4个问题搞懂AMT变速箱先进在哪里

在欧洲发达国家AMT重卡市场比例已经高达90%,而在中国市场AMT重卡刚刚进入量产化时代。很多读者都有疑问,为什么中国重卡产销量世界第一,但是AMT重卡比例如此之少,AMT变速箱不就是在原有手动变速箱上安装了一套自动换档机构,其技术难点到底是什么?AMT有很多功能,真的能比手动挡省油吗?

AMT的核心技术难点在哪里?

笔者首先要表达两个观点:第一,AMT不是在手动变速箱上简单增加一套自动换档结构,两者的设计理念有很多不同;第二,AMT变速箱的开发难点不在于硬件,而在于软件,其软件的开发是一个漫长的数据积累和迭代过程。

在变速箱硬件开发方面,手动变速箱和AMT变速箱可采用共平台同步开发。“先开发手动变速箱,再改进升级开发AMT变速箱”这种开发模式已经被淘汰。虽然变速箱壳体、齿轮、同步器等零部件基本相同,但是在总布置方面存在巨大差异,差异点主要在换档执行机构。

手动变速箱是手动换档,驾驶员踩下离合器踏板之后,气缸会推动离合器分离,然后驾驶员通过拉杆或者拉线来进行横向选挡和纵向进挡。手动挡的12挡(6×2)和16挡(8×2)是通过高低挡来实现,相当于变速自行车前大盘和后小盘的配合关系,高低挡的切换是控制换挡杆下方的开关,通过气缸来执行。可以简单理解驾驶员要控制手动变速箱要有四个动作:离合器、选挡、进挡、高低挡。AMT变速箱其实就是在模拟司机的这四个换档动作,安装了四个自动执行机构,通常离合器和高低挡是气缸前后运动,选挡和进挡是电机旋转驱动蜗轮蜗杆来执行前后运动。

评价AMT变速箱集成水平主要看所有执行机构是否内置,这样变速箱体积更小,更有利于安装,但是存在的问题就是维修不方便;很多AMT变速箱的执行机构选用外挂式,优势是无需拆开变速箱就能修理和更换零部件。

采埃孚TraXon AMT采用内置式换挡机构 采埃孚TraXon AMT采用内置式换挡机构

AMT变速箱硬件的评价指标主要是可靠耐久性能、NVH(噪音和振动)、传动效率、同步器灵敏性等。另外,变速箱会分为直接挡和超速挡,直接挡速比为1,相当于一个刚性杠杆直接将发动机扭矩传递给后桥,传动效率最高,例如采埃孚的AMT变速箱直接挡传动效率能达到99.8%;超速挡速比小于1,主要是空车轻载使用,为了提高行驶速度,通常为0.78左右。假设重卡后桥速比为3.7,如果使用超速挡驱动,则整个传动系速比为0.78×3.7=2.886,但是与直接档变速箱匹配2.886速比后桥相比,超速挡的传动效率要下降,必然导致油耗相对提高。因此,重卡发展趋势是大马力大扭矩发动机+直接挡变速箱+小速比车桥。

采用外挂式换挡机构的AMT 采用外挂式换挡机构的AMT

AMT的技术水平高低主要看哪些指标?

AMT变速箱的开发难点是软件。手动变速箱是由驾驶员直接控制,不需要任何控制软件;AMT变速箱就是把司机的各种操作行为提取出来形成软件,来驱动四个执行机构。通常我们评价新司机和老司机的驾驶水平,就是看换挡平顺性、合理性以及是否节油等,同样我们评价AMT变速箱也是看这几个指标。

第一,车辆行驶是否平稳,主要是评价车辆加减挡是否有顿挫感。第二,挡位选择,主要是根据各种路况、行驶速度去选择最合适的挡位,例如上下坡能够及时准确换挡,以确保车辆的动力性和发动机制动性能。第三,节油。通常用户认为手动变速箱比AMT变速箱更省油,实际上随着AMT变速箱控制软件不断迭代,融入更多的使用场景和工况,能够像有经验的老司机一样驾驶以实现更低的油耗。

AMT为什么比手动挡省油?

AMT变速箱不仅能够模拟驾驶员换档,而且可以结合智能网联的设备实现更多智能功能,能够自动识别工况去选择合适的换档策略。AMT变速箱内部有输入轴和输出轴的转速、扭矩传感器,有整车姿态的角度传感器(用于判断车辆处于上坡或下坡),GPS信号接收器(识别车辆的位置),并且还能读取发动机的转速、扭矩数据。由于重卡的空载和满载质量相差2倍左右,因此要通过变速箱的转速和扭矩来计算出车辆的重量,将这些信息全部输入到变速箱处理器当中,可以实现很多智能功能。以下,笔者以采埃孚TraXon产品为例对这些功能进行相应介绍。

第一项:“Roll”功能。在车辆高速行驶时,前方路况为平坦道路或者有很缓的下坡,驾驶员松开油门后AMT变速箱自动进入空挡,车辆在没有发动机拖曳的状态下凭借自身惯性作用可以滑行更远的距离。该功能的评价关键为:滑行的距离差,和发动机怠速燃油消耗综合对比。以下为笔者做的三组车型的试验数据。


通过以上数据发现,车辆总质量越大Roll功能才能发挥更大优势,相对而言轻卡和乘用车没有必要开发该功能。

AMT变速箱的Roll功能有两项限制:第一,速度限制,通常定义为50-100km/h区间,车辆低于50km/h之后立即终止;第二,坡道角度限制,通常定义为±3度,在超过3度的陡坡后就自动终止。另外在滑行过程中只要驾驶员踩刹车或踩油门立即会终止该功能。在终止瞬间,AMT变速箱给发动机发出“加油提升转速”指令,当发动机和变速箱输入轴转速相差±50转时再进行离合器结合,防止整车出现顿挫现象。通过以上技术AMT变速箱可保证Roll功能的安全性。目前欧洲重卡80%的车辆都匹配了Roll功能,并且能够实现1%-2.5%节油。

第二项:PCC(Prevision Curise Control),中文翻译为可预见性巡航功能。CC是定速巡航,驾驶员设定某个速度后松开油门,车辆以设定速度行驶;ACC是自适应巡航,车辆前端有雷达系统,可以感知前车的间距和速度,自动跟随前车行驶;PCC是可预见性巡航,车辆内部安装GPS和三维地图,可以提前预测前方道路情况,假设前方有上坡则提前加速冲坡,然后在上坡过程当中逐次减挡,到达坡顶前提前收油门减速,然后空挡滑行,当下坡小于3度时一直执行空挡滑行,大于3度时终止空挡滑行。本项功能的节油效果主要看应用场景,在某些丘陵地带最大节油效果能达到9%,笔者在中国南方的丘陵高速上进行测试,能达到节油3%的效果。

可预见性巡航的工作原理示意图 可预见性巡航的工作原理示意图

第三项:BMS(Brake Manage System)刹车管理系统。高端重卡一般有三套刹车系统,分别为:发动机制动,液力缓速器制动,传统的刹车制动。MT变速箱需要驾驶员去人为控制这三套刹车系统;AMT变速箱则可以整合成为刹车管理系统。假设车辆以80km/h下坡时,首先打开液力缓速器,目前液力缓速器可以达到4000Nm的制动力矩;等车辆速度下降后再打开发动机制动,目前13升发动机缸内制动功率可以达到460马力;最后再踩刹车进行减速和停车。通常在下长坡时驾驶员会同时使用液力缓速器和发动机制动,尽量减少刹车制动,以防止刹车系统过热而失效。

发动机制动力矩取决于发动机转速,此时发动机相当于一个空气压缩机,增大发动机制动力矩最有效的方法就是AMT变速箱发出指令,降1到2个挡位以适当提高发动机转速。但是前提条件时不能超过1700转,否则对发动机会有巨大损害。

第四,降挡加速功能。重卡车辆在超车时,司机会猛踩油门或直接踩到底,此时AMT变速箱的TCM会识别出驾驶员要加速超车的意图,AMT变速箱会降1到2个挡位以提高车辆的驱动力,发动机瞬间从1100转加速到1400转,保证车辆有充足的动力进行加速超车。

采埃孚的TraXon自动变速箱智能功能还有很多,笔者在此就不一一介绍。任何一项功能都要根据客户实际使用场景去标定才能达到最佳效果。笔者认为采埃孚在AMT变速箱领域最大的技术优势是拥有庞大的道路工况数据库。国内部分厂家也开发出了AMT产品,相对而言在硬件和软件方面还存在一些差距。未来AMT的发展必然是由主机厂来牵头,通过整车电脑来统一开发管理发动机和AMT变速箱的所有智能功能,从而实现更好的性能集成。


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标签: 技术解析
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