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- 0 - 【中文 3790 字】 自動(dòng)變速器換檔規(guī)律的研究 車(chē)輛自動(dòng)變速器通常分為液力機(jī)械式自動(dòng)變速器（簡(jiǎn)稱(chēng)AT）、電控機(jī)械式自 動(dòng)變速器（簡(jiǎn)稱(chēng)AMT）和機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器（簡(jiǎn)稱(chēng)CVT）。AMT以其傳動(dòng)效率高、 成本低和易于制造等優(yōu)點(diǎn)成為一種具有極具發(fā)展?jié)摿Φ淖詣?dòng)變速器。AMT 換檔品 質(zhì)的研究則是AMT技術(shù)體系研究中關(guān)鍵的一環(huán)，換檔品質(zhì)的好壞真接影響到AMT產(chǎn) 業(yè)化進(jìn)程及在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。 AMT有很好的市場(chǎng)前景，但由于AMT 的換檔過(guò)程必需切斷動(dòng)力，所以其換檔 品質(zhì)較AT和CVT要差一些。只有提高AMT的換檔品質(zhì)，使之接近或超過(guò)AT、CVT的 換檔品質(zhì)，方能在市場(chǎng)上形成競(jìng)爭(zhēng)力。所以對(duì)AMT換檔品質(zhì)的研究就成為AMT 技 術(shù)體系研究中關(guān)鍵的一環(huán)。 AMT發(fā)展分為三個(gè)階段：半自動(dòng)的SAMT階段、全自動(dòng)階段和智能階段。AMT 結(jié)構(gòu)分為硬件和軟件兩部分，硬件系統(tǒng)包括被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、TCU 等；軟件系統(tǒng)由實(shí)現(xiàn)控制策略的軟件組成。 自動(dòng)變速器(AT)的換檔性能的優(yōu)劣對(duì)整車(chē)性能有很大的影響。自動(dòng)變速器換 檔品質(zhì)問(wèn)題研究是自動(dòng)變速箱研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究課題。換檔品質(zhì)的控制 通過(guò)電液系統(tǒng)來(lái)完成?？刂破鞲鶕?jù)實(shí)時(shí)的油門(mén)開(kāi)度、車(chē)速等信號(hào)，發(fā)出操縱指令 控制換檔結(jié)合元件的油壓變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換檔。本文對(duì)自動(dòng)變速器的換檔品 質(zhì)控制系統(tǒng)、換檔過(guò)程結(jié)合元件油壓變化規(guī)律進(jìn)行了較深入的分析和研究。 文中首先對(duì)換檔品質(zhì)的現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對(duì)現(xiàn)有AT 換檔品質(zhì)的控制方式進(jìn)行了較為全面的介紹和分析。 提出了一種自動(dòng)變速器換檔過(guò)程分析的等效力學(xué)模型和發(fā)動(dòng)機(jī)一變矩器動(dòng)力 學(xué)簡(jiǎn)化模型，以適應(yīng)車(chē)輛起步、換檔實(shí)時(shí)控制研究的需要。應(yīng)用所建立的數(shù)學(xué)模 型，對(duì)自動(dòng)變速器的換檔過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 制定了適當(dāng)?shù)膿Q檔過(guò)渡過(guò)程結(jié)合元件的油壓變化規(guī)律，可改變自動(dòng)變速器的 換檔品質(zhì)。對(duì)AG4自動(dòng)變速箱的油壓控制給出了具體的計(jì)算方法?？筛纳谱詣?dòng)變 速器的換檔品以AG4自動(dòng)變速箱2H檔到3H檔為例進(jìn)行了模擬仿真，仿真的結(jié)果對(duì) 所建立的簡(jiǎn)化模型和提出的期望油壓規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證。 - 1 - 詳細(xì)分析了AG4液壓操縱系統(tǒng)的供油調(diào)壓和換檔品質(zhì)控制工作原理。并對(duì)換 檔品質(zhì)控制的框圖設(shè)計(jì)做了初步的探討。利用自動(dòng)變速器電液控制試驗(yàn)臺(tái)對(duì)AG4 自動(dòng)變速箱的控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了本文所建立的數(shù) 學(xué)模型及其分析結(jié)論。 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated Mechanical Transmission, AMT)是一種 新型的自動(dòng)變速系統(tǒng)，其通過(guò)對(duì)手動(dòng)固定軸式變速器和干式摩擦離合器的自動(dòng)化 改造從而實(shí)現(xiàn)了選檔、換檔以及離合器和油門(mén)的自動(dòng)操縱。AMT技術(shù)適合我國(guó)國(guó) 情，有著廣泛的市場(chǎng)和發(fā)展前途。換檔規(guī)律是電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的靈魂，它 是判斷換檔時(shí)機(jī)的依據(jù)。在應(yīng)用中，通過(guò)將采集的車(chē)輛行駛狀態(tài)與換檔規(guī)律相對(duì) 比，從而判斷是否達(dá)到最佳的換檔點(diǎn)并自動(dòng)執(zhí)行換檔操作，這樣大大減輕了駕駛 員的疲勞，提高行駛安全，同時(shí)使整車(chē)具有較好的動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性。本論文 選擇電控機(jī)械式自動(dòng)變速器換檔規(guī)律這一關(guān)鍵性問(wèn)題作為研究對(duì)象，研究目的是 為AMT制定最佳的換檔規(guī)律以提高車(chē)輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)對(duì)影響車(chē)輛 動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的因素進(jìn)行分析，本論文推導(dǎo)了最佳動(dòng)力性和最佳燃油經(jīng)濟(jì) 性換檔規(guī)律的制定方法。為解決質(zhì)量影響問(wèn)題，提出了一種變結(jié)構(gòu)的最佳換檔系 統(tǒng)，豐富了換檔規(guī)律理論。鑒于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與實(shí)車(chē)測(cè)試相比可以節(jié)省大量的 人力物力，本論文在進(jìn)行換檔規(guī)律的設(shè)計(jì)中，采用MATLAB/Simulate仿真工具箱 建立了最佳換檔規(guī)律的仿真模型，利用此仿真模型對(duì)制定的最佳動(dòng)力性和最佳燃 油經(jīng)濟(jì)性換檔規(guī)律進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明本論文所建立的換檔規(guī)律是合理的。 換檔品質(zhì)是指在保證動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)壽命的前提下，能夠迅速、平穩(wěn)換檔的程 度，其評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要是舒適性，量化指標(biāo)包括換檔時(shí)間和沖擊度。換檔品質(zhì)的 影響因素包括軟、硬件兩方面九大因素，并且可用兩種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)換檔品質(zhì)進(jìn)行 研究，一種是整車(chē)道路實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；第二種方法就是通過(guò)做模擬 整車(chē)工況的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。 AMT的控制策略是AMT控制的全部控制思想，控制策略里換檔規(guī)律、離合器結(jié) 合規(guī)律、換檔時(shí)序、控制方法的選擇、以及近來(lái)比較熱門(mén)的通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)的 TCU和ECU通訊策略都對(duì)檔品質(zhì)有影響，控制策略制訂得是否合理，將直接決定 AMT 的換檔品質(zhì)。 換檔規(guī)律是指兩排檔間自動(dòng)換檔時(shí)刻隨控制參數(shù)變化的規(guī)律，包括經(jīng)濟(jì)性和 動(dòng)力性換檔規(guī)律。目前汽車(chē)上多用兩控制參數(shù)（車(chē)速和油門(mén)開(kāi)度）的換檔規(guī)律。 換檔規(guī)律沒(méi)做好，就會(huì)使汽車(chē)在不該換檔的時(shí)候換檔，該換檔的時(shí)候不換檔，使 - 2 - 發(fā)動(dòng)機(jī)工況嚴(yán)重不好，造成整個(gè)換檔過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的異常和平順性的不良， 有時(shí)還可能使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。離合器結(jié)合規(guī)律受離合器釋放行程、油門(mén)開(kāi)度、發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位和車(chē)速、載荷等素影響，主要控制目標(biāo)是結(jié)合量和結(jié)合速度。而離 合器接合控制主要指接合速度的控制，大體上分快、慢、快三個(gè)階段。其中直接 影響換檔品質(zhì)的是第二階段，如果接合過(guò)快將造成換檔沖擊，甚至熄火；若過(guò)慢 將使離合器滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有損其壽命。控制的參數(shù)主要是離合器主從動(dòng)片轉(zhuǎn)速 差及兩邊扭矩值,實(shí)驗(yàn)表明在扭矩值大致相同，轉(zhuǎn)速差小于一定值時(shí)接合離合器 既能保證換檔時(shí)間又不會(huì)產(chǎn)生沖擊，離合器磨損也不太嚴(yán)重。 換檔時(shí)序是發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器三者協(xié)調(diào)動(dòng)作的時(shí)序 ,它們的配合情況 對(duì)換檔時(shí)間有很大的影響。減小換擋時(shí)間最重要的是盡可能地縮小離合器滑摩時(shí) 間。如果延長(zhǎng)空載階段時(shí)間，將減小離合器主從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速差。有利于縮短滑摩時(shí) 間。如果盡可能縮短空載時(shí)間，掛上新?lián)鹾罅⒓唇雍想x合器，如果離合器接合速 度控制的新方法可行，也可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成離合器的接合。其次是減小齒 輪同步時(shí)間，這可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：1.減小齒輪間轉(zhuǎn)速差；2.增大換擋力。 運(yùn)用TCU和ECU通訊策略，通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的聯(lián)合控制， AMT能夠達(dá)到最優(yōu)控制，獲得最理想的換檔品質(zhì)。 硬件系統(tǒng)元器件性能對(duì)換檔品質(zhì)的影響： 硬件系統(tǒng)元器件實(shí)現(xiàn)AMT功能的基礎(chǔ)，硬件系統(tǒng)里執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、電子 元器件、液壓系統(tǒng)等都對(duì)換檔品質(zhì)有影響，硬件參數(shù)的選擇對(duì)AMT換檔品質(zhì)的提 高是至關(guān)重要的。 伴隨汽車(chē)?yán)碚摷夹g(shù)的發(fā)展，微處理器的技術(shù)的日益成熟和電子技術(shù)在汽車(chē)上 的廣泛應(yīng)用，人們已經(jīng)不再只局限于滿足汽車(chē)的代步功能，對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì) 性的要求逐步向易操縱性、機(jī)動(dòng)性、安全性轉(zhuǎn)移，智能型汽車(chē)日益成為人們目光 中的焦點(diǎn)。商家的“人、車(chē)、生活”,“以人為本”等宣傳口號(hào)也側(cè)面體現(xiàn)了人 們對(duì)汽車(chē)的個(gè)性化、人性化的期望。 在汽車(chē)智能化的發(fā)展方向上，自動(dòng)變速器的智能化占有重要一席。而自動(dòng)變 速器的智能化又集中體現(xiàn)在換擋規(guī)律的制定上。為順應(yīng)潮流，為滿足人們對(duì)汽車(chē) 的新要求，加強(qiáng)各自車(chē)型的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，目前，世界各大廠商在新車(chē)型的換擋規(guī)律 上大做文章，最引人注意的是標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)和雷諾公司開(kāi)發(fā)的AL4 自動(dòng)變速 器竟內(nèi)置了10 種換擋規(guī)律之多。在人車(chē)路的大系統(tǒng)中，汽車(chē)控制的優(yōu)劣， 主要反映在車(chē)輛與環(huán)境（路）的協(xié)調(diào)、車(chē)輛與人的協(xié)調(diào)，故電子自動(dòng)控制系統(tǒng)可 - 3 - 存儲(chǔ)多種規(guī)律供駕駛員選用，不僅有經(jīng)濟(jì)性規(guī)律、動(dòng)力性（又稱(chēng)運(yùn)動(dòng)型）規(guī)律， 而且還有一般（日常）規(guī)律、環(huán)境溫度以及隨外界條件變化的規(guī)律等。 即換擋 點(diǎn)可以自由設(shè)定為各種規(guī)律。在換擋規(guī)律智能化的方向上，各方面至今已作了不 少的工作，其中部分成果已開(kāi)始在汽車(chē)上應(yīng)用。但是開(kāi)發(fā)此項(xiàng)智能換擋規(guī)律的工 作依然艱巨，這主要因?yàn)椋?1.現(xiàn)有的智能變速器的智能程度有待提高，它表現(xiàn)在對(duì)環(huán)境的識(shí)別判斷的準(zhǔn) 確度不高，對(duì)駕駛員的意圖識(shí)別不能令人滿意。 2.智能功能還不完善。智能自動(dòng)變速系統(tǒng)是開(kāi)放的系統(tǒng)，它應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ) 上不斷完善、豐富，只有這樣才能適應(yīng)不同駕駛員的駕駛要求，減少駕駛員的 勞動(dòng)強(qiáng)度，提高汽車(chē)的整體性能。適應(yīng)駕駛員個(gè)性的換擋規(guī)律是研究項(xiàng)目中 的重要一項(xiàng)，為了使汽車(chē)能夠在選換擋時(shí)體現(xiàn)不同駕駛員的風(fēng)格特點(diǎn)，適應(yīng)不同 駕駛員的對(duì)加速的不同要求，前人工作的基礎(chǔ)上對(duì)適應(yīng)駕駛員風(fēng)格的換擋規(guī)律作 了較為深入的研究，對(duì)駕駛員的駕駛意圖、風(fēng)格特點(diǎn)提出了新的識(shí)別策略，并系 統(tǒng)地提出了換擋智能調(diào)整控制的解決方案。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)汽車(chē)變速器與同步器結(jié)構(gòu)參數(shù)是一項(xiàng)非常費(fèi)時(shí)和艱苦的工 作，而且難以求得較理想的設(shè)計(jì)參數(shù)，不利于產(chǎn)品性能的提高。變速器與同步器 的優(yōu)化設(shè)計(jì)則可利用計(jì)算機(jī)在約束域內(nèi)按預(yù)定目標(biāo)高速有效地優(yōu)選出最佳的結(jié)構(gòu) 參數(shù)，是一種理想的高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方法。研究的主要目標(biāo)是建立一個(gè)載貨汽車(chē)變 速器與同步器結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，采用基于K-T(Kuhn-Tucker)方程解 的方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以期提高汽車(chē)變速器與同步器的設(shè)計(jì)水平。汽車(chē)傳動(dòng)系是 汽車(chē)的主要組成部分，變速器又是傳動(dòng)系的重要部件，因此汽車(chē)變速器的優(yōu)化設(shè) 計(jì)十分重要。以輕型載貨汽車(chē)為例，根據(jù)汽車(chē)變速器的設(shè)計(jì)要求與特點(diǎn)，在保證 零件的強(qiáng)度、剛度、使用壽命等條件下，以減少重量和體積作為追求目標(biāo)，分析 建立了載貨汽車(chē)變速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)實(shí)例對(duì)其進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化， 獲得了滿意的設(shè)計(jì)效果。 同步器是汽車(chē)變速器的重要部件，它使變速器主、從動(dòng)部分同步后再接合， 從而減少接合沖擊和噪聲，減輕換檔力，使換檔平順，從而延長(zhǎng)了變速器的壽命。 通過(guò)對(duì)同步器同步過(guò)程的分析，在保證同步時(shí)間最短的前提下，對(duì)影響同步性能 的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，獲得了滿意的設(shè)計(jì)效果。MATLAB 的優(yōu)化工具箱，是現(xiàn)代 優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)很方便的軟件，運(yùn)算速度快，功能強(qiáng)大。它將不同數(shù)學(xué)分支的 算法以函數(shù)的形式分類(lèi)成庫(kù)，使用時(shí)直接調(diào)用這些函數(shù)并賦予實(shí)際參數(shù)就可以解 - 4 - 決問(wèn)題，快速而且準(zhǔn)確?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)例運(yùn)用 MATLAB 優(yōu)化工具箱對(duì)某汽車(chē)變速器 與同步器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得了滿意的設(shè)計(jì)效果。