AMT同步控制技术同步速度，延长同步器寿命

前面已经多次提到同步器及其作用。AMT使用的同步器和MT使用的同步器也应该有所不同，但和离合器的情况一样，实际上对于用MT改造的AMT系统，厂家都没有对同步器进行任何优化，也就是说实际应用中的大多数AMT的同步器和MT的同步器是一样的。同步的时间主要取决于同步器的性能和两齿轮间的速度差。

同步器种类较多，应用较广的是常压式和惯性式。全同步式变速器采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角，又叫锁止角。同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈的外锥面接触产生摩擦。同步器依靠这个摩擦作用来实现同步。锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步，同时又会产生一种锁止作用，防止齿轮在同步前进行啮合。在同步前进行啮合就会出现打齿。为了避免打齿，缩短同步时间，延长同步器的寿命，同步控制很重要。

有同步器的挂档过程可分为三步。

第一步：AMT换档执行机构驱动变速器内的换档拨叉离开中间位置开始轴向运动，使同步器里的两个本来分离的摩擦锥面接触。一个摩擦锥面和输入轴相连，另一个摩擦锥面通过准备挂入的档位的齿轮和输出轴相连。在这两个摩擦锥面的转速不一致，即有速差时，就会产生摩擦力。这个摩擦力会使同步器里的锁止元件转至锁止位置。一旦成功锁止就不能挂档。

第二步：摩擦锥面产生的摩擦力不仅使锁止元件转至锁止位置，而且当摩擦力在拨叉加的压力更大时还会驱动输入轴跟随和输出齿轮相连的锥面的转速。和输出齿轮相连的锥面的转速和车速成正比关系：

输出锥面转速=该档位速比×主速比×车轮转速

摩擦锥面产生的摩擦力不大，难以改变输出轴的转速，但比较容易改变输入轴的转速。在同步器摩擦锥面摩擦力的作用下，这两个锥面的速差会越来越小。也就是说，输入轴的转速会越来越接近新档位下输出轴所连接的摩擦锥面应有的转速。当速差小了，摩擦锥面的产生的摩擦转矩也相应小了。当速差为零了，同步也就完成了。为了方便，很多时候就说输入轴和输出轴同步了，但这并不意味输入轴和输出轴转速相同，而是说这两个摩擦锥面的转速相同了，也就是说输入轴和经过新档位传动比转换后的转速相同了。

第三步：当速差为零时，摩擦力矩也为零。锁止装置在拨叉所施予的正向压力下解除锁止。挂档齿套可以啮合，挂档完成。

锁止条件是：

f/sinα<tanβ

式中f——同步器摩擦锥面的摩擦系数；

α——摩擦锥面的半锥角；

β——锁止面的锁止角。

如果忽略轴承摩擦力和搅油阻力引起的输入轴转速下降，那么同步时间是：

式中 J_r——同步器输入轴的等效转动惯量；

F_a——换档力；

R——摩擦锥面的平均半径；

n_e——发动机转速；

i_a——换档前档位的速比；

i_b——换档后档位的速比。

其中TCU能控制的就是换档力F_a。TCU通过改变换档执行机构电动机电流的大小，就可以调节换档力的大小，也就改变了输入轴速度的变化快慢，改变了同步的时间。使输入轴转速以最佳的方式到达该速度就是同步控制的主要任务。

图4-15 同步机构

图4-15为一种A00级轿车所用变速器中一档的同步装置。从图的右边到左边，它由滑齿套、同步环、输出轴齿轮组成。在输入轴和发动机输出轴断开后，输入轴的转速一般由同步器完成调整。在正常驾驶的换档过程中，当离合器分开后，变速器输出轴的转动惯量会比输入轴的转动惯量大得多，所以同步器将动力传到输入轴上使其增速（减档）或减速（升档）。动力的传递依赖于同步器上的锥面的摩擦来实现，摩擦力和同步器材料的摩擦系数和正面压力成正比。材料摩擦系数和材料本身、变速器油的温度、变速器油的质量有一定关系。正面压力取决于拨叉作用到同步滑套的轴向力。当同步器的摩擦系数为零或正向压力为零时，输入轴没有外力而只能依赖输入轴本身旋转时的摩擦阻力和搅油阻力来减速。(www.xing528.com)

升档时，输入轴需减速，减速动力来自上述的自由减速和同步器传递来的减速力矩。由于有输入轴本身的摩擦阻力和搅油阻力等导致的减速作用，为获得同样的输入轴加速度所需要的由同步器传递的负力矩就相对小些，这个可从下式清楚看出：

-F_同步器-F_摩擦=am

式中，m为输入轴等效质量；a为输入轴加速度。

与之相反，降档时，输入轴需升速，升速动力全来自同步器传递来的加速力矩。更重要的是，由同步器传递来的加速力矩还要克服输入轴本身的阻力矩。

F_同步器-F_摩擦=am

当F_摩擦比较小时，升档和降档的差别就小些。对于同样的加速度，当m比较小时，需要同步器传递的力矩也小一些，带动输入轴对整车速度的影响和冲击也会小一些。

对同步速度的控制实际上是对正向压力的控制。压力来源于拨叉，而拨叉由挂档电动机的堵转转矩压迫。调节电动机电流的大小，就调节了正向压力的大小。

在图4-16中，t=225.7是一个从3档降到1档的案例。在同步器传递力矩的影响下，输入轴从1230r/min增速直到1.4s之后的3766r/min，平均每秒增速约1800r/min。电动机驱动电流约为3A。

同理，在类似的同步压力条件下，如输入轴的增速远低于正常值，则说明同步器可能已经磨损或输入轴自身旋转阻力太大。在温度较低时，搅油阻力很大。输入轴自身旋转阻力的大小可以通过空档分离离合器时，输入轴的自然速降得到。

图4-17是一组升档时输入轴转速变化曲线。

图4-17中同步器的作用不明显，输入轴的速度变化主要源自于自然减速。图4-18是降档时输入轴转速变化曲线。

图4-16 换档时同步信号曲线图

图4-17 升档时输入轴转速变化曲线

图4-18中同步器作用明显。开始时，同步电流刚建立，同步器在靠近，摩擦面还没有接触，所以输入轴转速仍在下降；当摩擦面开始接触时，输入轴转速在同步器的作用下逐渐增速。其实，为了减少同步器的磨损和加快同是同步失败而重试成功的情况。图中t=125.2前，挤压同步电流已达最大，但输入轴转速变化很小，反转重挤后输入轴转速变化很快。为加快同步以缩短同步时间，可增大最大挤压同步电流允许值。同步时间受到同步器本身性能的限制，同步环摩擦面单位面积所能承受的热量是有限制的，超过一定量，摩擦面会被烧坏或出现异常磨损。最耗同步器的是降档情况。

图4-20 同步过程信号

在升档时，输入轴应减速，所以没有同步器产生的摩擦力也可依靠输入轴的自然减速完成同步，但时间可能会长些。但在减档时，输入轴转速必须上升，如果没有同步器产生的摩擦力，就无法增速，只能等汽车减速后同步或强行挂档。

输入轴自然减速的快慢除了和输入轴的等效惯量、轴承质量和磨损状况有关外，还和变速器油的黏度密切相关，也和润滑油液面的高低有关。而变速器油的黏度和变速器油的型号及油的温度又有很大关系。一般来讲，温度越低，黏度越高，搅油的阻力越大。润滑油液面越高，搅油的阻力越大。当然，如没有足够的润滑油，摩擦阻力会更大。AMT控制系统应能应对这种变化。在温度较低、同步时间较长的情况下，可通过适当增大电动机输出转矩来加快同步，反之可适量减少电动机出力减慢同步。

在车辆处于静止状态下，输出轴转速为零，输入轴转速也必须为零才能同步。但是如果输入轴转速在分离离合器后转速不降到零，同步就无法完成，从而导致同步失败。输入轴转速不到零的常见原因是离合器没有真正分离。如果离合器分离了，但输入轴的转速下降很慢，也会使同步时间延长。因此伊顿公司在变速器上加一个减速装置强迫输入轴减速。对于有同步器的档位来说，同步器可以使输入轴减速加快，但在大多数情况下，为了降低成本，变速器的倒档通常不用同步器，这就给挂倒档带来困难。对于手动变速器，驾驶人可以不断操作挂倒档的动作，总有一次能挂上，但对于AMT来讲，就难以接受。办法之一就是借用有同步器的同拨叉档位将输入轴转速降下来再挂倒档。图4-21是在挂倒档前先挂5档，然后才真正挂倒档的实例。图4-21a是目标档位信号，1～5代表1～5档，6代表倒档。图4-21b是换档状态。状态2代表摘档，状态6代表离合器接合。

图4-21 从空档换到倒档

即使同步了，输入轴和输出轴的转速都为零，也不一定能挂上档。两个滑齿套的齿相位不对问题也会导致滑齿套相互顶死而无法啮合。由于两者都是静止的，顶死就是相互不能产生切向位移而导致挂档失败。有些变速器常常出现这类问题。为了避免静态顶死，只好借离合器将输入轴和发动机短暂轻度接合而改变输入轴的相位以帮助纠正相位，达到挂档的目的。