期刊 | 商用车AMT选换挡执行机构研究

本文首发《汽车测试报告》5月下刊期，由作者授权发布
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摘 要：随着汽车智能驾驶、无人驾驶等概念不断深化，以及年轻司机群体的不断增加，司机对车辆驾驶的舒适性及操作简便性等要求不断提高，驱动着变速箱向智能化、电控化方向发展。基于此，结合商用车电子控制机械自动变速器发展趋势及市场应用情况，针对选换挡执行机构的发展趋势做简要探讨。

关键词：机械自动变速箱；选换挡执行机构；发展趋势

作者简介：
王鲜艳，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为车辆工程；
李传武，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司正高级工程师，研究方向为车辆工程；
颜建华，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司工程师，研究方向为车辆工程。

随着时代的进步与科技的发展，汽车在人类生活中越来越重要。变速器作为汽车的重要组成部分，经过几十年的进步，已经从原来的手动变速器（MT）、液力自动变速器（AT），发展为现在电子控制机械自动变速器（AMT）。MT作为最早出现的技术，已非常成熟，具有技术成熟、价格低廉、维护成本低等优点，但是也有很多缺点，比如驾驶强度大，选挡、换挡不及时不准确，汽车耗油量高，不经济等。AT相对于MT来说，不需要用离合器换挡，挡位少，换挡平稳，操作容易，但是它速度变化慢，不灵活，环境适应有限，传动效率低，保养困难，且维护成本高。AMT综合了AT和MT的优点，继承了MT制造工艺成熟、效率高、结构简单等特点，采用电子控制，而电控的准确性和及时性，大大提高了它的舒适性、换挡及时性、环保性和经济性。

1 AMT背景介绍

汽车自动变速技术是汽车实现无人驾驶必不可少的一部分，同时也是汽车电控技术的重要部分。随着汽车保有量的迅速增加，以及电子技术和智能驾驶技术的迅速发展，汽车自动变速技术为实现无人驾驶、智能驾驶奠定了基础。自动变速器可以根据车况、周边工况以及驾驶员的操作意图，在确保车辆正常运行的前提下，智能判断决策选择最优的传动比，实现车辆运行的安全性及燃油经济性。自动变速器技术同时还能消除由于驾驶员技术水平差别或疲劳驾驶等而误操作所造成的影响。汽车自动变速技术还可方便驾驶员操作，减少其劳动强度，保证行车安全性，减少维护成本。这是人们一直以来所追求的目标。

2 AMT国内外研究现状

AMT在MT和AT基础上，采用电子控制，确保了准确性和及时性，大大提高了车辆的舒适性、换挡及时性、环保性和经济性。

AMT在AT的基本结构上进行改造，通过改造选换挡执行机构及增加感知部件传感器、ECU控制的自动操纵系统，能够根据传感器识别的车辆状态及路面状况等信息作出判断，从而实现自动选挡、换挡，主要由变速器、电控选挡和执行机构、离合器、控制器（TCU）、传感器等组成。AMT工作时，TCU结合车辆信息，如发动机转速、车速等信号进行控制离合器和变速箱的选换挡动作。其工作原理如图1所示。

 图1 AMT工作原理图

与MT相比，AMT操作更方便便捷，换挡更及时，动力更足，安全性更优，驾驶成本更低，可省油9%左右；与AT相比，AMT的动力更强，生产成本低，维护成本低，可节约燃油20%左右。AMT凭借其成本低、使用方便、省力等优点，在商用车市场中占据着不可动摇的地位。

2.1 AMT的国外发展现状

早在20世纪60年代，欧洲的一些发达国家就开始研究AMT技术，在20世纪80年代开发出第一代AMT产品，并首次在重型车辆上进行装车验证。随着首台验证和后期AMT技术不断进步，其技术水平越来越成熟，变速器技术顺利在复杂多变的环境下得到了验证，进一步改善了它的起步、换挡技术等的性能，同时解决了前期换挡不平稳、换挡声音大和舒适性差等问题，于是市场上装配AMT的车型逐渐增多。据数据统计，从20世纪90年代开始，美国、德国开始在重型商用车上推广AMT；到20世纪90年代，AMT重卡开始在欧洲市场崛起，经过近20年的培育和发展，从2002年占比12%，迅速增长到2019年的95%，AMT已处于市场绝对主导地位。

2.2 AMT的国内发展现状

在十年前，国产AMT重卡受当时环境、市场、技术等多种影响，门庭冷落，少人问津。随着国内货运、物流行业的转型升级，以及年轻司机群体的逐渐增多，司机对车辆驾驶舒适性和操控简便性等需求与日俱增，2019年，国产AMT重卡销量达到8000辆，同比增长550%。2020年，受新冠肺炎疫情影响，国内汽车产业整体遭受重创，但在AMT重卡销量方面不降反升，仅上半年销售就突破10000辆。国产AMT重卡在我国重卡市场上已逐步驶上了快车道，但不可否认的是，我国AMT重卡市场占有率仍然很低，仅为1%～2%，远低于欧美的95%。国内AMT市场正处于一个爆发的临界点，甚至有行业人士预判，到2025年，我国AMT重卡比例将增长至80%以上。当前，我国AMT的选换挡执行器总成依赖于德国采埃孚等公司的技术进口，国内尚没有同类产品。国产AMT技术存在的问题包括以下三个方面。

2.2.1技术理论水平与国际水平相当，但在产品应用方面，与国外的差距较大

我国在20世纪80年代初就开始研究AMT技术工作，并取得了一系列成果，例如：吉林大学、北京理工大学、哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司、重庆东方欧翔汽车电子有限公司等国内高校、企业纷纷对AMT技术进行了研究，其技术研究成果接近于成熟，部分研发成果成功转化成产品，实现小规模产业化。总的说来，我国的AMT技术在理论上的研究与国际水平相当，但在产品应用及产业化方面，与国外的差距较大。

2.2.2国内市场商用车安装的AMT大部分采用进口总成产品或进口技术

早在2004年，一汽解放汽车公司就开始联合德国采埃孚研发重卡AMT变速器选换挡技术，并在2008年正式推出了自主研发的AMT奥威车型。中国重汽公司在2007年与汽车控制系统公司威伯科联手，共同研发AMT选换挡执行器总成，并于2008年投放了首辆AMT豪沃A7车型。2019年6月东风柳汽发布了全新一代乘龙H7 3.0牵引车，配了采埃孚型号为ZF12TX2620TD的AMT。在2019年7月广汽日野700臻值系牵引车大马力版的上市发布上，广汽日野700臻值系AMT版牵引车也亮了相，配装的是原装进口的采埃孚新一代商用车AMT。2019年12月，福田戴姆勒汽车在欧曼超级重卡全系自动挡发布会上发布，由康明斯X系列发动机与采埃孚AMT组成超级动力链的欧曼EST-A、EST、GTL全系产品。2020年5月份，陕汽重卡推出陕汽德龙X5000智行版，该车型配装法士特研发的AMT，可根据实际情况实现自动切换挡位。

2.2.3国产商用车AMT产品使用的是进口电控换挡执行器

一汽集团AMT上的选换挡执行器总成依赖于德国采埃孚公司供货。中国重汽集团开发了系列AMT产品，并装车使用，但AMT产品中的关键部件——电控换挡执行器，采购于威伯科公司。东风商用车量产具有自主产权的D14系列变速器，并配装东风天龙KL、东风天龙VL车型，但装配的电控换挡执行器采购于KNORR公司。国内吉林大学、北京理工大学、重庆东方欧翔汽车电子有限公司等对AMT技术进行了深入研究，但在国产化产业化阶段，难以找到质量稳定、性能匹配的控换挡执行器，国内缺乏同类产品，急需研发自主品牌汽车零部件替代进口。

2.3 AMT选换挡执行机构关键技术研发现状

目前，AMT关键技术的研究主要集中在换挡规律、离合器接合分离控制、与整车系统匹配等控制策略方面，并且取得了显著的成果，极大改善了AMT的综合性能水平，也逐渐为广大用户所接受。商用车AMT大部分采用多电机驱动方式，即离合器的分离接合、选挡动作、换挡动作分别由电机驱动。例如：国外的奔驰、MAN、VOLVO等汽车公司，以及国内的一汽解放、重汽、东风等，在中重卡上均采用多电机驱动方式。

AMT选换挡执行机构由原先机械实现换挡改为采用电机驱动换挡，目前存在两个问题：一是电机种类众多，其驱动电机选型难度大；二是一般中重卡商用车需要的选挡力大，但直流电机的输出功率不高，需要通过机构装置来进行增扭减速，并需将电机的旋转运动转化为直线运动，所以整个系统结构复杂，输出功率小，一般需通过齿轮机构进行减速增扭。在国内，各大生产商针对AMT选换挡执行机器的研究主要集中在机械结构的布置及设计改进、驱动电机选型匹配等方面。例如某公司研发生产的一种选换挡执行机构，结构图见图3，以AMT选换挡执行机构总成为研究对象，分别开展支取选换挡系统的建模、设计与参数优化分析，选换挡执行机构的三维建模、有限元分析与可靠性校核，选换挡执行过程的综合控制策略等关键技术研究。将选挡电机与换挡电机垂直布置，并通过滚珠丝杠机构将旋转运动转化为直线运动，实现选挡、换挡等动作。其传动精度高，可满足选换挡及时性和准备性要求。另外设有缓冲机构，缓解了丝杠在电机带动下的冲击力，从而大大提升了选换挡寿命。

1—选挡电机  2——换挡电机  3—缓冲装置，4、5—传感器
图2选换挡执行机构总成

3结束语

AMT选换挡执行机构产业正处于快速迭代发展阶段，正确的发展方向决定了后续行业的成长。随着各大整车厂及驾驶员对选换挡执行机构的性能要求越来越高，急需研发质量稳定、性能匹配的自主品牌汽车零部件替代进口。

参考文献：

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[6]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.
[7]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.

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