《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套圖紙】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套圖紙】（61頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文（設(shè)文（設(shè) 計(jì)）計(jì)） 題 目：轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （英文）Design of Automatic Mechanical Transmission Mechanism of Sedan 院 別： 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化（汽 車工程） 姓 名： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師： 日 期： 2010 年 6 月 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要摘要 自動變速控制是現(xiàn)代汽車的一項(xiàng)重要技術(shù)，也是智能車輛的基本功能。電控機(jī)械 式自動變速器 AMT 以其傳動效率高、成本低和易于制造等優(yōu)點(diǎn)，非常適合我國汽車工 業(yè)的發(fā)展現(xiàn)實(shí)，

2、具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景和廣闊的應(yīng)用范圍。本文是對轎車用機(jī)械自動 變速器 AMT 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中 AMT 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括控制離合器的分離結(jié) 合機(jī)構(gòu)和選檔換擋機(jī)構(gòu)。由于電控電動類型的 AMT 變速器有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)成本 低，污染少等優(yōu)點(diǎn)，所以本文所設(shè)計(jì)的 AMT 執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動。本文分別對電動 離合器和電動選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種方案進(jìn)行討論并作最佳選擇。最佳的方案確定后 選擇執(zhí)行電機(jī)，根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能和各個(gè)約束的尺寸設(shè)計(jì)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并對 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)關(guān)鍵的部位進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。最后計(jì)算整個(gè)換檔的過程所用的時(shí)間， 對比是否符合要求，并作出結(jié)論。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：AMT，電機(jī)

3、，離合器，選換檔，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 Design of Automatic Mechanical Transmission Mechanism of Sedan Abstract Automatic transmission control is an important technology in modern cars, but also the basic functions of intelligent vehicles. Because electronically controlled mechanical automatic transmis

4、sion AMT has the advantages of high transmission efficiency, low cost and easy-to- manufacturing, it is very suitable for the development of Chinas automobile industry, and has good prospects for industrialization and wide range of applications. This paper is a design of a mechanical automatic trans

5、mission AMTs implementation agencies,，which include combination separation of institutions and selected file shifting organizations of clutch control. As the types of AMT of Electric Power Transmission has simple and compact structure, low production cost, less pollution, etc, so the design of AMT i

6、mplementation agencies use motor drive organizations. This paper discuss various options of the electric clutch and electric election shift implementation agencies and make the best choice. When the best option is to be determined, we should select the implementation of motor, and then design the st

7、ructure of implementation agencies on the base of the function to be achieved and the various constraints of size, and check the key parts of the various agencies of implementation agencies. Finally caculating the time that the process of the shift spend, and see it fits the requirements or not, and

8、 make a conclusion. Keywords: AMT, motor, clutch, gear selection, implementation agencies 目錄目錄 第 1 章 緒論.1 1.1 課題研究背景.1 1.2 自動變速器的分類.2 1.3 AMT 變速器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀3 1.3.1 AMT 技術(shù)在國外的發(fā)展歷史4 1.3.2 AMT 的發(fā)展現(xiàn)狀4 1.3.3 AMT 的發(fā)展趨勢5 1.4 本文的主要工作.6 1.5 本章小結(jié).7 第 2 章 AMT 的關(guān)鍵控制技術(shù).9 2.1 AMT 的原理、結(jié)構(gòu)與分類9 2.1.1 AMT 的原理9 2.1.2 AMT 的

9、結(jié)構(gòu)10 2.1.3 AMT 的分類10 2.2 AMT 系統(tǒng)功能和關(guān)鍵技術(shù)11 2.2.1 AMT 的系統(tǒng)功能11 2.2.2 AMT 的關(guān)鍵技術(shù)14 2.3 本章小結(jié).17 第 3 章 電動離合器操控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).18 3.1 電動離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案選擇.18 3.2 電機(jī)的選型.19 3.3 電動離合器操控機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì).19 3.3.1 螺桿的設(shè)計(jì).19 3.3.2 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).25 3.3.3 螺桿軸承的計(jì)算.26 3.3.4 螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).27 3.3.5 助力彈簧的設(shè)計(jì).28 3.3.6 拉桿的設(shè)計(jì).31 3.3.7 轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì).32 3.4 計(jì)算離合器分離時(shí)間.34 3

10、.5 本章小結(jié).34 第 4 章 選檔換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).35 4.1 選檔換檔方案的選擇.35 4.2 選檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).35 4.2.1 選檔電機(jī)的選用.36 4.2.2 選檔齒輪的設(shè)計(jì).36 4.2.3 選檔齒條的設(shè)計(jì).39 4.3 換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).40 4.3.1 換檔電機(jī)的選用.41 4.3.2 換檔軸的設(shè)計(jì).42 4.3.3 換檔塊的設(shè)計(jì).45 4.3.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì).47 4.4 選換檔所用時(shí)間的計(jì)算.49 4.5 AMT 變速器整個(gè)換檔的時(shí)間計(jì)算49 4.6 本章小結(jié).50 第 5 章 全文總結(jié)51 5.1 主要工作內(nèi)容.51 5.2 研究展望.51 參考文獻(xiàn).53 致謝.55 附

11、錄.56 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 課題研究背景課題研究背景 隨著時(shí)代的發(fā)展，汽車電子技術(shù)也越來越先進(jìn)。汽車電子技術(shù)是汽車技術(shù)與電子 技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代汽車上，電子技術(shù) 的應(yīng)用越來越廣泛。汽車電子化的程度也越來越高，汽車正由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級 的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”。電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，主 要是圍繞汽車各個(gè)重要部件，解決其自動化控制問題、研究電控系統(tǒng)的輸入部分(傳感 器系統(tǒng)與采樣環(huán)節(jié))、輸出部分(執(zhí)行機(jī)構(gòu)與驅(qū)動實(shí)現(xiàn))以及控制單元(控制策略與實(shí)現(xiàn)方 法)。電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的

12、主要應(yīng)用有電子控制噴油裝置，電子點(diǎn)火裝置，電控自 動變速器，防抱死制動系統(tǒng)，電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)等。 變速器的電子控制技術(shù)是汽車電子控制技術(shù)的核心內(nèi)容之一。通過研究自動變速 技術(shù)，可以減少汽車的能源消耗、減少污染、減輕駕駛員勞動強(qiáng)度、提高行駛安全性 和乘員舒適性等，自動變速技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代車輛技術(shù)發(fā)展的主要方向。 自動變速器的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 （1）駕駛性能優(yōu)良 汽車駕駛性能的好壞，除與汽車本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于正確的控制和操縱。 自動變速器可以按照預(yù)先設(shè)定的最佳換檔規(guī)律自動變換檔位，讓汽車在不同的運(yùn)行條 件下都能同時(shí)兼顧發(fā)動機(jī)的最低油耗和變速器的最高效率，因而特別適合于非

13、職業(yè)駕 駛。 （2）自適應(yīng)能力強(qiáng)，提高乘坐舒適性和零部件使用壽命 自動變速裝置的檔位變換不但快，而且平穩(wěn)，提高了汽車的乘坐舒適性。通過電 控執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制換檔，一方面能大大減少行駛過程中的換檔次數(shù)，另一方面可以消除 或降低動力傳動系統(tǒng)中的沖擊和動載。試驗(yàn)結(jié)果表明，在壞路段行駛時(shí)，自動變速的 車輛傳動軸上，最大動載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的 20%-40%。原地起步時(shí)最大動 載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速的 50%-70%。從而延長發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)零部件的壽命。 （3）操縱簡便，行車安全性高 在車輛行駛過程中，駕駛員必須根據(jù)道路、交通條件的變化，對車輛的行駛方向 和速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在交通負(fù)荷

14、大的市區(qū)中就手動操縱汽車而言，汽車 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 每行駛 100 公里駕駛員須換檔 400-600 次，踏離合器 600-700 次，而每次換檔有 4-6 個(gè) 手腳協(xié)同動作?？梢姀钠嚻鸩綋Q檔到制動，使駕駛員的注意力被分散，而且易產(chǎn)生 疲勞，造成交通事故增加。裝用自動變速器的車輛，取消了離合器踏板，只要控制油 門踏板，就能自動變速。從而改善了駕駛員的勞動強(qiáng)度，使行車事故率降低，平均車 速提高。 （4）廢氣排放低 手動換檔變速器由于經(jīng)常換檔，需要切斷動力，使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化較大，油門 開度變化急劇，非穩(wěn)定工況強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致排放中的污染物多。而自動變速器的應(yīng)用， 可使發(fā)

15、動機(jī)經(jīng)常處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是在較小污染排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作， 從而降低了排氣污染。 （5）動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性高 自動變速器能自動適應(yīng)行駛阻力的變化，選擇最佳的換檔時(shí)刻，從而提高了汽車 的動力性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國伊頓公司試驗(yàn)資料，可以節(jié)省燃油大約 5%。 1.2 自動變速器的分類自動變速器的分類 自動變速是汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。按照變速控制的方式和變速 箱的型式，目前自動變速的類型主要有：液力變矩器+行星齒輪組的動力換檔變速器的 液壓自動變速(AT)、無級變速(CVT、ECVT、IVT)、機(jī)械式自動變速箱（AMT、DCT)。 其中 AT、AMT、ECVT 類型都采用了電子控

16、制技術(shù)，而且液壓自動變速也將逐漸被電 控液動自動變速和電控電動自動變速所取代。 （1）液力自動變速器 AT AT 的基本形式是液力變矩器與動力換擋的旋轉(zhuǎn)軸式機(jī)械變速器串聯(lián)或并聯(lián)。這種 形式的自動變速器的主要優(yōu)點(diǎn)有:良好的乘坐舒適性、方便的操縱性、優(yōu)越的動力性、 良好的安全性。但效率低、難制造、成本高是 AT 的缺點(diǎn)，為了降低成本，AT 的小型 化和減少零部件個(gè)數(shù)，要求形成大規(guī)模生產(chǎn)。AT 實(shí)際上是一種介于有級變速和無級變 速之間的自動變速器。 （2）無級自動變速器 CVT、ECVT、IVT 無級變速傳動的英文全稱 Continuously Variable Transmission，簡稱 CV

17、T。CVT 最 初采用了 V 型橡膠傳送帶，材料較差傳遞力矩小，沒有什么實(shí)用價(jià)值。后來改用金屬 帶和鏈條，開發(fā)出實(shí)用型的 CVT 系統(tǒng)，具有零件少，體積小，重量輕，傳動效率較高， 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 但傳動帶很容易損壞，不能承受較大的載荷。1984 年，荷蘭人范多尼斯(VanDoornes) 發(fā)明金屬帶 CVT 后，富士、菲亞特、福特都先后引進(jìn) CVT，用在自己的汽車上。最善 于應(yīng)用新技術(shù)的富士車廠研制了具有電腦裝置的電子無級變速傳動 ECVT，并在 1987 年 2 月裝在 Justy 汽車上推出市場。2003 年 3 月，一種稱為無限變速式機(jī)械無級變速 器（英文全稱 I

18、nfinitely Variable Transmission，簡稱 IVT）的新型無級變速器獲得業(yè)界 認(rèn)可，它不使用變矩器，核心部分由輸入傳動盤、輸出傳動盤和 Variator 傳動盤組成， 它們之間的接觸點(diǎn)以潤滑油做介質(zhì)，通過改變 Variator 裝置的角度變化而實(shí)現(xiàn)傳動比 的連續(xù)而無限的變化。IVT 具有效率高，不易打滑，油耗低，不需要工藝復(fù)雜造價(jià)昂 貴的金屬傳動帶。其關(guān)鍵技術(shù)是易發(fā)熱，潤滑油價(jià)昂貴，日產(chǎn)轎車已有應(yīng)用。 （3）電控機(jī)械式自動變速器 AMT AMT，是在傳統(tǒng)固定軸式手動變速箱和干式離合器的基礎(chǔ)上應(yīng)用自動變速理論和 先進(jìn)的電子控制技術(shù)，通過電子控制單元控制電、液執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

19、車輛動力系統(tǒng)的自 動操縱。汽車機(jī)械自動變速器（AMT）由于原有的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)基本不變，因此具有 傳統(tǒng)齒輪變速器傳動效率高、成本低、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有操縱方便的自動 變速功能，它主要在中低檔乘用車與重型商用車上有市場。由于 AMT 是非動力換檔， 在起步和換檔品質(zhì)上與占主導(dǎo)地位的 AT 相比有一定差距，因此近年來人們廣泛研究 動力換檔的機(jī)械式自動變速器，主要有輔助扭矩型（USG）和雙離合器式自動變速器 （DCT） ，其中 DCT 融合了 AT 和傳統(tǒng)的 AMT 的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的換擋品質(zhì)和車輛動 力性、經(jīng)濟(jì)性，是目前全世界特別是歐洲大力研究和發(fā)展的新一代自動變速器。 電控機(jī)械式自動變速器

20、 AMT 大大提高了汽車使用的方便性，降低了駕駛員的勞動 強(qiáng)度，進(jìn)一步滿足了人們對汽車的使用要求。AMT 既具有液力自動變速器自動變速的 優(yōu)點(diǎn)，又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造的長處。 常適合我國國情的機(jī)電液一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。電控機(jī)械式自動變速器（AMT）是在 手動機(jī)械式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上利用先進(jìn)的電子技術(shù)和液壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動化 而產(chǎn)生的。他不僅保留了原齒輪變速器效率高、成本低的長處，而且還具有液力自動 變速器因自動換檔所帶來的全部優(yōu)點(diǎn)。它是在現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械變速器上進(jìn)行改造，保留 了絕大部分原總成部件，只改變其中手動操作系統(tǒng)的換檔桿部分，生產(chǎn)繼承性好，改 造

21、的投入費(fèi)用少，非常容易被生產(chǎn)廠家接受。而其中自動變速器操控機(jī)構(gòu)則是 AMT 自 動換檔的核心執(zhí)行元件，所以研究出控制靈敏的，結(jié)構(gòu)簡單的，工作可靠的，占用空 間少的 AMT 操控機(jī)構(gòu)對于機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)的發(fā)展有重大的意義。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 1.3 AMT 變速器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀變速器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 1.3.1 AMT 技術(shù)在國外的發(fā)展歷史技術(shù)在國外的發(fā)展歷史 在手動變速汽車上實(shí)現(xiàn)自動化，由于其制造成本和使用成本的經(jīng)濟(jì)性、對車輛類 型廣泛的適應(yīng)性、繼承性等公認(rèn)的顯著特點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用，70 年代后 期國外就開始對 AMT 技術(shù)進(jìn)行研究，80 年代中期，美

22、、日、歐先后研制出了自己的 AMT 產(chǎn)品，并應(yīng)用于商用車輛上，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的日新月異，AMT 技 術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，并在 90 年代末應(yīng)用到高級轎車和 Fl 賽車上。 AMT 系統(tǒng)發(fā)展主要經(jīng)歷的三個(gè)階段： 首先是半自動階段。60 年代起，出現(xiàn)了對傳統(tǒng)的離合器和手動機(jī)械變速器的半自 動操縱。瑞典斯堪尼亞(scania)的 CAG 系統(tǒng)(1986 年)和德國奔馳公司(Daimler Benz)的 電推動(EPS)系統(tǒng)(1990 年)系統(tǒng)只是使換擋動作實(shí)現(xiàn)了自動化，并不能實(shí)現(xiàn)控制過程中 最困難的起步過程自動化。Eaton 的 SAMT 系統(tǒng)(1983 年)在自動換擋時(shí)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)?對

23、離合器和發(fā)動機(jī)的控制，白俄羅斯工學(xué)院開發(fā)的 SAMT 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二參數(shù)的換擋規(guī) 律自動判斷擋位并能夠自動完成換擋功能，但是在起步時(shí)仍然是手動操縱離合器。 二是全自動階段。1983 年，日本五十鈴公司(ISUZU)在世界上率先研制成功電子 控制機(jī)械式有級自動變速器NAVI5，并裝于 ASKA 轎車上，在車速為 60km/h 時(shí)， 和液力自動變速器(AT)相比較可以節(jié)油 10%30%左右。伊頓公司在 1983 年也宣布成 功地將重型貨車的手動變速器實(shí)現(xiàn)了自動化。德國的 ZF 公司還對一種 16 擋變速器實(shí) 現(xiàn)了自動換擋，并于 1988 年將其裝備在 Geneva 貨車上。同時(shí)，日本的 Nissan

24、，Hino，美國的 Ford，意大利的 FIAT，法國的 Renault 也先后開展了全自動 AMT 的研究和開發(fā)。 三是智能階段。隨著各種自動變速器在使用中各種問題的出現(xiàn)和人們對車輛性能 要求的不斷提高，人們引入了各種最新的檢測控制技術(shù)來改善自動變速器性能，使擋 位決策及換擋控制對于路面環(huán)境、駕駛員特點(diǎn)、駕駛員意圖更具有適應(yīng)性。目前， AMT 在離合器控制和擋位決策方面采用模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，模仿熟練司機(jī)駕車 中的相應(yīng)操縱以改善起步、換擋、離合器接合的適應(yīng)性。此外，通過 GPS 獲取更多路 面特征信息以提高 AMT 對路面的適應(yīng)性，AMT 電控系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)一體化以 增加信息共享，

25、協(xié)調(diào)控制能力，以及實(shí)現(xiàn)整 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1.3.2 AMT 的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀 鑒于機(jī)械式自動變速器的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今對車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放要求越來越高的 國際形勢下，AMT 系統(tǒng)已成為世界各國汽車零部件供應(yīng)商和整車生產(chǎn)廠家競相開發(fā)的 熱點(diǎn)，并相繼在各種車型上推出各自的產(chǎn)品。美國 Eaton 公司最近推出了電機(jī)控制執(zhí) 行的 Fuller 變速箱；TTC(Transmission Technologies Corporation)公司和 DANA 公司成 功為商用車開發(fā)了 AMT7 變速箱；德國 ZF 公司開發(fā)的 AsTronic 自動變速器；德國 奔馳公司開發(fā)的 Spr

26、intshift 變速箱以及意大利 Magneti Marelli 公司用于法拉利賽車和菲 亞特轎 圖 1.1 歐洲市場變速器應(yīng)用現(xiàn)狀及未來預(yù)測 車的 Selespeed System 系統(tǒng)等等，圖 1.1 是 BorgWarner 公司對歐洲市場的現(xiàn)狀調(diào)查和 未來市場預(yù)測。從中可以看出 AMT 具有廣闊的發(fā)展前景。我國汽車企業(yè)也正在開展自 動變速器的研制工作，一汽、二汽、北汽福田、奇瑞等汽車企業(yè)都正在研制，吉林大 學(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高等院校也在從事這方面的研究，其中吉林大學(xué) 葛安林教授領(lǐng)導(dǎo)研究的兩參數(shù)最佳換檔規(guī)律、動態(tài)三參數(shù)換檔規(guī)律、離合器最佳接合 規(guī)律、最佳同步換檔控制、動態(tài)

27、閉環(huán)換檔控制、離合器模糊起步控制、智能換檔理論 的研究等處于世界先進(jìn)水平。 1.3.3 AMT 的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢 目前自動變速器的應(yīng)用越來越廣泛，但并不意味著自動變速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常 完善，在有些方面還有待改進(jìn)。如對路況、車況的適應(yīng)性以及自學(xué)習(xí)能力等，各國正 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 采取多種技術(shù)途徑，試圖解決這些技術(shù)難題，例如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，這是 自動變速技術(shù)的重要研究方向。近幾年來，國外一直在研究將智能控制理論中的模糊 控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到汽車工業(yè)中，并且在該領(lǐng)域的某些方面已有成功 應(yīng)用的實(shí)例。針對各種自動變速器使用中出現(xiàn)的問題和人們對車輛性能要

28、求的提高， 人們也在探索采用新的檢測和控制技術(shù)來改善 AMT 的性能，致力于開發(fā)具有智能的自 動變速器。主要發(fā)展趨勢有： （1）綜合實(shí)施對發(fā)動機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速和離合器接合速度的控制，完成車輛的起步和 換檔。 由于裝有 AMT 的車輛起步和換檔時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和變速器輸入軸轉(zhuǎn)速之間存在很大 的轉(zhuǎn)速差，只有實(shí)施聯(lián)合協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)、離合器和變速器的綜合控制才能達(dá)到?jīng)_擊度與 滑磨功之間的最佳平衡。 （2）采用模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)進(jìn)行車輛檔位決策。 采用模糊控制技術(shù)來增強(qiáng)對駕駛員意圖和路況、車況的適應(yīng)性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于學(xué) 習(xí)優(yōu)秀駕駛員的換檔數(shù)據(jù)，獲得更“似人”的換檔規(guī)律。 （3）對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制 發(fā)動

29、機(jī)油門和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由機(jī)、電、液系統(tǒng)構(gòu)成，具有難于建模的復(fù)雜 非線性，基于簡化線性模型的控制方法不能滿足精度和魯棒性要求，采用模糊和神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)成為提高控制品質(zhì)的重點(diǎn)研究方向。 1.4 本文的主要工作本文的主要工作 AMT 系統(tǒng)是在傳統(tǒng)手動的固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上,應(yīng)用自動變速理 論,由電控單元控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輛起步、換檔自動操縱。隨著電機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn), 電動式 AMT 成為自動變速器的一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。由于現(xiàn)代轎車的發(fā)展趨向于經(jīng)濟(jì)化、高 速化、簡單緊湊化，所以對于轎車用的機(jī)械式自動變速器（AMT）來說，電控電動式 的自動換檔機(jī)構(gòu)更適合。而電控電動式的自動換檔機(jī)構(gòu)的機(jī)械

30、部分則是要設(shè)計(jì)得更加 巧妙，實(shí)用，可靠，簡單緊湊。由于是電機(jī)作為動力源驅(qū)動離合器，選換檔機(jī)構(gòu)工作， 電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都不大，所以該自動變速機(jī)構(gòu)必須設(shè)計(jì)出減速增扭和反映靈敏等特 性，并且機(jī)構(gòu)必須工作可靠，壽命較長。全電動式的 AMT 的機(jī)械換檔部分主要是由各 種連桿、各種減速齒輪、齒條、蝸輪蝸桿、凸輪等簡單的機(jī)械傳動副組成。因此這就 使得該換檔機(jī)構(gòu)較電控液壓、電控氣壓的操縱機(jī)構(gòu)簡單緊湊，并且系統(tǒng)工作所消耗的 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 功率不大。所以 AMT 的換檔操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化則大大改善了 AMT 變速器制造的 經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)的簡單緊湊性。本文的研究內(nèi)容是針對于 AMT 自動換

31、檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要 包括以下兩個(gè)方面: （1）在綜合研究了國內(nèi)外(尤其是國外)各種驅(qū)動形式的 AMT 的發(fā)展情況的基礎(chǔ) 上設(shè)計(jì)出電控電動 AMT 離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對其離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其中包 括電動機(jī)的選擇，螺桿螺母、桿件、箱體等零部件的設(shè)計(jì)，并對其強(qiáng)度進(jìn)行校核。 （2）對選檔換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括電動機(jī)的選擇，齒輪、齒條、軸、 箱體等零部件的設(shè)計(jì)，并對其強(qiáng)度進(jìn)行校核。 （3）計(jì)算整個(gè)換檔所用的時(shí)間，包括離合器的分離和結(jié)合，換檔從一個(gè)檔塊退回 空檔，選檔后在掛上到另一個(gè)檔的整個(gè)過程所用的時(shí)間計(jì)算，并與實(shí)際使用中所需的 時(shí)間對比。 其中，本文的流程圖如圖 1.2 所示： 廣東技術(shù)

32、師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 圖 1.2 本文工作流程圖 1.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章通過介紹三種自動變速器（AT、CVT、AMT）的各種技術(shù)情況，通過對比后 得出 AMT 自動變速器具有傳動的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造等的優(yōu)點(diǎn)。另外 還介紹了 AMT 變速器在國外的發(fā)展歷史和發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢，這說明 AMT 自動 變速器未來在國外或在國內(nèi)的發(fā)展?jié)摿艽?。由?AMT 技術(shù)適合于我國國情，所以 AMT 的研究對我國未來的汽車電子化發(fā)展有重大的意義。本章末還提出了本文的主要 工作是對轎車用 AMT 執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并列出了本文的設(shè)計(jì)流程圖。 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

33、9 第第 2 章章 AMT 的關(guān)鍵控制技術(shù)的關(guān)鍵控制技術(shù) 2.1 AMT 的原理、結(jié)構(gòu)與分類的原理、結(jié)構(gòu)與分類 2.1.1 AMT 的原理的原理 AMT 電控自動變速器是在手動變速器基礎(chǔ)之上增加相應(yīng)的機(jī)電裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔 功能的機(jī)械式變速器（AMTAutomatic Manual Transmission） 。自動操縱機(jī)構(gòu)由換 檔桿裝置、節(jié)氣門控制裝置、離合器操縱裝置、選換檔操縱裝置、電控單元(TCU)、顯 示單元、線束和插接件等部分組成。電控單元依據(jù)采集的加速踏板位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、 車速、離合器行程、選換檔行程等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，指令電子節(jié)氣門、離合器及選 換檔操縱機(jī)構(gòu)完成換檔動作。換檔過程

34、中 TCU 模擬優(yōu)秀駕駛員的操作從而確保汽車起 步平穩(wěn)、換檔平順、制動不熄火，使駕駛過程簡捷、輕松、自如。其基本思想是：根 據(jù)駕駛員的意圖（加速踏板、制動踏板、選擇器開關(guān)等）和車輛的狀態(tài)（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、 輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、檔位） ，依據(jù)適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律（換檔規(guī)律、離合器接合規(guī)律等） ， 借助相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電子油門離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)） ，對車輛的動力傳 動系（發(fā)動機(jī)、離合器和變速器）進(jìn)行聯(lián)合控制。如圖 2.1 所示。 圖 2.1 AMT 控制原理圖 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 2.1.2 AMT 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) AMT 是一種機(jī)、電、液一體化的產(chǎn)品， 該系統(tǒng)主要由以下四部

35、分組成： （1）被控對象包括發(fā)動機(jī)、離合器和變速器。 （2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、液壓缸(離合器動作缸和選、換檔油缸)等。 （3）傳感器包括速度傳感器(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感 器)、油門踏板位置傳感器、油門開度傳感器、檔位傳感器、離合器位置傳感器等。 （4）電控單元(TCU)包括 CPU、ROM、RAM、I/O 接口等硬件及軟件。 發(fā)動機(jī)、離合器、變速箱是 AMT 的主要控制對象，其中發(fā)動機(jī)的特性是制定合理 的燃料經(jīng)濟(jì)性、動力性換檔規(guī)律的依據(jù)，也是實(shí)現(xiàn)最佳起步、換檔控制的保證；離合 器的扭矩傳遞特性是離合器最佳接合規(guī)律的基礎(chǔ)。另外離合器的一些其它特性如磨損 特性又

36、將影響離合器的控制過程；變速器與 AMT 相關(guān)的特性主要是各個(gè)檔位的傳動比 和同步器的同步摩擦扭矩，它們對換檔品質(zhì)會產(chǎn)生影響。 2.1.3 AMT 的分類的分類 目前，按照執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力源的不同，AMT 可分為電控氣動，電控液動和電控電動 三種類型。 （1）電控氣動 AMT 電控氣動 AMT 選換檔系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣壓驅(qū)動。它的應(yīng)用范圍不廣，對于一 般車輛，由于沒有氣動裝置，所以很少采用，只有在裝有氣壓系統(tǒng)的大型客車或重型 車輛中使用。 （2）電控液動 AMT 電控液動 AMT 的選換檔系統(tǒng)則是用液壓方式驅(qū)動其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它具有能容量大、 操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、有一定的吸振與吸收沖擊的能力

37、以及便于空間布置等 優(yōu)點(diǎn)。但是在利用高速開關(guān)閥控制離合器的系統(tǒng)中，它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作受溫度變化 的影響較大。當(dāng)溫度變化時(shí)，離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中液壓油的粘度發(fā)生變化，因而使離 合器回油管路中的壓力損失發(fā)生變化。溫度降低，回油量減小，離合器的結(jié)合速度減 慢，導(dǎo)致在汽車剛開始起步時(shí)換檔品質(zhì)差。而且溫度降低到一定的程度之后，液壓油 的流動性能大大降低。另外，電控液動選換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于制造，液壓元件對 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 加工的精度要求非常高，特別是對高速電磁閥的加工有很高的要求，因而成本高。 （3）電控電動 AMT 近些年來，隨著電子產(chǎn)品性能的不斷完善，在變速器執(zhí)行控制系統(tǒng)中

38、采用電力拖 動己經(jīng)成為可能，即:自動變速控制系統(tǒng)中要直接控制的對象(油門、離合器以及選換檔 裝置)的相關(guān)動作由電動機(jī)進(jìn)行帶動。綜合以上三種類型 AMT 的特點(diǎn)，電控氣動 AMT 由于其使用的局限性，在一般車輛上難以應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是電控液動 AMT。電 控電動 AMT 作為目前發(fā)展的 AMT 形式，與電控液動 AMT 相比，在以下幾個(gè)方面具 有進(jìn)一步的優(yōu)勢： 取消了液壓系統(tǒng)，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，重量更輕，成本低。 由于直接采用易于控制、精度更高的電動機(jī)取代液壓執(zhí)行元件，使得系統(tǒng)的動 作的誤差減少了，控制方法上也更簡單。 在原有的電控液動 AMT 控制的基礎(chǔ)上，只需對其軟件和硬

39、件以及控制方法上 作少許的改動就能實(shí)現(xiàn)對電控電動 AMT 系統(tǒng)的控制。電控電動 AMT 的特點(diǎn)是:可控性 好、可靠性強(qiáng)、并且對環(huán)境的適應(yīng)性好。 近些年來，執(zhí)行電動機(jī)不斷地向以下幾個(gè)方面發(fā)展： a、可控性、精度、速度不斷地提高； b、適應(yīng)數(shù)字化的發(fā)展方向； c、電動機(jī)趨向于組合化； d、電動機(jī)小型化、實(shí)用化、多功能化。 2.2 AMT 系統(tǒng)功能和關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)功能和關(guān)鍵技術(shù) 2.2.1 AMT 的系統(tǒng)功能的系統(tǒng)功能 AMT 控制系統(tǒng)的主要功能是車輛起步過程與換檔過程的自動控制。駕駛員通過操 縱加速踏板、制動踏板和操縱手柄向電控單元傳遞控制信號，同時(shí)電控單元不斷檢測 車輛的行駛狀態(tài)參數(shù)，如車速、發(fā)動

40、機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器行程、加速踏板位移、油門開度 和檔位位置等。TCU 根據(jù)預(yù)先存儲的最佳換檔規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控 制規(guī)律等，對發(fā)動機(jī)供油、離合器的分離與接合、以及變速器換檔三者的動作與時(shí)序 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，從而獲得優(yōu)良的燃料經(jīng)濟(jì)性與動力性能以及平穩(wěn)起步與迅速換檔的能 力。由于車輛起步、剎車、換檔頻繁，為滿足車輛正常行駛，AMT 控制系統(tǒng)必須安全 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 可靠。AMT 控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要考慮了四個(gè)方面:基本功能、安全功能、診斷功能 和輔助功能。 （1）基本功能 離合器控制 離合器接合過程的控制是 AMT 的關(guān)鍵技術(shù)之一。離合器接合速度根據(jù)離合器主從

41、 動盤未接觸、滑動摩擦傳遞扭矩和已同步三個(gè)階段按快一慢一快的控制策略進(jìn)行控制。 離合器控制是通過離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)離合器的分離與接合的。在離合器接合過程 中，不僅要控制離合器的行程，還要控制離合器的接合速度。在剎車、起步及換檔工 況開始階段需要以一定速度分離離合器達(dá)到及時(shí)切斷動力傳遞的目的，在上述工況結(jié) 束階段要平穩(wěn)地接合離合器，均勻增加離合器傳遞動力的摩擦力矩，使傳動系和車輛 不至于產(chǎn)生過大沖擊度和摩擦功。離合器的控制包括完全分離、半接合(滑摩)、完全接 合三個(gè)狀態(tài)。 選、換檔控制 選、換檔控制是通過控制兩個(gè)電機(jī)完成變速器傳動比的轉(zhuǎn)換。選檔和換檔控制有 嚴(yán)格的時(shí)序要求，即只有選檔到位后才可

42、進(jìn)行換檔操作。換檔控制時(shí)間與換檔力和主 被動齒輪轉(zhuǎn)速差大小有關(guān)，換檔力越大換檔時(shí)間越小，轉(zhuǎn)速差越大換檔時(shí)間越長。換 檔引起動力中斷的時(shí)間與換檔沖擊往往是矛盾的，要快速平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)換檔，變速器的 選換檔控制需要與發(fā)動機(jī)控制和離合器控制進(jìn)行協(xié)調(diào)配合。AMT 系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)發(fā)動 機(jī)負(fù)荷和車速等情況自動變換傳動比，使汽車獲得良好的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 發(fā)動機(jī)控制 正常行駛時(shí)通過油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制油門開度跟蹤駕駛員踩下的加速踏板位移，實(shí) 現(xiàn)油門跟蹤控制。換檔過程中通過油門控制發(fā)動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，上換檔時(shí)降低 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而下?lián)Q檔時(shí)調(diào)高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速使其與離合器從動盤轉(zhuǎn)速一致，防止離合器控 制和油門控制的不協(xié)調(diào)

43、和時(shí)序錯(cuò)誤使動力中斷過程中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過高造成的燃料浪費(fèi) 和噪音，同時(shí)保證很小的離合器主從動片轉(zhuǎn)速差，減少離合器接合磨損和造成換檔沖 擊。起步過程中通過油門控制發(fā)動機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，保證車輛按駕駛員的要求平 穩(wěn)起步。 （2）安全功能 起動禁止如果變速器嚙合車輛不在空檔位置，這時(shí)需要通過控制起動電機(jī)禁止 發(fā)動機(jī)起動，避免車輛前沖，造成人員或車輛的損傷，同時(shí)防止起動電機(jī)超負(fù)荷工作， 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 影響其壽命。 倒檔安全 手柄在倒檔位置時(shí)，要求 TCU 控制變速器掛倒檔，TCU 要判斷車速是否為零，如 不為零則暫時(shí)停止執(zhí)行掛倒檔的操作，以免造成變速箱齒輪打齒對變速箱產(chǎn)生磨

44、損， 以及如果掛不上檔，對行車效率和安全也會產(chǎn)生影響。另外，為了防止駕駛員誤操作， 即使車速為零，如果一軸轉(zhuǎn)速太高，也不執(zhí)行掛倒檔的操作。 轉(zhuǎn)速差過高禁止同步 在變速器主從動齒輪同步過程中，如果主從動齒輪轉(zhuǎn)速差過高，為保證同步器使 用壽命，防止過大的換檔沖擊，要禁止執(zhí)行同步操作，待轉(zhuǎn)速差降到允許的設(shè)定值范 圍內(nèi)方可同步。 轉(zhuǎn)速差過大限制離合器接合行程 在換檔過程的動力恢復(fù)階段，協(xié)調(diào)控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和離合器行程，為了防止發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)速變化率過大造成的換檔沖擊，在離合器主從動盤轉(zhuǎn)速差過大時(shí)限制離合器的接 合行程，但滑摩功和沖擊度是相對的，所以這種控制方案要以適當(dāng)犧牲離合器滑摩功 為代價(jià)。 熄火延時(shí) 當(dāng)

45、駕駛員關(guān)鑰匙熄火后，要通過延時(shí)電路繼續(xù)向 AMT 供電，防止在未摘空檔的情 況下，由突然斷電引起的離合器快速接合而造成的沖擊，以及對人或車造成的傷害:另 外也給駕駛員一定時(shí)間，在熄火后發(fā)現(xiàn)未摘空檔時(shí)以便及時(shí)摘檔。 防止熄火 在剎車和減速工況，通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率來判定發(fā)動機(jī)是否可能熄火， 當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火的判定條件滿足時(shí)，就快速分離離合器，及時(shí)切斷離合器的動力傳遞， 防止發(fā)動機(jī)熄火。 坡道起步 防止車輛在坡道上起步時(shí)出現(xiàn)倒溜而造成的安全隱患，安裝坡上起步裝置或通過 發(fā)動機(jī)離合器的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)坡道安全平穩(wěn)起步。 應(yīng)急功能 在 TCU 故障時(shí)，車輛可以安全模式行駛，使駕駛員將車輛開往修理廠維修

46、。 （3）診斷功能 離合器磨損 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 由于起步、換檔過程中要靠離合器的滑摩來平穩(wěn)傳遞動力，而干式離合器不可避 免地要造成磨損，離合器磨損后如不及時(shí)診斷并補(bǔ)償會直接影響起步、換檔品質(zhì)，所 以要有離合器磨損自診斷和磨損補(bǔ)償功能。 傳感器故障 傳感器出現(xiàn)故障，會造成控制系統(tǒng)的混亂，對于離合器行程，油門開度及加速踏 板位移等位移傳感器故障主要通過給定工況及最大、最小值比較來判斷是否有故障， 而對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速及車速三個(gè)脈沖量主要通過三者的冗余關(guān)系來判斷其中 之一是否出現(xiàn)故障 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障主要發(fā)生在電機(jī)上，執(zhí)行過程所產(chǎn)生的失步將導(dǎo)致離合器分離不

47、徹 底或接合不完全、選換檔不到位而掛不上檔，需要對失步的產(chǎn)生進(jìn)行補(bǔ)償。故障發(fā)生 時(shí)，TCU 應(yīng)生成國際標(biāo)準(zhǔn)故障代碼 BCD 碼供檢修，同時(shí)提醒駕駛員注意。 （4）輔助功能 爬行起步 城市道路工況、倒車或特殊工況，車輛慢起步，確保安全和舒適。 巡航功能 駕駛員無需踩踏板，AMT 系統(tǒng)通過對油門開度、檔位變換，使車輛按最佳燃油經(jīng) 濟(jì)性或最佳動力性按設(shè)定的車速行駛。 驅(qū)動防滑 車輛在附著系數(shù)低的冰雪或濕滑路面起步或加速時(shí)，AMT 系統(tǒng)可通過對離合器、 油門和檔位變化來控制輸出軸轉(zhuǎn)矩來控制牽引力，以達(dá)到防滑控制的目的，提高車輛 的操縱性、穩(wěn)定性和安全性。 顯示功能 包括故障顯示和檔位顯示，故障顯示可把

48、故障情況反映給駕駛員，以便及時(shí)采取 措施排除故障，檔位顯示防止駕駛員檔位誤操作。系統(tǒng)具有串口，可將車輛運(yùn)行狀態(tài) 通過串口上傳上位機(jī) LABVIEW 系統(tǒng)，進(jìn)行車輛狀態(tài)顯示及數(shù)據(jù)分析。 2.2.2 AMT 的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 在電電式 AMT 系統(tǒng)中，執(zhí)行電動機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或直流電動機(jī)，電機(jī)控制性能的 好壞直接決定系統(tǒng)的性能。AMT 控制系統(tǒng)中，除要求電動機(jī)應(yīng)具有快速準(zhǔn)確跟蹤指令 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 信號的能力，還應(yīng)考慮電動機(jī)與被控對象間的機(jī)械連接、AMT 系統(tǒng)非線性、時(shí)變性等 對電機(jī)控制性能的影響。電機(jī)控制策略是 AMT 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，電控單元 中對電機(jī)控制的

49、軟硬件設(shè)計(jì)，直接影響電機(jī)控制性能，也是系統(tǒng)開發(fā)的主要研究內(nèi)容。 （1）離合器的起步控制 離合器起步控制技術(shù)離合器起步控制是 AMT 的難點(diǎn)。AMT 車輛由于取消了離合 器踏板，司機(jī)意圖只能通過加速踏板表達(dá)，起步工況因車輛載荷、路面狀況及駕駛員 意圖等因素變化多樣。起步過程中離合器與發(fā)動機(jī)需要協(xié)調(diào)配合，離合器模型本身存 在著非線性、時(shí)變、滯后等問題，使動力傳動系統(tǒng)的控制，尤其是干式離合器和發(fā)動 機(jī)的配合控制非常復(fù)雜，不同的環(huán)境條件、不同的車輛狀況及不同的駕駛習(xí)慣和操縱 意圖，要求采用不同的控制策略。在起步和換檔過程中，離合器要自動分離和接合， 接合過快會造成嚴(yán)重沖擊，影響舒適性和傳動系壽命，甚至

50、造成發(fā)動機(jī)熄火;接合過慢， 由于離合器滑摩時(shí)間過長，溫度急劇上升，會加速摩擦副的磨損，也影響車輛的動力 性。所有這些都使離合器控制問題復(fù)雜化。 為保證離合器的控制性能，國內(nèi)外進(jìn)行了長期的研究，結(jié)果表明接合規(guī)律由人 車環(huán)境共同確定。1983 年 Esenovsky-Lashkov 對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與油門開度、離合器傳 遞扭矩與其行程的關(guān)系進(jìn)行了理論分析，建議以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或油門開度作為離合器接 合過程的控制參數(shù)，Pellegrino 對此進(jìn)行了試驗(yàn)研究。J.M.施利克和 1954 年上市的 NAVI5 采用并發(fā)展了這種思想，控制策略被細(xì)分成爬行控制(Creep)和正常(Normal) 控制兩種模式。但

51、是試驗(yàn)表明僅僅根據(jù)發(fā)動機(jī)的信息確定的接合規(guī)律不能滿足乘員對 舒適性的要求。Karihara、sugimura、Braun、westendorf、Fischer 等增加信息采集量， 以油門開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器從動片轉(zhuǎn)速、離合器行程作為控制參數(shù)，利用發(fā)動 機(jī)與離合器從動片的轉(zhuǎn)速差和油門開度信號控制離合器的接合過程，同時(shí)以離合器行 程或傳遞扭矩構(gòu)成閉環(huán)控制，這是目前非常有影響的控制方案。1993 年 Tanaka 首次引 入司機(jī)經(jīng)驗(yàn)，利用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板角度、離合器輸出軸轉(zhuǎn)速以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變 化率，采用模糊規(guī)則獲得離合器接合過程的位移變化量，實(shí)車試驗(yàn)表明無論在平坦路 面還是坡道起步，均獲得了

52、較為滿意的效果。申水文將控制器分為兩層，上層在線推 理離合器操作邏輯，下層適時(shí)執(zhí)行操作邏輯，發(fā)展了專家模糊控制、綜合模糊控制和 基于規(guī)則的 PID 模糊控制。1998 年雷雨龍?zhí)岢鼍S持發(fā)動機(jī)恒速起步控制原則，可以減 小滑摩和排放污染，但沒有將整車行駛平穩(wěn)性作為控制目標(biāo)。2000 年陳俐將自動離合 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 器分成兩個(gè)解耦的子系統(tǒng)，并采用自適應(yīng)最優(yōu)控制方法取得了較好的控制效果。 但是由于離合器控制是一個(gè)復(fù)雜的人車環(huán)境的綜合控制問題，車輛本身的動 力學(xué)特性十分復(fù)雜，離合器控制受負(fù)載條件、道路條件、氣候條件、車輛磨損狀況及 駕駛員意圖等諸多因素的影響。同時(shí)離合器膜片

53、彈簧的非線性載荷變形特性，摩擦 片的磨損對離合器摩擦系數(shù)和傳遞扭矩的影響，摩擦片摩擦系數(shù)受溫度變化的影響及 與主、從動盤轉(zhuǎn)速差的復(fù)雜關(guān)系，發(fā)動機(jī)動態(tài)特性的非線性，輪胎和懸掛系統(tǒng)特性的 非線性，此外控制目標(biāo)不但需要滿足起步過程車輛的平順性要求，還要滿足減少離合 器磨損，延長離合器使用壽命的要求，而兩個(gè)控制目標(biāo)又是相互矛盾的，給離合器接 合性能的動態(tài)評價(jià)造成困難，這些都對最佳接合規(guī)律的實(shí)現(xiàn)帶來相當(dāng)大的難度。在離 合器控制中通過對所采集傳感器信息來辨識駕駛員意圖、車輛運(yùn)行狀態(tài)和外界環(huán)境， 確定能適應(yīng)各種工況、性能優(yōu)良的最佳離合器接合規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)離合器智能化控制的 關(guān)鍵。 （2）檔位決策與控制 檔位決

54、策與控制就是根據(jù)駕駛員意圖、車輛運(yùn)行狀態(tài)和外界環(huán)境，按照設(shè)定的目 標(biāo)(如經(jīng)濟(jì)性、動力性)最佳的原則，確定當(dāng)前車輛的最佳檔位，并通過選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的控制使變速器工作在最佳檔位。 為提高車輛動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，必須合理選擇換檔時(shí)機(jī)并始終在最佳檔位行駛， 同時(shí)換檔操作應(yīng)保證換檔過程的平穩(wěn)性和快捷性。換檔策略是指變速器的自動換檔時(shí) 刻隨控制參數(shù)而變化的關(guān)系。換檔控制策略的優(yōu)劣是衡量車輛在采用自動變速技術(shù)后 能否充分發(fā)揮其動力性、經(jīng)濟(jì)性及可駕駛性的關(guān)鍵。 最佳檔位的決策方法早期主要采用基于理論求解的方法，即選擇一定的換檔控制 參數(shù)，如兩參數(shù)(車速、油門)或動態(tài)三參數(shù)(車速、油門、加速度)，按照某種指標(biāo)

55、最優(yōu) 的目標(biāo)，通過車輛動力學(xué)方程求解獲得換檔控制規(guī)律，已形成了完整的理論和求解步 驟。目前所采用的不論是基于穩(wěn)定行駛工況的兩參數(shù)控制理論，還是基于動態(tài)過程的 三參數(shù)控制理論，都只能反映汽車的行駛狀態(tài)，而沒有考慮行駛環(huán)境和駕駛員操縱意 愿對傳動系統(tǒng)自動變速控制的影響。在車輛運(yùn)行環(huán)境和車輛工況與最佳換檔規(guī)律設(shè)定 一致時(shí)，才能保證車輛處于最優(yōu)檔位，當(dāng)車輛的實(shí)際運(yùn)行條件與換檔規(guī)律的設(shè)定條件 有較大差別時(shí)，則無法保證在最優(yōu)檔位工作。如在復(fù)雜路面遇到坡道、彎道、制動等 情況時(shí)，會出現(xiàn)頻繁換檔的現(xiàn)象，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生與駕駛員實(shí)際愿望相反的操作，即 意外換檔和換檔循環(huán)，不具有自動適應(yīng)車輛狀況、道路環(huán)境和駕駛員意

56、圖的能力。為 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 使換檔控制能適應(yīng)道路環(huán)境變化和不同的駕駛意圖，很多學(xué)者進(jìn)行了這方面的研究。 如 Hiroshi Yamaguchi 采用車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和檔位為控制參數(shù)，歸納出 控制規(guī)則，模仿熟練駕駛員的操作以改善自動換檔性能。申水文引入坡道和彎道等環(huán) 境信息和模糊推理技術(shù)，在線修正二參數(shù)換檔規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)在坡道、彎道等特殊環(huán)境 條件下按駕駛員意圖正確換檔。 由于 AMT 換檔過程是在切斷動力的條件下進(jìn)行的，因此要求換檔時(shí)間盡可能短， 以減少動力損失。而切斷動力和恢復(fù)動力的過程均會造成沖擊，沖擊的強(qiáng)度又隨這兩 個(gè)過程時(shí)間的縮短而增加，因此既要縮

57、短換檔時(shí)間，又要減少換檔沖擊，這對換檔控 制提出了更高要求。最佳檔位決策除與車輛工況參數(shù)有關(guān)外，還受到路面環(huán)境、駕駛 意圖等的影響，存在著時(shí)變、變結(jié)構(gòu)及非線性等特點(diǎn)。制定適應(yīng)性強(qiáng)、換檔性能優(yōu)越 的智能換檔策略，是 AMT 技術(shù)研究和發(fā)展的重要方向，也是當(dāng)前 AMT 的一大技術(shù)難 題。 （3）發(fā)動機(jī)控制技術(shù) 由于 AMT 自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在換檔時(shí)必須切斷動力。換檔前后傳動系統(tǒng)傳動比發(fā) 生了突變，在動力切斷后再次接合時(shí)，必然會產(chǎn)生沖擊。AMT 車輛在起步時(shí)，離合器 從動盤的轉(zhuǎn)速開始時(shí)為零，主、從動盤的轉(zhuǎn)速差最大，離合器接合時(shí)必然產(chǎn)生車輛的 沖擊和離合器的磨損，必須通過對離合器接合速度及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的

58、協(xié)調(diào)控制，使車輛 沖擊和離合器磨損均能達(dá)到滿意的效果，所以發(fā)動機(jī)控制是提高電控機(jī)械自動變速換 檔品質(zhì)，改善車輛起步及行駛平穩(wěn)性和延長離合器使用壽命的關(guān)鍵。在 AMT 系統(tǒng)中， 發(fā)動機(jī)和離合器及變速器之間存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響，必須對各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào) 配合控制，這也是 AMT 系統(tǒng)的核心技術(shù)。 2.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要是介紹了 AMT 變速器的工作原理和 AMT 的三種分類：電控氣動 AMT、電控液動 AMT、電控電動 AMT，其中電控電動 AMT 有著控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡 單，重量輕，成本低，控制方法上簡單等的有點(diǎn)，所以電控電動 AMT 的發(fā)展?jié)摿^大。 另外本章還介紹了 AMT 的系

59、統(tǒng)功能和 AMT 的關(guān)鍵控制技術(shù)。其中 AMT 控制系統(tǒng)的 功能設(shè)計(jì)主要考慮了四個(gè)方面:基本功能、安全功能、診斷功能和輔助功能。以 AMT 的基本功能為主，離合器控制，選、換檔控制，發(fā)動機(jī)控制為 AMT 的關(guān)鍵控制技術(shù)。 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 第第 3 章章 電動離合器操控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)電動離合器操控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 電動離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案選擇電動離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案選擇 電動離合器是將原有的由人控制的離合器改由電子控制，模仿經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員 來對離合器進(jìn)行分離與接合。它是在傳統(tǒng)的離合器上并聯(lián)上一套由電機(jī)驅(qū)動的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)?？偟膩碚f，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要完成兩個(gè)任務(wù)。一方面，

60、將作為動力源的電機(jī)所 帶來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過一定的傳動方式轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動;另一方面，由于離合器分離時(shí)需 要較大的驅(qū)動力，普通的電機(jī)無法直接驅(qū)動，因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)還需要增大驅(qū)動力，即 采取一定的傳動比以增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力。下面列出了目前常見的三種驅(qū)動方式。 （1）齒輪傳動。齒輪傳動可以采用單級或多級傳動以實(shí)現(xiàn)較大范圍的傳動比，從 而達(dá)到離合器分離所需要的驅(qū)動力要求。但是汽車在起步和行駛過程中，有時(shí)離合器 的位置需要保持固定，對于齒輪傳動來說，離合器位置的保持需要靠電動機(jī)供電來維 持，增加了電能損耗，而且實(shí)現(xiàn)起來比較困難，并且齒輪傳動的結(jié)構(gòu)尺寸比較大，不 利于加裝。 （2）蝸輪蝸桿傳動。蝸輪蝸桿傳動具

61、有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)，噪聲小 和自鎖性等優(yōu)點(diǎn)。但是在傳動時(shí)，蝸輪與蝸桿嚙合齒面間存在比較大的相對滑動速度， 磨損量很大，傳動效率較低。另外蝸輪蝸桿常使用的是有色金屬，對有色金屬的消耗 量較大。 （3）螺旋傳動。電動機(jī)帶螺桿旋轉(zhuǎn)，然后由螺桿帶動螺母旋轉(zhuǎn)并沿螺桿軸向運(yùn)動， 這樣螺母將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動以拉緊和松開拉索，這樣便使離合器得以分離和結(jié) 合。采用螺旋傳動主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。l)具有一定的傳動比，因此可以增加電機(jī)傳遞 的轉(zhuǎn)矩。2)當(dāng)離合器需要保持在一定位置時(shí)，螺旋傳動可以實(shí)現(xiàn)反向自鎖，從而很容 易使離合器固定在一定的位置。 根據(jù)上面的討論，本系統(tǒng)采用螺旋傳動驅(qū)動形式。查閱桑塔納轎

62、車的有關(guān)離合器 方面的參數(shù)：離合器所需的最大分離力為 800N，其中分離軸承的分離行程為 9mm，而 分離軸承與離合器分離指之間的自由行程為 3mm。根據(jù)其參數(shù)設(shè)計(jì)出一種轎車用的 AMT 電動離合器的操作機(jī)構(gòu)，對該機(jī)構(gòu)的要求是：在滿足提供足夠的分離力的情況下 電機(jī)功率應(yīng)該盡量小，機(jī)構(gòu)能在 0.12s 之內(nèi)分離離合器。離合器的操作機(jī)構(gòu)簡圖如下圖 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.1 1 電動機(jī) 2 螺桿 3 螺母 4 助力彈簧 5 拉桿 6 分離杠桿 7 分離軸承 8 離合器 圖 3.1 離合器操控機(jī)構(gòu)原理圖 工作原理：電動機(jī)工作，帶動螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)功轉(zhuǎn)換成套在螺桿上的螺 母

63、的向右的直線運(yùn)動。螺母拉動拉桿向右移動，拉桿拉動分離杠桿繞其支點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn) 過一個(gè)角度后推動分離軸承做向左的軸向移動，從而使離合器分離。電機(jī)的反轉(zhuǎn)則使 離合器結(jié)合。 3.2 電機(jī)的選型電機(jī)的選型 分離離合器所需的最大推力為 800N，其中分離的有效行程是，要求分離mmS9 1 的有效行程所需時(shí)間為 0.08s，則計(jì)算出分離離合器的最大功率。 WWP90 08 . 0 009 . 0 800 t S F 1 1 MAX 離 根據(jù)分離離合器所需的功率以及功率余量選取電機(jī)。 選取 5DM120A 型號的直流電機(jī)，參數(shù)表 3.1： 表表 3.1 離合器直流電機(jī)的參數(shù)離合器直流電機(jī)的參數(shù) 額定電壓額定電流

64、額定功率額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩 12V13A120W2000rpm0.8Nm 3.3 電動離合器操控機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì)電動離合器操控機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì) 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 3.3.1 螺桿的設(shè)計(jì)螺桿的設(shè)計(jì) （1）螺桿驅(qū)動力的計(jì)算 由于要求離合器螺桿能雙向傳力，且能使螺旋副自鎖，效率不能太低，加工容易， 所以選用梯形螺紋。離合器操作機(jī)構(gòu)采用的螺旋副傳動方式為螺杠轉(zhuǎn)動螺母移動， 其受力方式如圖3.2所示，即螺母承受軸向力F，對應(yīng)的螺杠驅(qū)動力矩為Mt。 圖3.2 螺旋副受力圖 在軸向載荷F的作用下，絲桿中徑的處的圓周力Ft為： 2 d （3-1） 2 tan 2 22 d F d FF

65、 dt 其中為螺紋升角： （3-2） 2 arctan d L 為當(dāng)量摩擦角，若用代入上式（3-2），則有： d tan22 2 Ld （3-3） 2tan tan 2 FLFL M d t L為螺紋導(dǎo)程，為絲桿的傳動效率，則有絲桿軸向負(fù)荷與輸入轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： （3-4） L M F t 2 螺母的移動速度與螺桿轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：。nLv 設(shè)計(jì)分離杠桿的比值為1:2，其中2為拉桿端，所以分離離合器拉桿端所需的最大拉 力為。N400N 2 800 2 F 離 拉 F 為了能滿足分離離合器在0.12S內(nèi)實(shí)現(xiàn)，則要求螺母的移動速度為： 轎車用機(jī)械式自動變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 （3-5） t iS v i

66、為分離杠桿的杠桿比 i=2； S為離合器的總行程 ； 21 SSS 為離合器的有效分離行程 ； 1 SmmS9 1 為離合器分離軸承的自由行程 ； 1 SmmS3 2 將各個(gè)數(shù)值代入式（3-5）得 min 12200 12 . 0 392 m s mm s mm v （2）計(jì)算絲桿的中徑 2 d （3-6） p F d 2 F為軸向載荷 F=400N； 梯形和矩形螺紋 取=0.8； 螺母為整體式的 ?。? . 1 為材料的許用壓強(qiáng) 根據(jù)螺母的滑動速度選用螺桿的材料為45剛，螺母的材料 p 為灰鑄鐵。則其滑動螺旋副材料的許用壓強(qiáng)??； Mpap5 將各個(gè)數(shù)值代入式（3-6） ，得：mmmmd3 . 6 53 .