【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效率低的問題 ,有關(guān)工程技術(shù)人員做了大 量的工作。 60年代的研究重點(diǎn)是采用多元件工作輪 ,提高液力變矩器的效率。 70 年代是使用閉鎖離合器 ,提高液力自動(dòng)變速器在高速時(shí)的效率。 80 年代則采取增加行星齒輪變速器擋位的方法以及使用電子控制。 90 年代 ,大量電子技術(shù)的應(yīng)用 ,使液力自動(dòng)變速器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，為其注入了新的活力。其燃油經(jīng)濟(jì)性大體上與手動(dòng)機(jī)械式變速器相當(dāng)，綜合經(jīng)濟(jì)性長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 9 能也得到了提高。液力自動(dòng)變速器是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，裝車率逐年增加，以轎車為例：在美國液力自動(dòng)變速器的裝車率已達(dá) 95%左右，日本現(xiàn)在大、中型轎車已達(dá) 80%以上，歐洲發(fā)達(dá)國 家大體也達(dá)到 50%左右。城市大客車的裝車率，在美國大體上是 100%，西歐是 95%。工程車輛的裝車率，在美國是 70%，西歐是 30%。由于液力自動(dòng)變速器具有自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載以及減振的特點(diǎn)，所以工程車輛一般都采用液力自動(dòng)變速器。 （ 2） 機(jī)械式自動(dòng)變速器 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器是一種由普通齒輪式機(jī)械變速器組成的有級(jí)式機(jī)械自動(dòng)變速器。它以其傳動(dòng)效率高、成本低和易于制造等優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)變速器家族中占有重要的位置。它是在傳統(tǒng)固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)變速理論，以電子控制單元（ ECU）為核心，通過液壓執(zhí)行 系統(tǒng)控制離合器的分離與結(jié)合、選換擋操作以及柴油機(jī)節(jié)氣門的調(diào)節(jié)，來實(shí)現(xiàn)起步、換擋的自動(dòng)操縱。這種自動(dòng)變速器主要包括三個(gè)部分：自動(dòng)離合器、齒輪式機(jī)械變速器和電子控制系統(tǒng)。 AMT 的發(fā)展可分為兩個(gè)階段。首先是半自動(dòng)的 SAMT 階段。機(jī)械式變速器 的電控自動(dòng)化始于 70 年代中期，瑞典的 Scania 的 CAC 系統(tǒng)和德國 Damler Benz 的 EPS 系統(tǒng)均采用了半自動(dòng)操作方式（ SAMT），使得換擋動(dòng)作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。由電子控制的氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換擋，而換擋時(shí)刻由駕駛員 踩離合器踏板來確定，電子顯示器可提示駕駛員何時(shí)為 最佳換擋時(shí)刻。第 2 階段是全自動(dòng)階段。 世界上第一種全自動(dòng)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器是 1984年五十鈴公司投放市場(chǎng)的NAVI5，同時(shí)期出現(xiàn)的還有日本 Nissan、 Hino 和美國 Eaton 的全自動(dòng)變速系統(tǒng)。 1988 年德國 ZF 公司將其 Autoshift 系統(tǒng)裝車使用。在此領(lǐng)域開展研究的還有美國 Ford、意大利 Fiat、法國 Renault 和瑞典的申寶等其他大型車輛企業(yè)，使全自動(dòng) AMT 逐步進(jìn)入實(shí)用階段。這種電控機(jī)械式自動(dòng)變速器既具有液力自動(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、易制造的長處。在幾種自動(dòng)變速器中， AMT 的性能價(jià)格比最高。在中低擋轎車、載貨車等方面應(yīng)用前景較廣闊。 （ 3） 金屬帶無級(jí)自動(dòng)變速器 金屬帶無級(jí)自動(dòng)變速器克服了前面兩種自動(dòng)變速器固有的齒輪傳動(dòng)比不連續(xù)和零件數(shù)量過多的缺點(diǎn)，具有速比光滑變化，無級(jí)傳遞扭矩，乘坐舒適，加速性好，燃料經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速。但它的啟動(dòng)性能差，故需另加啟動(dòng)裝置，現(xiàn)在較多的 CVT 選擇液力變矩器作為啟動(dòng)裝置，又稱雙無級(jí)自動(dòng)變速器。 早期的機(jī)械無級(jí)變速器是通過兩個(gè)錐體改變接觸半徑來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比連續(xù)變化的，但由于接觸部分 擠壓應(yīng)力太高，難以進(jìn)入實(shí)用化。 1955 年，荷蘭 DAF公司在車輛上試裝采用“ V”形橡膠帶的 CVT，但因該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的體積過大，傳動(dòng)比太小，又受皮帶壽命的影響，無法滿足車輛行駛的要求。德國 PIV 公司從 1956 年起，開始研長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 10 究鏈傳動(dòng)的 CVT，德國大眾車輛公司也曾在轎車上裝用過這種變速器。到 80 年代，出現(xiàn)了技術(shù)上的突破，橡膠皮帶被由許多薄鋼片穿成的鋼帶代替，使其與兩個(gè)錐輪的槽在不同的半徑上嚙合來改變傳動(dòng)比。這種結(jié)構(gòu)使變速器的傳動(dòng)比得到了明顯的提高，從而具備了在車輛上廣泛使用的前提條件。 1987 年， VDT 公司 的金屬帶式無級(jí)變速器進(jìn)入商品化階段，這年，福特車輛公司首次在市場(chǎng)上推出裝有這種金屬帶的 CVT。日本富士重工也于同年研制成功裝備于 Juste 車上（排量 1～ ）電子控制 CVT。之后，菲亞特、福特、日產(chǎn)等車輛公司都在公司生產(chǎn)的一些 ～ 排量轎車上裝備這種變速器。九十年代， VDT 公司研制成功了傳動(dòng)力矩大、性能更佳的第二代 CVT變速器。到 1995 年，裝有 CVT 的車輛產(chǎn)量已達(dá) 100 多萬輛。目前主要有以下的 CVT 生產(chǎn)廠商 FHI Subaru Justy、 Ford、 Fiat、 Nissan 等。 其中歐洲 Ford公司 CVT 產(chǎn)量為 15 萬 /年， FHI CVT 產(chǎn)量為 20/年。特別指出的是：美國福特公司在1997 年有了歷史性的突破，生產(chǎn)出可用于大扭矩、排量高達(dá) 3． 8L（扭矩為 ）V6 柴油機(jī)的 CVT，并成功安裝于 Winstar minivan 車輛上。這就結(jié)束了 CVT 只能應(yīng)用于中型車輛上的歷史，為大規(guī)模應(yīng)用 CVT 于車輛開辟了道路。 自動(dòng)變速器未來的發(fā)展趨勢(shì) （ 1） 有級(jí)自動(dòng)變速器多擋位化 對(duì)于有級(jí)變速器，只有增加其擋位，才能使其在性能上接近無級(jí)變速的理想狀態(tài)，從而提高動(dòng)力性 并節(jié)約燃油。目前，已經(jīng)有液力變矩器 +6 擋位的產(chǎn)品化 AT 出現(xiàn)。但是，從成本、制造的可行性等方面考慮，過多的擋位反而會(huì)使這種自動(dòng)變速器的性能 /價(jià)格比下降。所以，在目前的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平下，液力變矩器 + 5/6 擋位的 AT 是比較適合的。 （ 2） 自動(dòng)變速器控制單元的電子化、計(jì)算機(jī)化、智能化 自動(dòng)變速技術(shù)的不斷發(fā)展完善，在使車輛整體綜合性能不斷提高的同時(shí)，也促進(jìn)了自動(dòng)變速器的自動(dòng)化、智能化。以機(jī)械無級(jí)變速器（ CVT）為例，根據(jù)車輛工況，它需要隨時(shí)調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力，控制帶輪兩部分的相對(duì)滑移程度，從而改變變速器傳動(dòng)比。在這種情況下，人工手動(dòng)以及機(jī)械式的自動(dòng)是不能勝任的，控制單元的電子化、計(jì)算機(jī)化是十分必要的。 （ 3） 換擋過渡過程的高品質(zhì)化 待分離和待結(jié)合換擋的離合器壓緊油壓配合是否合理，對(duì)換擋品質(zhì)具有顯著的影響。 AT 的換擋品質(zhì)控制的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)。換擋品質(zhì)反映在換擋過渡過程的舒適性和零部件負(fù)載兩個(gè)方面，其中過渡過程的平穩(wěn)性和結(jié)合元件熱負(fù)荷是兩項(xiàng)最主要的指標(biāo)。目前，壓緊油壓通常采用響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高的電液比例閥或高速電磁閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。換擋品質(zhì)控制的智能化也是一個(gè)發(fā)展方向。換擋過渡過程受柴油機(jī)工況、車況和道 路狀況等行駛工況的影響。通過對(duì)車輛行駛工況的識(shí)別，并長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 11 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等現(xiàn)代控制手段來實(shí)現(xiàn)換擋過渡過程的高品質(zhì)化。 實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)變速的意義 （ 1） 自動(dòng)變速器消除了駕駛員換擋技術(shù)的差異性 車輛性能的優(yōu)勢(shì)除與其自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外 ,還取決于正確的控制和操縱。例如，有資料表明：熟練駕駛員與非熟練駕駛員之間的平均油耗相差達(dá) 10％以上。自動(dòng)變速是按某種預(yù)先設(shè)定的換擋策略自動(dòng)完成換擋 ,以使整車獲得最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和低的污染排放。只要換擋策略設(shè)定正確就會(huì)取得好效果，而與駕駛員的技術(shù)水平無關(guān)。 （ 2） 自動(dòng)變速提供了良好的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換性能 無級(jí)自動(dòng)變速可以消除或減弱動(dòng)力傳動(dòng)中的動(dòng)載；而有級(jí)自動(dòng)變速，由于它能自動(dòng)同步換擋、離合器可按最佳結(jié)合規(guī)律結(jié)合，也避免了手動(dòng)換擋粗暴所產(chǎn)生的沖擊與動(dòng)載，這對(duì)于地形復(fù)雜、路面惡劣的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)或越野行駛時(shí)的工程車輛、自卸車輛以及軍用車輛都特別重要。試驗(yàn)表明：在最壞的路段行駛時(shí)，自動(dòng)變速的車輛傳動(dòng)軸上，最大力矩峰值只相當(dāng)于手動(dòng)換擋的 20％～ 40％，原地起步時(shí)力矩峰值只相當(dāng)于 50％～ 70％。因此，可使柴油機(jī)壽命提高 倍，變速器壽命提高 2～ 3 倍，其它傳動(dòng)系統(tǒng)零部件壽命也將提高 ～ 倍。 （ 3） 自動(dòng)變速可減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率 操縱車輛的任務(wù)在于：根據(jù)不斷變化的道路、交通情況，對(duì)車輛的行駛方向和速度進(jìn)行靈活的控制。據(jù)統(tǒng)計(jì)：城市大客車平均每分鐘換擋 3～ 5 次，駕駛員就要連續(xù)完成 20～ 30 個(gè)手腳協(xié)調(diào)動(dòng)作。而采用自動(dòng)變速后，則從根本上簡(jiǎn)化了操縱，離合器踏板、變速桿都取消了，駕駛員只要控制油門，即控制了自動(dòng)變速，極大地改善了駕駛員的勞動(dòng)條件，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。對(duì)于工程車輛，由于其作業(yè)條件與作業(yè)工礦復(fù)雜、多變，負(fù)載變化的范圍大、隨機(jī)性強(qiáng)，導(dǎo)致其換擋也十分頻繁，所以自動(dòng)變 速對(duì)與工程車輛減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)率意義尤其重大。 車輛自動(dòng)換擋規(guī)律簡(jiǎn)介 所謂換擋規(guī)律是指變速器的換擋時(shí)刻隨控制參數(shù)而變化的關(guān)系。自動(dòng)換擋規(guī)律是自動(dòng)變速系統(tǒng)判斷當(dāng)前應(yīng)處擋位或升、降擋的依據(jù)。根據(jù)換擋規(guī)律控制參數(shù)的不同可分為：?jiǎn)螀?shù)換擋規(guī)律、兩參數(shù)換擋規(guī)律和動(dòng)態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律。 單參數(shù)換擋規(guī)律 單參數(shù)換擋規(guī)律的控制參數(shù)一般為車速，見圖 ，當(dāng)車速達(dá)到 V2 時(shí)，換入Ⅱ擋。當(dāng)車速小于 V1 時(shí)，換回Ⅰ擋。其特點(diǎn)是：換擋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但是不論油門開度如何，換擋點(diǎn)、換擋延遲的 大小都不變，不能實(shí)現(xiàn)駕駛員可干預(yù)的換擋控長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 12 制，也難于兼顧動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的要求。這種換擋規(guī)律應(yīng)用范圍比較有限，只有少數(shù)城市公共車輛、軍用越野車有所應(yīng)用，目的是減少換擋次數(shù)。 圖 單參數(shù)換檔規(guī)律 兩參數(shù)換擋規(guī)律 如圖 所示，兩參數(shù)換擋規(guī)律的換擋參數(shù)一般為車速 Va 和油門開度 ? 。 與應(yīng)用單參數(shù)換擋規(guī)律相比，應(yīng)用兩參數(shù)換擋規(guī)律能使車輛得到更好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，目前世界上的自動(dòng)換擋操縱系統(tǒng)幾乎都是采用兩參數(shù)換擋規(guī)律。 兩參數(shù)換擋規(guī)律根據(jù)換擋延遲的變化規(guī)律又可分為以下幾種： （ 1）等延遲型：如圖 (a)所示，其換擋延遲的大小不隨油門開度而改變，但可實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋，在小油門時(shí)可提前換高擋，既減小柴油機(jī)噪聲，又可延遲換回低擋，改善了燃料經(jīng)濟(jì)性。 （ 2）發(fā)散型：如圖 (b)所示，其換擋延遲隨油門增大而增大，主要特點(diǎn)是大油門升擋時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高，接近最大功率點(diǎn)，動(dòng)力性好，換擋延遲大，減少了換擋次數(shù)，提高了舒適性。駕駛員可以干預(yù)換擋，快松油門時(shí)可提前換入高擋，不僅降低噪聲，而且改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。大油門降擋時(shí)的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速必須 降得很低，功率利用差。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 13 圖 兩參數(shù)換檔規(guī)律 （ 3）收斂型：如圖 (c)所示，其換擋延遲隨油門的增大而減小，其特點(diǎn)是由于大油門時(shí)換擋延遲最小，因而在大油門升擋時(shí)能保證較好的功率利用，動(dòng)力性好。小油門時(shí)換擋延遲大，可減少換擋次數(shù)，而且柴油機(jī)可以在較低的轉(zhuǎn)速下工作，燃料經(jīng)濟(jì)性好，噪音小，行駛平穩(wěn)舒適。 （ 4）組合型：如圖 (d)所示，它由兩段或多段不同變化規(guī)律組成。其特點(diǎn)是便于在不同油門下獲得不同的車輛性能，小油門時(shí)舒適、穩(wěn)定 、污染??；中油門時(shí)經(jīng)濟(jì)性好；大油門時(shí)動(dòng)力性好。組合型換擋規(guī)律適應(yīng)性好，應(yīng)用范圍很廣。 三參數(shù)換擋規(guī)律 上述換擋規(guī)律是以車輛穩(wěn)定行駛為前提的，但實(shí)際上，車輛在起步、換擋過程中，均處于加速或減速的非穩(wěn)態(tài)過程。因此，有人提出了動(dòng)態(tài)三參數(shù)（車速 Va、油門開度、和加速度 dV/dt）換擋規(guī)律，并且根據(jù)優(yōu)化計(jì)算時(shí)所選取的目標(biāo)函數(shù)不同又可分成最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律兩種類型。 （ 1）最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律：所謂最佳動(dòng)力性換擋是指在同一油門開度下兩擋長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 14 加速度曲線的交點(diǎn)處換擋。這樣可以獲得良好的換擋平順性， 減小換擋沖擊。 （ 2）最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律：它的目標(biāo)函數(shù)是在某一油門開度下，車輛從原地起步連續(xù)升擋加速至某一要求車速 Va 時(shí)，總的油耗 Q 應(yīng)最小。 經(jīng)濟(jì)性或動(dòng)力性的換擋規(guī)律解決的是車輛行駛中一般性的、基本的問題。其優(yōu)點(diǎn)是如果當(dāng)車輛的實(shí)際行駛環(huán)境和車輛行駛狀態(tài)與求解最優(yōu)換擋規(guī)律的實(shí)驗(yàn)條件相近時(shí)，傳統(tǒng)的換擋規(guī)律給出的是某一指標(biāo)最優(yōu)的擋位，如最佳燃料經(jīng)濟(jì)性、最佳動(dòng)力性等。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)變速器總成中同步器壽命試驗(yàn)臺(tái)。通過操作該試驗(yàn)臺(tái) ,可自動(dòng)完成汽車變速器壽命及性能試驗(yàn)。 具體要求如下： (1）試驗(yàn)臺(tái)可對(duì) 變速器試驗(yàn)樣品進(jìn)行壽命及性能試驗(yàn)。 (2）針對(duì)力及扭矩、轉(zhuǎn)速、位移、等參數(shù)，試驗(yàn)臺(tái)可分別對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。 (3）換檔行程 : 0～177。 200mm。 (4）選檔行程： 0～177。 200mm。 (5）換檔力測(cè)量范圍及精度： 0～177。 250N (6）選檔力測(cè)量范圍及精度： 0～177。 250N 論文主要內(nèi)容 針對(duì)以上課題研究的任務(wù)，本文在查閱大量資料的基礎(chǔ)上，在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了重點(diǎn)研究。 （ 1）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 其中包括機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)及其它部分設(shè)計(jì)的制定。 （ 2）電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)、 A/D 轉(zhuǎn)換器、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)、換擋力及位移檢測(cè)。 。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 15 2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題研究的系統(tǒng)要求可以對(duì)同步器進(jìn)行性能和可靠性兩種方式的試驗(yàn)。通過手動(dòng)操作可實(shí)現(xiàn)同步器的換檔過程；也可利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來自動(dòng)換擋，模擬人手對(duì)同步器進(jìn)行的換檔過程。同時(shí)利用計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，采集各種傳感器發(fā)來的信號(hào)，