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机械式自动变速器控制技术的研究 摘要 汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。在现代汽车上，电子技术的 应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。电控机械式自动变速器( a m t ) 就是 电子技术飞速发展的产物。 电控机械式自动变速器( a m t ) 是在原有固定轴式手动变速器和干式离合器的基础 上应用自动变速理论和先进的电子控制技术，通过电子控制单元控制电、液执行机构 实现车辆动力系统的自动操纵。 电控机械式自动变速器( a m t ) 不仅具有手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、 结构简单、易制造等长处，而且具有液力自动变速器因自动换档带来的优点。在当令 对车辆燃油经济性和排放要求越来越高的国际形势下，该系统已成为世界各国汽车零 部件供应商和整车生产厂家竞相开发的热点。国内汽车企业也正在开展自动变速器的 研制工作，一汽、二汽、奇瑞等汽车企业都正在研制。本文结合相关的科研内容，对 实验车辆所采用电控机械式自动变速器( a m t ) 控制技术进行以下几方面的研究工作， 并取得一定的成果。 1 、通过试验整理与计算过程获得了发动机部分负荷速度特性、离合器转矩特性、 变速器的静、动态操纵特性，为三者问综合控制奠定了基础。 2 、对实验用的膜片弹簧离合器进行了特性分析，对发动机、离合器及变速器的 控制技术各自进行了研究。建立车辆动力传动系统数学模型，确定了离合器的控制方 法，研究了换档规律和换档特性，进而建立了简单的抉档过程的动力系统模型。 3 、在前面分析的基础上制定了a m t 的综合控制程序，进行了控制性能试验，对 a m t 车辆的起步、换档过程进行了测试，获得了效果良好的试验数据。通过调试及试 验达到了预期效果。 关键词：汽车电控机械式自动变速器综合控制 s t u d yo nc o n t r o lt e c h n o l o g yf o ra u t o m a t e dm a n u a lt r a n s m i s s i o n a b s t r a c t t h ea u t o m o b i l ee l e c t r o n i ct e c h n o l o g yi sap r o d u c to f t h ea u t o m o b i l et e c h n o l o g ya n dt h ee l e c t r o n i c t e c h n o l o g y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r ya n dt h ee l e c t r o n i c si n d u s t r yo nt h em o d e m a u t o m o b i l e ，t h ea p p l i c a t i o no fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g yi sm o r ea n dm o r ew i d e s p r e a d ，t h ed e g r e eo f a u t o m o b i l ee l e c t r o ni sa l s om o r ea n dm o r eh i g h a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m t ) i st h e p r o d u c to f t h ee l e c t r o n i ct e c h n o l o g yr a p i d l yd e v e l o p m e n t a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m t ) d e s i g n e do nt h eg r o u n do fm a n u a lt r a n s m i s s i o na n d d r yc l u t c h ，i sa b l et or e a l i z ea u t o m o t i v es t a r t i n ga n ds h i f t i n go f t h ev e h i c l eb ye l e c t r o - h y d r a u l i ca c t u a t o r t h a ti sc o n t r o l l e db yt r a n s m i s s i o nc o n t r o lu n i t ( t c l n a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m t ) t a k e sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ef a m i l yo fa u t o m a t i c t r a n s m i s s i o n ，d u et oi t sh i g ht r a n s f e r r i n ge f f i c i e n c y ，l o wc o s t ，s i m p l ys t r u c t u r ea n de a s i n e s st o m a n u f a c t u r e t h es y s t e m h a s b e e n a t o p i co f g e n e r a l i n t e r e s t b e c a u s e o f i t s e x c e l l e n c e p r o p e r t i e sa n d t h e d e m a n d so fi m p r o v i n gv e h i c l eo i le f f i c i e n c ya n dd e c r e a s i n gv e h i c l ee x h a u s t e dg a si nt h ew o r l d s o m e v e h i c l ec o r p o r a t i o n sa r ed e v e l o p i n gt h ea m tt e c h n o l o g yi nc h i n a f o re x a m p l ef i r s ta u t o m o b i l e c o r p o r a t i o n ，s e c o n da u t o m o b i l ec o r p o r a t i o na n dc h e r r ya u t o m o b i l ec o r p o r a t i o n t h ep a p e ri sc a r r i e d o u tc o m b i n i n gt h er e l a t e dr e s e a r c hp r o j e c t w i t ht h er e s e a r c ho ft e c h n o l o g ya b o u ta m to ft e s tv e h i c l e ， t h ep a p e r sm a i nw o r kc o n t e n t si n c l u d es e v e r a lq u e s t i o n st h a ts h a l lb ea n a l y z e df o l l o w i n g 1 、t h ep a r t i a ll o a dv e l o c i t yc h a r a c t e r i s t i co ft h ee n g i n e ，t o r q u ec h a r a c t e r i s t i co fc l u t c h ，t h es t a t i c a n dd y n a m i cc o n t r o lc h a r a c t e r i s t i co ft r a n s m i s s i o na r eo b t a i n e db yt h ee x p e r i m e n t , w h i c he s t a b l i s ht h e f o u n d a t i o no f i n t e g r a t i o nc o n t r o la m o n g t h e i r s 2 t h ec h a r a c t e r i s t i co fp a r c e ls p r i n gc l u t c hw a sa n a l y z e d ，a n ds t u d i e dt h ec o n t r o lt e c h n o l o g yo f t h ee n g i n e ，t r a n s m i s s i o na n dc l u t c hs e p a r a t e l y t h em a t hm o d e lo fv e h i c l ep o w e rd r i v es y s t e m ，w a s e s t a b l i s h e dt od e f i n et h ec o n t r o lm e t h o do f c l u t c h ，a n a l y z e dt h er u l ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fs h i f tc l u t c h ， a n de s t a b l i s h e dt h es i m p l ep o w e rs y s t e mm o d e lo nt h ec o u r s eo f t h es h i f tc l u t c h 3 b a s e do nt h er e s e a r c ha n dt h ea n a l y s i s ，t h ei n t e g r a t ec o n t r o lp r o g r a mw a ss e td o w no f a m t t h e p r o p e r t i e so ns t a r t i n ga n ds h i f t i n gc l u t c ho fa m t v e h i c l ew a st e s t e d ，a n do b t a i n e dt h ef a v o r a b l et e s t d a t a t h e r e f o r et h ei n t e g r a t ec o n t r o lp r o g r a ma c h i e v e sav e r yg o o dc o n t r o le f f e c t k e y w o r d s ： v e h i c l e ，a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m t ) ，i n t e g r a t ec o n t r o l i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：彩沥、签字嗍耐年广月扩目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意吉林农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 学位论文作者签名： 劾动，轧 剔隧轹 哭锣l 签字日期：，以年；咱日 签字日期：o 寸学1 1 年f 月骞日 吉林农业大学硕士学位论文 机械武自动变速器控制技术的研究 第一章绪论 1 1 本文研究的目的及意义 汽车的发展在经历了动力革命、传动革命后，已进入控制革命阶段，即由从各总 成的单独控制向动力传动系统一体化综合控制；由一般控制向智能化、网络化控制发 展。 随着汽车工业和运输事业的日益发展，人们对汽车的使用性能提出了更高的要 求。在汽车的操纵使用中，传统的手动换档过程所存在的问题显得尤为突出，因此， 汽车传动系的自动操纵已成为改进和完善汽车性能的重要方向。电控机械式自动变速 器( a m t ) 正是汽车电子技术飞速发展的产物，它极大的提高了汽车使用性能。 我国的自动变速技术开发较晚，相对落后，装车率较低。本课题的目的是对低成 本、高性能的电控机械式自动变速系统进行研究，以期改善汽车换档的动力性、经济 性，减轻驾驶人员的劳动强度，提高行驶安全性。 采用电控机械式自动变速器可以消除或降低动力传动系中的冲击和动载荷。这对 地形复杂、路面恶劣条件下工作的车辆尤其重要。采用自动变速器的车辆，取消了离 合器踏板和变速操纵杆，只要控制油门踏板，就能自动变速，从而改善了驾驶员的劳 动强度，提高了其行驶安全性及灵活性。 电控机械式自动变速器( a m t ) 具有价格低、结构简单、性能价格比高、生产 继承性好等优点，其硬件开发与软件研制对各种车型汽车都适合。从世界范围来看， 它是自动变速的一个重要发展方向。在当今对车辆燃油经济性和排放要求越来越高的 国际形式下，该系统已成为世界各汽车企业竞相开发的热点。 通过电控机械式自动变速器( a m t ) 综合控制的研究，对a m t 的控制技术的进 一步发展，对于早日扩大a m t 的在车辆上形成产品化有着一定的实际意义 1 2 自动变速器的分类 自动变速器种类很多，目前国际上使用较多的汽车自动变速器主要有液力自动变 速器a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ( 简称a t ) 、无级自动变速器c o n t i n u o u s l yv a r i a b l e t r a n s m i s s i o n ( 简称c v t ) 、电控机械式自动变速器( a u t o m a t e dm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n 简称a m t ) 3 1 。 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速器控制技术的研究 1 2 1 液力自动变速器( a t ) 早期在汽车上实现自动换档的是装有液力机械变速器( a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n 简 称a t ) 的车辆。自1 9 4 0 年美国通用汽车公司首次将液力变速器装车，采用此种变速 器后可以在不切断动力的情况下实现自动换档。驾驶人员只需要操纵加速踏板控制车 速，不必考虑应该选择哪一档位和进行换档操作，从而有效的降低了驾驶人员的疲劳 强度。一些主要工业国家均在这方面的研究中投入大量的人力和物力，以致使现代的 生产过程已达到系列化和专业化。 液力自动变速器是将发动机的机械能平稳地传给车轮的一种液力机械装置，以其 良好的乘坐舒适性、方便的操纵性、优越的动力性、良好的安全性奠定了在汽车工业 的主导地位。这种自动变速器的主要优点：其一是液力变矩器的自动适应性使其具有 无级连续变速及变矩能力，对外部负载有自动调节和适应性能，从根本上简化了操纵： 其二是汽车起步平稳，加速迅速、均匀、柔和。提高了乘坐舒适性与行驶安全性；其 三是液体传动本身具有一定的减振性能，能够有效地降低传动系的尖峰载荷和扭转振 动，延长了传动系的寿命。液力自动变速器主要缺点是效率低、制造难度大、成本高。 1 2 2 无级自动变速器( c v t ) 早期进行使用的无级自动变速器，因为受传动橡胶带强度所限制，只用于微型轿 车。1 9 8 7 年美国福特汽车公司在市场上首次推出去除无级传动皮带，改为由许多薄 钢片穿成的钢环，使其与两个锥轮的槽，在不同半径上咬合实现速比改变的变速器。 该变速器的特点是，起步时通过由定传动比齿轮构成的副传动路线来传递动力， 保证起步性能；当达到规定车速时，变换到由带传动所确定的主动力传动路线；可以 使发动机始终在经济工况区运行从而大幅度省油；降低排气污染：传动比连续、传递 动力平稳、操纵方便、行驶舒适、加速性能好。由于c v t 能够传递的发动机转矩有 限，比较适合发动机功率不大的轿车。 1 2 3 电控机械式自动变速器( a m t ) 电控机械式自动变速器是在原有固定轴式齿轮变速箱的基础上，把选、换档和离 合器及发动机油门的操纵控制自动化。使a m t 既具有液力自动变速器自动变速的优 点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。 它的不足之处是非动力换档，但可以通过电控软件方面来得到一定弥补。 由于a m t 是非动力换档，在起步和换档品质上与占主导地位的a t 相比有一定 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速器控制技术的研究 差距，故主要用于中低档乘用车和商用车。因此人们研究出了动力换档机械式自动变 速器，主要有辅助扭矩型和双离合器式自动变速器( d c t ) ，其中d c t 融合了a t 和 传统的a m t 的优点，是目前国际特别是欧洲大力研究和发展的新一代自动变速器。 a m t 与液力自动变速器和无级自动变速器相比，具有传动效率高、成本低、易 制造的优点，从世界范围来看，它是自动变速的一个重要发展方向，是非常适合我国 国情的机电液一体化高新技术产品。 1 _ 3电控机械式自动变速器的控制技术 1 3 1 电控机械式自动变速器的发展过程 电控机械式自动变速器( a m t ) 是在传统手动变速箱和干式离合器的基础上应 用自动变速理论和先进的电子控制技术，通过电子控制单元控制电、液执行机构实现 车辆动力系统的自动操纵。电控机械式自动变速器的发展过程大体经历了三个阶段： 第一阶段a m t 起步阶段。瑞典s c a n i a 的c a g 系统，d a i m l e rb e n z 的e p s 系统， 美国e a t o n 的s a m t 系统。都属于半自动变速器，其实质是辅助换档系统，换档时刻 由驾驶员决定，微机系统主要完成换档的功能。 第二阶段a m t 发展阶段。其标志是日本五十铃公司于1 9 8 4 年投放市场的 n a v i _ 一5 电控机械式自动变速器。意大利的f i a t ，瑞典的s c a n i a 、v o l v o ，美国的f o r d 、 e a t o n ，日本的n i s s a n 均开展此方面的研究。 第三阶段a m t 智能阶段。从上世纪八十年代，由于电子技术的高度发展，为 高品质自动离合器的实现奠定了坚实的基础。换档规律和车辆起步时离合器的控制问 题都受外界环境、驾驶人员的主观愿望和车辆客观运行状态的影响。科研人员开始采 用模糊推理的智能方法进行此方面的研究。 自2 0 0 0 年以来，b n e z 的r i n t s h i f l 机械式自动变速器广泛应用于奔驰的s p r i n t e r 商用车及s m a r t 乘用车、德国大众的p o l o 乘用车、意大利的f i a t 的商用车。s i e m e n s e l e c t r o n i c s 开发的a m t 、z f 和s a c h s 公司共同开发的z f a s t r o n i c 以及美国e a t o n 公司的机械式自动变速器也获得广泛应用商用车上。国外使用情况见表1 1 童鳖墨些查兰堕主兰堡笙塞 塑= 垫苎! 翌壅垩墨丝型垫查塑! 壅 表1 1 国外主要产品和生产厂家 t a b l e i 1t h em o s t l yp r o d u c ta n dp r o d u c ef a c t o r yo v e r s e a s 产品名称生产商类型特点鹰； j 专利“l o a d b a s e d ”换挡规律、专 利无离台器“d a t a - l i n k ”换挡； e a t o n 具有保持挡；中重型裔州午 a u t os i f t f t a m t ( 美国)集成系统管理和个人信息管理； 辆 现场可编程；降低电子器件和导 线5 0 ；1 2 2 4 v 供电。 与e d c 之间通过c a n 总线进行通中重型商用车 a s t r o n i c z f ( 德国) a m t 讯换挡时无需离舍器。辆 m e r c e d e s b e 在e p s ( e l e c t r o n i cp o w e rs t a r t ) 电控 中重型商用车 e a sa m t 动力换挡系统上集成 n z ( 德国) 辆 离合器电子控制 v e r m i 并l 全自 f e r m t i ，s 赛车如f e r t a n m a g n e t i - m a t e动换挡时间可达到o 1 5 s ； s v s t e l nf 3 5 5 f 1 m ( 意大利) a s c s m a g n e t 全自轿车如：t h e a l f a s e l e s p e e d m a f e l i i f 意火动电控油门保证换挡平顺性。 1 5 620 t w i n 利) a s c s s p a r kv e l s i o n 电控 m s e q u 瞄b m w ( 德国) 离合 价格便宜、体积小但非全自动， 高级轿车 器 也没有s e l e s p d 动作迅速和平滑， 电控 轿车如s b9 0 0 s e n s o n i e s a b b 触) 离台电动、具有自适应能力。 s e m o n i c 器 a p ( 英国) 、 电控 e a s ys y s t e mr e n a u l t ( p ：去 离合液动 普通轿车 国)器 a p b o r g 电控 电动油门、液动离台器，离合器 a c i 苫 离合 b e c k ( 英国) 油缸内置离台器行程传感器 器 眦t c l 电控 e c s ( e k s ) 离合部分产品以电机为驱动机构 s a c h s ( 德国) 器 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速器控制技术的研究 1 3 2 电控机械式自动变速器的特点 am t 不仅保留了手动变速器机械效率高、成本低的特点，实现了液力机械式自 动变速器的功能和优点。由于a m t 是完全在平行轴式手动变速器的基础上加装自动 操纵机构实现自动换档的，因此它保留了原手动变速器传动效率高、价廉、易于制造 等优点，而且还具有a t 由于实现了起步、换档自动操纵所带来的全部优点，但由于 结构形式的限制，与a t 相比在控制方面的难度更大。具体表现如下： ( 1 ) 中断动力换档，电控机械式自动变速器的工作原理决定了它在换档过程中 首先要分离离合器，然后将变速器摘空挡，再选档、换档，最后接合离合器。这样， 当离合器分离后，直到离合器再重新接合之前，发动机的动力将不能被传递到车轮去 驱动车辆运行，所以换档过程中产生了动力传递的中断。也就不可避免地要影响换档 品质以及车辆动力性和经济性。 ( 2 ) 机械式自动变速器在换档过程中变化油门，远远难于定油门状态下换档的 液力变速器。 ( 3 ) a m t 需要增加坡道辅助起动装置，以提高安全性。 1 3 3 电控机械式自动变速器的分类 a m t 的选换档系统可分为电控一气动，电控一液动和电控一电动( 全电式) 三 种类型 3 1 。 1 电控一气动a m t 电控气动选换档系统对于一般车辆，一般不采用，只有在车上有现成的储气罐时， 气动能源可以直接由储气罐提供，不需要额外的能源装置。 2 电控一液动a m t 液压系统根据电控单元的指令控制电磁阀，使执行机构自动地完成离合器分离、 接合和变速器选换档。电控液动选换档系统具有能容量大、操作简便、易于实现安全 保护、具有一定的吸振与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点。采用高速开关阀 控制离合器的系统中，存在的主要缺点就是温度发生变化会使离合器的执行机构中液 压油的粘度发生变化，因而使离合器回油管路压力损失产生变化。其次是液压元件对 加工的精度要求非常高，使制造成本提高较多。 3 电控一电动a m t 近些年，由于电子产品性能的完善，使电力拖动在变速控制系统中得到采用。电 控电动式a m t 的执行机构由直流电机驱动，与电控液动的相比，具有结构简单，控 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速器控制技术的研究 制灵活，对环境的适应强，工艺简单，成本低，能耗小等特点。缺点是电机的执行动 作没有液压系统精确，而且选换档的动作比较迟缓，对于选换档速度不需要太快的情 况下可以使用电机驱动。 1 3 4 电控机械式自动变速器的发展现状 在当今对燃油经济性和排放要求越来越高的国际形势下，鉴于机械式自动变速器 的优点，世界各国生产厂家竟相推出各自的产品。德国z f 公司开发的a s t r o n i c 自动 变速器；德国奔驰公司开发的s p r i n t s h i f f 变速箱以及美国e a t o n 公司最近推出了电机 控制执行的f u l l e r 变速箱。图1 ，l 是b o r g w a m e r 公司对欧洲市场的现状调查和未来市 场预测。从中可以看出a m t 具有广阔的发展前景。 2 0 0 0t o t a lv o l u m e ：1 4 , 6m m2 0 10t b 纽iv o f u m e ：15 1 5m m 图1 1 欧洲市场变速器应用现状及未来预测 f i g 1 1 t h ea p p l ya c t u a l i t y a n d f u t u r e f o r e c a s t o f t r a n s m i s s i o n i ne u r o p e m a r k e t 我国汽车企业和科研单位也正在开展自动变速器的研制工作，尤其在变速器控制 方面中对最佳换档规律、最佳同步换档控制、离合器最佳接合规律智能换档理论的研 究等处于世界先进水平 2 1 1 2 2 1 。 1 3 5 电控机械式自动变速器的发展趋势 a m t 在手动变速箱和干式离合器的基础上实现起步、换档的自动操纵。而且具 有制造工艺简单、成本低和传动效率高的优点，目前在国内外非常受重视，引起整车 厂和零部件厂的广泛关注。由于手动变速器在欧洲汽车市场仍然占有7 0 8 0 的市场 比例，因此欧洲对这种电控机械式自动变速器的研究也就倾注了更多的热情。国外由 于受燃料经济性和排放法规的限制，特别是欧洲各主要汽车制造商近两年来也相继加 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速器控制技术的研究 大对a m t 的研究开发力度，并陆续推出自己的产品。德国的l u k 、s a c h s 、g e t r a g 等公司以及英国的r i c a r d o 公司、意大利的f i a t 公司等许多厂家，以及意大利菲 亚特公司的阿尔法罗密欧等诸多车型 目前自动变速器的应甩越来越广泛，入们也在探索采用新的检测和控制技术来改 善a m t 的性能，致力于开发具有智能的自动变速器。主要发展趋势有： 1 综合发动机扭矩、转速和离合器接合速度的控制，完成车辆的起步和换档。 2 采用模糊神经网络控制技术进行车辆档位决策【l 1 6 1 。 3 增强和完善电控系统中软件的功能来降低硬件的成本，提高系统的可靠性和 安全性。利用总线技术减少系统连线数目，从而提高系统可靠性并降低成本。 1 4 a m t 的结构原理 1 4 1a m t 的结构 a m t 系统结构如图1 2 所示。该系统主要由以下四部分组成 图1 2 a m t 的系统结构围 f i g 1 2t h e s t r u c t u r em a po f a m ts y s t e m ( 1 ) 被控对象发动机、离合器和变速器。 ( 2 ) 执行机构步进电机、电磁阀、液压油缸等。 ( 3 ) 传感器速度传感器、发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速 传感器、油门踏板位置传感器、油门开度传感器等。 ( 4 ) 电控单元( t c u ) 包括c p u 、r o m 、r a m 、i o 接1 ：3 等硬件及软件。 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速嚣控制技术的研究 1 4 2 a m t 控制原理 a m t 是在传统手动变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术、液压技术和 自动变速理论，以微处理器为核心，通过液压执行系统控制离合器的分离与结合、选 换档操作，通过电子油门控制发动机的扭矩和转速，来实现起步换档的自动化。a m t 根据驾驶员的意图和车辆的状态，依据适当的控制规律，借助相应的执行机构，对车 辆的动力传动系进行联合控制【3 】。如图1 3 所示。 图1 3a m t 的控制原理 f i g i 3t h ec o n t r o lp r i n c i p l eo f a i v l t 发动机、离合器、变速箱是a m t 的主要控制对象，其中发动机的特性是制定合 理的燃料经济性、动力性换档规律的依据；离合器的扭矩传递特性是离合器最佳接合 规律的基础；变速器与a m t 相关的特性主要是各个档位的传动比和同步器的同步摩 擦扭矩，它们对换档品质会产生影响。 a m t 的执行机构由选、换档执行机构、离合器执行机构、油门执行机构组成。 油门执行机构一般采用步进电机或磁电式电机驱动油门。图1 4 是a m y 的离合器、 选换档液压执行机构系统原理图。由图中可以看出t c u 是通过控制电磁阀实现对油 缸的控制的。从而完成起步、换档的自动操纵。 传感器的作用是获得车辆行使过程中各种信息，并将它们传递给他t c u ，t c u 据此来识别司机的意图、判断运行的工况、发出相应的控制指令。 亘签查些奎兰塑主兰堡笙塞 垫煎查! 堂壅鎏墨丝型垫查塑! 童 图i4a m t 的离合器、选换档液压执行机构系统原理图 f i g1 - 4t h ep r i n c i p l em a po f c l u t c ha n ds h e l v e se x e c m es y s t e mo f a m t t c u 是a m t 系统的核心，具有存储程序、接收信息、发出指令的功能，起到相 当于人的大脑的作用。其硬件结构主要包括信号输入调理电路、接口电路、微处理器、 输出电平转换及功率驱动等。其结构如图1 5 所示。 固15 t c u 结构原理图 f i g 1 5 t h es t r u c t u r e a r dp r i n c i p l e m a po f t c u 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速器控制技术的研究 1 5 本文主要的研究内容 ( 1 ) 介绍国内外自动变速器发展状况、分类和发展趋势并提出本文的研究意义。 ( 2 ) 在研究a m t 系统整体结构的基础上，分析动力传动系统的特性。建立了 动力传动系统的动力学模型，对发动机进行控制的电子油门进行了介绍，对发动机的 控制进行了研究，制定了发动机控制的策略。 ( 3 ) 对离合器的最佳接合规律进行了研究，对离合器控制工况进行了分析，最 后制定了离合器控制方法。 ( 4 ) 研究了换挡规律与换挡特性，建立简单的换档过程动力学模型，在此基础 上，对换档过程进行了分析。对a m t 系统车辆制定综合控制程序，并在试验车辆上 进行调试，通过大量的试验验证此综合控制程序的控制效果。 重整堡些查兰堡主堂焦笙塞 垫垫垄! 堂皇望墨丝型垫查塑笪塞 第二章动力传动系统特性 电控机械式自动变速器的控制对象是车辆动力传动系，电控机械式自动变速器系 统通过对发动机、离合器以及变速器的联合控制来实现动力传动系的自动操纵。对车 辆动力传动系各部件特性及整体性能分析是开发a m t 系统的首要任务，也是获得 a m t 良好性能的关键，从而提高a m t 的起步、换档品质，实现各总成的最佳配合。 2 1 发动机特性 发动机性能指标随着调整情况及运转工况而变化的关系称为发动机特性。发动机 是车辆的动力输出部分，在a m t 系统中，发动机是重要控制对象。汽车行驶过程中， 必须控制发动机在最佳工况范围运行，使车辆获得良好的动力性、经济性和换挡品质。 2 1 1 发动机的稳定工况 车辆是在负荷、速度及道路情况变化的条件下使用的。因此，发动机必须适应车 辆的需要，在负荷和转速经常变化下工作。发动机在某一转速下稳定工作的条件是： 它的功率与在该转速、转矩下车辆消耗的功率( 或扭矩) 相平衡。如果发动机功率超 过车辆吸收的功率时，多余的能量使转速上升，直至两者功率再次平衡时，在另一转 速下稳定工作。 童 时 饩( r m i n ) 图2 1 发动机与车辆共同工作特性 f i g2 1t h et o g e t h e rw o r kc h a r a c t e r i s t i co f e n g i n ea n dv e h i c l e 如图2 1 所示，曲线i 表示发动机的功率曲线，曲线i i 表示车辆吸收的功率曲线， 在a 点两者功率平衡，于是在 。转速下稳定工作。如果车辆吸收的功率发生变化如 兰i ! ! ! 坠查兰堕圭兰堡堡塞 垫垫垄! 垫壅望墨堇型垫查堕里塞 图所示，则在玎。转速下多余的功率卸。使转速升高，在b 点达到新的平衡工况。如 仍要求在”。转速工作，则应减小发动机的油门，使其发动机功率按曲线i i 变化，在 c 点两者功率平衡。发动机的稳定工况范围由车辆的工作特点决定。车辆用发动机在 各种转速下都可能要求发出不同的功率，以满足车辆的运行要求。所以，车辆的发动 机的稳定工况如图2 2 所示。 富 。 时 珥n 衄 馋m x 咒4 ( r m i n ) 图2 2 车用发动机的稳定工作范围 f i g 22t h es t a b i l i z ew o r kr a n g eo f v e h i c l ee n g i n e 2 1 2 发动机的速度特性 发动机的性能指标随转速而变化的关系称为发动机的速度特性。节气门全开时的 速度特性称为外特性；节气门部分打开时的速度特性称部分负荷速度特性。图2 3 为 试验车辆发动机外特性曲线图。由于发动机工作时多数情况下处于部分负荷工况下工 作，因此我们把发动机的部分负荷速度特性作为制定变速器换档规律的主要数据。 1 1 0 1 i 萋 i 蜃 i 妻 1 ：霹 1 0 0 02 0 0 03 04 0 0 05 0 0 0 8 0 0 0 发动机转最n 图2 3 汽油电喷发动机外特性曲线图 f i g2 3t h ec h a r a c t e r i s t i cg r a p ho f m o d e le l e c t r i c i t ye r u p te n g i n e 竹加幻如昌竹。 一一童 壹签至些查兰塑主量堡堕壅 垫苎壅! 塑壅垄墨丝型垫查塑煎塞 通过试验我们获得了要进行设计的机械式自动变速器所匹配的发动机的部分负 荷的扭矩特性，经拟合后的曲线如图2 4 所示。 l 毫 螋 囊 2 2 离合器特性 2 2 1 离合器功用 2 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 04 j 0 05 0 0 0j j 0 0 发动机转速n 却呻 图2 4 发动机部分负荷特性 f i g 24t h ep a r t i a lb u r t h e nc h a r a c t e r i s t i co f e n g i n e 离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将 发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在工作中受到较大的动载荷时，能 限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；在换挡时将发 动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击。 为此，设计离合器应满足车辆任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转 矩，动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步 器的磨损；在接合时要完全、平顺、柔和，分离时要迅速、彻底。 随着汽车发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合 器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器 结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式 发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离 合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 实现对离合器的精确控制需要了解离合器的各种特性。根据这些特性制定出离合 器最佳的控制规律。 我们进行的试验用车辆采用的是推式膜片弹簧离合器【8 j 。 一一一 7 | | |蔓一、一 一 #j。、掣 篓、哆一 一。、i一 等，一。 j 一 一攀一却一 篓一三- 一 吉林农业大学硕士学位论文 机械武自动变速器控制技术的研究 图2 5 膜片弹簧离台器特性曲线图 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，具有的优点：膜片弹簧具有较理想的 非线性弹性特性( 图2 5 ) ，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变( 从安装 时的工作点b 变化到a 点) ，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；相对圆 柱螺旋弹簧，其压力大大下降( 从b 点变化到a t 点】，离合器分离时，弹簧压力有所下 降( 从b 点变化到c 点) ，从而降低了踏板力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加( 从 b 点变化到c f 点) 。高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧 压紧力则明显下降；膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触 良好，磨损均匀：易于实现良好的通风散热，使用寿命长。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，制造成本较高，对材质和尺寸精度要求较高。近 年来，由于材料性能约提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日 趋成熟。因此，在各种形式的商用车上也被广泛采用。 针对该型号离合器我们研究其与a m y 相关的一些特性。 2 2 2 离合器扭矩传递特性 离合器的主要功能是将发动机输出的转矩传递给传动系统，摩擦离合器是靠存在 于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩， 为： 瓦= f f z r 。 ( 2 - 1 ) 式中，f 为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取0 2 5 0 3 0 ；f 为压盘旋加在 摩擦面上的工作压力；为摩擦片的平均摩擦半径；z 为摩擦面数，因试验车辆为单 片离合器，因此，z 选取2 。 ， 争 0 _ ， ， -ili ， 。卜，。，。，。，lo，。仉i 、 ， ?，；。一 。，。l，vl_i，i 、j a ， 吉林农业大学硕士学位论文 机械式自动变速嚣控制技术的研究 离合器转矩传递能力的可控参数是压紧力f ，对于a m t 系统来说也主要是通过控 制离合器位置来控制压紧力f ，从而控制离合器所传递的转矩t 来实现离合器的控 制。图2 6 为计算后的离合器转矩传递特性曲线，是制定a m t 系统离合器控制规律 的基础。 摹 毫 鼎 星 删 靠 铂 扫匣 2 2 3 离合器的滑磨特性 离台器分离轴承位移( r a m ) 图2 6 离合器转矩传递特性曲线 f 培2 6t h et o r q u et r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i cc u r v eo f c l u t c h 离合器除了要传递发动机的最大转矩和变速器换档时通过它来切断动力传递外， 还要保证汽车能平稳起步和防止传动系过载。 试验表明，摩擦表面的温度由2 0 升至1 0 0 时，摩擦片的磨损将增加一倍。离 台器滑磨的严重程度用滑磨功的大小来衡量。离合器的滑磨功是指离合器接合过程中 有多少机械能变成热能。离合器的滑磨功越大，则零件的温升和磨损也会越严重。滑 磨功的大小表征了离合器摩擦表面磨损的严重程度。 1 ) 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力p 。 根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，p 。的最大范围为o 1 0 1 5 0 m p a ，即 0 1 0 m p a p o 1 5 0 m p a 2 1 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧 伤，离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即 w = 志dd sh 】 彪r 一。1 1 ( 2 - 2 ) 式中，w 为单位摩擦面积滑磨功( j m m 2 ) ；【州为其许用值( j 佑1 l t l 2 ) ，对于乘用车 重竺堡些查兰塑主兰堡堡塞 塑塑壅! 型銮望墨茎型塾查竺竺塞 w 卜o4 0j r a m 2 ，对于最大总质量小j 二6 0 t 的商用车： w - o3 3j m m 2 ，对于最大总质 量大于6o t 的商用车： w ：o 2 5j r a m 2 ；w 为汽车起步时离合器接合 次所产生的 总滑磨功( j ) ， w = f 2 - 3 1 式中，m a 为汽车总质量( k g ) ：r r 为轮胎滚动半径( m ) ；i g 为汽车起步时所用变速器 挡位的传动比；i o 为主减速器传动比；n 。为发动机转速( r m i n ) ，计算时乘用车取 2 0 0 0 r m i n ，商用车取1 5 0 0 r m i n 。 资料表明每次起步时摩擦片的磨损量与滑磨功之间呈线性关系，如图27 所示。 2 3 变速器特性 6 0 0 r5 0 0 占 o 4 叩 删3 0 0 铀 褒2 0 0 1 0 0 滑磨功v ( 1 0 b j ) 圈27 磨损量与滑磨功关系曲线 f i g2 7t h er e l a t i o nc t h y eo f