資源目錄里展示的全都有預覽可以查看的噢，，下載就有,,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】==================== 廣東技術師范學院 本科畢業(yè)論文（設計）開題報告 院別 機電學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 06汽本1 姓名 陳醒環(huán) 學號 2006090343030 聯(lián)系方式 13710254073 題目 轎車用機械式自動變速器操控機構設計 開題申請：（包括選題的意義與目的、文獻綜述、研究現(xiàn)狀、創(chuàng)新思路、論文提綱、進度安排、參考文獻等。） 一、 選題的意義與目的 汽車電子技術是汽車技術與電子技術相結合的產物。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，電子技術的應用越來越廣泛。汽車電子化的程度也越來越高，汽車正由單純的機械產品向高級的機電一體化產品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”。電子技術在現(xiàn)代汽車上的主要應用有電子控制噴油裝置，電子點火裝置，電控自動變速器，防抱死制動系統(tǒng)，電子轉向系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)等。其中電控機械式自動變速器（ＡＭＴ）就是電子技術飛速發(fā)展的產物。它大大提高了汽車使用的方便性，降低了駕駛員的勞動強度，進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，又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造的長處。常適合我國國情的機電液一體化高新技術產品。電控機械式自動變速器（AMT）是在手動機械式變速器和干式離合器的基礎上利用先進的電子技術和液壓技術實現(xiàn)自動化而產生的。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。它是在現(xiàn)生產的機械變速器上進行改造，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，生產繼承性好，改造的投入費用少，非常容易被生產廠家接受。而其中自動變速器操控機構則是AMT自動換擋的核心執(zhí)行元件，所以研究出控制靈敏的，結構簡單的，工作可靠的，占用空間少的AMT操控機構對于機械式自動變速器操控機構的發(fā)展有重大的意義。 二、 文獻綜述與研究現(xiàn)狀 機械式自動變速器（AMT）是如何實現(xiàn)換擋的呢？主要是自動變速器的電腦（ECU）通過獲得車速、負荷等參數(shù)后計算，經過比較后對變速器的離合器控制機構和選換檔機構進行控制。從而使離合器分離或結合，和選檔換擋。而AMT的操控機構可分為電控－氣動，電控－液動和電控－電動（全電式）三種類型 1.電控－氣動AMT 電控氣動選換檔系統(tǒng)對于一般車輛，由于沒有氣動裝置，一般不采用，只有在有氣壓系統(tǒng)的大型乘用車或商用車上使用。 2.電控－液動AMT 電控液動選換檔系統(tǒng)具有能容量大、操作簡便、易于實現(xiàn)安全保護、具有一定的吸振與吸收沖擊的能力以及便于空間布置等優(yōu)點。但是在利用高速開關閥控制離合器的系統(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，油粘度變大，離合器的結合速度較慢，導致在汽車剛開始起步時換檔品質差。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，嚴重時會發(fā)生換不上檔的現(xiàn)象。其次，液壓元件對加工的精度要求非常高，特別是高速電磁閥的加工，因而一般的廠家難以加工，成本高。 3.電控－電動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。但它反映速度比較慢，調試也比較復雜，大批量生產有一定難度。 在當今對車輛燃油經濟性和排放要求越來越高的國際形勢下，該系統(tǒng)已成為世界各國汽車零部件供應商和整車生產廠家競相開發(fā)的熱點，并相繼在各種車型上推出各自的產品。美國Eaton公司最近推出了電機控制執(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AMT－7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Sprintshift變速箱以及意大利Magneti Marelli公司用于法拉利賽車和菲亞特轎車的SelespeedSystem系統(tǒng)等等。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、北京理工大學、上海交通大學等高等院校也在從事這方面的研究，其中吉林大學葛安林教授領導研究的兩參數(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)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水平 三、創(chuàng)新思路 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上,應用自動變速理論,由電控單元控制執(zhí)行機構實現(xiàn)車輛起步、換擋自動操縱。隨著電機技術的不斷改進,電動式AMT成為自動變速器的一個開發(fā)熱點。由于現(xiàn)代轎車的發(fā)展趨向于經濟化、高速化、簡單緊湊化，所以對于轎車用的機械式自動變速器（AMT）來說，電控電動式的自動換擋機構更適合。而電控電動式的自動換擋機構的機械部分則是要設計得更加巧妙，實用，可靠，簡單緊湊。由于是電機作為動力源驅動離合器，選換檔機構工作，電機的功率和轉矩都不大，所以該自動變速機構必須設計出減速增扭和反映靈敏等特性，并且機構必須工作可靠，壽命較長。全電動式的AMT的機械換擋部分主要是由各種連桿、各種減速齒輪、齒條、蝸輪蝸桿、凸輪等簡單的機械傳動副組成。因此這就使得該換擋機構較電控液壓、電控氣壓的操縱機構簡單緊湊，并且系統(tǒng)工作所消耗的功率不大。所以AMT的換擋操縱機構的設計和優(yōu)化則大大改善了AMT變速器制造的經濟性和結構的簡單緊湊性。 四、論文提綱 第一章、前言 介紹三種自動變速器（AT、CVT、AMT）的各種技術情況，通過對比后得出AMT自動變速器具有傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造等的優(yōu)點。另外還介紹了AMT變速器在國外的發(fā)展歷史和發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢，還提出了本文的主要工作是對轎車用AMT執(zhí)行機構進行設計，并列出了本文的設計流程圖。 第二章、電動式AMT離合器操縱機構的設計 主要是介紹AMT變速器的工作原理和分類：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)的結構簡單，重量輕，成本低，控制方法上簡單等的有點，所以電控電動AMT的發(fā)展?jié)摿^大。還介紹AMT的系統(tǒng)功能和AMT的關鍵控制技術。 第三章、電動式AMT選檔操縱機構的設計 根據(jù)查得的車型驅動離合器的有關參數(shù)，開始對電動離合器的驅動電機進行了選型。然后根據(jù)要設計的電動離合器執(zhí)行機構的要求而選取一種適合的離合器驅動方案。方案確定后對各個零部件進行設計并校核關鍵部位，對離合器分離所用的時間進行計算。 第四章、電動式AMT換檔操縱機構的設計 先選定適合的選換檔的方案，并對選檔和換檔的驅動電機進行了選型，然后對選檔和換檔的各個零件進行設計并校核，設計完畢后計算選換檔的總共時間。 第五章、結論與展望 對前面的工作進行了總結，指出了本文僅完成了全電AMT的操控機構的設計工作，距離產品的實用化和市場化還有較大的差距。為了進一步提高全電動AMT的性能和實用性，仍需要進行后續(xù)研究。 五、進度安排 2010.3.22～ 2010.3.28 在圖書館、Internet網(wǎng)上查閱相關文獻資料。（1周） 2010.3.29～ 2010.4.11 整理匯總資料，進行方案設計及其比較，擬定最佳設計方案。（2周） 2010.4.12～ 2010.5.02 進行具體的各結構功能件設計，校核強度和剛度。（3周） 2010.5.03～ 2010.5.16 繪制操控機構總圖及零件圖（2周） 2010.5.17～ 2010.5.30 撰寫設計論文（12000-15000字），完成3張A0圖紙總量，交指導老師評定。（2周） 六、參考文獻 [1]Garofalo, F.; Glielmo, L.; Iannelli, L.; Vasca, F.. Smooth Engagement for Automotive Dry Clutch. Decision and Control[J], 2001. Proceedings of the 40th IEEE Conference on Volume 1,? 4-7 Dec. 2001 Page(s):529 - 534 [2]陳家瑞等. 汽車構造[M]. 北京: 人民交通出版社, 2002. [3]金倫. AMT換擋過程的離合器控制[J].汽車技術，2006，卷1：11-13 [4]江發(fā)潮. 機械式自動變速器的離合器優(yōu)化控制[J]. 清華大學學報，2005，卷45(第2 期)：242-245 [5]Glielmo, Luigi; Iannelli, Luigi; Vacca, Vladimiro; Vasca, Francesco. Gearshift Control for Automated Manual Transmissions[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, v 11, n 1, February, 2006, 17-26 [6]余春暉. 離合器模糊控制[D]. 北京：北京理工大學碩士學位論文，2001 指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日 教研室或系審核意見： 教研室（系）主任簽名： 年 月 日 備注：本開題報告須裝入學生的畢業(yè)論文（設計）檔案袋存檔。 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題 目：轎車用機械式自動變速器操控機構設計 （英文）Design of Automatic Mechanical Transmission Mechanism of Sedan 院 別： 機電學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化（汽 車工程） 姓 名： 陳醒環(huán) 學 號 ： 2006090343030 指導教師： 楊勇 日 期： 2010年6月 轎車用機械式自動變速器操控機構設計 摘要 自動變速控制是現(xiàn)代汽車的一項重要技術，也是智能車輛的基本功能。電控機械式自動變速器AMT以其傳動效率高、成本低和易于制造等優(yōu)點，非常適合我國汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)實，具有很好的產業(yè)化前景和廣闊的應用范圍。本文是對轎車用機械自動變速器AMT的執(zhí)行機構進行了設計，其中AMT的執(zhí)行機構包括控制離合器的分離結合機構和選檔換擋機構。由于電控電動類型的AMT變速器有結構簡單緊湊，生產成本低，污染少等優(yōu)點，所以本文所設計的AMT執(zhí)行機構采用電機驅動。本文分別對電動離合器和電動選換檔執(zhí)行機構的各種方案進行討論并作最佳選擇。最佳的方案確定后選擇執(zhí)行電機，根據(jù)所要實現(xiàn)的功能和各個約束的尺寸設計出執(zhí)行機構的結構，并對執(zhí)行機構的各個關鍵的部位進行了強度的校核。最后計算整個換檔的過程所用的時間，對比是否符合要求，并作出結論。 關鍵詞：AMT，電機，離合器，選換檔，執(zhí)行機構 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 transmission AMT has the advantages of high transmission efficiency, low cost and easy-to-manufacturing, it is very suitable for the development of China's automobile industry, and has good prospects for industrialization and wide range of applications. This paper is a design of a mechanical automatic transmission AMT's 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 implementation 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 structure 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 make a conclusion. Keywords: AMT, motor, clutch, gear selection, implementation agencies 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 7 第2章 AMT的關鍵控制技術 9 2.1 AMT的原理、結構與分類 9 2.1.1 AMT的原理 9 2.1.2 AMT的結構 10 2.1.3 AMT的分類 10 2.2 AMT系統(tǒng)功能和關鍵技術 11 2.2.1 AMT的系統(tǒng)功能 11 2.2.2 AMT的關鍵技術 14 2.3 本章小結 17 第3章 電動離合器操控機構的設計 18 3.1 電動離合器執(zhí)行機構的方案選擇 18 3.2 電機的選型 19 3.3 電動離合器操控機構各零件的設計 19 3.3.1 螺桿的設計 19 3.3.2 螺桿的結構設計 25 3.3.3 螺桿軸承的計算 26 3.3.4 螺母的結構設計 27 3.3.5 助力彈簧的設計 28 3.3.6 拉桿的設計 31 3.3.7 轉臂的設計 32 3.4 計算離合器分離時間 34 3.5 本章小結 34 第4章 選檔換檔機構的設計 35 4.1 選檔換檔方案的選擇 35 4.2 選檔機構的設計 35 4.2.1 選檔電機的選用 36 4.2.2 選檔齒輪的設計 36 4.2.3 選檔齒條的設計 39 4.3 換檔機構的設計 40 4.3.1 換檔電機的選用 41 4.3.2 換檔軸的設計 42 4.3.3 換檔塊的設計 45 4.3.4 聯(lián)軸器的設計 47 4.4 選換檔所用時間的計算 49 4.5 AMT變速器整個換檔的時間計算 49 4.6 本章小結 50 第5章 全文總結 51 5.1 主要工作內容 51 5.2 研究展望 51 參考文獻 53 致謝 55 附錄 56 轎車用機械式自動變速器操控機構設計 第1章 緒論 1.1 課題研究背景 隨著時代的發(fā)展，汽車電子技術也越來越先進。汽車電子技術是汽車技術與電子技術相結合的產物。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，電子技術的應用越來越廣泛。汽車電子化的程度也越來越高，汽車正由單純的機械產品向高級的機電一體化產品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”。電子技術在汽車上的應用，主要是圍繞汽車各個重要部件，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)行機構與驅動實現(xiàn))以及控制單元(控制策略與實現(xiàn)方法)。電子技術在現(xiàn)代汽車上的主要應用有電子控制噴油裝置，電子點火裝置，電控自動變速器，防抱死制動系統(tǒng)，電子轉向系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)等。 變速器的電子控制技術是汽車電子控制技術的核心內容之一。通過研究自動變速技術，可以減少汽車的能源消耗、減少污染、減輕駕駛員勞動強度、提高行駛安全性和乘員舒適性等，自動變速技術已經成為當代車輛技術發(fā)展的主要方向。 自動變速器的主要特點表現(xiàn)在以下幾個方面 （1）駕駛性能優(yōu)良 汽車駕駛性能的好壞，除與汽車本身的結構有關外，還取決于正確的控制和操縱。自動變速器可以按照預先設定的最佳換檔規(guī)律自動變換檔位，讓汽車在不同的運行條件下都能同時兼顧發(fā)動機的最低油耗和變速器的最高效率，因而特別適合于非職業(yè)駕駛。 （2）自適應能力強，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)行機構控制換檔，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。試驗結果表明，在壞路段行駛時，自動變速的車輛傳動軸上，最大動載轉矩的峰值只有手動變速器的20%-40%。原地起步時最大動載轉矩的峰值只有手動變速的50%-70%。從而延長發(fā)動機和傳動系統(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行調節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計，在交通負荷大的市區(qū)中就手動操縱汽車而言，汽車每行駛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常換檔，需要切斷動力，使發(fā)動機的轉速變化較大，油門開度變化急劇，非穩(wěn)定工況強烈，從而導致排放中的污染物多。而自動變速器的應用，可使發(fā)動機經常處于經濟轉速區(qū)域內運轉，也就是在較小污染排放的轉速范圍內工作，從而降低了排氣污染。 （5）動力性和燃油經濟性高 自動變速器能自動適應行駛阻力的變化，選擇最佳的換檔時刻，從而提高了汽車的動力性和經濟性。據(jù)美國伊頓公司試驗資料，可以節(jié)省燃油大約5%。 1.2 自動變速器的分類 自動變速是汽車電子控制技術發(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)、機械式自動變速箱（AMT、DCT)。其中AT、AMT、ECVT類型都采用了電子控制技術，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軸式機械變速器串聯(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，為了降低成本，AT的小型化和減少零部件個數(shù)，要求形成大規(guī)模生產。AT實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CVT。CVT最初采用了V型橡膠傳送帶，材料較差傳遞力矩小，沒有什么實用價值。后來改用金屬帶和鏈條，開發(fā)出實用型的CVT系統(tǒng)，具有零件少，體積小，重量輕，傳動效率較高，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(VanDoorne’s)發(fā)明金屬帶CVT后，富士、菲亞特、福特都先后引進CVT，用在自己的汽車上。最善于應用新技術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械無級變速器（英文全稱Infinitely Variable Transmission，簡稱IVT）的新型無級變速器獲得業(yè)界認可，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，它們之間的接觸點以潤滑油做介質，通過改變Variator裝置的角度變化而實現(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，不需要工藝復雜造價昂貴的金屬傳動帶。其關鍵技術是易發(fā)熱，潤滑油價昂貴，日產轎車已有應用。 （3）電控機械式自動變速器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上應用自動變速理論和先進的電子控制技術，通過電子控制單元控制電、液執(zhí)行機構實現(xiàn)車輛動力系統(tǒng)的自動操縱。汽車機械自動變速器（AMT）由于原有的機械傳動結構基本不變，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，同時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，在起步和換檔品質上與占主導地位的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，具有很好的換擋品質和車輛動力性、經濟性，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。 電控機械式自動變速器AMT大大提高了汽車使用的方便性，降低了駕駛員的勞動強度，進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，又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造的長處。常適合我國國情的機電液一體化高新技術產品。電控機械式自動變速器（AMT）是在手動機械式變速器和干式離合器的基礎上利用先進的電子技術和液壓技術實現(xiàn)自動化而產生的。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。它是在現(xiàn)生產的機械變速器上進行改造，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，生產繼承性好，改造的投入費用少，非常容易被生產廠家接受。而其中自動變速器操控機構則是AMT自動換檔的核心執(zhí)行元件，所以研究出控制靈敏的，結構簡單的，工作可靠的，占用空間少的AMT操控機構對于機械式自動變速器操控機構的發(fā)展有重大的意義。 1.3 AMT變速器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 1.3.1 AMT技術在國外的發(fā)展歷史 在手動變速汽車上實現(xiàn)自動化，由于其制造成本和使用成本的經濟性、對車輛類型廣泛的適應性、繼承性等公認的顯著特點，隨著計算機在工業(yè)上的應用，70年代后期國外就開始對AMT技術進行研究，80年代中期，美、日、歐先后研制出了自己的AMT產品，并應用于商用車輛上，隨著計算機技術和電子技術的日新月異，AMT技術得到進一步的發(fā)展，并在90年代末應用到高級轎車和Fl賽車上。 AMT系統(tǒng)發(fā)展主要經歷的三個階段： 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)只是使換擋動作實現(xiàn)了自動化，并不能實現(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)在自動換擋時可以進行適當?shù)膶﹄x合器和發(fā)動機的控制，白俄羅斯工學院開發(fā)的SAMT系統(tǒng)實現(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械式有級自動變速器‘NAVI—5’’，并裝于ASKA轎車上，在車速為60km/h時，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現(xiàn)了自動化。德國的ZF公司還對一種16擋變速器實現(xiàn)了自動換擋，并于1988年將其裝備在Geneva貨車上。同時，日本的Nissan，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、駕駛員意圖更具有適應性。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網(wǎng)絡方法，模仿熟練司機駕車中的相應操縱以改善起步、換擋、離合器接合的適應性。此外，通過GPS獲取更多路面特征信息以提高AMT對路面的適應性，AMT電控系統(tǒng)與發(fā)動機電控系統(tǒng)一體化以增加信息共享，協(xié)調控制能力，以及實現(xiàn)整 1.3.2 AMT的發(fā)展現(xiàn)狀 鑒于機械式自動變速器的優(yōu)點，在當今對車輛燃油經濟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商和整車生產廠家競相開發(fā)的熱點，并相繼在各種車型上推出各自的產品。美國Eaton公司最近推出了電機控制執(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AMT－7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Sprintshift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 歐洲市場變速器應用現(xiàn)狀及未來預測 車的Selespeed System系統(tǒng)等等，圖1.1是BorgWarner公司對歐洲市場的現(xiàn)狀調查和未來市場預測。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、北京理工大學、上海交通大學等高等院校也在從事這方面的研究，其中吉林大學葛安林教授領導研究的兩參數(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)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水平。 1.3.3 AMT的發(fā)展趨勢 目前自動變速器的應用越來越廣泛，但并不意味著自動變速技術已經發(fā)展得非常完善，在有些方面還有待改進。如對路況、車況的適應性以及自學習能力等，各國正采取多種技術途徑，試圖解決這些技術難題，例如模糊控制、神經網(wǎng)絡控制等，這是自動變速技術的重要研究方向。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網(wǎng)絡控制技術應用到汽車工業(yè)中，并且在該領域的某些方面已有成功應用的實例。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求的提高，人們也在探索采用新的檢測和控制技術來改善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）綜合實施對發(fā)動機扭矩、轉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發(fā)動機轉速和變速器輸入軸轉速之間存在很大的轉速差，只有實施聯(lián)合協(xié)調發(fā)動機、離合器和變速器的綜合控制才能達到沖擊度與滑磨功之間的最佳平衡。 （2）采用模糊-神經網(wǎng)絡控制技術進行車輛檔位決策。 采用模糊控制技術來增強對駕駛員意圖和路況、車況的適應性，神經網(wǎng)絡用于學習優(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)行機構進行優(yōu)化設計和控制 發(fā)動機油門和離合器執(zhí)行機構一般由機、電、液系統(tǒng)構成，具有難于建模的復雜非線性，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，采用模糊和神經網(wǎng)絡控制技術成為提高控制品質的重點研究方向。 1.4 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上,應用自動變速理論,由電控單元控制執(zhí)行機構實現(xiàn)車輛起步、換檔自動操縱。隨著電機技術的不斷改進,電動式AMT成為自動變速器的一個開發(fā)熱點。由于現(xiàn)代轎車的發(fā)展趨向于經濟化、高速化、簡單緊湊化，所以對于轎車用的機械式自動變速器（AMT）來說，電控電動式的自動換檔機構更適合。而電控電動式的自動換檔機構的機械部分則是要設計得更加巧妙，實用，可靠，簡單緊湊。由于是電機作為動力源驅動離合器，選換檔機構工作，電機的功率和轉矩都不大，所以該自動變速機構必須設計出減速增扭和反映靈敏等特性，并且機構必須工作可靠，壽命較長。全電動式的AMT的機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、凸輪等簡單的機械傳動副組成。因此這就使得該換檔機構較電控液壓、電控氣壓的操縱機構簡單緊湊，并且系統(tǒng)工作所消耗的功率不大。所以AMT的換檔操縱機構的設計和優(yōu)化則大大改善了AMT變速器制造的經濟性和結構的簡單緊湊性。本文的研究內容是針對于AMT自動換檔執(zhí)行機構，主要包括以下兩個方面: （1）在綜合研究了國內外(尤其是國外)各種驅動形式的AMT的發(fā)展情況的基礎上設計出電控電動AMT離合器執(zhí)行機構，對其離合器執(zhí)行機構進行設計計算，其中包括電動機的選擇，螺桿螺母、桿件、箱體等零部件的設計，并對其強度進行校核。 （2）對選檔換檔執(zhí)行機構進行設計，其中包括電動機的選擇，齒輪、齒條、軸、箱體等零部件的設計，并對其強度進行校核。 （3）計算整個換檔所用的時間，包括離合器的分離和結合，換檔從一個檔塊退回空檔，選檔后在掛上到另一個檔的整個過程所用的時間計算，并與實際使用中所需的時間對比。 其中，本文的流程圖如圖1.2所示： 圖1.2 本文工作流程圖 1.5 本章小結 本章通過介紹三種自動變速器（AT、CVT、AMT）的各種技術情況，通過對比后得出AMT自動變速器具有傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造等的優(yōu)點。另外還介紹了AMT變速器在國外的發(fā)展歷史和發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢，這說明AMT自動變速器未來在國外或在國內的發(fā)展?jié)摿艽?。由于AMT技術適合于我國國情，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)行機構進行設計，并列出了本文的設計流程圖。 第2章 AMT的關鍵控制技術 2.1 AMT的原理、結構與分類 2.1.1 AMT的原理 AMT電控自動變速器是在手動變速器基礎之上增加相應的機電裝置實現(xiàn)自動換檔功能的機械式變速器（AMT——Automatic Manual Transmission）。自動操縱機構由換檔桿裝置、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)動機轉速、車速、離合器行程、選換檔行程等數(shù)據(jù)進行計算分析，指令電子節(jié)氣門、離合器及選換檔操縱機構完成換檔動作。換檔過程中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、選擇器開關等）和車輛的狀態(tài)（發(fā)動機轉速、輸入軸轉速、車速、檔位），依據(jù)適當?shù)目刂埔?guī)律（換檔規(guī)律、離合器接合規(guī)律等），借助相應的執(zhí)行機構（電子油門離合器執(zhí)行機構、選換檔執(zhí)行機構），對車輛的動力傳動系（發(fā)動機、離合器和變速器）進行聯(lián)合控制。如圖2.1所示。 圖2.1 AMT控制原理圖 2.1.2 AMT的結構 AMT是一種機、電、液一體化的產品， 該系統(tǒng)主要由以下四部分組成： （1）被控對象包括發(fā)動機、離合器和變速器。 （2）執(zhí)行機構包括步進電機、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)動機轉速傳感器、輸入軸轉速傳感器、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、離合器、變速箱是AMT的主要控制對象，其中發(fā)動機的特性是制定合理的燃料經濟性、動力性換檔規(guī)律的依據(jù)，也是實現(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。另外離合器的一些其它特性如磨損特性又將影響離合器的控制過程；變速器與AMT相關的特性主要是各個檔位的傳動比和同步器的同步摩擦扭矩，它們對換檔品質會產生影響。 2.1.3 AMT的分類 目前，按照執(zhí)行機構動力源的不同，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)行機構采用氣壓驅動。它的應用范圍不廣，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)則是用液壓方式驅動其執(zhí)行機構，它具有能容量大、操作簡便、易于實現(xiàn)安全保護、有一定的吸振與吸收沖擊的能力以及便于空間布置等優(yōu)點。但是在利用高速開關閥控制離合器的系統(tǒng)中，它的執(zhí)行機構的工作受溫度變化的影響較大。當溫度變化時，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，離合器的結合速度減慢，導致在汽車剛開始起步時換檔品質差。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)結構復雜，難于制造，液壓元件對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，隨著電子產品性能的不斷完善，在變速器執(zhí)行控制系統(tǒng)中采用電力拖動己經成為可能，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)的相關動作由電動機進行帶動。綜合以上三種類型AMT的特點，電控氣動AMT由于其使用的局限性，在一般車輛上難以應用。目前應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，在以下幾個方面具有進一步的優(yōu)勢： ①取消了液壓系統(tǒng)，從而使整個控制系統(tǒng)的結構更加簡單，重量更輕，成本低。 ②由于直接采用易于控制、精度更高的電動機取代液壓執(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。 ③在原有的電控液動AMT控制的基礎上，只需對其軟件和硬件以及控制方法上作少許的改動就能實現(xiàn)對電控電動AMT系統(tǒng)的控制。電控電動AMT的特點是:可控性好、可靠性強、并且對環(huán)境的適應性好。 近些年來，執(zhí)行電動機不斷地向以下幾個方面發(fā)展： a、可控性、精度、速度不斷地提高； b、適應數(shù)字化的發(fā)展方向； c、電動機趨向于組合化； d、電動機小型化、實用化、多功能化。 2.2 AMT系統(tǒng)功能和關鍵技術 2.2.1 AMT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)動機轉速、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)預先存儲的最佳換檔規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動機轉速控制規(guī)律等，對發(fā)動機供油、離合器的分離與接合、以及變速器換檔三者的動作與時序實現(xiàn)優(yōu)化控制，從而獲得優(yōu)良的燃料經濟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)必須安全可靠。AMT控制系統(tǒng)的功能設計主要考慮了四個方面:基本功能、安全功能、診斷功能和輔助功能。 （1）基本功能 ①離合器控制 離合器接合過程的控制是AMT的關鍵技術之一。離合器接合速度根據(jù)離合器主從動盤未接觸、滑動摩擦傳遞扭矩和已同步三個階段按快一慢一快的控制策略進行控制。離合器控制是通過離合器執(zhí)行機構來實現(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到及時切斷動力傳遞的目的，在上述工況結束階段要平穩(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)、完全接合三個狀態(tài)。 ②選、換檔控制 選、換檔控制是通過控制兩個電機完成變速器傳動比的轉換。選檔和換檔控制有嚴格的時序要求，即只有選檔到位后才可進行換檔操作。換檔控制時間與換檔力和主被動齒輪轉速差大小有關，換檔力越大換檔時間越小，轉速差越大換檔時間越長。換檔引起動力中斷的時間與換檔沖擊往往是矛盾的，要快速平穩(wěn)地實現(xiàn)換檔，變速器的選換檔控制需要與發(fā)動機控制和離合器控制進行協(xié)調配合。AMT系統(tǒng)應能夠根據(jù)發(fā)動機負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濟性。 ③發(fā)動機控制 正常行駛時通過油門執(zhí)行機構控制油門開度跟蹤駕駛員踩下的加速踏板位移，實現(xiàn)油門跟蹤控制。換檔過程中通過油門控制發(fā)動機的輸出轉速和扭矩，上換檔時降低發(fā)動機轉速而下?lián)Q檔時調高發(fā)動機轉速使其與離合器從動盤轉速一致，防止離合器控制和油門控制的不協(xié)調和時序錯誤使動力中斷過程中發(fā)動機轉速過高造成的燃料浪費和噪音，同時保證很小的離合器主從動片轉速差，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)動機的輸出扭矩和轉速，保證車輛按駕駛員的要求平穩(wěn)起步。 （2）安全功能 ①起動禁止如果變速器嚙合車輛不在空檔位置，這時需要通過控制起動電機禁止發(fā)動機起動，避免車輛前沖，造成人員或車輛的損傷，同時防止起動電機超負荷工作，影響其壽命。 ②倒檔安全 手柄在倒檔位置時，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生磨損，以及如果掛不上檔，對行車效率和安全也會產生影響。另外，為了防止駕駛員誤操作，即使車速為零，如果一軸轉速太高，也不執(zhí)行掛倒檔的操作。 ③轉速差過高禁止同步 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，待轉速差降到允許的設定值范圍內方可同步。 ④轉速差過大限制離合器接合行程 在換檔過程的動力恢復階段，協(xié)調控制發(fā)動機轉速和離合器行程，為了防止發(fā)動機轉速變化率過大造成的換檔沖擊，在離合器主從動盤轉速差過大時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犧牲離合器滑摩功為代價。 ⑤熄火延時 當駕駛員關鑰匙熄火后，要通過延時電路繼續(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間，在熄火后發(fā)現(xiàn)未摘空檔時以便及時摘檔。 ⑥防止熄火 在剎車和減速工況，通過發(fā)動機轉速和轉速變化率來判定發(fā)動機是否可能熄火，當發(fā)動機熄火的判定條件滿足時，就快速分離離合器，及時切斷離合器的動力傳遞，防止發(fā)動機熄火。 ⑦坡道起步 防止車輛在坡道上起步時出現(xiàn)倒溜而造成的安全隱患，安裝坡上起步裝置或通過發(fā)動機離合器的聯(lián)合控制，實現(xiàn)坡道安全平穩(wěn)起步。 ⑧應急功能 在TCU故障時，車輛可以安全模式行駛，使駕駛員將車輛開往修理廠維修。 （3）診斷功能 ①離合器磨損 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診斷并補償會直接影響起步、換檔品質，所以要有離合器磨損自診斷和磨損補償功能。 ②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)動機轉速、輸入軸轉速及車速三個脈沖量主要通過三者的冗余關系來判斷其中之一是否出現(xiàn)故障 ③執(zhí)行機構故障 執(zhí)行機構故障主要發(fā)生在電機上，執(zhí)行過程所產生的失步將導致離合器分離不徹底或接合不完全、選換檔不到位而掛不上檔，需要對失步的產生進行補償。故障發(fā)生時，TCU應生成國際標準故障代碼BCD碼供檢修，同時提醒駕駛員注意。 （4）輔助功能 ①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。 ②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濟性或最佳動力性按設定的車速行駛。 ③驅動防滑 車輛在附著系數(shù)低的冰雪或濕滑路面起步或加速時，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矩來控制牽引力，以達到防滑控制的目的，提高車輛的操縱性、穩(wěn)定性和安全性。 ④顯示功能 包括故障顯示和檔位顯示，故障顯示可把故障情況反映給駕駛員，以便及時采取措施排除故障，檔位顯示防止駕駛員檔位誤操作。系統(tǒng)具有串口，可將車輛運行狀態(tài)通過串口上傳上位機LABVIEW系統(tǒng)，進行車輛狀態(tài)顯示及數(shù)據(jù)分析。 2.2.2 AMT的關鍵技術 在電—電式AMT系統(tǒng)中，執(zhí)行電動機為步進電機或直流電動機，電機控制性能的好壞直接決定系統(tǒng)的性能。AMT控制系統(tǒng)中，除要求電動機應具有快速準確跟蹤指令信號的能力，還應考慮電動機與被控對象間的機械連接、AMT系統(tǒng)非線性、時變性等對電機控制性能的影響。電機控制策略是AMT系統(tǒng)的關鍵技術之一。此外，電控單元中對電機控制的軟硬件設計，直接影響電機控制性能，也是系統(tǒng)開發(fā)的主要研究內容。 （1）離合器的起步控制 離合器起步控制技術離合器起步控制是AMT的難點。AMT車輛由于取消了離合器踏板，司機意圖只能通過加速踏板表達，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，由于離合器滑摩時間過長，溫度急劇上升，會加速摩擦副的磨損，也影響車輛的動力性。所有這些都使離合器控制問題復雜化。 為保證離合器的控制性能，國內外進行了長期的研究，結果表明接合規(guī)律由人—車—環(huán)境共同確定。1983年Esenovsky-Lashkov對發(fā)動機轉速與油門開度、離合器傳遞扭矩與其行程的關系進行了理論分析，建議以發(fā)動機轉速或油門開度作為離合器接合過程的控制參數(shù)，Pellegrino對此進行了試驗研究。J.M.施利克和1954年上市的NAVI—5采用并發(fā)展了這種思想，控制策略被細分成爬行控制(Creep)和正常(Normal)控制兩種模式。但是試驗表明僅僅根據(jù)發(fā)動機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)動機轉速、離合器從動片轉速、離合器行程作為控制參數(shù)，利用發(fā)動機與離合器從動片的轉速差和油門開度信號控制離合器的接合過程，同時以離合器行程或傳遞扭矩構成閉環(huán)控制，這是目前非常有影響的控制方案。1993年Tanaka首次引入司機經驗，利用發(fā)動機轉速、加速踏板角度、離合器輸出軸轉速以及發(fā)動機轉速變化率，采用模糊規(guī)則獲得離合器接合過程的位移變化量，實車試驗表明無論在平坦路面還是坡道起步，均獲得了較為滿意的效果。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。2000年陳俐將自動離合器分成兩個解耦的子系統(tǒng)，并采用自適應最優(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復雜的人—車—環(huán)境的綜合控制問題，車輛本身的動力學特性十分復雜，離合器控制受負載條件、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。同時離合器膜片彈簧的非線性載荷—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、從動盤轉速差的復雜關系，發(fā)動機動態(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，而兩個控制目標又是相互矛盾的，給離合器接合性能的動態(tài)評價造成困難，這些都對最佳接合規(guī)律的實現(xiàn)帶來相當大的難度。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、車輛運行狀態(tài)和外界環(huán)境，確定能適應各種工況、性能優(yōu)良的最佳離合器接合規(guī)律，是實現(xiàn)離合器智能化控制的關鍵。 （2）檔位決策與控制 檔位決策與控制就是根據(jù)駕駛員意圖、車輛運行狀態(tài)和外界環(huán)境，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工作在最佳檔位。 為提高車輛動力性和燃油經濟性，必須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。換檔策略是指變速器的自動換檔時刻隨控制參數(shù)而變化的關系。換檔控制策略的優(yōu)劣是衡量車輛在采用自動變速技術后能否充分發(fā)揮其動力性、經濟性及可駕駛性的關鍵。 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)，按照某種指標最優(yōu)的目標，通過車輛動力學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。在車輛運行環(huán)境和車輛工況與最佳換檔規(guī)律設定一致時，才能保證車輛處于最優(yōu)檔位，當車輛的實際運行條件與換檔規(guī)律的設定條件有較大差別時，則無法保證在最優(yōu)檔位工作。如在復雜路面遇到坡道、彎道、制動等情況時，會出現(xiàn)頻繁換檔的現(xiàn)象，有時甚至會產生與駕駛員實際愿望相反的操作，即意外換檔和換檔循環(huán)，不具有自動適應車輛狀況、道路環(huán)境和駕駛員意圖的能力。為使換檔控制能適應道路環(huán)境變化和不同的駕駛意圖，很多學者進行了這方面的研究。如Hiroshi Yamaguchi采用車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動機轉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，在線修正二參數(shù)換檔規(guī)律，以實現(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行的，因此要求換檔時間盡可能短，以減少動力損失。而切斷動力和恢復動力的過程均會造成沖擊，沖擊的強度又隨這兩個過程時間的縮短而增加，因此既要縮短換檔時間，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)有關外，還受到路面環(huán)境、駕駛意圖等的影響，存在著時變、變結構及非線性等特點。制定適應性強、換檔性能優(yōu)越的智能換檔策略，是AMT技術研究和發(fā)展的重要方向，也是當前AMT的一大技術難題。 （3）發(fā)動機控制技術 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。AMT車輛在起步時，離合器從動盤的轉速開始時為零，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)動機轉速的協(xié)調控制，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。在AMT系統(tǒng)中，發(fā)動機和離合器及變速器之間存在著相互關聯(lián)、相互影響，必須對各子系統(tǒng)進行協(xié)調配合控制，這也是AMT系統(tǒng)的核心技術。 2.3 本章小結 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)的結構簡單，重量輕，成本低，控制方法上簡單等的有點，所以電控電動AMT的發(fā)展?jié)摿^大。另外本章還介紹了AMT的系統(tǒng)功能和AMT的關鍵控制技術。其中AMT控制系統(tǒng)的功能設計主要考慮了四個方面: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)動機控制為AMT的關鍵控制技術。 第3章 電動離合器操控機構的設計 3.1 電動離合器執(zhí)行機構的方案選擇 電動離合器是將原有的由人控制的離合器改由電子控制，模仿經驗豐富的駕駛員來對離合器進行分離與接合。它是在傳統(tǒng)的離合器上并聯(lián)上一套由電機驅動的執(zhí)行機構?？偟膩碚f，離合器執(zhí)行機構需要完成兩個任務。一方面，將作為動力源的電機所帶來的旋轉運動通過一定的傳動方式轉化為直線運動;另一方面，由于離合器分離時需要較大的驅動力，普通的電機無法直接驅動，因此，執(zhí)行機構還需要增大驅動力，即采取一定的傳動比以增大執(zhí)行機構的驅動力。下面列出了目前常見的三種驅動方式。 （1）齒輪傳動。齒輪傳動可以采用單級或多級傳動以實現(xiàn)較大范圍的傳動比，從而達到離合器分離所需要的驅動力要求。但是汽車在起步和行駛過程中，有時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供電來維持，增加了電能損耗，而且實現(xiàn)起來比較困難，并且齒輪傳動的結構尺寸比較大，不利于加裝。 （2）蝸輪蝸桿傳動。蝸輪蝸桿傳動具有傳動比大、結構緊湊、傳動平穩(wěn)，噪聲小和自鎖性等優(yōu)點。但是在傳動時，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。電動機帶螺桿旋轉，然后由螺桿帶動螺母旋轉并沿螺桿軸向運動，這樣螺母將旋轉運動變成直線運動以拉緊和松開拉索，這樣便使離合器得以分離和結合。采用螺旋傳動主要有以下幾個優(yōu)點。l)具有一定的傳動比，因此可以增加電機傳遞的轉矩。2)當離合器需要保持在一定位置時，螺旋傳動可以實現(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)采用螺旋傳動驅動形式。查閱桑塔納轎車的有關離合器方面的參數(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)設計出一種轎車用的AMT電動離合器的操作機構，對該機構的要求是：在滿足提供足夠的分離力的情況下電機功率應該盡量小，機構能在0.12s之內分離離合器。離合器的操作機構簡圖如下圖3.1 1電動機 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 離合器操控機構原理圖 工作原理：電動機工作，帶動螺桿轉動，螺桿的旋轉運功轉換成套在螺桿上的螺母的向右的直線運動。螺母拉動拉桿向右移動，拉桿拉動分離杠桿繞其支點逆時針轉過一個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。電機的反轉則使離合器結合。 3.2 電機的選型 分離離合器所需的最大推力為800N，其中分離的有效行程是，要求分離的有效行程所需時間為0.08s，則計算出分離離合器的最大功率。 根據(jù)分離離合器所需的功率以及功率余量選取電機。 選取5DM120A型號的直流電機，參數(shù)表3.1： 表3.1 離合器直流電機的參數(shù) 額定電壓 額定電流 額定功率 額定轉速 額定轉矩 12V 13A 120W 2000rpm 0.8Nm 3.3 電動離合器操控機構各零件的設計 3.3.1 螺桿的設計 （1）螺桿驅動力的計算 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。離合器操作機構采用的螺旋副傳動方式為螺杠轉動．螺母移動，其受力方式如圖3.2所示，即螺母承受軸向力F，對應的螺杠驅動力矩為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： （3-1） 其中為螺紋升角： （3-2） 為當量摩擦角，若用代入上式（3-2），則有： （3-3） L為螺紋導程，為絲桿的傳動效率，則有絲桿軸向負荷與輸入轉矩的關系： （3-4） 螺母的移動速度與螺桿轉速的關系為：。 設計分離杠桿的比值為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。 為了能滿足分離離合器在0.12S內實現(xiàn)，則要求螺母的移動速度為： （3-5） i為分離杠桿的杠桿比 i=2； S為離合器的總行程 ； 為離合器的有效分離行程 ； 為離合器分離軸承的自由行程 ； 將各個數(shù)值代入式（3-5）得 （2）計算絲桿的中徑 （3-6） F為軸向載荷 F=400N； 梯形和矩形螺紋 取ζ=0.8； 螺母為整體式的 ??； 為材料的許用壓強 根據(jù)螺母的滑動速度選用螺桿的材料為45剛，螺母的材料為灰鑄鐵。則其滑動螺旋副材料的許用壓強取； 將各個數(shù)值代入式（3-6），得： 另外要求螺母的移動速度，根據(jù)式可以算出螺桿的導程L。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)選取螺紋標準數(shù)值：選取螺紋的公稱直徑，其螺紋中徑，螺紋的小徑，螺距,螺桿頭數(shù)，則螺紋的導程。 螺母的高度： 取； 旋合圈數(shù)： ； 螺紋的工作高度h：對于梯形螺紋和矩形螺紋 ； （3）計算螺紋的升角和當量摩擦角 螺紋升角： 當量摩擦角： （3-7） 為螺旋副的摩擦系數(shù)，螺桿材料是剛，螺母材料為灰鑄鐵，所以取。 為螺紋的牙型角，梯形螺紋的牙型角； 將各數(shù)值代入式（3-7）得： （4）螺旋副的自鎖驗算 螺旋副自鎖的條件是：； 其中， 螺旋副能自鎖。 （5）計算螺旋副的傳動效率 （3-8） （6）螺桿的最大軸向力計算 （3-9） （7）螺旋副工作壓強的校核 工作壓強校核條件是： （3-10） 螺旋副的滑動速度在6~12m/min范圍中，螺桿材料為鋼，螺母材料為鑄鐵，則其許用壓強 ，螺旋副的工作壓強符合要求。 （8）螺桿的強度計算 螺桿工作時同時受軸面壓力（拉力）F與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應力與扭剪應力的復合作用，所以按彎扭（壓扭，拉扭）復合強度條件計算——第四強度理論： （3-11） ，為材料的屈服疲勞極限，查得45鋼回火熱處理后的屈服疲勞極限為285Mpa，所以 ，，螺桿的強度符合要求。 （9）螺紋牙強度的校核 ①螺桿螺紋牙的強度校核： 抗剪強度條件： （3-12） 其中b為螺紋牙底寬度，梯形螺紋：； 則可算出： 對于鋼材，剪切許用應力，則有，螺桿螺紋牙的抗剪強度符合條件。 抗彎強度條件： （3-13） 鋼材彎曲許用應為：，，螺桿螺紋牙的抗彎強度符合條件。 ②螺母螺紋牙的強度校核： 抗彎強度條件： （3-14） 對于