自動換檔。
而對于電動系統,它的驅動媒介為電線,因此所需要考慮的布置空間僅為安裝電機及其傳動器件的空間。而且它節約能量,在不需要換擋時系統給電機斷電,只有當需要選換擋時才給電機供電,另外它結構比較簡單,并隨著新技術的發展成本逐漸下降,所以在汽車工業中,已經存在逐漸增多使用電動系統的趨勢[6 ] 。但電動系統仍有一些需要改進的問題,如執行動作沒有液壓系統精確,特別是因電線布置過長而導致線損增加及傳感器信號容易失真等。
按照如圖1 所示這種集中控制的結構來設計全電動型AMT 系統實際上是可行的,只要把執行機構與傳動機構更換就可以了。但考慮到驅動電機需要較強的電流,存在增加線損和產生電磁干擾等問題,所以控制系統采用分布式的拓撲結構將更加有利。將執行機構的控制電路從ECU 中分離出來,安裝在執行機構附近,與ECU 主部分以CAN 總線相連接,如圖2 所示。這樣將大大縮短了強電流的運行路線和從執行機構到控制系統反饋線長,有利于減少線損、降低成本和防止反饋信息受干擾。
圖1 集中控制AMT 系統的結構
圖2 分布式全電動型AMT 系統的結構
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