车辆自动变速器构造原理与设计方法第1章绪论

1、第1章 绪论1.1 汽车的传动方式汽车的传动是指将发动机发出的动力传递给轮胎而驱动车辆行走，并确保车辆在行进或作业过程中具有良好的动力性、经济性和舒适性。 在传动系中设置了变速器，它的功用是： 改变传动比，扩大驱动轮转矩、转速的变化范围，使发动机在有利的工况下工作。在发动机旋转方向不变的前提下，使汽车能实现前进、倒退行驶。利用空档，中断动力传递。1机械传动图1.2 机械式传动系统1-发动机 2-主离合器 3-变速器 4-万向轴 5-驱动桥其主要优点是结构简单、制造容易、工作可靠、成本低、重量轻和维修容易等。而其主要缺点是：采用人力换档，换档时动力传输要中断。当行驶于交通复杂的情况下换档频繁，驾

2、驶员容易引起紧张、劳累。传动系统受到附加冲击力、动态负荷大，使得发动机及传动系统零件的使用寿命降低。行驶阻力的变化直接改变发动机的状况，为了充分利用发动机的功率，而使变速器结构复杂。每次换档要使主离合器分离、接合一次，在接合过程中主离合器片都要经历一个滑磨过程。2.液力机械传动图1.3 液力机械式传动系统1-发动机 2-液变矩器 3-机械变速器 4-万向传动轴 5-驱动桥 6-轮辋液力机械传动的主要优点为：能在一定范围内根据行驶阻力的变化，自动进行无级变速，因此能防止发动机过载熄火，提高发动机的能量利用率，而且大大减少了换档频率。液力变换器利用液体作为传递动力的介质，输出轴和输入轴之间没有刚性

3、的机械联结，大大降低了发动机及传动系统零件的冲击负载，提高机件的使用寿命。液力变矩器具有一定的变速能力，因此对于相同的变速范围，可以减少变速器的档位数，简化变速器结构。液力变矩器具有自动无级变速的能力，因而起步平稳，并可得到较低的行驶速度，增加了车辆行驶能力。为自动换档或动力换档提供了条件液力机械传动的主要缺点为： 成本高、传动效率低、零件制造的技术要求也比较高。 汽车上采用的液力机械分流传动，可以分为外分流式、内分流式和复合分流式。3静压传动 a) b)图1.4 静压式传动系统 a)布置图 b）系统原理图1-发动机 2-液压泵 3-液压管路 4-液压马达近年来，发展了静压传动与机械传动相结合

4、的静压-机械分流传动，这种传动既保留了液压传动无级变速的优点，又具有接近机械传动高效率的特点，其中的液压组件只传输部分功率，另一部分功率由机械部分传输，从而减少了液压损失。静压传动系统主要缺点是与液力机械传动相比，增加了结构上和控制调节方面的复杂性，成本高，目前该传动方式已应用于专用车辆、施工作业机械上。4电力传动 a) b)图1.5 电力式传动系统1-发动机 2-发电机 3-整流器 4-逆变器 5-电动机电力传动的主要优点： 动力装置和车轮易于布置与维修；可实现无级变速，操纵方，在整个速度变化范围内都可充分利用发动机功率；不用变速器，易实现自动化；与静压传动相比，传动效率高。电力传动的主要缺

5、点： 价格高，能容量小（动力装置输出的功与装置自身重量的比值称为能容量）。1.2 汽车变速器按传动比变化方式，汽车变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。1有级式变速器 有级式变速器应用最广泛。 按所用轮系型式不同，有轴线固定式变速器（普通变速器）和轴线旋转式变速器（行星齿轮变速器）两种。 在汽车变速器中最初普遍采用的是有级式机械变速器。有级式机械变速器优点：有级式机械变速器具有效率高、结构简单、制造容易、工作可靠、维修容易和成本低等。有级式机械变速器缺点：1）为适应汽车行驶中多变的状况，必须经常换档2）车辆的动力性和经济性差3）车辆的行驶性能差4）车辆的行驶平顺性和机件寿命低2无级式变速器无

6、级式变速器的传动比在一定数值范围内可有无限多级变化，常见的有电力式、液力式和机械式三种。电力式无级变速器的变速传动组件为直流串激电动机，除在无轨电车上应用外，在汽车传动系中也正在探讨当中。液力式无级变速器的传动组件是液力变矩器，但由于其变速范围有限而无法独立应用。机械式无级变速器是利用直径可变的传动轮来实现无级变速。3.综合式变速器按操纵方式不同，汽车变速器又可分为1）手动式2）自动式3)半自动式三种1.3 汽车自动变速器控制技术1反馈控制理论的发展 反馈控制理论的研究与发展可分为：经典控制理论、现代控制理论和鲁棒控制理论这三个发展阶段。1）经典控制理论 在50年代末形成体系的经典控制理论是基

7、于频率概念来进行控制系统的分析和设计的，主要有零极点分析法、耐魁斯特(Nyquist)稳定性判据以及劳斯(Roth)和赫尔维茨(Hurwitz)稳定性判据、频率响应法、根轨迹法、超前-滞后补偿法等，特别是PID(Proportion Integration Differentiation)控制原理被广泛地应用到工业控制领域。早期的AMT控制技术主要采用PID控制。 在经典控制理论的发展阶段，尽管经典控制理论和技术也被广泛地应用于解决更复杂的控制问题，但仍存在着很大的局限性，主要表现在经典控制理论主要用于线性时不变的单输入单输出反馈控制系统，只采用外部描述方法来讨论控制系统的输入与输出关系，控制

8、系统的设计方法基本上是一种试凑法，不能提供最优控制的方法与手段。2）现代控制理论60-80年代，为现代控制理论的发展阶段，是基于时域概念在经典控制理论的基础上发展起来的，它以状态空间方法为主，研究控制系统状态的运动规律，并实现最优化控制。现代控制理论克服了经典控制理论的很多局限性，解决了某些非线性和时变系统的控制问题，适用于多输入多输出反馈控制系统，可以实现最优控制规律，在处理不确定性的研究进展主要由以下两方面：（1）LQG控制方法在外界扰动可以表示为白噪声或经过滤波后的噪声模型时，能够获得非常理想的设计结果，在很多实际控制工程中得到了相当成功的应用。（2）把经典控制理论中的频率响应法应用于多

9、输入多输出控制系统的设计中，形成了多输入多输出控制系统的频率设计法。2鲁棒控制理论80年代以来，把经典控制理论的频率方法与现代控制理论状态空间法相结合，导致了反馈控制理论的飞跃发展，进入到鲁棒控制理论的发展阶段。鲁棒控制理论发展的最突出标志是H控制和方法。H控制具有如下几个特点：（1)确立了系统地在频域内进行回路成形的技术和手段，充分地克服了经典控制理论和现代控制理论各自的不足，使经典频域概念与现代的状态空间方法融合在一起；（2)可以把控制系统设计问题转换成H控制问题，他更加接近实际情况，并满足实际需要；（3)给出了鲁棒控制系统的方法，可以通过求解两个黎卡提(Riccati)方程来获得H控制器

10、，充分地考虑了系统不确定性带来的影响，不仅能保证控制系统的鲁棒性，而且能优化一些性能指标；（4)它是在频域内的最优控制理论，但H控制器的参数设计比最优调节器更加直接。由系统固有性质所决定的不确定性，在频域上往往表现为具有特定的结构。1.4车辆自动变速器的发展趋势虽然车辆自动变速种类很多，各种不同的自动变速之间相互融合渗透，各种不同的自动变速又有各自的发展过程，但是它们在发展趋势上却有相似之处。总体上来说各种不同的自动变速有以下趋势：1有级自动变速器（如液力自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器（AMT）的档位有增多的趋势2自动变速器控制单元的电子化、计算机化，使自动变速器的自动化、智能化程度有不断提高的趋势3传动系统与发动机甚至与整车有一体化、系统化的趋势【本章小结】本章介绍了汽车的传动方式。汽车变速器按传动比变化方式，汽车变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。汽车自动变速器大致可分为三类：一类是由液力变矩器、行星齿轮机构及电