自动变速器简化了车辆操纵性,极大减轻了驾驶疲劳,自美国通用公司1945年推出第一台全自动变速器以来,自动变速器技术得到迅速发展与应用。我国近20年来汽车销售和保有量急剧增加,与自动变速技术相关的电控和计算机技术急速发展带动了自动变速车辆所占市场份额比重,自动变速已经成为目前车辆传动技术的发展趋势 [1,2] 。卡车为了使发动机增加工作于扭矩较大或燃油经济性转速区域的概率,采取挡位数量较多方式处理,并且目前仍有增加趋势,而卡车换挡操纵机构比乘用车更为沉重,自动变速器在卡车上的应用能够有效降低驾驶员频繁换挡的劳动强度,并有助于车辆降低燃油消耗、减少排放、提高驾驶安全性和运输效率 [3] 。随着我国交通运输业的发展以及国家对资源、能源、环境的综合考虑,卡车市场已逐渐从单纯追求低成本的手动变速模式(mechanical transmission,MT)向自动变速模式转变 [4] 。
自动换挡策略的优劣与自动变速车辆性能密切相关,其发展与汽车的发展历程一样是一个从初级到成熟的发展过程,经历了一参数、两参数、三参数直至目前的智能换挡的发展阶段 [5,6] 。一参数、两参数换挡规律通常以车速、油门或泵轮转速等车辆行驶参数为换挡依据,之后发展的三参数、智能换挡规律则将驾驶人和环境因素也纳入换挡依据中。汽车驾驶是一个驾驶人与车辆和环境相互影响相互联系的过程,驾驶员以感觉器官接收车辆和环境信息,通过大脑中枢神经系统判断车辆行驶状态,然后通过手、脚动作完成驾驶意图。在自动换挡车辆中,驾驶人的换挡动作交由换挡系统进行,换挡系统需要结合驾驶人的操纵动作以及车辆行驶参数做出换挡时机判断,同时需要结合外界的环境信息做出准确的换挡指令。目前换挡策略研究的较新阶段正是挡位策略对人、车、环境的适应发展,其核心技术和难点是行驶环境、车辆参数及驾驶员意图的识别技术。自动换挡策略的发展与控制技术和汽车工业技术发展紧密联系,国外自动变速技术起步早,其自动换挡策略研究水平较高,由于各汽车厂商的竞争与技术保密,每个厂家的换挡策略不尽相同。我国汽车产业起步晚,自动变速器早期大多依靠进口,虽然近些年多家研究机构与汽车厂商对自动变速器及换挡策略进行了自主开发,但在装车上路后对行驶工况的适应性、车辆行驶动力性与经济性表现与国外产品尚有一定差距。而国外换挡策略在互联网技术、传感器技术及智能汽车技术高速发展的大背景下 [7-12] ,已在智能换挡基础上开始寻求借助新技术使换挡规律产生新发展的可能。国内换挡策略研究需要在目前智能换挡的研究基础上进一步研究核心理论,缩小与国外产品的性能差距;同时就换挡策略发展的新方向展开研究,以保证国内产品研究的技术高度。
以上是自动换挡策略的总体发展趋势,自动变速器在以货物运输为主要目的的卡车上的应用要晚于普通乘用车,卡车换挡策略的发展程度相应落后。虽然重型卡车自动换挡策略制定方法可参照乘用车,但卡车具有车速相对较低、挡位数量多、发动机后备功率低的特点,而其行驶使用区域又非常广泛。因此,要求重型卡车在坡道、山路等艰苦路况下具备较好的动力性能,在路况较好时则可以尽量省油以实现经济运输目的。换挡策略对车辆动力性能和经济性能有重要影响,而车辆动力性与经济性是一对相互矛盾的指标 [13] ,所以卡车换挡策略既要与乘用车换挡策略一样能适应人、车、环境,达到较高的智能程度,又需要根据道路的实时动力需求保持动力性能与经济性能的平衡。因此,本文卡车换挡策略研究主要围绕两个方面进行:一是换挡规律对各种行驶工况的适应,二是动力性能与经济性能的最佳平衡。
综上所述,围绕重型卡车的车辆结构和使用特点,结合卡车在实际行驶中出现的换挡问题进行卡车换挡策略研究有利于卡车自动变速系统的应用发展,有利于卡车品质的提升。汽车智能技术和互联网技术的发展,给换挡策略发展提供新的可能,将目前一些具有可行性的新技术与换挡系统相结合,能够为卡车换挡策略发展打开新思路,更好地为卡车行业和道路运输系统服务。