機械畢業(yè)設計（論文）-轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計【全套圖紙】

畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文（設文（設 計）計） 題 目：轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)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： 學 號 ： 指導教師： 日 期： 2010 年 6 月 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 摘要摘要 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(chǎn)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(gòu)進行了設計，其中 AMT 的執(zhí)行機構(gòu)包括控制離合器的分離結(jié) 合機構(gòu)和選檔換擋機構(gòu)。由于電控電動類型的 AMT 變速器有結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)成本 低，污染少等優(yōu)點，所以本文所設計的 AMT 執(zhí)行機構(gòu)采用電機驅(qū)動。本文分別對電動 離合器和電動選換檔執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)的結(jié)構(gòu)，并對 執(zhí)行機構(gòu)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(jié)論。 關鍵詞關鍵詞：AMT，電機，離合器，選換檔，執(zhí)行機構(gòu) 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 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 Chinas automobile industry, and has good prospects for industrialization and wide range of applications. This paper is a design of a mechanical automatic transmission AMTs 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(jié).7 第 2 章 AMT 的關鍵控制技術.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(jié).17 第 3 章 電動離合器操控機構(gòu)的設計.18 3.1 電動離合器執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)各零件的設計.19 3.3.1 螺桿的設計.19 3.3.2 螺桿的結(jié)構(gòu)設計.25 3.3.3 螺桿軸承的計算.26 3.3.4 螺母的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)臂的設計.32 3.4 計算離合器分離時間.34 3.5 本章小結(jié).34 第 4 章 選檔換檔機構(gòu)的設計.35 4.1 選檔換檔方案的選擇.35 4.2 選檔機構(gòu)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(gòu)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(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.53 致謝.55 附錄.56 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 1 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 課題研究背景課題研究背景 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(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 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(chǎn)品向高級 的機電一體化產(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(gòu)與驅(qū)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(zhuǎn)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(nèi)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(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 或降低動力傳動系統(tǒng)中的沖擊和動載。試驗結(jié)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(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的 20%-40%。原地起步時最大動 載轉(zhuǎn)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(diào)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 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 2 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(chǎn)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(jīng)常換檔，需要切斷動力，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)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(jīng)常處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運轉(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）動力性和燃油經(jīng)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(jīng)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(zhuǎn)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(chǎn)。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， 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 3 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(VanDoornes) 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(zhì)，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(chǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)和車輛動 力性、經(jīng)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)繼承性好，改 造的投入費用少，非常容易被生產(chǎn)廠家接受。而其中自動變速器操控機構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單的，工作可靠的，占用空 間少的 AMT 操控機構(gòu)對于機械式自動變速器操控機構(gòu)的發(fā)展有重大的意義。 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 4 1.3 AMT 變速器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀變速器發(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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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)?對離合器和發(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NAVI5，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(jīng)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(diào)控制能力，以及實現(xiàn)整 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 5 1.3.2 AMT 的發(fā)展現(xiàn)狀的發(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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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 AMT7 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(diào)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(jīng)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 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 6 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(jīng)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(jīng)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(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發(fā)動機轉(zhuǎn)速和變速器輸入軸轉(zhuǎn)速之間存在很大 的轉(zhuǎn)速差，只有實施聯(lián)合協(xié)調(diào)發(fā)動機、離合器和變速器的綜合控制才能達到?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(jīng)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(gòu)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(gòu)一般由機、電、液系統(tǒng)構(gòu)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(jīng) 網(wǎng)絡控制技術成為提高控制品質(zhì)的重點研究方向。 1.4 本文的主要工作本文的主要工作 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(gòu)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(jīng)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(gòu)更適合。而電控電動式的自動換檔機構(gòu)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(qū)動離合器，選換檔機構(gòu)工作， 電機的功率和轉(zhuǎn)矩都不大，所以該自動變速機構(gòu)必須設計出減速增扭和反映靈敏等特 性，并且機構(gòu)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(gòu)較電控液壓、電控氣壓的操縱機構(gòu)簡單緊湊，并且系統(tǒng)工作所消耗的 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 7 功率不大。所以 AMT 的換檔操縱機構(gòu)的設計和優(yōu)化則大大改善了 AMT 變速器制造的 經(jīng)濟性和結(jié)構(gòu)的簡單緊湊性。本文的研究內(nèi)容是針對于 AMT 自動換檔執(zhí)行機構(gòu)，主要 包括以下兩個方面: （1）在綜合研究了國內(nèi)外(尤其是國外)各種驅(qū)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(gòu)，對其離合器執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)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(jié)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： 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 8 圖 1.2 本文工作流程圖 1.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 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(jié)構(gòu)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(nèi)的發(fā)展?jié)摿艽?。由?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(gòu)進行設計，并列出了本文的設計流程圖。 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 9 第第 2 章章 AMT 的關鍵控制技術的關鍵控制技術 2.1 AMT 的原理、結(jié)構(gòu)與分類的原理、結(jié)構(gòu)與分類 2.1.1 AMT 的原理的原理 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（AMTAutomatic Manual Transmission） 。自動操縱機構(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)動機轉(zhuǎn)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(gòu)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(zhuǎn)速、 輸入軸轉(zhuǎn)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(gòu)（電子油門離合器執(zhí)行機構(gòu)、選換檔執(zhí)行機構(gòu)） ，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 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 10 2.1.2 AMT 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) AMT 是一種機、電、液一體化的產(chǎn)品， 該系統(tǒng)主要由以下四部分組成： （1）被控對象包括發(fā)動機、離合器和變速器。 （2）執(zhí)行機構(gòu)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(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(jīng)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(zhì)會產(chǎn)生影響。 2.1.3 AMT 的分類的分類 目前，按照執(zhí)行機構(gòu)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(gòu)采用氣壓驅(qū)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(qū)動其執(zhí)行機構(gòu)，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(gòu)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(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，導致在汽車剛開始起步時換檔品質(zhì)差。而且溫度降低到一定的程度之后，液壓油 的流動性能大大降低。另外，電控液動選換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，難于制造，液壓元件對 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 11 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(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 動己經(jīng)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： 取消了液壓系統(tǒng)，從而使整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，重量更輕，成本低。 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。 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)功能和關鍵技術系統(tǒng)功能和關鍵技術 2.2.1 AMT 的系統(tǒng)功能的系統(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(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)預先存儲的最佳換檔規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動機轉(zhuǎn)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(jīng)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 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 12 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 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(gòu)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(jié) 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(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 合三個狀態(tài)。 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(zhuǎn)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(zhuǎn)速差大小有關，換檔力越大換檔時間越小，轉(zhuǎn)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(diào)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(jīng)濟性。 發(fā)動機控制 正常行駛時通過油門執(zhí)行機構(gòu)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(zhuǎn)速和扭矩，上換檔時降低 發(fā)動機轉(zhuǎn)速而下?lián)Q檔時調(diào)高發(fā)動機轉(zhuǎn)速使其與離合器從動盤轉(zhuǎn)速一致，防止離合器控 制和油門控制的不協(xié)調(diào)和時序錯誤使動力中斷過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)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(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)動機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，保證車輛按駕駛員的要求平 穩(wěn)起步。 （2）安全功能 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， 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 13 影響其壽命。 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(chǎn)生磨損， 以及如果掛不上檔，對行車效率和安全也會產(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。 轉(zhuǎn)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(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)速差降到允許的設定值范 圍內(nèi)方可同步。 轉(zhuǎn)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(diào)控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速和離合器行程，為了防止發(fā)動 機轉(zhuǎn)速變化率過大造成的換檔沖擊，在離合器主從動盤轉(zhuǎn)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。 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。 防止熄火 在剎車和減速工況，通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)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。 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。 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 離合器磨損 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 14 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(zhì)，所 以要有離合器磨損自診斷和磨損補償功能。 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(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)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 執(zhí)行機構(gòu)故障 執(zhí)行機構(gòu)故障主要發(fā)生在電機上，執(zhí)行過程所產(chǎn)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(chǎn)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 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。 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(jīng) 濟性或最佳動力性按設定的車速行駛。 驅(qū)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(zhuǎn)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。 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 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 15 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(nèi)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(diào)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(nèi)外進行了長期的研究，結(jié)果表明接合規(guī)律由人 車環(huán)境共同確定。1983 年 Esenovsky-Lashkov 對發(fā)動機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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 NAVI5 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(zhuǎn)速、離合器從動片轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(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 入司機經(jīng)驗，利用發(fā)動機轉(zhuǎn)速、加速踏板角度、離合器輸出軸轉(zhuǎn)速以及發(fā)動機轉(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 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 16 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(zhuǎn)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(jīng)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(gòu) 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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 17 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(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生沖擊。AMT 車輛在起步時，離合器 從動盤的轉(zhuǎn)速開始時為零，主、從動盤的轉(zhuǎn)速差最大，離合器接合時必然產(chǎn)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(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)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(zhì)，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(diào) 配合控制，這也是 AMT 系統(tǒng)的核心技術。 2.3 本章小結(jié)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 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(jié)構(gòu)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。 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 18 第第 3 章章 電動離合器操控機構(gòu)的設計電動離合器操控機構(gòu)的設計 3.1 電動離合器執(zhí)行機構(gòu)的方案選擇電動離合器執(zhí)行機構(gòu)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(jīng)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(qū)動的執(zhí)行機 構(gòu)?？偟膩碚f，離合器執(zhí)行機構(gòu)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(zhuǎn)運動通過一定的傳動方式轉(zhuǎn)化為直線運動;另一方面，由于離合器分離時需 要較大的驅(qū)動力，普通的電機無法直接驅(qū)動，因此，執(zhí)行機構(gòu)還需要增大驅(qū)動力，即 采取一定的傳動比以增大執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動力。下面列出了目前常見的三種驅(qū)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(qū)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)，然后由螺桿帶動螺母旋轉(zhuǎn)并沿螺桿軸向運動， 這樣螺母將旋轉(zhuǎn)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(jié) 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(zhuǎn)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(qū)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(gòu)，對該機構(gòu)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(gòu)能在 0.12s 之內(nèi)分離離合器。離合器的操作機構(gòu)簡圖如下圖 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 19 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(gòu)原理圖 工作原理：電動機工作，帶動螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿的旋轉(zhuǎn)運功轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 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(zhuǎn)則使 離合器結(jié)合。 3.2 電機的選型電機的選型 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mmS9 1 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。 WWP90 08 . 0 009 . 0 800 t S F 1 1 MAX 離 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： 表表 3.1 離合器直流電機的參數(shù)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(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩 12V13A120W2000rpm0.8Nm 3.3 電動離合器操控機構(gòu)各零件的設計電動離合器操控機構(gòu)各零件的設計 廣東技術師范學院本科畢業(yè)論文（設計） 20 3.3.1 螺桿的設計螺桿的設計 （1）螺桿驅(qū)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(gòu)采用的螺旋副傳動方式為螺杠轉(zhuǎn)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(qū)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： 2 d （3-1） 2 tan 2 22 d F d FF dt 其中為螺紋升角： （3-2） 2 arctan d L 為當量摩擦角，若用代入上式（3-2），則有： d tan22 2 Ld （3-3） 2tan tan 2 FLFL M d t 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(zhuǎn)矩的關系： （3-4） L M F t 2 螺母的移動速度與螺桿轉(zhuǎn)速的關系為：。nLv 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。N400N 2 800 2 F 離 拉 F 為了能滿足分離離合器在0.12S內(nèi)實現(xiàn)，則要求螺母的移動速度為： 轎車用機械式自動變速器操控機構(gòu)設計 21 （3-5） t iS v i為分離杠桿的杠桿比 i=2； S為離合器的總行程 ； 21 SSS 為離合器的有效分離行程 ； 1 SmmS9 1 為離合器分離軸承的自由行程 ； 1 SmmS3 2 將各個數(shù)值代入式（3-5）得 min 12200 12 . 0 392 m s mm s mm v （2）計算絲桿的中徑 2 d （3-6） p F d 2 F為軸向載荷 F=400N； 梯形和矩形螺紋 取=0.8； 螺母為整體式的 ??；3 . 1 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 p 為灰鑄鐵。則其滑動螺旋副材料的許用壓強??； Mpap5 將各個數(shù)值代入式（3-6） ，得：mmmmd3 . 6 53 .