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- 0 - 【中文 3790 字】 自動變速器換檔規(guī)律的研究 車輛自動變速器通常分為液力機械式自動變速器（簡稱AT）、電控機械式自 動變速器（簡稱AMT）和機械式無級變速器（簡稱CVT）。AMT以其傳動效率高、 成本低和易于制造等優(yōu)點成為一種具有極具發(fā)展?jié)摿Φ淖詣幼兯倨?。AMT 換檔品 質的研究則是AMT技術體系研究中關鍵的一環(huán)，換檔品質的好壞真接影響到AMT產 業(yè)化進程及在市場上的競爭能力。 AMT有很好的市場前景，但由于AMT 的換檔過程必需切斷動力，所以其換檔 品質較AT和CVT要差一些。只有提高AMT的換檔品質，使之接近或超過AT、CVT的 換檔品質，方能在市場上形成競爭力。所以對AMT換檔品質的研究就成為AMT 技 術體系研究中關鍵的一環(huán)。 AMT發(fā)展分為三個階段：半自動的SAMT階段、全自動階段和智能階段。AMT 結構分為硬件和軟件兩部分，硬件系統(tǒng)包括被控對象、執(zhí)行機構、傳感器、TCU 等；軟件系統(tǒng)由實現(xiàn)控制策略的軟件組成。 自動變速器(AT)的換檔性能的優(yōu)劣對整車性能有很大的影響。自動變速器換 檔品質問題研究是自動變速箱研究領域中的一個重要研究課題。換檔品質的控制 通過電液系統(tǒng)來完成?？刂破鞲鶕崟r的油門開度、車速等信號，發(fā)出操縱指令 控制換檔結合元件的油壓變化規(guī)律，實現(xiàn)平穩(wěn)換檔。本文對自動變速器的換檔品 質控制系統(tǒng)、換檔過程結合元件油壓變化規(guī)律進行了較深入的分析和研究。 文中首先對換檔品質的現(xiàn)有評價方法和指標進行了分析和總結，并對現(xiàn)有AT 換檔品質的控制方式進行了較為全面的介紹和分析。 提出了一種自動變速器換檔過程分析的等效力學模型和發(fā)動機一變矩器動力 學簡化模型，以適應車輛起步、換檔實時控制研究的需要。應用所建立的數(shù)學模 型，對自動變速器的換檔過程進行了詳細的分析。 制定了適當?shù)膿Q檔過渡過程結合元件的油壓變化規(guī)律，可改變自動變速器的 換檔品質。對AG4自動變速箱的油壓控制給出了具體的計算方法。可改善自動變 速器的換檔品以AG4自動變速箱2H檔到3H檔為例進行了模擬仿真，仿真的結果對 所建立的簡化模型和提出的期望油壓規(guī)律進行了驗證。 - 1 - 詳細分析了AG4液壓操縱系統(tǒng)的供油調壓和換檔品質控制工作原理。并對換 檔品質控制的框圖設計做了初步的探討。利用自動變速器電液控制試驗臺對AG4 自動變速箱的控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進行了測試。通過試驗驗證了本文所建立的數(shù) 學模型及其分析結論。 電控機械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission, AMT)是一種 新型的自動變速系統(tǒng)，其通過對手動固定軸式變速器和干式摩擦離合器的自動化 改造從而實現(xiàn)了選檔、換檔以及離合器和油門的自動操縱。AMT技術適合我國國 情，有著廣泛的市場和發(fā)展前途。換檔規(guī)律是電控機械式自動變速器的靈魂，它 是判斷換檔時機的依據。在應用中，通過將采集的車輛行駛狀態(tài)與換檔規(guī)律相對 比，從而判斷是否達到最佳的換檔點并自動執(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，同時使整車具有較好的動力性及燃油經濟性。本論文 選擇電控機械式自動變速器換檔規(guī)律這一關鍵性問題作為研究對象，研究目的是 為AMT制定最佳的換檔規(guī)律以提高車輛的動力性和燃油經濟性。通過對影響車輛 動力性和燃油經濟性的因素進行分析，本論文推導了最佳動力性和最佳燃油經濟 性換檔規(guī)律的制定方法。為解決質量影響問題，提出了一種變結構的最佳換檔系 統(tǒng)，豐富了換檔規(guī)律理論。鑒于計算機仿真技術與實車測試相比可以節(jié)省大量的 人力物力，本論文在進行換檔規(guī)律的設計中，采用MATLAB/Simulate仿真工具箱 建立了最佳換檔規(guī)律的仿真模型，利用此仿真模型對制定的最佳動力性和最佳燃 油經濟性換檔規(guī)律進行仿真，仿真結果表明本論文所建立的換檔規(guī)律是合理的。 換檔品質是指在保證動力傳動系統(tǒng)壽命的前提下，能夠迅速、平穩(wěn)換檔的程 度，其評價的指標主要是舒適性，量化指標包括換檔時間和沖擊度。換檔品質的 影響因素包括軟、硬件兩方面九大因素，并且可用兩種實驗方法對換檔品質進行 研究，一種是整車道路實驗實時采集數(shù)據進行分析；第二種方法就是通過做模擬 整車工況的臺架實驗。 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 合規(guī)律、換檔時序、控制方法的選擇、以及近來比較熱門的通過CAN總線實現(xiàn)的 TCU和ECU通訊策略都對檔品質有影響，控制策略制訂得是否合理，將直接決定 AMT 的換檔品質。 換檔規(guī)律是指兩排檔間自動換檔時刻隨控制參數(shù)變化的規(guī)律，包括經濟性和 動力性換檔規(guī)律。目前汽車上多用兩控制參數(shù)（車速和油門開度）的換檔規(guī)律。 換檔規(guī)律沒做好，就會使汽車在不該換檔的時候換檔，該換檔的時候不換檔，使 - 2 - 發(fā)動機工況嚴重不好，造成整個換檔過程中發(fā)動機聲音的異常和平順性的不良， 有時還可能使發(fā)動機熄火。離合器結合規(guī)律受離合器釋放行程、油門開度、發(fā)動 機轉速、檔位和車速、載荷等素影響，主要控制目標是結合量和結合速度。而離 合器接合控制主要指接合速度的控制，大體上分快、慢、快三個階段。其中直接 影響換檔品質的是第二階段，如果接合過快將造成換檔沖擊，甚至熄火；若過慢 將使離合器滑磨時間過長，有損其壽命。控制的參數(shù)主要是離合器主從動片轉速 差及兩邊扭矩值,實驗表明在扭矩值大致相同，轉速差小于一定值時接合離合器 既能保證換檔時間又不會產生沖擊，離合器磨損也不太嚴重。 換檔時序是發(fā)動機、離合器、變速器三者協(xié)調動作的時序 ,它們的配合情況 對換檔時間有很大的影響。減小換擋時間最重要的是盡可能地縮小離合器滑摩時 間。如果延長空載階段時間，將減小離合器主從動盤轉速差。有利于縮短滑摩時 間。如果盡可能縮短空載時間，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，也可以在較短的時間內完成離合器的接合。其次是減小齒 輪同步時間，這可以通過兩種方式實現(xiàn)：1.減小齒輪間轉速差；2.增大換擋力。 運用TCU和ECU通訊策略，通過CAN總線實現(xiàn)發(fā)動機和變速器之間的聯(lián)合控制， AMT能夠達到最優(yōu)控制，獲得最理想的換檔品質。 硬件系統(tǒng)元器件性能對換檔品質的影響： 硬件系統(tǒng)元器件實現(xiàn)AMT功能的基礎，硬件系統(tǒng)里執(zhí)行機構、傳感器、電子 元器件、液壓系統(tǒng)等都對換檔品質有影響，硬件參數(shù)的選擇對AMT換檔品質的提 高是至關重要的。 伴隨汽車理論技術的發(fā)展，微處理器的技術的日益成熟和電子技術在汽車上 的廣泛應用，人們已經不再只局限于滿足汽車的代步功能，對汽車動力性、經濟 性的要求逐步向易操縱性、機動性、安全性轉移，智能型汽車日益成為人們目光 中的焦點。商家的“人、車、生活”,“以人為本”等宣傳口號也側面體現(xiàn)了人 們對汽車的個性化、人性化的期望。 在汽車智能化的發(fā)展方向上，自動變速器的智能化占有重要一席。而自動變 速器的智能化又集中體現(xiàn)在換擋規(guī)律的制定上。為順應潮流，為滿足人們對汽車 的新要求，加強各自車型的競爭優(yōu)勢，目前，世界各大廠商在新車型的換擋規(guī)律 上大做文章，最引人注意的是標致雪鐵龍集團和雷諾公司開發(fā)的AL4 自動變速 器竟內置了10 種換擋規(guī)律之多。在人車路的大系統(tǒng)中，汽車控制的優(yōu)劣， 主要反映在車輛與環(huán)境（路）的協(xié)調、車輛與人的協(xié)調，故電子自動控制系統(tǒng)可 - 3 - 存儲多種規(guī)律供駕駛員選用，不僅有經濟性規(guī)律、動力性（又稱運動型）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 點可以自由設定為各種規(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，其中部分成果已開始在汽車上應用。但是開發(fā)此項智能換擋規(guī)律的工 作依然艱巨，這主要因為： 1.現(xiàn)有的智能變速器的智能程度有待提高，它表現(xiàn)在對環(huán)境的識別判斷的準 確度不高，對駕駛員的意圖識別不能令人滿意。 2.智能功能還不完善。智能自動變速系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)，它應在現(xiàn)有的基礎 上不斷完善、豐富，只有這樣才能適應不同駕駛員的駕駛要求，減少駕駛員的 勞動強度，提高汽車的整體性能。適應駕駛員個性的換擋規(guī)律是研究項目中 的重要一項，為了使汽車能夠在選換擋時體現(xiàn)不同駕駛員的風格特點，適應不同 駕駛員的對加速的不同要求，前人工作的基礎上對適應駕駛員風格的換擋規(guī)律作 了較為深入的研究，對駕駛員的駕駛意圖、風格特點提出了新的識別策略，并系 統(tǒng)地提出了換擋智能調整控制的解決方案。 傳統(tǒng)設計方法設計汽車變速器與同步器結構參數(shù)是一項非常費時和艱苦的工 作，而且難以求得較理想的設計參數(shù)，不利于產品性能的提高。變速器與同步器 的優(yōu)化設計則可利用計算機在約束域內按預定目標高速有效地優(yōu)選出最佳的結構 參數(shù)，是一種理想的高質量的設計方法。研究的主要目標是建立一個載貨汽車變 速器與同步器結構參數(shù)的優(yōu)化設計數(shù)學模型，采用基于K-T(Kuhn-Tucker)方程解 的方法進行優(yōu)化計算，以期提高汽車變速器與同步器的設計水平。汽車傳動系是 汽車的主要組成部分，變速器又是傳動系的重要部件，因此汽車變速器的優(yōu)化設 計十分重要。以輕型載貨汽車為例，根據汽車變速器的設計要求與特點，在保證 零件的強度、剛度、使用壽命等條件下，以減少重量和體積作為追求目標，分析 建立了載貨汽車變速器優(yōu)化設計的數(shù)學模型，并通過實例對其進行了參數(shù)優(yōu)化， 獲得了滿意的設計效果。 同步器是汽車變速器的重要部件，它使變速器主、從動部分同步后再接合， 從而減少接合沖擊和噪聲，減輕換檔力，使換檔平順，從而延長了變速器的壽命。 通過對同步器同步過程的分析，在保證同步時間最短的前提下，對影響同步性能 的參數(shù)進行了優(yōu)化計算，獲得了滿意的設計效果。MATLAB 的優(yōu)化工具箱，是現(xiàn)代 優(yōu)化設計中的一個很方便的軟件，運算速度快，功能強大。它將不同數(shù)學分支的 算法以函數(shù)的形式分類成庫，使用時直接調用這些函數(shù)并賦予實際參數(shù)就可以解 - 4 - 決問題，快速而且準確?？梢酝ㄟ^實例運用 MATLAB 優(yōu)化工具箱對某汽車變速器 與同步器結構參數(shù)進行優(yōu)化設計，取得了滿意的設計效果。