全驅(qū)越野車行駛工況極其惡劣且載荷變化比較大，如何適用行駛阻力及地面附著力的頻繁變化，是提升全驅(qū)越野車不同駕駛員適應(yīng)性、操縱方便性等指標(biāo)的關(guān)鍵問題所在，因此，為了解決以上問題，匹配自動(dòng)變速箱是解決問題的最佳選擇之一^[1]。

自動(dòng)變速箱主要包含以下4種：

1）AMT 機(jī)械式自動(dòng)變速箱是在手動(dòng)變速箱的基礎(chǔ)上加裝電子選換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)擋位自動(dòng)切換，它能減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，但換擋存在動(dòng)力中斷，換擋品質(zhì)低，它主要用于低端市場(chǎng)乘用車和商用車。

2）AT 液力機(jī)械式自動(dòng)變速箱由液力變矩器、離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、換擋操縱機(jī)構(gòu)等組成，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，綜合性能又進(jìn)一步提高，特別是在重型車輛及通過性要求較高的全驅(qū)越野車車輛其優(yōu)勢(shì)更加明顯，AT的應(yīng)用更加廣泛^[2]。

3）CVT 無級(jí)變速箱的速比是一系列的連續(xù)值，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和舒適性，但鋼帶傳遞扭矩有限，只能匹配小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)。

4）DCT 雙離合器自動(dòng)變速箱具有傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)，且換擋過程動(dòng)力不中斷，國(guó)內(nèi)乘用車匹配率較高。DCT包括干式和濕式之分，干式離合器易出現(xiàn)過熱問題，暫不能應(yīng)用到環(huán)境惡劣的重型車輛上。

使用離合器的AMT系統(tǒng)和手動(dòng)變速箱一樣，是斷開動(dòng)力源后換擋，對(duì)輸出到車輪的動(dòng)力還是有很大的影響，換擋的平順性則難以和AT相媲美^[3]。

本文針對(duì)全驅(qū)越野車的行駛工況特點(diǎn)，對(duì)匹配AT自動(dòng)變速箱進(jìn)行可行性分析論證。

1 離合傳動(dòng)系統(tǒng)分析

1.1液力變矩器

液力變矩器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和行星變速機(jī)構(gòu)之間

實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的增大及轉(zhuǎn)速傳遞，主要包括泵輪、渦輪和導(dǎo)輪，見圖1。

圖1  液力變矩器工作原理示意圖

由于液力變矩器工作構(gòu)件靠液體聯(lián)系，動(dòng)力傳遞柔和，能防止傳動(dòng)系統(tǒng)過載和有效減小起步和換擋沖擊。同時(shí)在一定范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的無極變化特性，提高了車輛的起步性能和通過性。在車輛行駛阻力比較大的越野工況和低速行駛時(shí)，離合器處于解鎖狀態(tài)，發(fā)揮液力變矩器的優(yōu)越性，進(jìn)而提升越野能力^[4]。

某型號(hào)液力變矩器無因次特性曲線見圖2^[5]。

圖2  液力變矩器無因次特性曲線

由圖2可以看出，全驅(qū)越野車在低速起步工況，變矩器起到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩放大的作用，順利通過障礙，符合越野車使用工況。

而AMT變速箱沒有液力變矩器，在低速工況無法實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩增大的作用，且機(jī)械構(gòu)件為剛性連接，無法消除發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的振動(dòng)。

1.2 離合器

全驅(qū)越野車行駛工況復(fù)雜，對(duì)離合器要求較高，AMT離合器主要由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)及操縱機(jī)構(gòu)組成，見圖3。當(dāng)需離合器分離時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將離合器摩擦片與飛輪分離，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就不能傳遞到變速箱輸入軸。相反，需要離合器結(jié)合時(shí)，膜片彈簧將離合器摩擦片與飛輪壓緊而傳遞扭矩，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。

圖3  AMT摩擦離合器壓盤和從動(dòng)盤

為了避免因長(zhǎng)時(shí)間摩擦過程造成離合器的損傷，因次根據(jù)作用扭矩、離合器上的轉(zhuǎn)速差以及滑動(dòng)時(shí)間計(jì)算當(dāng)前的離合器負(fù)載，檢查是否已超過負(fù)載極限值。離合器保護(hù)算法示意圖見圖4。

圖4  離合器保護(hù)算法示意圖

當(dāng)離合器發(fā)生過載時(shí)，有以下保護(hù)措施：

1）離合器扭矩可逐步提高至離合器完全接合，以此避免離合器繼續(xù)承受負(fù)載。這種方式可使車輛更為快速的使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，并且必要時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火；

2）根據(jù)計(jì)算出的離合器負(fù)載限制可允許的起步擋；

3）根據(jù)所應(yīng)用的邊界條件，可在起步或蠕動(dòng)行駛過程中進(jìn)行自動(dòng)降擋；

4）如果即便在離合器已接合時(shí)仍未能消除離合器打滑，則將由變速箱控制裝置以發(fā)動(dòng)機(jī)介入的方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行限制。

綜上所述，觸發(fā)離合器保護(hù)功能后，限制了車輛部分功能，動(dòng)力性降低。

國(guó)標(biāo)對(duì)全驅(qū)越野車有最低穩(wěn)定車速不大于3km/h的要求，且全驅(qū)越野車工況蠕行較多，而AMT變速箱是干式離合器，緊靠自然風(fēng)冷散熱，在低速半離合狀態(tài)、坡道頻繁起步和換擋等極端工況下，離合器滑摩功很大，離合器溫度急劇升溫，容易觸發(fā)離合器保護(hù)，且高溫對(duì)離合器硬件的損壞是不可逆的。

AT變速箱有液力變矩器和多片濕式離合器，即使在低速和極端惡劣工況，可以增加離合器潤(rùn)滑流量快速降低離合器溫度，所以AT變速箱更適合匹配全驅(qū)越野車車。

2 換擋品質(zhì)

高品質(zhì)的換擋表現(xiàn)為換擋時(shí)平滑、快捷、無噪聲及對(duì)器件造成的磨損程度低于允許值。AT變速箱之所以得到廣泛應(yīng)用就是因?yàn)樗鼭M足以上4點(diǎn)。

AMT變速箱機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了換擋工程必須要分離離合器，造成動(dòng)力中斷，動(dòng)力中斷時(shí)間包含部分離合器分離、摘擋、選擋、同步、掛擋、部分接合離合器的時(shí)間。在離合器分離到滑摩點(diǎn)之后和離合器接合到滑摩點(diǎn)之后，離合器可以傳遞部分或全部扭矩，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩已經(jīng)減少，所以這部分時(shí)間雖然沒有完全動(dòng)力中斷，但可等效于部分時(shí)間動(dòng)力中斷。在摘擋、選擋、同步和掛擋期間，動(dòng)力完全無法傳遞，所以是絕對(duì)動(dòng)力中斷時(shí)間。所以整個(gè)換擋過程車輛經(jīng)歷加速、滑行、再加速三個(gè)階段，這就會(huì)影響駕駛舒適性，也會(huì)對(duì)車輛動(dòng)力性造成影響。尤其在加速過程中和上坡行駛過程中，失去動(dòng)力的感覺更明顯。

某重型商用車AMT換擋過程見圖5，整個(gè)換擋過程1.85秒，絕對(duì)動(dòng)力中斷時(shí)間375毫秒，1.475秒為部分時(shí)間動(dòng)力中斷。

圖5  AMT換擋過程

尤其坡道行駛時(shí)，坡道阻力的增加造成換擋間隙車速下降尤為迅速。見圖6。

圖6  AMT坡道換擋過程

AT變速箱換擋快捷和平順。自動(dòng)變速箱輸入轉(zhuǎn)矩的交換及重新分配僅發(fā)生在分離的離合器和結(jié)合的離合器之間，在短時(shí)間的換擋過程中其傳遞的扭矩不變，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力不中斷換擋，車輛表現(xiàn)為駕駛舒適性及動(dòng)力性較好^[6]。動(dòng)力升擋控制原理見圖7。

行駛阻力比較大的越野工況和低速行駛時(shí)，離合器處于解鎖狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩進(jìn)行放大，進(jìn)而提升越野能力，而AMT不具備此優(yōu)勢(shì)。

2）全驅(qū)越野車越野及低速蠕行工況較多，離合器滑摩功很大，若沒有及時(shí)冷卻，則損壞離合器硬件且不可逆。AT變速箱有液力變矩器和濕式多片離合器，離合器冷卻效果好，而AMT為干式離合器，在頻繁起步的工況，由于車速較低，對(duì)流換熱效果差，容易觸發(fā)離合器熱保護(hù)，甚至燒毀離合器，影響車輛功能。

3）全驅(qū)越野車對(duì)動(dòng)力性要求較高，AT變速箱為無動(dòng)力中斷換擋，駕駛舒適性及動(dòng)力性較好。而AMT變速箱換擋時(shí)必須要分離離合器，造成整車動(dòng)力中斷，甚至大坡道換擋時(shí)，由于坡道阻力增加，車速比換當(dāng)前還要低，動(dòng)力性較差。

綜上所述，全驅(qū)越野車更適合匹配AT自動(dòng)變速箱。