資源目錄里展示的全都有預(yù)覽可以查看的噢，，下載就有,,請(qǐng)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(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢交流】==================== 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 題 目：轎車用機(jī)械式自動(dòng)變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （英文）Design of Automatic Mechanical Transmission Mechanism of Sedan 院 別： 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（汽 車工程） 姓 名： 陳醒環(huán) 學(xué) 號(hào) ： 2006090343030 指導(dǎo)教師： 楊勇 日 期： 2010年6月 轎車用機(jī)械式自動(dòng)變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 自動(dòng)變速控制是現(xiàn)代汽車的一項(xiàng)重要技術(shù)，也是智能車輛的基本功能。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT以其傳動(dòng)效率高、成本低和易于制造等優(yōu)點(diǎn)，非常適合我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)實(shí)，具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景和廣闊的應(yīng)用范圍。本文是對(duì)轎車用機(jī)械自動(dòng)變速器AMT的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中AMT的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括控制離合器的分離結(jié)合機(jī)構(gòu)和選檔換擋機(jī)構(gòu)。由于電控電動(dòng)類型的AMT變速器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，生產(chǎn)成本低，污染少等優(yōu)點(diǎn)，所以本文所設(shè)計(jì)的AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本文分別對(duì)電動(dòng)離合器和電動(dòng)選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種方案進(jìn)行討論并作最佳選擇。最佳的方案確定后選擇執(zhí)行電機(jī)，根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能和各個(gè)約束的尺寸設(shè)計(jì)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)關(guān)鍵的部位進(jìn)行了強(qiáng)度的校核。最后計(jì)算整個(gè)換檔的過程所用的時(shí)間，對(duì)比是否符合要求，并作出結(jié)論。 關(guān)鍵詞：AMT，電機(jī)，離合器，選換檔，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 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(dòng)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(shù)在國(guó)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(shì) 5 1.4 本文的主要工作 6 1.5 本章小結(jié) 7 第2章 AMT的關(guān)鍵控制技術(shù) 9 2.1 AMT的原理、結(jié)構(gòu)與分類 9 2.1.1 AMT的原理 9 2.1.2 AMT的結(jié)構(gòu) 10 2.1.3 AMT的分類 10 2.2 AMT系統(tǒng)功能和關(guān)鍵技術(shù) 11 2.2.1 AMT的系統(tǒng)功能 11 2.2.2 AMT的關(guān)鍵技術(shù) 14 2.3 本章小結(jié) 17 第3章 電動(dòng)離合器操控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18 3.1 電動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案選擇 18 3.2 電機(jī)的選型 19 3.3 電動(dòng)離合器操控機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì) 19 3.3.1 螺桿的設(shè)計(jì) 19 3.3.2 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 3.3.3 螺桿軸承的計(jì)算 26 3.3.4 螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 3.3.5 助力彈簧的設(shè)計(jì) 28 3.3.6 拉桿的設(shè)計(jì) 31 3.3.7 轉(zhuǎn)臂的設(shè)計(jì) 32 3.4 計(jì)算離合器分離時(shí)間 34 3.5 本章小結(jié) 34 第4章 選檔換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35 4.1 選檔換檔方案的選擇 35 4.2 選檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35 4.2.1 選檔電機(jī)的選用 36 4.2.2 選檔齒輪的設(shè)計(jì) 36 4.2.3 選檔齒條的設(shè)計(jì) 39 4.3 換檔機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 40 4.3.1 換檔電機(jī)的選用 41 4.3.2 換檔軸的設(shè)計(jì) 42 4.3.3 換檔塊的設(shè)計(jì) 45 4.3.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 47 4.4 選換檔所用時(shí)間的計(jì)算 49 4.5 AMT變速器整個(gè)換檔的時(shí)間計(jì)算 49 4.6 本章小結(jié) 50 第5章 全文總結(jié) 51 5.1 主要工作內(nèi)容 51 5.2 研究展望 51 參考文獻(xiàn) 53 致謝 55 附錄 56 轎車用機(jī)械式自動(dòng)變速器操控機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1 課題研究背景 隨著時(shí)代的發(fā)展，汽車電子技術(shù)也越來越先進(jìn)。汽車電子技術(shù)是汽車技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)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(shù)的應(yīng)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(jī)械產(chǎn)品向高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”。電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，主要是圍繞汽車各個(gè)重要部件，解決其自動(dòng)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(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn))以及控制單元(控制策略與實(shí)現(xiàn)方法)。電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的主要應(yīng)用有電子控制噴油裝置，電子點(diǎn)火裝置，電控自動(dòng)變速器，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動(dòng)巡航系統(tǒng)等。 變速器的電子控制技術(shù)是汽車電子控制技術(shù)的核心內(nèi)容之一。通過研究自動(dòng)變速技術(shù)，可以減少汽車的能源消耗、減少污染、減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高行駛安全性和乘員舒適性等，自動(dòng)變速技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)代車輛技術(shù)發(fā)展的主要方向。 自動(dòng)變速器的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于正確的控制和操縱。自動(dòng)變速器可以按照預(yù)先設(shè)定的最佳換檔規(guī)律自動(dòng)變換檔位，讓汽車在不同的運(yùn)行條件下都能同時(shí)兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)能力強(qiáng)，提高乘坐舒適性和零部件使用壽命 自動(dòng)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(jī)構(gòu)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的沖擊和動(dòng)載。試驗(yàn)結(jié)果表明，在壞路段行駛時(shí)，自動(dòng)變速的車輛傳動(dòng)軸上，最大動(dòng)載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動(dòng)變速器的20%-40%。原地起步時(shí)最大動(dòng)載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動(dòng)變速的50%-70%。從而延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的壽命。 （3）操縱簡(jiǎn)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(duì)車輛的行駛方向和速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在交通負(fù)荷大的市區(qū)中就手動(dòng)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(gè)手腳協(xié)同動(dòng)作。可見從汽車起步換檔到制動(dòng)，使駕駛員的注意力被分散，而且易產(chǎn)生疲勞，造成交通事故增加。裝用自動(dòng)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(dòng)變速。從而改善了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使行車事故率降低，平均車速提高。 （4）廢氣排放低 手動(dòng)換檔變速器由于經(jīng)常換檔，需要切斷動(dòng)力，使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化較大，油門開度變化急劇，非穩(wěn)定工況強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致排放中的污染物多。而自動(dòng)變速器的應(yīng)用，可使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是在較小污染排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，從而降低了排氣污染。 （5）動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性高 自動(dòng)變速器能自動(dòng)適應(yīng)行駛阻力的變化，選擇最佳的換檔時(shí)刻，從而提高了汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國(guó)伊頓公司試驗(yàn)資料，可以節(jié)省燃油大約5%。 1.2 自動(dòng)變速器的分類 自動(dòng)變速是汽車電子控制技術(shù)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(dòng)變速的類型主要有：液力變矩器+行星齒輪組的動(dòng)力換檔變速器的液壓自動(dòng)變速(AT)、無級(jí)變速(CVT、ECVT、IVT)、機(jī)械式自動(dòng)變速箱（AMT、DCT)。其中AT、AMT、ECVT類型都采用了電子控制技術(shù)，而且液壓自動(dòng)變速也將逐漸被電控液動(dòng)自動(dòng)變速和電控電動(dòng)自動(dòng)變速所取代。 （1）液力自動(dòng)變速器AT AT的基本形式是液力變矩器與動(dòng)力換擋的旋轉(zhuǎn)軸式機(jī)械變速器串聯(lián)或并聯(lián)。這種形式的自動(dòng)變速器的主要優(yōu)點(diǎn)有:良好的乘坐舒適性、方便的操縱性、優(yōu)越的動(dòng)力性、良好的安全性。但效率低、難制造、成本高是AT的缺點(diǎn)，為了降低成本，AT的小型化和減少零部件個(gè)數(shù)，要求形成大規(guī)模生產(chǎn)。AT實(shí)際上是一種介于有級(jí)變速和無級(jí)變速之間的自動(dòng)變速器。 （2）無級(jí)自動(dòng)變速器CVT、ECVT、IVT 無級(jí)變速傳動(dòng)的英文全稱Continuously Variable Transmission，簡(jiǎn)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(shí)用價(jià)值。后來改用金屬帶和鏈條，開發(fā)出實(shí)用型的CVT系統(tǒng)，具有零件少，體積小，重量輕，傳動(dòng)效率較高，但傳動(dòng)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(jìn)CVT，用在自己的汽車上。最善于應(yīng)用新技術(shù)的富士車廠研制了具有電腦裝置的電子無級(jí)變速傳動(dòng)ECVT，并在1987年2月裝在Justy汽車上推出市場(chǎng)。2003年3月，一種稱為無限變速式機(jī)械無級(jí)變速器（英文全稱Infinitely Variable Transmission，簡(jiǎn)稱IVT）的新型無級(jí)變速器獲得業(yè)界認(rèn)可，它不使用變矩器，核心部分由輸入傳動(dòng)盤、輸出傳動(dòng)盤和Variator傳動(dòng)盤組成，它們之間的接觸點(diǎn)以潤(rùn)滑油做介質(zhì)，通過改變Variator裝置的角度變化而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)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(fù)雜造價(jià)昂貴的金屬傳動(dòng)帶。其關(guān)鍵技術(shù)是易發(fā)熱，潤(rùn)滑油價(jià)昂貴，日產(chǎn)轎車已有應(yīng)用。 （3）電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT AMT，是在傳統(tǒng)固定軸式手動(dòng)變速箱和干式離合器的基礎(chǔ)上應(yīng)用自動(dòng)變速理論和先進(jìn)的電子控制技術(shù)，通過電子控制單元控制電、液執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力系統(tǒng)的自動(dòng)操縱。汽車機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT）由于原有的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)基本不變，因此具有傳統(tǒng)齒輪變速器傳動(dòng)效率高、成本低、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有操縱方便的自動(dòng)變速功能，它主要在中低檔乘用車與重型商用車上有市場(chǎng)。由于AMT是非動(dòng)力換檔，在起步和換檔品質(zhì)上與占主導(dǎo)地位的AT相比有一定差距，因此近年來人們廣泛研究動(dòng)力換檔的機(jī)械式自動(dòng)變速器，主要有輔助扭矩型（USG）和雙離合器式自動(dòng)變速器（DCT），其中DCT融合了AT和傳統(tǒng)的AMT的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的換擋品質(zhì)和車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(dòng)變速器。 電控機(jī)械式自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步滿足了人們對(duì)汽車的使用要求。AMT既具有液力自動(dòng)變速器自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留了原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制造的長(zhǎng)處。常適合我國(guó)國(guó)情的機(jī)電液一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）是在手動(dòng)機(jī)械式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上利用先進(jìn)的電子技術(shù)和液壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化而產(chǎn)生的。他不僅保留了原齒輪變速器效率高、成本低的長(zhǎng)處，而且還具有液力自動(dòng)變速器因自動(dòng)換檔所帶來的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。它是在現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械變速器上進(jìn)行改造，保留了絕大部分原總成部件，只改變其中手動(dòng)操作系統(tǒng)的換檔桿部分，生產(chǎn)繼承性好，改造的投入費(fèi)用少，非常容易被生產(chǎn)廠家接受。而其中自動(dòng)變速器操控機(jī)構(gòu)則是AMT自動(dòng)換檔的核心執(zhí)行元件，所以研究出控制靈敏的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的，工作可靠的，占用空間少的AMT操控機(jī)構(gòu)對(duì)于機(jī)械式自動(dòng)變速器操控機(jī)構(gòu)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(shù)在國(guó)外的發(fā)展歷史 在手動(dòng)變速汽車上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，由于其制造成本和使用成本的經(jīng)濟(jì)性、對(duì)車輛類型廣泛的適應(yīng)性、繼承性等公認(rèn)的顯著特點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用，70年代后期國(guó)外就開始對(duì)AMT技術(shù)進(jìn)行研究，80年代中期，美、日、歐先后研制出了自己的AMT產(chǎn)品，并應(yīng)用于商用車輛上，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的日新月異，AMT技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，并在90年代末應(yīng)用到高級(jí)轎車和Fl賽車上。 AMT系統(tǒng)發(fā)展主要經(jīng)歷的三個(gè)階段： 首先是半自動(dòng)階段。60年代起，出現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)的離合器和手動(dòng)機(jī)械變速器的半自動(dòng)操縱。瑞典斯堪尼亞(scania)的CAG系統(tǒng)(1986年)和德國(guó)奔馳公司(Daimler Benz)的電推動(dòng)(EPS)系統(tǒng)(1990年)系統(tǒng)只是使換擋動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，并不能實(shí)現(xiàn)控制過程中最困難的起步過程自動(dòng)化。Eaton的SAMT系統(tǒng)(1983年)在自動(dòng)換擋時(shí)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶?duì)離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，白俄羅斯工學(xué)院開發(fā)的SAMT系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二參數(shù)的換擋規(guī)律自動(dòng)判斷擋位并能夠自動(dòng)完成換擋功能，但是在起步時(shí)仍然是手動(dòng)操縱離合器。 二是全自動(dòng)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(jī)械式有級(jí)自動(dòng)變速器‘NAVI—5’’，并裝于ASKA轎車上，在車速為60km/h時(shí)，和液力自動(dòng)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(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。德國(guó)的ZF公司還對(duì)一種16擋變速器實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)換擋，并于1988年將其裝備在Geneva貨車上。同時(shí)，日本的Nissan，Hino，美國(guó)的Ford，意大利的FIAT，法國(guó)的Renault也先后開展了全自動(dòng)AMT的研究和開發(fā)。 三是智能階段。隨著各種自動(dòng)變速器在使用中各種問題的出現(xiàn)和人們對(duì)車輛性能要求的不斷提高，人們引入了各種最新的檢測(cè)控制技術(shù)來改善自動(dòng)變速器性能，使擋位決策及換擋控制對(duì)于路面環(huán)境、駕駛員特點(diǎn)、駕駛員意圖更具有適應(yīng)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，模仿熟練司機(jī)駕車中的相應(yīng)操縱以改善起步、換擋、離合器接合的適應(yīng)性。此外，通過GPS獲取更多路面特征信息以提高AMT對(duì)路面的適應(yīng)性，AMT電控系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)一體化以增加信息共享，協(xié)調(diào)控制能力，以及實(shí)現(xiàn)整 1.3.2 AMT的發(fā)展現(xiàn)狀 鑒于機(jī)械式自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今對(duì)車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放要求越來越高的國(guó)際形勢(shì)下，AMT系統(tǒng)已成為世界各國(guó)汽車零部件供應(yīng)商和整車生產(chǎn)廠家競(jìng)相開發(fā)的熱點(diǎn)，并相繼在各種車型上推出各自的產(chǎn)品。美國(guó)Eaton公司最近推出了電機(jī)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(guó)ZF公司開發(fā)的AsTronic自動(dòng)變速器；德國(guó)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(chǎng)變速器應(yīng)用現(xiàn)狀及未來預(yù)測(cè) 車的Selespeed System系統(tǒng)等等，圖1.1是BorgWarner公司對(duì)歐洲市場(chǎng)的現(xiàn)狀調(diào)查和未來市場(chǎng)預(yù)測(cè)。從中可以看出AMT具有廣闊的發(fā)展前景。我國(guó)汽車企業(yè)也正在開展自動(dòng)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(xué)、北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高等院校也在從事這方面的研究，其中吉林大學(xué)葛安林教授領(lǐng)導(dǎo)研究的兩參數(shù)最佳換檔規(guī)律、動(dòng)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(dòng)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(jìn)水平。 1.3.3 AMT的發(fā)展趨勢(shì) 目前自動(dòng)變速器的應(yīng)用越來越廣泛，但并不意味著自動(dòng)變速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常完善，在有些方面還有待改進(jìn)。如對(duì)路況、車況的適應(yīng)性以及自學(xué)習(xí)能力等，各國(guó)正采取多種技術(shù)途徑，試圖解決這些技術(shù)難題，例如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，這是自動(dòng)變速技術(shù)的重要研究方向。近幾年來，國(guó)外一直在研究將智能控制理論中的模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到汽車工業(yè)中，并且在該領(lǐng)域的某些方面已有成功應(yīng)用的實(shí)例。針對(duì)各種自動(dòng)變速器使用中出現(xiàn)的問題和人們對(duì)車輛性能要求的提高，人們也在探索采用新的檢測(cè)和控制技術(shù)來改善AMT的性能，致力于開發(fā)具有智能的自動(dòng)變速器。主要發(fā)展趨勢(shì)有： （1）綜合實(shí)施對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)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(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和變速器輸入軸轉(zhuǎn)速之間存在很大的轉(zhuǎn)速差，只有實(shí)施聯(lián)合協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器的綜合控制才能達(dá)到?jīng)_擊度與滑磨功之間的最佳平衡。 （2）采用模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)進(jìn)行車輛檔位決策。 采用模糊控制技術(shù)來增強(qiáng)對(duì)駕駛員意圖和路況、車況的適應(yīng)性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于學(xué)習(xí)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(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制 發(fā)動(dòng)機(jī)油門和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般由機(jī)、電、液系統(tǒng)構(gòu)成，具有難于建模的復(fù)雜非線性，基于簡(jiǎn)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)成為提高控制品質(zhì)的重點(diǎn)研究方向。 1.4 本文的主要工作 AMT系統(tǒng)是在傳統(tǒng)手動(dòng)的固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上,應(yīng)用自動(dòng)變速理論,由電控單元控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輛起步、換檔自動(dòng)操縱。隨著電機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn),電動(dòng)式AMT成為自動(dòng)變速器的一個(gè)開發(fā)熱點(diǎn)。由于現(xiàn)代轎車的發(fā)展趨向于經(jīng)濟(jì)化、高速化、簡(jiǎn)單緊湊化，所以對(duì)于轎車用的機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）來說，電控電動(dòng)式的自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)更適合。而電控電動(dòng)式的自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分則是要設(shè)計(jì)得更加巧妙，實(shí)用，可靠，簡(jiǎn)單緊湊。由于是電機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)離合器，選換檔機(jī)構(gòu)工作，電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都不大，所以該自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)必須設(shè)計(jì)出減速增扭和反映靈敏等特性，并且機(jī)構(gòu)必須工作可靠，壽命較長(zhǎng)。全電動(dòng)式的AMT的機(jī)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(jiǎn)單的機(jī)械傳動(dòng)副組成。因此這就使得該換檔機(jī)構(gòu)較電控液壓、電控氣壓的操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化則大大改善了AMT變速器制造的經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單緊湊性。本文的研究?jī)?nèi)容是針對(duì)于AMT自動(dòng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括以下兩個(gè)方面: （1）在綜合研究了國(guó)內(nèi)外(尤其是國(guó)外)各種驅(qū)動(dòng)形式的AMT的發(fā)展情況的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出電控電動(dòng)AMT離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)其離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其中包括電動(dòng)機(jī)的選擇，螺桿螺母、桿件、箱體等零部件的設(shè)計(jì)，并對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。 （2）對(duì)選檔換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括電動(dòng)機(jī)的選擇，齒輪、齒條、軸、箱體等零部件的設(shè)計(jì)，并對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。 （3）計(jì)算整個(gè)換檔所用的時(shí)間，包括離合器的分離和結(jié)合，換檔從一個(gè)檔塊退回空檔，選檔后在掛上到另一個(gè)檔的整個(gè)過程所用的時(shí)間計(jì)算，并與實(shí)際使用中所需的時(shí)間對(duì)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(jié) 本章通過介紹三種自動(dòng)變速器（AT、CVT、AMT）的各種技術(shù)情況，通過對(duì)比后得出AMT自動(dòng)變速器具有傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制造等的優(yōu)點(diǎn)。另外還介紹了AMT變速器在國(guó)外的發(fā)展歷史和發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢(shì)，這說明AMT自動(dòng)變速器未來在國(guó)外或在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?jié)摿艽?。由于AMT技術(shù)適合于我國(guó)國(guó)情，所以AMT的研究對(duì)我國(guó)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(duì)轎車用AMT執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并列出了本文的設(shè)計(jì)流程圖。 第2章 AMT的關(guān)鍵控制技術(shù) 2.1 AMT的原理、結(jié)構(gòu)與分類 2.1.1 AMT的原理 AMT電控自動(dòng)變速器是在手動(dòng)變速器基礎(chǔ)之上增加相應(yīng)的機(jī)電裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔功能的機(jī)械式變速器（AMT——Automatic Manual Transmission）。自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、離合器行程、選換檔行程等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，指令電子節(jié)氣門、離合器及選換檔操縱機(jī)構(gòu)完成換檔動(dòng)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(dòng)不熄火，使駕駛過程簡(jiǎn)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(dòng)踏板、選擇器開關(guān)等）和車輛的狀態(tài)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、檔位），依據(jù)適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律（換檔規(guī)律、離合器接合規(guī)律等），借助相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電子油門離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)），對(duì)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系（發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器）進(jìn)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(jié)構(gòu) AMT是一種機(jī)、電、液一體化的產(chǎn)品， 該系統(tǒng)主要由以下四部分組成： （1）被控對(duì)象包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器。 （2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、液壓缸(離合器動(dòng)作缸和選、換檔油缸)等。 （3）傳感器包括速度傳感器(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸入軸轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)、離合器、變速箱是AMT的主要控制對(duì)象，其中發(fā)動(dòng)機(jī)的特性是制定合理的燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性換檔規(guī)律的依據(jù)，也是實(shí)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(chǔ)。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(guān)的特性主要是各個(gè)檔位的傳動(dòng)比和同步器的同步摩擦扭矩，它們對(duì)換檔品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生影響。 2.1.3 AMT的分類 目前，按照?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力源的不同，AMT可分為電控氣動(dòng)，電控液動(dòng)和電控電動(dòng)三種類型。 （1）電控氣動(dòng)AMT 電控氣動(dòng)AMT選換檔系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣壓驅(qū)動(dòng)。它的應(yīng)用范圍不廣，對(duì)于一般車輛，由于沒有氣動(dòng)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(dòng)AMT 電控液動(dòng)AMT的選換檔系統(tǒng)則是用液壓方式驅(qū)動(dòng)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它具有能容量大、操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、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(diǎn)。但是在利用高速開關(guān)閥控制離合器的系統(tǒng)中，它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作受溫度變化的影響較大。當(dāng)溫度變化時(shí)，離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jié)合速度減慢，導(dǎo)致在汽車剛開始起步時(shí)換檔品質(zhì)差。而且溫度降低到一定的程度之后，液壓油的流動(dòng)性能大大降低。另外，電控液動(dòng)選換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于制造，液壓元件對(duì)加工的精度要求非常高，特別是對(duì)高速電磁閥的加工有很高的要求，因而成本高。 （3）電控電動(dòng)AMT 近些年來，隨著電子產(chǎn)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(dòng)己經(jīng)成為可能，即:自動(dòng)變速控制系統(tǒng)中要直接控制的對(duì)象(油門、離合器以及選換檔裝置)的相關(guān)動(dòng)作由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行帶動(dòng)。綜合以上三種類型AMT的特點(diǎn)，電控氣動(dòng)AMT由于其使用的局限性，在一般車輛上難以應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是電控液動(dòng)AMT。電控電動(dòng)AMT作為目前發(fā)展的AMT形式，與電控液動(dòng)AMT相比，在以下幾個(gè)方面具有進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)： ①取消了液壓系統(tǒng)，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)取代液壓執(zhí)行元件，使得系統(tǒng)的動(dòng)作的誤差減少了，控制方法上也更簡(jiǎn)單。 ③在原有的電控液動(dòng)AMT控制的基礎(chǔ)上，只需對(duì)其軟件和硬件以及控制方法上作少許的改動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)電控電動(dòng)AMT系統(tǒng)的控制。電控電動(dòng)AMT的特點(diǎn)是:可控性好、可靠性強(qiáng)、并且對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好。 近些年來，執(zhí)行電動(dòng)機(jī)不斷地向以下幾個(gè)方面發(fā)展： a、可控性、精度、速度不斷地提高； b、適應(yīng)數(shù)字化的發(fā)展方向； c、電動(dòng)機(jī)趨向于組合化； d、電動(dòng)機(jī)小型化、實(shí)用化、多功能化。 2.2 AMT系統(tǒng)功能和關(guān)鍵技術(shù) 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(dòng)控制。駕駛員通過操縱加速踏板、制動(dòng)踏板和操縱手柄向電控單元傳遞控制信號(hào)，同時(shí)電控單元不斷檢測(cè)車輛的行駛狀態(tài)參數(shù)，如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(yù)先存儲(chǔ)的最佳換檔規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制規(guī)律等，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)供油、離合器的分離與接合、以及變速器換檔三者的動(dòng)作與時(shí)序?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化控制，從而獲得優(yōu)良的燃料經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)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(shè)計(jì)主要考慮了四個(gè)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(guān)鍵技術(shù)之一。離合器接合速度根據(jù)離合器主從動(dòng)盤未接觸、滑動(dòng)摩擦傳遞扭矩和已同步三個(gè)階段按快一慢一快的控制策略進(jìn)行控制。離合器控制是通過離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)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(dá)到及時(shí)切斷動(dòng)力傳遞的目的，在上述工況結(jié)束階段要平穩(wěn)地接合離合器，均勻增加離合器傳遞動(dòng)力的摩擦力矩，使傳動(dòng)系和車輛不至于產(chǎn)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(gè)狀態(tài)。 ②選、換檔控制 選、換檔控制是通過控制兩個(gè)電機(jī)完成變速器傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)換。選檔和換檔控制有嚴(yán)格的時(shí)序要求，即只有選檔到位后才可進(jìn)行換檔操作。換檔控制時(shí)間與換檔力和主被動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速差大小有關(guān)，換檔力越大換檔時(shí)間越小，轉(zhuǎn)速差越大換檔時(shí)間越長(zhǎng)。換檔引起動(dòng)力中斷的時(shí)間與換檔沖擊往往是矛盾的，要快速平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)換檔，變速器的選換檔控制需要與發(fā)動(dòng)機(jī)控制和離合器控制進(jìn)行協(xié)調(diào)配合。AMT系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車速等情況自動(dòng)變換傳動(dòng)比，使汽車獲得良好的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 ③發(fā)動(dòng)機(jī)控制 正常行駛時(shí)通過油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制油門開度跟蹤駕駛員踩下的加速踏板位移，實(shí)現(xiàn)油門跟蹤控制。換檔過程中通過油門控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩，上換檔時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而下?lián)Q檔時(shí)調(diào)高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使其與離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速一致，防止離合器控制和油門控制的不協(xié)調(diào)和時(shí)序錯(cuò)誤使動(dòng)力中斷過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高造成的燃料浪費(fèi)和噪音，同時(shí)保證很小的離合器主從動(dòng)片轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)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(dòng)禁止如果變速器嚙合車輛不在空檔位置，這時(shí)需要通過控制起動(dòng)電機(jī)禁止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，避免車輛前沖，造成人員或車輛的損傷，同時(shí)防止起動(dòng)電機(jī)超負(fù)荷工作，影響其壽命。 ②倒檔安全 手柄在倒檔位置時(shí)，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(shí)停止執(zhí)行掛倒檔的操作，以免造成變速箱齒輪打齒對(duì)變速箱產(chǎn)生磨損，以及如果掛不上檔，對(duì)行車效率和安全也會(huì)產(chǎn)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(zhuǎn)速太高，也不執(zhí)行掛倒檔的操作。 ③轉(zhuǎn)速差過高禁止同步 在變速器主從動(dòng)齒輪同步過程中，如果主從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速差降到允許的設(shè)定值范圍內(nèi)方可同步。 ④轉(zhuǎn)速差過大限制離合器接合行程 在換檔過程的動(dòng)力恢復(fù)階段，協(xié)調(diào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和離合器行程，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率過大造成的換檔沖擊，在離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差過大時(shí)限制離合器的接合行程，但滑摩功和沖擊度是相對(duì)的，所以這種控制方案要以適當(dāng)犧牲離合器滑摩功為代價(jià)。 ⑤熄火延時(shí) 當(dāng)駕駛員關(guān)鑰匙熄火后，要通過延時(shí)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(duì)人或車造成的傷害:另外也給駕駛員一定時(shí)間，在熄火后發(fā)現(xiàn)未摘空檔時(shí)以便及時(shí)摘檔。 ⑥防止熄火 在剎車和減速工況，通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率來判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否可能熄火，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的判定條件滿足時(shí)，就快速分離離合器，及時(shí)切斷離合器的動(dòng)力傳遞，防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。 ⑦坡道起步 防止車輛在坡道上起步時(shí)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(dòng)機(jī)離合器的聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)坡道安全平穩(wěn)起步。 ⑧應(yīng)急功能 在TCU故障時(shí)，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(dòng)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(shí)診斷并補(bǔ)償會(huì)直接影響起步、換檔品質(zhì)，所以要有離合器磨損自診斷和磨損補(bǔ)償功能。 ②傳感器故障 傳感器出現(xiàn)故障，會(huì)造成控制系統(tǒng)的混亂，對(duì)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速及車速三個(gè)脈沖量主要通過三者的冗余關(guān)系來判斷其中之一是否出現(xiàn)故障 ③執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障 執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障主要發(fā)生在電機(jī)上，執(zhí)行過程所產(chǎn)生的失步將導(dǎo)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(duì)失步的產(chǎn)生進(jìn)行補(bǔ)償。故障發(fā)生時(shí)，TCU應(yīng)生成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)故障代碼BCD碼供檢修，同時(shí)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(duì)油門開度、檔位變換，使車輛按最佳燃油經(jīng)濟(jì)性或最佳動(dòng)力性按設(shè)定的車速行駛。 ③驅(qū)動(dòng)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(shí)，AMT系統(tǒng)可通過對(duì)離合器、油門和檔位變化來控制輸出軸轉(zhuǎn)矩來控制牽引力，以達(dá)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(shí)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(yùn)行狀態(tài)通過串口上傳上位機(jī)LABVIEW系統(tǒng)，進(jìn)行車輛狀態(tài)顯示及數(shù)據(jù)分析。 2.2.2 AMT的關(guān)鍵技術(shù) 在電—電式AMT系統(tǒng)中，執(zhí)行電動(dòng)機(jī)為步進(jìn)電機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)，電機(jī)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(dòng)機(jī)應(yīng)具有快速準(zhǔn)確跟蹤指令信號(hào)的能力，還應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)與被控對(duì)象間的機(jī)械連接、AMT系統(tǒng)非線性、時(shí)變性等對(duì)電機(jī)控制性能的影響。電機(jī)控制策略是AMT系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，電控單元中對(duì)電機(jī)控制的軟硬件設(shè)計(jì)，直接影響電機(jī)控制性能，也是系統(tǒng)開發(fā)的主要研究?jī)?nèi)容。 （1）離合器的起步控制 離合器起步控制技術(shù)離合器起步控制是AMT的難點(diǎn)。AMT車輛由于取消了離合器踏板，司機(jī)意圖只能通過加速踏板表達(dá)，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(dòng)機(jī)需要協(xié)調(diào)配合，離合器模型本身存在著非線性、時(shí)變、滯后等問題，使動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，尤其是干式離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)的配合控制非常復(fù)雜，不同的環(huán)境條件、不同的車輛狀況及不同的駕駛習(xí)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(dòng)分離和接合，接合過快會(huì)造成嚴(yán)重沖擊，影響舒適性和傳動(dòng)系壽命，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火;接合過慢，由于離合器滑摩時(shí)間過長(zhǎng)，溫度急劇上升，會(huì)加速摩擦副的磨損，也影響車輛的動(dòng)力性。所有這些都使離合器控制問題復(fù)雜化。 為保證離合器的控制性能，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，結(jié)果表明接合規(guī)律由人—車—環(huán)境共同確定。1983年Esenovsky-Lashkov對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與油門開度、離合器傳遞扭矩與其行程的關(guān)系進(jìn)行了理論分析，建議以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或油門開度作為離合器接合過程的控制參數(shù)，Pellegrino對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)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(xì)分成爬行控制(Creep)和正常(Normal)控制兩種模式。但是試驗(yàn)表明僅僅根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的信息確定的接合規(guī)律不能滿足乘員對(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器從動(dòng)片轉(zhuǎn)速、離合器行程作為控制參數(shù)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器從動(dòng)片的轉(zhuǎn)速差和油門開度信號(hào)控制離合器的接合過程，同時(shí)以離合器行程或傳遞扭矩構(gòu)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(jī)經(jīng)驗(yàn)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板角度、離合器輸出軸轉(zhuǎn)速以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)車試驗(yàn)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(shí)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(dòng)機(jī)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(biāo)。2000年陳俐將自動(dòng)離合器分成兩個(gè)解耦的子系統(tǒng)，并采用自適應(yīng)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(gè)復(fù)雜的人—車—環(huán)境的綜合控制問題，車輛本身的動(dòng)力學(xué)特性十分復(fù)雜，離合器控制受負(fù)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(shí)離合器膜片彈簧的非線性載荷—變形特性，摩擦片的磨損對(duì)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(dòng)盤轉(zhuǎn)速差的復(fù)雜關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(biāo)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(zhǎng)離合器使用壽命的要求，而兩個(gè)控制目標(biāo)又是相互矛盾的，給離合器接合性能的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)造成困難，這些都對(duì)最佳接合規(guī)律的實(shí)現(xiàn)帶來相當(dāng)大的難度。在離合器控制中通過對(duì)所采集傳感器信息來辨識(shí)駕駛員意圖、車輛運(yùn)行狀態(tài)和外界環(huán)境，確定能適應(yīng)各種工況、性能優(yōu)良的最佳離合器接合規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)離合器智能化控制的關(guān)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(yùn)行狀態(tài)和外界環(huán)境，按照設(shè)定的目標(biāo)(如經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性)最佳的原則，確定當(dāng)前車輛的最佳檔位，并通過選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制使變速器工作在最佳檔位。 為提高車輛動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，必須合理選擇換檔時(shí)機(jī)并始終在最佳檔位行駛，同時(shí)換檔操作應(yīng)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(dòng)換檔時(shí)刻隨控制參數(shù)而變化的關(guān)系。換檔控制策略的優(yōu)劣是衡量車輛在采用自動(dòng)變速技術(shù)后能否充分發(fā)揮其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及可駕駛性的關(guān)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(dòng)態(tài)三參數(shù)(車速、油門、加速度)，按照某種指標(biāo)最優(yōu)的目標(biāo)，通過車輛動(dòng)力學(xué)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(dòng)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(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)變速控制的影響。在車輛運(yùn)行環(huán)境和車輛工況與最佳換檔規(guī)律設(shè)定一致時(shí)，才能保證車輛處于最優(yōu)檔位，當(dāng)車輛的實(shí)際運(yùn)行條件與換檔規(guī)律的設(shè)定條件有較大差別時(shí)，則無法保證在最優(yōu)檔位工作。如在復(fù)雜路面遇到坡道、彎道、制動(dòng)等情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頻繁換檔的現(xiàn)象，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生與駕駛員實(shí)際愿望相反的操作，即意外換檔和換檔循環(huán)，不具有自動(dòng)適應(yīng)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(yīng)道路環(huán)境變化和不同的駕駛意圖，很多學(xué)者進(jìn)行了這方面的研究。如Hiroshi Yamaguchi采用車速、節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(dòng)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(shù)，在線修正二參數(shù)換檔規(guī)律，以實(shí)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(dòng)力的條件下進(jìn)行的，因此要求換檔時(shí)間盡可能短，以減少動(dòng)力損失。而切斷動(dòng)力和恢復(fù)動(dòng)力的過程均會(huì)造成沖擊，沖擊的強(qiáng)度又隨這兩個(gè)過程時(shí)間的縮短而增加，因此既要縮短換檔時(shí)間，又要減少換檔沖擊，這對(duì)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(guān)外，還受到路面環(huán)境、駕駛意圖等的影響，存在著時(shí)變、變結(jié)構(gòu)及非線性等特點(diǎn)。制定適應(yīng)性強(qiáng)、換檔性能優(yōu)越的智能換檔策略，是AMT技術(shù)研究和發(fā)展的重要方向，也是當(dāng)前AMT的一大技術(shù)難題。 （3）發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù) 由于AMT自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在換檔時(shí)必須切斷動(dòng)力。換檔前后傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比發(fā)生了突變，在動(dòng)力切斷后再次接合時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生沖擊。AMT車輛在起步時(shí)，離合器從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速開始時(shí)為零，主、從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速差最大，離合器接合時(shí)必然產(chǎn)生車輛的沖擊和離合器的磨損，必須通過對(duì)離合器接合速度及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)控制，使車輛沖擊和離合器磨損均能達(dá)到滿意的效果，所以發(fā)動(dòng)機(jī)控制是提高電控機(jī)械自動(dòng)變速換檔品質(zhì)，改善車輛起步及行駛平穩(wěn)性和延長(zhǎng)離合器使用壽命的關(guān)鍵。在AMT系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器及變速器之間存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響，必須對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)配合控制，這也是AMT系統(tǒng)的核心技術(shù)。 2.3 本章小結(jié) 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(dòng)AMT、電控液動(dòng)AMT、電控電動(dòng)AMT，其中電控電動(dòng)AMT有著控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，成本低，控制方法上簡(jiǎn)單等的有點(diǎn)，所以電控電動(dòng)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(guān)鍵控制技術(shù)。其中AMT控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要考慮了四個(gè)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(dòng)機(jī)控制為AMT的關(guān)鍵控制技術(shù)。 第3章 電動(dòng)離合器操控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案選擇 電動(dòng)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(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員來對(duì)離合器進(jìn)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(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？偟膩碚f，離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要完成兩個(gè)任務(wù)。一方面，將作為動(dòng)力源的電機(jī)所帶來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過一定的傳動(dòng)方式轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng);另一方面，由于離合器分離時(shí)需要較大的驅(qū)動(dòng)力，普通的電機(jī)無法直接驅(qū)動(dòng)，因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)還需要增大驅(qū)動(dòng)力，即采取一定的傳動(dòng)比以增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力。下面列出了目前常見的三種驅(qū)動(dòng)方式。 （1）齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)可以采用單級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)以實(shí)現(xiàn)較大范圍的傳動(dòng)比，從而達(dá)到離合器分離所需要的驅(qū)動(dòng)力要求。但是汽車在起步和行駛過程中，有時(shí)離合器的位置需要保持固定，對(duì)于齒輪傳動(dòng)來說，離合器位置的保持需要靠電動(dòng)機(jī)供電來維持，增加了電能損耗，而且實(shí)現(xiàn)起來比較困難，并且齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸比較大，不利于加裝。 （2）蝸輪蝸桿傳動(dòng)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小和自鎖性等優(yōu)點(diǎn)。但是在傳動(dòng)時(shí)，蝸輪與蝸桿嚙合齒面間存在比較大的相對(duì)滑動(dòng)速度，磨損量很大，傳動(dòng)效率較低。另外蝸輪蝸桿常使用的是有色金屬，對(duì)有色金屬的消耗量較大。 （3）螺旋傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)帶螺桿旋轉(zhuǎn)，然后由螺桿帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)并沿螺桿軸向運(yùn)動(dòng)，這樣螺母將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)以拉緊和松開拉索，這樣便使離合器得以分離和結(jié)合。采用螺旋傳動(dòng)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。l)具有一定的傳動(dòng)比，因此可以增加電機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)矩。2)當(dāng)離合器需要保持在一定位置時(shí)，螺旋傳動(dòng)可以實(shí)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(dòng)驅(qū)動(dòng)形式。查閱桑塔納轎車的有關(guān)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(shè)計(jì)出一種轎車用的AMT電動(dòng)離合器的操作機(jī)構(gòu)，對(duì)該機(jī)構(gòu)的要求是：在滿足提供足夠的分離力的情況下電機(jī)功率應(yīng)該盡量小，機(jī)構(gòu)能在0.12s之內(nèi)分離離合器。離合器的操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖3.1 1電動(dòng)機(jī) 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(jī)構(gòu)原理圖 工作原理：電動(dòng)機(jī)工作，帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)功轉(zhuǎn)換成套在螺桿上的螺母的向右的直線運(yùn)動(dòng)。螺母拉動(dòng)拉桿向右移動(dòng)，拉桿拉動(dòng)分離杠桿繞其支點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后推動(dòng)分離軸承做向左的軸向移動(dòng)，從而使離合器分離。電機(jī)的反轉(zhuǎn)則使離合器結(jié)合。 3.2 電機(jī)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(shí)間為0.08s，則計(jì)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(jī)。 選取5DM120A型號(hào)的直流電機(jī)，參數(shù)表3.1： 表3.1 離合器直流電機(jī)的參數(shù) 額定電壓 額定電流 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 12V 13A 120W 2000rpm 0.8Nm 3.3 電動(dòng)離合器操控機(jī)構(gòu)各零件的設(shè)計(jì) 3.3.1 螺桿的設(shè)計(jì) （1）螺桿驅(qū)動(dòng)力的計(jì)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(jī)構(gòu)采用的螺旋副傳動(dòng)方式為螺杠轉(zhuǎn)動(dòng)．螺母移動(dòng)，其受力方式如圖3.2所示，即螺母承受軸向力F，對(duì)應(yīng)的螺杠驅(qū)動(dòng)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(dāng)量摩擦角，若用代入上式（3-2），則有： （3-3） L為螺紋導(dǎo)程，為絲桿的傳動(dòng)效率，則有絲桿軸向負(fù)荷與輸入轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： （3-4） 螺母的移動(dòng)速度與螺桿轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：。 設(shè)計(jì)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(nèi)實(shí)現(xiàn)，則要求螺母的移動(dòng)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(gè)數(shù)值代入式（3-5）得 （2）計(jì)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(qiáng) 根據(jù)螺母的滑動(dòng)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(dòng)螺旋副材料的許用壓強(qiáng)??； 將各個(gè)數(shù)值代入式（3-6），得： 另外要求螺母的移動(dòng)速度，根據(jù)式可以算出螺桿的導(dǎo)程L。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)選取螺紋標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)程。 螺母的高度： ??； 旋合圈數(shù)： ； 螺紋的工作高度h：對(duì)于梯形螺紋和矩形螺紋 ； （3）計(jì)算螺紋的升角和當(dāng)量摩擦角 螺紋升角： 當(dāng)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(yàn)算 螺旋副自鎖的條件是：； 其中， 螺旋副能自鎖。 （5）計(jì)算螺旋副的傳動(dòng)效率 （3-8） （6）螺桿的最大軸向力計(jì)算 （3-9） （7）螺旋副工作壓強(qiáng)的校核 工作壓強(qiáng)校核條件是： （3-10） 螺旋副的滑動(dòng)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(qiáng) ，螺旋副的工作壓強(qiáng)符合要求。 （8）螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿工作時(shí)同時(shí)受軸面壓力（拉力）F與扭矩T的作用，截面受拉（壓）應(yīng)力與扭剪應(yīng)力的復(fù)合作用，所以按彎扭（壓扭，拉扭）復(fù)合強(qiáng)度條件計(jì)算——第四強(qiáng)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(qiáng)度符合要求。 （9）螺紋牙強(qiáng)度的校核 ①螺桿螺紋牙的強(qiáng)度校核： 抗剪強(qiáng)度條件： （3-12） 其中b為螺紋牙底寬度，梯形螺紋：； 則可算出： 對(duì)于鋼材，剪切許用應(yīng)力，則有，螺桿螺紋牙的抗剪強(qiáng)度符合條件。 抗彎強(qiáng)度條件： （3-13） 鋼材彎曲許用應(yīng)為：，，螺桿螺紋牙的抗彎強(qiáng)度符合條件。 ②螺母螺紋牙的強(qiáng)度校核： 抗彎強(qiáng)度條件： （3-14） 對(duì)于