AMT自動變速器離合器執(zhí)行機構設計【說明書+CAD】,說明書+CAD,AMT自動變速器離合器執(zhí)行機構設計【說明書+CAD】,amt,自動變速器,離合器,執(zhí)行機構,設計,說明書,仿單,cad AMT技術及其發(fā)展 摘要：介紹了AMT的原理、組成，并對其特點進行了比較，指出其中的優(yōu)點。分析了AMT國內外的發(fā)展現狀,論述了我國開發(fā)具有自主知識產權的AMT產品的意義。根據世界汽車的發(fā)展趨勢和國內市場需求,我國開發(fā)商品化、系列化AMT產品的時機已經成熟,預測了AMT在我國汽車上的應用前景。 關鍵字 AMT 離合器 執(zhí)行機構 隨著社會的進步與科技的發(fā)展，汽車行業(yè)也隨著潮流不斷發(fā)展?？萍嫉娜找娓?、產品的改朝換代是當今社會的速度，汽車作為一個關鍵領域必然要體現這一特點。所以發(fā)展汽車業(yè)是一個關鍵。人們對汽車的要求不僅僅局限于一種交通工具的需要，還要求其舒適、快捷，同時汽車也要符合節(jié)能減排的要求，這對汽車的自動化程度提出了要求。實現汽車的自動化既是一種要求也是一種趨勢。手動變速器換成自動變速器，實現自動換檔恰好符合了這一要求。經分析，在國內外，AMT將成為一種主要的自動變速器。 一、AMT的定義及原理 目前,汽車上使用的自動變速器主要有液力自動變速器(automatic transmission,簡稱AT)、機械無級變速器(continuously variable transmission,簡稱CVT)和電子控制機械式自動變速器(automatic mechanical transmission,簡稱AMT)【1】。 AMT是在傳統(tǒng)的固定軸式變速器和干式離合器的基礎上，應用微電子駕駛和控制理論，一電子控制器（ECU）為核心，通過電動、液壓或氣動執(zhí)行機構對選、換檔機構、離合器、油門進行操作，來實現起步和換檔的自動操作。AMT的基本控制原理是：ECU根據駕駛員的操作（油門踩板、制動踏板、轉向盤、選檔器的操作）和車輛的運行狀態(tài)（車速、發(fā)動機轉速、變速器輸入轉速），綜合判斷、確定駕駛員的意圖以及路面情況，采用相應的控制規(guī)律，發(fā)出控制指令，借助于相應的執(zhí)行機構，對車輛的動力傳動系統(tǒng)進行操作【1】。 二、AMT的控制結構 AMT系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。 硬件系統(tǒng)主要包括被控對象、執(zhí)行機構、傳感器、電控單元（TCU）四部分： 1.被控對象：發(fā)動機、離合器和變速器； 2.執(zhí)行機構：由選、換檔執(zhí)行機構，離合器執(zhí)行機構，油門執(zhí)行機構組成（剛性AMT不需油門執(zhí)行機構）。油門執(zhí)行機構一般采用步進電機、磁電式電機驅動油門或采用成熟的電子油門產品。目前，按照執(zhí)行機構動力源的不同，AMT的執(zhí)行機構可分為電控氣動，電控液動和電控電動（全電式）三種類型。 （1）電控氣動AMT 氣動系統(tǒng)是根據電控單元的指令控制單元閥，使執(zhí)行機構自動地完成離合器分離、接合和變速器選換檔等動作的。只有在車上有現成的儲氣罐時，氣動能源可以直接由儲氣罐提供，不需要額外的能源裝置。其系統(tǒng)的工作情況與液壓系統(tǒng)基本相同。 （2）電控液動AMT 液壓系統(tǒng)根據電控單元的指令控制電磁閥，使執(zhí)行機構自動地完成離合器分離、接合和變速器選換檔等動作的。電控液動的選換檔系統(tǒng)具有能容量大、操作簡便、控制精度高、響應快，易于實現安全保護、具有一定的吸收振動與沖擊的能力以及便于空間布置等優(yōu)點。但是利用高速開關閥來控制離合器的系統(tǒng)中，其主要的缺點就是溫度的變化使離合器的執(zhí)行機構中液壓油的粘度發(fā)生變化，因而使離合器回油管路壓力損失發(fā)生變化。溫度降低，閥出口壓力增大，回油量減小，離合器的接合速度較慢，導致在汽車剛開始起步時加速度較小。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。另外由于受到溫度的影響，該系統(tǒng)在北方寒冷地帶的使用有一定的限制。其次，液壓元件對加工的精度要求非常高，加工工藝復雜，對油品質、密封性和抗污染等性能要求高。 （3）電控電動式AMT 近些年來，電子產品性能上的不斷完善，使得在變速控制系統(tǒng)中采用電力拖動成為可能。將自動變速控制系統(tǒng)中要直接控制的對象：油門、離合器以及選換檔裝置的動作采取電動機帶動的方式。 3. 傳感器：AMT的傳感器包括速度傳感器（發(fā)動機轉速傳感器、輸入軸轉速傳感器、車速傳感器）、油門位置傳感器、檔位傳感器等。 4. 電控部分：包括TCU板（含CPU、ROM、RAM、I/O接口等）、線速等。 圖1 AMT總體控制結構【2】 三、AMT的發(fā)展階段 AMT的發(fā)展大致可分為以下三個階段【3】。 1. 半自動AMT階段，即SAMT階段（1975—1984） Fichtel&Sachs公司的Saxomat便是基于這一思想的較為成熟的AMT產品。該裝置利用電子技術控制干摩擦離合器，當發(fā)動機轉速低于一個確定值時控制離合器分離；當駕駛員踩下油門時重新接合離合器。同時在換檔手柄上安裝開關傳感器，確保駕駛員換檔時分離和接合離合器。瑞典Scania的CAG系統(tǒng)，德國Daimler-Benz公司的EPS系統(tǒng)，美國的SMAT系統(tǒng)等均為這種形式【4】。但由于受當時電子技術水平的限制其效果并不理想。車輛起步時易使發(fā)動機熄火和失速，仍然存在接合沖擊，分離滯后等缺陷。 2. 全自動AMT階段（1984—1990）。 從80年代中期開始，人們從技術角度上考慮如何實現對離合器的自動控制。其標志是1984年ISUZU投放于市場的NAVAI-5電控機械式自動變速器。它采用了計算機控制系統(tǒng)微機，主要完成起步與換檔時離合器及檔位的控制。它彌補了AT價格高、結構復雜的缺陷，提供廉價的全自動變速器產品。隨后日本的Nissan、美國的FordEaton等公司均開展此方面的研究，其整體結構都與NAVAI-5相似【5】【6】。但是該時期的產品本身仍存在著明顯的缺點：如換檔規(guī)律仍不完善，在坡道彎道等特殊道路條件下出現頻繁和意外的換檔現象；離合器的控制也不完美，造成車輛起步與換檔時的沖擊現象，舒適性很差。 3. 智能化IAMT階段（1990—至今） 換檔規(guī)律和車輛起步時離合器的控制問題都受外界環(huán)境、駕駛員的主觀愿望和車輛客觀運行狀態(tài)的影響。國內外都采用智能方法進行此方面的研究，智能化IAMT在復雜多變的外界條件下使車輛的換檔和起步性能有進一步的提高。設計重量輕、體積小、成本低、結構簡單、便于維修和拆裝的執(zhí)行機構，實施精度高、響應快、魯棒形強的控制策略是今后離合器自動操縱的發(fā)展方向。 四、AMT國內外的發(fā)展狀況 AMT保留了原手動變速器總成的絕大部分機構,只是將其手動變速的操縱機構用自動操縱機構所取代,生產繼承性好,改造成本低,見效快,并且通過軟件的優(yōu)化設計可以全面提高車輛的使用性能。因此,世界各大汽車公司和一些科研院校都在進行此項技術的研究和開發(fā)工作。由于我國的汽車工業(yè)基礎較國外薄弱，在AMT的研究與生產領域也存在一定的差距。 1. 國外情況 早在20世紀60年代,歐洲的一些汽車公司就開始了AMT技術的研究工作,20世紀80年代開發(fā)出第一代AMT產品,并首先裝配在重型車輛上進行嘗試。AMT技術的日益成熟,使車輛在復雜多變條件下的換擋品質和起步性能進一步提高AMT換擋不平穩(wěn)、噪聲比較大和舒適性差的缺陷得到解決,應用AMT技術的汽車越來越受到好評,裝配AMT的車型不斷增多。改裝成本不斷降低,達到了用戶可以接受的程度,市場對AMT的需求開始增加。據預測,到2008年,歐洲近50%的MT將被AMT取代,部分AT市場也會被AMT占據。因此,近年來世界各汽車生產企業(yè)都在努力開發(fā)新一代的AMT產品。這些AMT產品在結構上大同小異,都是在原定軸式機械變速器的基礎上加裝替代人工手動換擋的電子控制操縱機構,但由于設計理念的不同,其性能有所差異【6】【8】。表1為國外AMT及ASCS的主要產品。 表1 國外AMT及ASCS主要產品【7】【9】 產品名稱 生產商 類型 特點 應用 Auto Shift Eaton(美國) AMT 集成系統(tǒng)管理，現場可編程 中重型商用車輛 AS Tronic ZF（德國） AMT 與EDC之間通過CAN通訊 中重型商用車輛 EAS Mercedes-Bens(德國) AMT 在EPS電控動力換檔系統(tǒng)上集成離合器電子控制 中重型商用車輛 Ferrari’s System Ferrari和Magneti Marelli(意大利) 全自動ASCS 斷檔時間可達0.15d 賽車如Ferrari F355 F1 Selespeed Magneti Marelli (意大利) 全自動ASCS 電控油門，保證換檔平順 性 轎車如Alfa 1562.0 TwinSparkVersion M-Sequential BMW（德國） 自動離合器 價格便宜，體積小，非全自動，不如Selespeed動作迅速平滑 高級轎車 Sensonic Saab（瑞典） 自動離合器 電動，具有自適應能力 轎車如Saab 900Sensonic Easy system AP(英國)、Renault(法國) 自動離合器 液動 ACTS AP Borg&Beck (英國) 自動離合器 電動油門、液動離合器，離合器油缸內置行程傳感器 ECS(EKS) Fichtel&Sachs （德國） 自動離合器 部分產品以電機驅動 2. 國內現狀 我國從20世紀80年代初就開始了AMT技術的研究工作,并取得了一系列成果。在AMT技術理論上的研究與國際水平相當,但在產品化方面,與國外的差距較大【3】。表2列出了國內開展AMT技術研究的單位及其產品特點。 國內在AMT研究方面已走過了近二十年的歷程，目前開展AMT研究開發(fā)工作的有很多家。通過不少單位的共同努力，取得了一些突破性進展， 表2國內AMT及ASCS主要產品【11】【12】 研制單位 類型 特點 實驗使用車型 吉林工業(yè)大學全 自動ASCS 具有坡道起步輔助裝置，進行了廣泛的理論研究 重型車、轎車 北京理工大學 自動ASCS 電控液動，具有保持檔功能 重型車 深圳欣源晟實業(yè)有限公司 全自動ASCS 普通電機驅動，離合器驅動機構有省力裝置，選檔和換檔驅動機構一致 轎車 重慶東方歐翔汽車電子有限公司 全自動ASCS 采用模糊控制，電控液動 轎車、輕型車 哈爾濱埃姆特汽車電子有限公司 全自動ASCS 電控電動，油門機構采用連桿復合機構并加裝輔助彈簧，離合器驅動機構具有省力裝置 轎車 理論方面的研究和國際水平大體相當，經過臺架試驗和整車道路試驗，通過了相關部門的鑒定，換檔品質達到了熟練駕駛員的效果。盡管國內在AMT研究方面投入了很多力量，也取得了不少成果，但目前除了奇瑞公司生產的QQ車型裝備了從國外引進AMT外，還沒有真正實現產品化，產業(yè)化進展并不順利，存在一些關鍵問題需要解決。 五、AMT的特點 AMT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，同時也具有操縱方便的自動變速功能。由于這些特點，發(fā)展AMT技術是很有前景的，總結如下： 1. AMT的優(yōu)點是： 通過電線實現換檔，駕駛員不必再為變速器換檔而踩離合器踏板，也不必再為變速器的選檔、換檔操縱換檔桿。 和機械變速器一樣，具有很高的機械傳動效率。 生產傳統(tǒng)手動機械換檔變速器的生產線，只需稍加改造便可繼續(xù)使用。除控制、操縱部件外，生產額外投資很少。 如果行駛中AMT脫檔，駕駛員能通過“推測功能”繼續(xù)掛到原來選定的檔位。 防護濫用離合器。 2、AMT的缺點是： 不可避免的換檔功率損失； 換檔時由于牽引力中斷，使乘坐舒適性受到影響。 從總體來看，AMT的是一種有很多優(yōu)點，并能夠適應汽車發(fā)展和市場要求的變速器。雖然目前AT還是主流，但是AMT的市場將會慢慢的增多。 六、AMT幾個關鍵技術及存在的難題 1. 離合器控制 離合器起步控制是AMT的難點，AMT車輛由于取消了離合器踏板，司機只能通過加速踏板表達其意愿。起步工況因車輛載荷、路面狀況及駕駛員意愿等因素變化多樣，起步過程中離合器與發(fā)動機需要協(xié)調配合，離合器模型本身存在著非線性、時變、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)動機的配合控制非常復雜，不同的環(huán)境條件、不同的車輛狀況及不同的駕駛習慣和操縱意圖，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，接合過快會造成嚴重沖擊，影響舒適性和傳動系壽命，甚至造成發(fā)動機熄火；接合過慢，由于離合器滑磨時間過長，溫度急劇上升，會加速摩擦副的磨損，也影響車輛的動力性【13】。所有這些都使離合器控制問題復雜化。 2. 檔位決策與控制 檔位決策與控制就是根據車輛運行情況、道路情況和駕駛意圖，按照設定的目標（如經濟性、動力性）最佳的原則，確定當前車輛的最佳檔位，并通過選換檔執(zhí)行機構的控制使變速器最佳換檔。為提高車輛動力性和燃油經濟性，必須保證合理選擇換檔時機并始終在最佳檔位行駛，同時換檔操作應保證換檔過程的平穩(wěn)性和快捷性。AMT系統(tǒng)由換檔執(zhí)行機構按預先制定的換檔控制策略，在電控單元的控制下實現檔位的自動變換，換檔策略是指變速器的自動換檔時刻隨控制參數而變化的關系。換擋控制策略的優(yōu)劣是衡量車輛在采用自動變速技術后能否充分發(fā)揮其動力性、經濟性及可駕駛性的關鍵【15】。 3. 動力傳動系統(tǒng)一體化控制 由于AMT自身的結構特點，在換檔時必須切斷動力。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，必然會產生沖擊。要使這種沖擊較小，就必須對換檔過程中的發(fā)動機轉速和扭矩進行自動控制。AMT車輛在起步時，離合器從動盤的轉速開始為零，主、從動盤的轉速差最大，離合器接合時必然產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)動機轉速的控制，使車輛沖擊和離合器磨損均能達到滿意的效果，所以發(fā)動機控制是提高電控機械自動變速換檔品質，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鍵【17】【18】。 在我國同樣地存在一些關鍵問題需要解決：一是控制問題，AMT的控制難度較AT和CVT大，AMT是動力中斷情況下的換擋，需要頻繁地控制離合器，由于轎車的慣量較小，離合器的控制好壞直接影響起步和換擋控制的平順性，同時，每輛汽車的離合器行程存在差異，因此，離合器起步控制和換檔控制難以正確反映駕駛員操縱意圖，不能適應復雜多變的行駛環(huán)境，成為困擾AMT技術發(fā)展的難點，造成離合器磨損和坡道、彎道意外換擋等不良現象，影響了乘坐舒適性，很難適應人們對轎車性能越來越高的要求。目前國內AMT的研發(fā)多數為僅僅限于對變速器換檔換位執(zhí)行機構、離合器執(zhí)行機構和發(fā)動機油門的控制，只是模擬熟練駕駛員換檔過程實現自動化的。AMT與發(fā)動機聯合的綜合控制才開始研究，運用CAN總線發(fā)動機的通信還屬于起步階段。二是可靠性和穩(wěn)定性問題，這是AMT產品能否被生產接受的關鍵，也是困擾AMT產業(yè)化的核心問題。 七、國內開發(fā)AMT的意義 在現有的基礎上進行AMT技術改造,并最終形成自己的AMT系列化產品符合我國國情。 1.汽車是中國工業(yè)產品中的傳統(tǒng)主力產品,但我國的汽車主流市場與歐美發(fā)達國家相比,前者注重實用技術和實現簡單功能,并以犧牲舒適性來求得低價;后者是以高技術、高安全、高舒適為追求目標。這就造成了進口的汽車單臺價格高,而出口的載貨汽車單臺價格較低(不到日本產品的1/2,歐美產品的1/3)的現象。這表明,我國的汽車產品與國際上知名的品牌相比還不具備優(yōu)勢,在整車可靠性、動力性、安全性、舒適性、環(huán)保性以及采用電子控制系統(tǒng)等方面仍有很大差距。在國產汽車上采用AMT技術無疑是縮小這一差距的捷徑,也只有這樣才能適應世界汽車的發(fā)展趨勢。 2. 我國龐大的市場需求,吸引了越來越多的國際汽車制造商,大眾、本田、豐田等著名公司或是合資,或是引進新品,正在加大對我國汽車市場的滲透,知名品牌的汽車不斷進入我國市場,這無疑加大了對國內汽車企業(yè)的威脅。因此,我國汽車生產企業(yè)應有緊迫性,應以積極的態(tài)度應對國際上的競爭對手,爭取盡快研制開發(fā)出適用于汽車的高性能AMT產品。也只有這樣才能保持AMT產品的開發(fā)和經營自主權。 3. 隨著我國經濟的快速增長,國內市場對汽車產品的駕駛方便性、舒適性、安全性等方面的要求越來越高,市場正呼喚能夠真正升級換代的汽車產品。因此,應首先嘗試在既具有自主知識產權又具有一定生產規(guī)模的車輛上,開發(fā)出能滿足基本使用要求的國產AMT產品,以供用戶選擇配套【13】。 4. 在AMT技術基礎上,選用排放達標的柴油機,并采用動力傳動一體化控制技術,既能滿足駕駛方便性、舒適性的要求,又能滿足排放法規(guī)的要求。面對國際上的競爭壓力和國內市場的需求,我國正處在發(fā)展AMT技術的關鍵時刻【20】。因此,開發(fā)AMT系列化、實用化產品,使AMT技術和產品逐步實現商品化和產業(yè)化,對我國汽車工業(yè)的發(fā)展具有重大的現實意義。 通過對AMT情況的了解，可以看出在汽車上裝配AMT的優(yōu)勢。由此，對AMT的研究是必要的，是汽車發(fā)展的要求。特別在我國，研究AMT具有更大的意義。 參考文獻 [1]葛安林, 車輛自動變速理論與設計[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1993 [2]劉戰(zhàn)芳,自動離合器的發(fā)展現狀與前景[J], 城市車輛, 2007-3: 54-56 [3]殷紅幸,董玉梁,自動變速技術的發(fā)展及國內現狀[J].世界汽車,2002,7:21-22 [4] Dunkley. 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