AT基础介绍-20

1、 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.自动变速器基础知识 Fred Cong 15/07/2015 内部交流使用Slide Slide 2 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.主要内容 绪论-自动变速器 AT的结构组成 AT各部分功能介绍 AT与MT 的不同 TCU开发的难点及SMT的优势Slide Slide 3 2014 SMART MANU

2、FACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.绪论-自动变速器绪论-自动变速器 变速器的分类Slide Slide 5 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 自动变速器的现状绪论-自动变速器美国汽车专业调查公司 IHS Automotive 发布的20年汽车生产趋势图CSM 公司预测的中国AT市场占有率Slide Slide 6 2014 SMART MANUFACTURING TEC

3、HNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.绪论-自动变速器 AT的发展历史Slide Slide 7 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT的结构组成AT的结构组成 物理结构物理结构液力变矩器机械变速系统-行星轮系液压系统电控系统 功能实现功能实现液力变矩器机械变速系统-行星轮系执行元件电液控制系统Slide Slide 9 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.

4、 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍- 液力变矩器组成：涡轮、泵轮、导轮作用&特点：安装在发动机和变速器之间，以液压油（ATF）为工作介质，利用液体的循环流动来改变动能从而传递动力。具有振动缓冲、变扭变速等特点。两个流向合成了螺旋流（Spiral flow） 涡流（Vortex flow） 环流或叫旋转流（Rotary f

5、low） 泵轮涡轮导轮涡流流向示意图Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍- 液力变矩器 液力变矩器三个工作状态増扭（増扭（AccelerationAcceleration）涡流速度大于环流速度。漩涡流方向冲击导轮正面，其反作用力作用在涡轮旋转方向，扭矩增大。耦合（耦合（CouplingCoupling）环流速度最大时。液力变矩器工作曲线到达耦合点。此时漩涡流方向与导轮背面相切，导轮不起作用，变矩器等于耦合器失速（失速（Stall

6、Stall）涡轮负载过大而停转时，发动机仍在继续施加动力。此时变矩器具有最大扭矩积累，但输出转矩为0。在起步阶段或某些特殊情况出现。液力变矩器工作特性曲线Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍- 液力变矩器带锁止离合器的液力变矩器通过换向阀更换液压油流向，在液力变矩器达到耦合点后，将锁止离合器摩擦片压紧，这样就将与泵轮连接的前盖与变矩器输出轴相连（变速器输入轴）。发动机与变速器之间的动力改为刚性连接。动力传递路线为：变矩器输入轴泵

7、轮与前盖 变矩器输出轴（与涡轮连接）Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍机械变速系统 行星轮系 AT中常见的几种行星轮系Ravigneaux planetary gear set拉威娜式行星齿轮系4个基本构件：小太阳轮、大太阳轮、齿圈、行星架（包括了长行星轮和短行星轮）。短行星轮可以驱动长行星轮，长行星轮可以驱动齿圈，同时小太阳轮也可以驱动短行星轮，大太阳轮也可以驱动长行星齿轮。Lepelletier planetary gea

8、r set一个普通行星轮加上一个Ravigneaux行星轮Simpson planetary gear set辛普森式行星齿轮系4 个基本构件： 共用太阳轮、前排齿圈、前排行星轮和后排齿圈组件、后排行星架。Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍机械变速系统 行星轮系 AT中常见的几种行星轮系普通的行星轮系自由度为2，即已知两个构件的速度，就可以得到一个输出。在Ravigneaux和Simpson轮系中，虽然有4个构件，但通过轴间连

9、接关系约束掉两个自由度，因此他们都有两个自由度，即：已知两个构件的转速，就可以确定其他两个构件的转速。以 Ravigneaux为例： 1档位离合器状态： 小太阳轮输入； 行星架制动；Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍执行元件 AT中需要的基本执行元件：换挡元件-离合器：湿式离合器制动器单向离合器起步元件-液力变矩器（前文介绍过）附件-液力缓速器（不是每个变速器都有，这里就简单提一下）Slide Slide 2014 SMART

10、 MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍执行元件湿式离合器与制动器：离合器在AT换挡过程中，起到速度同步和转矩同步的作用。离合器的控制对换挡的平稳性有关键性影响。在控制中需要考虑控制油压来控制离合器的滑动，从而决定离合器转矩；同时也要考虑温度、磨损、润滑等多方面的因素，详情请见PPtClutch to Clutch shifting制动器也属于“换挡离合器”，区别： 1）离合器在接合状态下旋转。 2）制动器在结合状态下静止。 制动器包括：带式和多片式，但是带式不常用，这里不考

11、虑。离合器接合状态Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍执行元件 单向离合器（One-way Clutch又叫free-wheel）： 内部装有楔块，使某一元件只能按照一个方向转动。 在一些资料中，单向离合器控制的换挡的档位没有发动机制动，如典型大众01M 拉威娜四挡行星齿轮变速器的换挡D系列档位；而制动器控制的档位允许发动机制动，如同款的L系列档位。档位工作离合器D1档C1FL 档C1B1动力路线：小太阳轮(顺)-短行星轮（逆）

12、-长行星轮（顺）-行星架（逆的趋势，但被离合器阻止）-齿圈（顺）考虑情况：踩下踏板后抬起，D1档，输出轴转速大于输入轴转速，行星架顺时针转动，阻力无法回传发动机；L档，行星架被制动，阻力回传发动机，发动机制动。Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍执行元件 液力缓速器（Retarded）： 定子与壳体，转子与输出轴相连，定子转子上均有叶片。 工作时，控制阀使液压油充人转子和定子之间的工作腔内。转子旋转时通过工作液对定子作用一个转矩

13、，而定子的反转矩即成为转子的制动转矩。缓速能力取决于油压与油量。 恶劣天气、冰箱路面不能用，ABS 系统与其不兼容（一个开一个必须关。）Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍电液控制系统 电液控制系统可以分为电控系统和液压系统，也可以细化为TCU、油底壳、各类液压元件、传感器等。油底壳TCU泵电磁控制阀、电磁调压阀、VARIABLE BLEED SOLENOIDS（VBS）其他执行机构液压油的油路，油压换挡执行机构各种传感器Sli

14、de Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍电液控制系统 泵 为整个液压系统、润滑和冷却系统提供油量和油压齿轮泵,是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。叶片泵，是转子槽内的叶片与泵壳(定子环)相接触，将吸入的液体由进油侧压向排油侧的泵。改变定子和转子间的偏心量（上图中SLIDE的位置通过紧固销来改变），便可改变泵的排量-变量泵Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TE

15、CHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介绍电液控制系统阀电磁换向阀电磁调压阀溢流阀VARIABLE BLEED SOLENOIDS（VBS） 输出油压与螺线管内电流成正比Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT与MT的不同Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACT

16、URING TECHNOLOGY LTD.AT与MT的不同对比内容MTAT机械机构二轴式三轴式（中间轴）多轴式（多中间轴）圆柱齿轮行星轮系连接发动机离合器液力变矩器换挡方法狗齿（dog-gear）之间利用同步器或两脚离合（double-clutch to shift），或者碰撞式（ dog gearbox 或者 sequential gearbox）湿式离合器倒挡的实现原则加入一个惰轮或者减少一级速比变化，来使输出方向相反利用行星轮系本身的特性，更改输入元件，或者减少动力经过的元件空挡的实现原则齿轮空转，不带动轴不固定任何元件或者切断对行星轮系的动力输入Slide Slide 2014 SMA

17、RT MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 补充同步器的原理AT与MT的不同2-狗齿和锥面; 3-同步环（锁环）; 4- 同步器齿毂（内齿与轴啮合，外齿与结合套啮合）；7-推力销 预同步，关键点：推力销动同步-锁定，关键点：锁环运动速度同步完成-解锁， 关键点：结合套运动开始啮合， 关键点：结合套继续运动，球销被盖住啮合结束， 关键点：残余压力带动4,7继续运动，完成啮合Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMA

18、RT MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 为什么AT比MT效率低，怎么解决的这个问题 因为在液压系统中，液压泵总是在工作并且为其他元件提供油压，这样就存在相对能量损耗，在液压系统中，液力变矩器和至少一个离合器（或制动器）是处于工作状态的。 如何解决： 提高液压系统效率包括提高液力变矩器工作效率（锁止离合器、打滑控制等）、对泵的流量和油压进行最优控制等等。AT与MT的不同Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU开发难点及S

19、MT的优势(译Andrew PPt+改编)Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU开发的难点 在AT的各个组成部件中，行星轮系，液力变矩器，油底壳，离合器和其他执行元件都是可以仿制和配套采购的，但电控系统TCU不行。 电控系统是AT的灵魂，直接影响换挡效率、换挡舒适性和安全性。 电控系统开发存在诸多的难点。Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFA

20、CTURING TECHNOLOGY LTD.TCU开发的难点 控制系统的开发，首先要弄清AT内部各个复杂系统之间的关系。比如，基于湿式离合器的换挡系统。EngineTransmissionVehicleElectro-hydraulicsMechanicalClutchesSlide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU开发的难点 要精通所有重要部件的内部特性以及它们的交互关系，这样才能更好的控制它们。发动机动力特性曲线转矩响应车辆质量动量的分配空阻

21、系数滚动阻力系数传动链刚度液压系统压力响应温度影响液压油的特性油的过滤机械结构质量、动量、刚度和阻尼的分配速比变化离合器摩擦特性温度旋转特性润滑效果Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU开发的难点 典型的AT控制系统开发至少包括： 换挡策略何时换挡，即在确保车辆性能（加速性能、爬坡性）的前提下的最佳换挡时机。 换挡控制-控制执行元件的动作，使换挡过程快速而平稳。控制器硬件 I/O 口档位位置标定换挡逻辑离合器&液压系统特性合理的控制策

22、略错误识别及解决当前的反馈控制输入速度反馈控制逻辑& 检测换挡控制换挡控制控制策略控制策略换挡的顺序Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU开发的难点-以动力换挡为例驾驶员节气门开度速度050010001500200025000102030405060708090100output speed (rpm)throttle (%)shift map 1-22-33-44-55-66-7新的档位要求离合器的动作顺序发动机扭矩换挡控制离合器充

23、油相、转矩相、速度相、锁定相的控制液压实时响应油压离合器实际转矩速度响应车轮转矩实时的液压特性、离合器要求等反馈信号，用来控制/修正载荷转矩实际的转矩特性曲线用来在换挡过程中预知发动机载荷情况换挡策略:实时检测当前状态离合器特性（摩擦、热等等）传动链特性(刚性、阻尼响应)液压系统Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.SMT的优势 现代科学的开发流程： 采用基于模型的V流程设计，改变了时间消耗高，成本昂贵的设计-样机-再设计-再样机的传统模式； 通过

24、反复的模型仿真可以得到最佳的控制系统性能； 增加了样机试验的安全性和可靠性。通过细节性，准确性的模块化设计，模拟整个系统响应，从而来得到舒适的“驾驶体验”，同时可以评估换挡冲击对其他元件的刚度和疲劳影响。模型化& 仿真 Modelling & Simulation (MIL)快速控制样机制造Rapid Control Prototyping (RCP)硬件在环（HIL）开发Hardware In the Loop (HIL) Development系统定义System Definition系统试验System Test验收试验Acceptance Test获取要求Require

25、ments Capture验收试验计划 Acceptance Test Plan系统试验计划 System Test PlanSlide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.SMT的优势 强大的软件支持强大的软件支持 MASTA (SMT开发) 齿轮箱开发和设计的专业软件 DRIVA (SMT开发) 基于MASTA的技术拓展，提供了基于时域的多体动力学仿真与分析 Simulink 多用途的仿真软件套装，也十分适合开发控制系统 The DRIVA-Simuli

26、nk Interface (SMT开发) 将Simulink开发的控制系统与DRIVA 模型连接用来对机械系统进行动态仿真Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 可以在DRIVA模型中添加专业的AT部件 液力变矩器- 按严格的工业标准来添加液力变矩器工作特性 多片离合器- 专业的离合器特性，同时DRIVA对转矩容量和热量进行自动计算 可以定义发动机工作特性曲线 可以定义车辆参数，如整车质量，迎风面积，空气滚动阻力系数等等SMT的优势 - DRIVASlide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.SMT的优势 DRIVA / Simulink The DRIVA-Simulink Interface 将Simulink开发的控制系统与DRIVA 模型连接用来对机械系统进行动态仿真 2 个模块 Basic:从DRIVA