现代汽车-开发具有改进驾驶性能的新型FF5速AMT

青丝缭绕 2021-03-25 13:25:11

1.摘要


为了满足客户对便利性和高燃油经济性的要求,在已经投入生产的5速手动变速器的基础上增加了离合器/齿轮执行器和TCU,现代汽车公司(HMC)成功研发了一款新型的自动手动变速器(AMT)。


为了开发强大的系统,HMC考虑了各种环境,如炎热潮湿的气候、未铺砌的道路、坡度、水路等。为了反映不同的驾驶条件,进行了客户评估,并将此结果反映到了硬件和软件开发之上。由于使用了和手动变速器相同的单离合器,在换档期间存在扭矩中断,并且换档时间比DCT的时间要长。为了提高换档质量,我们更频繁地检查离合器状态,以及温度或离合器摩擦材料的广泛特性变化也反映到了研发当中。并开发了自动校准程序,以实现特有的和一致的HMC换档质量。


2.简介


统计2015年手动变速器生产率,全世界占45%,欧洲占65%,印度占98%(原:’19.1 IHS DATA)。这是由于手动变速器比自动变速器具有价格低廉和出色的燃油经济性等优点。但是DCT/CVT(双离合变速器/无极变速器)等比率的增加,可以看出消费者在购买汽车时不仅考虑燃油经济性还会考虑到驾驶方便性。


在印度的大都市由于车辆的增加导致交通堵塞,增加了手动变速器车辆驾驶员的驾驶疲劳,因而消费者对自动变速器的偏好逐渐增加。特别是等同于MT(手动变速器)燃油经济性和合理价格的AMT(自动化手动变速器)需要明显增加。


现代汽车-开发具有改进驾驶性能的新型FF5速AMT


图1:变速器生产数量图2:印度AMT增加趋势


(原:’19.1 IHS数据)(原:’19.1 IHS数据)


HMC已经掌握了AT/DCT技术,DCT的传输效率虽然高但是重量和价格不利于AMT,应用于A-Seg车辆很难有竞争力。虽然AMT的传输质量不如AT/DCT但是驾驶方便性和价格优势更适合印度的要求,因此在印度AMT的市场逐渐增加。为了对应印度地区AMT的需要增加,通过在现有的手动变速器上增加执行器、速度传感器和控制器,HMC成功研发了一款具有出色换档性能和耐用性的五速AMT。AMT核心技术的执行器使用了电动机式,因此可以使用HKMC的DCT执行器H/W和控制逻辑。


AMT已应用于印度的Santro车辆,通过研发AMT核心技术的执行器和控制逻辑,确保了单离合自动变速器研发所需要的基本技术。


为了研发适用于印度当地特征的AMT,进行了当地交通环境(为铺设道路、淡水道路、高海拔道路、交通堵塞)和驾驶员趋向(频繁加速、平稳换档和快速响应)的调查。


3.传输布局和规格


图3显示了HMC AMT的系统配置,HMC AMT是通过在印度量产的手动变速器增加执行器和控制器而开发的,而且离合器致动器的下部和上齿轮致动器是分开的,从而可以在不改变车辆组件的情况下安装AMT。齿轮执行器位于上部,可以使用选择/转移电机选择齿轮进行换档,通过部件的通用性最大限度地降低了主体成本,由于齿轮/轴/轴承等齿轮系零件、同步系统零件、换档控制零件的通用化,自动和手动变速器的零件通用率达到了78%。此外,壳体、执行器的位置、形状经过优化,可以在现有的MT生产线上与MT共同生产。


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图3 HMC AMT系统


4.离合/齿轮执行器


4-1.离合执行器


离合器系统配置如图4所示。应用了与MT相同结构的离合器盖和盘,针对车辆组件进行了优化操作,新研发的电机离合执行器应用于底部。该离合执行器使用了内置位置传感器的BLDC电机和全新设计的离合磨损补偿器进行对变速前后微滑和温度、磨损特性变化的检测和控制。因此,达到了极好的换档感觉。


4-2.齿轮执行器


齿轮执行器(图5)在选择/转移上各使用一个BLDC电机,从而实现了换档时精确的位置控制和快速响应。此外,与钢材相比,采用了高强度塑料齿轮来降低成本和重量。


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图4:离合器系统


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图5:齿轮执行器


5.NVH的发展


AMT减少了执行器装配过程的偏差和改善了控制逻辑,不仅降低了换档时齿轮的Whine声,还降低了换档过程中执行器工作噪音和曲柄噪音。并且验证了由于低温/高温环境、设计公差、生产偏差和耐久性劣化导致的性能特征。


以下是正在开发中的AMT NVH的改进示例。


在评估AMT车辆期间,发现AMT车辆在换档时发生0.5~6Khz中的发动机噪音,而在MT车辆中没有这种噪音。为了解决该问题,进行了各种测量、研究和测试,最终通过控制换档时发生的发动机扭矩和改善发动机进气系统的特征解决了该问题。


如表2所示,确认了我公司AMT的NVH优于竞争公司的产品


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[噪音][改善后]


图6 AMT的测量数据

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表2:NVH比较


6.反应当地特色的开发


在印度地区,有各种驾驶环境,如高温气候、铺砌道路、北部的山坡道路和水淹道路等,研发AMT时这些环境因素都要考虑到。


启动和换档时离合器的滑动会引起摩擦热,因此要确保离合器的散热问题。为了确保高温条件下的散热性能,在离合器壳体内安装散热器以便于散热,并且利用模拟进行了优化。


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图7:热流模拟图8:离合器温度


在未铺砌道路上行驶时由于离合器散热口可能会增加异物质的流入,导致离合器分离轴承套的磨损,因此对套筒进行了表面硬化处理。


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图9:离合器分离轴承套


另外,包括在铺砌道路上的行驶,车辆的振动可能影响执行器、传感器和接线连接器的耐久性。为了验证这一点,进行了低高温度试验和3轴振动试验,以此评估在未铺砌道路上的行驶性能和耐久性。


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图10:环境室与振动试验机


7.换档感的开发


AMT的自动换档技术类似于现有的AT、DCT,但与使用两个或多个离合器进行换档的AT和DCT有所不同,它具有单离合器结构并且更类似于MT的换档过程。也就是说,换档时首先离合器分离、齿轮更改、然后离合器再连接。因此,在换档期间发动机动力的传递中断,不可避免地产生扭矩的中断。为了最小化这种换档时的缺陷,设计并应用了各种控制逻辑技术。


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图11.AMT转换特征


首先,通过检查了解离合器产品的分部、因使用而改变的摩擦特性、由于磨损不断改变的离合器特性,以此实现准确平稳的离合器控制。


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图12.AMT车辆的加速


此外,以确保一致的AMT换档感觉,还开发了自动校准程序,使用这种自动校准程序的AMT换档很容易应用到我们公司生产的所有AMT车辆。不仅实现了变速时一致和线性的换档感觉,并降低了换档开发人员的工时。


7.总结与结论


HKMC为了提高价格竞争力和客户的便利性,在量产的手动变速器基础上,增加了执行器、传感器和控制器,研发出5速自动变速器AMT。


执行器利用电机式离合/齿轮执行器的分别使用,实现了紧凑化。并且研发时充分考虑到了印度地区的交通、道路、气候等环境条件。


为了提高单离合器系统的换档感觉,加大了对离合器特征的检验,并且研发了自动校准程序,以此实现了良好的换档感觉。

来源:电动新视界

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