電控機(jī)械式自動(dòng)變速器操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電控機(jī)械式自動(dòng)變速器操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 生：王建超學(xué) 號(hào)：20093011指導(dǎo)教師：張偉 專 業(yè)：車(chē)輛工程重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二O一三年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityControl system design of Automated Mechanical TransmissionUndergraduate: Wang JianchaoSupervisor: ZhangWei Major: Vehicle EngineeringMechanical EngineeringChongqing Un

2、iversityJune 2013摘 要自動(dòng)變速器具有消除駕駛員換擋技術(shù)差異，減輕駕駛員疲勞，易操作和提高行車(chē)安全性等特點(diǎn)。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）是一種經(jīng)濟(jì)型的自動(dòng)變速器，其是在原有機(jī)械變速器基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱系統(tǒng)，取代原來(lái)由駕駛員人工完成的離合器分離與接合、選換擋以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速同步調(diào)節(jié)和控制油量等操作，最終實(shí)現(xiàn)換擋過(guò)程的操縱自動(dòng)化。它既保持了手動(dòng)機(jī)械式變速器的優(yōu)點(diǎn)，又具備自動(dòng)變速器自動(dòng)換擋的功能。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器操縱系統(tǒng)根據(jù)控制規(guī)律自動(dòng)操縱離合器的分離與接合以及選換擋過(guò)程，同時(shí)對(duì)噴油量進(jìn)行同步調(diào)節(jié)來(lái)滿足行駛過(guò)程的最佳動(dòng)力性或最佳燃油經(jīng)濟(jì)性要求。其可

3、以實(shí)現(xiàn)行駛過(guò)程中自動(dòng)變速并滿足人們的乘坐舒適性要求并延長(zhǎng)車(chē)輛的使用壽命。本文針對(duì)EQ1090車(chē)型5擋手動(dòng)機(jī)械式變速器進(jìn)行改進(jìn)，完成了電控機(jī)械式自動(dòng)變速器操縱系統(tǒng)的離合器、油量調(diào)節(jié)與選換擋操縱機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)，并對(duì)其自動(dòng)控制過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)離合器最佳接合規(guī)律、動(dòng)態(tài)三參數(shù)換擋控制規(guī)律、油量調(diào)節(jié)自適應(yīng)控制進(jìn)行了分析?；谄浒l(fā)動(dòng)機(jī)特性與整車(chē)參數(shù)，根據(jù)控制規(guī)律建立了控制模型并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析計(jì)算。關(guān)鍵詞：離合器控制，動(dòng)態(tài)三參數(shù)換擋控制規(guī)律，離合器操縱機(jī)構(gòu)，選換擋操縱機(jī)構(gòu)，Simulink仿真ABSTRACTAutomatic Transmission has the characteristics of

4、 eliminating the differences of the drivers shift skill, reducing drivers fatigue, operating easily and improving traffic safety. Automated Mechanical Transmission (AMT) is an economically automatic transmission, which keeps the same basic structure of the originally mechanical transmission and repl

5、aces the separation and joint process of the clutch, shifting, engine speed synchronization regulation and the amount of oil supply control operations by the driver manual operation and finally realize the automation control of shift process through adding the automatic control system under the cont

6、rol of microcomputer. It not only keeps the advantages of manual mechanical transmission, but also has the function of automatic shifting of automatic transmission.Control system of Automated Mechanical Transmission controls the clutchs separation and joint and shifting process according to the cont

7、rol rule, while synchronously adjusting the fuel injection quantity to meet the optimal power and the best fuel economy requirements of the running process. It can realize the automatic gear shifting in the running process and meet the people requirements of comfort and prolong the service life of v

8、ehicles.This thesis improves the 5 manual mechanical transmission of EQ1090 and completes the mechanical design of clutch, oil quantity adjusting and shifting operation mechanism of the control system of automated mechanical transmission and analyzes the key technologies in the automatic control pro

9、cess - the optimal engagement rule of clutch, the dynamic three parameters shifting control rule, oil regulation of adaptive control. Based on the characteristics of the engine and vehicle parameters and according to the control rule， this thesis establishes the control model and implements the comp

10、uter simulation analysis and calculation.Keywords: clutch control, the dynamic three parameter shifting control rule, clutch control mechanism, shifting operation mechanism, Simulink simulation目 錄摘 要IABSTRACTII1緒論11.1電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）概述1AMT技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況1AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理2AMT系統(tǒng)的基本功能與性能要求31.2AMT操縱系統(tǒng)的性能要求41.3開(kāi)發(fā)AMT

11、操縱系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)51.4論文的主要研究?jī)?nèi)容52AMT操縱系統(tǒng)的組成與分析72.1AMT操縱系統(tǒng)方案與類(lèi)型72.2AMT操縱系統(tǒng)選型73AMT控制規(guī)律83.1離合器的控制策略83.2最佳換擋控制規(guī)律10換擋規(guī)律類(lèi)型10發(fā)動(dòng)機(jī)特性與整車(chē)參數(shù)13最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律21最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律253.3發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)自適應(yīng)控制規(guī)律273.4本章小結(jié)274AMT操縱系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)284.1離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)28離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案28離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)30離合器操縱機(jī)構(gòu)工作過(guò)程354.2AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)36MT原機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案36AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)38AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)工作原理484.3

12、發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)494.4本章小結(jié)505控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)515.1電控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)515.2控制軟件程序框圖535.3本章小結(jié)596計(jì)算機(jī)模擬分析計(jì)算606.1控制系統(tǒng)仿真606.2仿真結(jié)果與分析706.3本章小結(jié)717總結(jié)與展望72參考文獻(xiàn)731 緒論電控機(jī)械式自動(dòng)變速器非常適合中國(guó)汽車(chē)工業(yè)的現(xiàn)狀，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。其不僅具有自動(dòng)換擋的便捷，同時(shí)還有具有手動(dòng)變速箱齒輪傳動(dòng)一樣的高動(dòng)力傳輸效率、機(jī)構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省燃料和減少排放。1.1 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）概述1.1.1 AMT技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況電控機(jī)械式自動(dòng)變速器其研究始于上世紀(jì)70年代，其發(fā)展大致經(jīng)歷了將離合器控

13、制和換擋控制分別考慮，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)各自的自動(dòng)控制功能的半自動(dòng)化階段；應(yīng)用自動(dòng)離合器、換擋控制與換擋策略的全自動(dòng)化階段；引入模糊推理的智能方法，采用模糊換擋策略和離合器結(jié)合速度的模糊控制的智能化階段等三個(gè)階段。為使車(chē)輛能在復(fù)雜多變的工作條件下，自動(dòng)采取正確的措施，進(jìn)一步提高了起步、變速性能和換擋品質(zhì)，AMT的擋位決策和控制中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法并通過(guò)GPS獲取更多的路面特征信息以提高AMT對(duì)路面的適應(yīng)性。現(xiàn)代AMT不僅換擋程序更加符合駕駛員的意愿，而且還利用現(xiàn)代控制方法，解決特殊環(huán)境下變速程序的復(fù)雜問(wèn)題，使控制能力及可靠性大幅度提高。吉林大學(xué)的葛安林教授對(duì)汽車(chē)AIVIT技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化的研究，提出了動(dòng)態(tài)

14、三參數(shù)匹配控制規(guī)律，在桑塔納等轎車(chē)上裝車(chē)運(yùn)行。吉林大學(xué)還率先將智能控制理論應(yīng)用到工程機(jī)械中，對(duì)工程機(jī)械模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擋位控制進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研制出推土機(jī)的模糊換擋系統(tǒng)并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)；對(duì)輪式裝載機(jī)的模糊換擋策略也進(jìn)行了研究。西北工業(yè)大學(xué)汽車(chē)工程中心與二汽汽車(chē)技術(shù)中心合作進(jìn)行東風(fēng)E06111RC客車(chē)AMT的研制，填補(bǔ)了我國(guó)在大型客車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用AMT的空白。上海交通大學(xué)、重慶交通學(xué)院、北京理工大學(xué)對(duì)AMT和自動(dòng)離合器的智能化控制進(jìn)行了研究；煙臺(tái)欣源晟公司開(kāi)發(fā)了電控電動(dòng)AMT 李君，張建武，馮金芝，雷雨龍，葛安林電控機(jī)械式自動(dòng)變速器的發(fā)展、現(xiàn)狀和展望J 19942010中國(guó)學(xué)術(shù)期刊電子出版社，2000，

15、( 3)。重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2002年啟動(dòng)了AMT的研發(fā)，主要研究?jī)?nèi)容：發(fā)動(dòng)機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的建立、離合器局部恒轉(zhuǎn)速控制、基于環(huán)境變化的離合器起步補(bǔ)償控制、基于不同駕駛意圖和道路條件下的換擋策略、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)研制、電子節(jié)氣門(mén)及其控制研究、AMT試驗(yàn)系統(tǒng)研制、AMT樣車(chē)研制與整車(chē)試驗(yàn)研究等 牛炳AMT 換擋規(guī)律及其自適應(yīng)性研究D上海：上海交通大學(xué)，2009。1.1.2 AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理AMT以發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元ECU(Electrical Control Unit)為核心，是運(yùn)用控制理論、微機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)和信息處理技術(shù)改造傳統(tǒng)手動(dòng)變速器的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品

16、。1)AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)AMT系統(tǒng)由下列四部分組成：a)被控對(duì)象：包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器。b)操縱系統(tǒng)：由選、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和油門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成；包括電機(jī)（油量調(diào)節(jié)拉桿控制步進(jìn)電機(jī)，選、換擋控制直流電機(jī))、電磁閥(高速電磁閥)，氣缸(離合器作動(dòng)缸)。c)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(chē)速傳感器)、油門(mén)開(kāi)度傳感器、擋位傳感器等。d)電子控制單元(ECU)：包括CPU、RAM、FO接口等。2)AMT控制的基本原理AMT根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)采集的駕駛員的操縱參數(shù)信息(油門(mén)踏板、制動(dòng)踏板、轉(zhuǎn)向盤(pán)、選擋控制桿的操縱等)和車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)信息(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器輸

17、入軸轉(zhuǎn)速、車(chē)速、擋位)，進(jìn)行綜合判斷和處理，按照控制器中存儲(chǔ)的控制規(guī)律(換擋規(guī)律、離合器接合規(guī)律等)，借助于相應(yīng)的操縱系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器分離和接合執(zhí)行機(jī)構(gòu))，對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器)進(jìn)行聯(lián)合自動(dòng)操縱，完成車(chē)輛的平穩(wěn)起步和換擋。AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制原理圖如下所示 陳永東電控機(jī)械式自動(dòng)變速器換擋規(guī)律的研究D武漢：武漢理工大學(xué)，2011：圖1.1 AMT系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖1.1.3 AMT系統(tǒng)的基本功能與性能要求自動(dòng)變速技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題是擋位的決策，即根據(jù)駕駛員的意圖、車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)和道路狀況等因素，按照車(chē)輛某些性能參數(shù)最優(yōu)的原則，來(lái)確定車(chē)輛的最佳擋

18、位。根據(jù)實(shí)際的車(chē)況、路況以及駕駛員的意圖來(lái)給出最佳的擋位、完成車(chē)輛的起步和行駛時(shí)的換擋過(guò)程自動(dòng)控制是自動(dòng)變速器應(yīng)實(shí)現(xiàn)的基本功能。為了高質(zhì)量地完成這些功能，使其在使用中更加方便可靠。AMT應(yīng)達(dá)到以下性能要求：(1)系統(tǒng)的工作性能可靠采用AMT將手動(dòng)換擋轉(zhuǎn)變成自動(dòng)換擋后，要真正做到提高行車(chē)安全性、減輕司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度。在電子控制單元ECU的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該照顧各種安全操作上的問(wèn)題。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，可在內(nèi)部設(shè)置多重檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)聲、光報(bào)警等方式隨時(shí)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)，安裝主控和應(yīng)急備控兩個(gè)電控單元，當(dāng)主控單元全部或部分失控，應(yīng)急系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，保證汽車(chē)行駛的最基本功能。若電控系統(tǒng)失效，可以啟用機(jī)械式應(yīng)急系統(tǒng)，

19、即恢復(fù)手動(dòng)操縱.進(jìn)一步確保安全性能。(2)應(yīng)有良好的動(dòng)力性或燃油經(jīng)濟(jì)性，并延長(zhǎng)車(chē)輛的使用壽命良好的動(dòng)力性或燃油經(jīng)濟(jì)性能是AMT設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)。要將每一次的擋位變更都控制在最佳工況狀態(tài)，避免一切不正常的燃油消耗及機(jī)件的不合理磨損。(3)降低排放，保護(hù)環(huán)境在AMT系統(tǒng)中，離合器采用的是干式離合器，不需要高壓液壓油參與工作，因此與國(guó)際上流行的液力自動(dòng)變速器AT相比較，優(yōu)化汽車(chē)排放的狀況，降低行駛噪音。(4)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，易于安裝和維修保養(yǎng)在本系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)械式自動(dòng)變速器由四個(gè)相對(duì)獨(dú)立的執(zhí)行器共同配合完成自動(dòng)變速工作，分別是一個(gè)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、兩個(gè)擋位動(dòng)作器、一個(gè)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如果需要加裝此AMT系

20、統(tǒng)，則不必對(duì)原車(chē)傳動(dòng)系做任何結(jié)構(gòu)上的改動(dòng)，因而安裝、維修極其簡(jiǎn)單方便。(5)制造成本要低，生產(chǎn)效率高，適合中國(guó)國(guó)情電動(dòng)機(jī)械式自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，機(jī)械零件不多，生產(chǎn)成本也很低，批量生產(chǎn)全套裝置成本估計(jì)可控制在人民幣4000元左右。市場(chǎng)潛力很大，在中國(guó)乃至世界都有極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。(6)系統(tǒng)功能可擴(kuò)展性強(qiáng)要求可以在ECU控制系統(tǒng)中增加許多附加功能，例如加裝IC片后形成操縱系統(tǒng)的識(shí)別與防盜，以及加入控制車(chē)速、降低駕駛風(fēng)險(xiǎn)等功能 李水勇AMT變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)D重慶：西南大學(xué)，2012。1.2 AMT操縱系統(tǒng)的性能要求AMT操縱機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)汽車(chē)使用條件的需要完成選擋、換擋或退到空擋。 其由變速

21、桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及安全裝置組成。操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 ：(1) 換擋只能掛入一個(gè)擋位；(2) 換擋后保證接合齒全齒長(zhǎng)嚙合；(3) 防止自動(dòng)脫擋、自動(dòng)掛擋、誤掛倒擋；(4) 正確執(zhí)行最佳控制規(guī)律；(5) 操作精確、響應(yīng)迅速；(6) 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)穩(wěn)定、優(yōu)于手動(dòng)操作。1.3 開(kāi)發(fā)AMT操縱系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)當(dāng)前開(kāi)發(fā)AMT操縱系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)主要有： 1、換擋規(guī)律：即AMT操縱系統(tǒng)采用何種參數(shù)在何時(shí)來(lái)控制變速器換擋。其直接影響整車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，多采用動(dòng)態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律。其原理是當(dāng)油門(mén)開(kāi)度及車(chē)速、行駛加速度變化到某一定數(shù)值時(shí)，就能自動(dòng)換入新的擋位(高擋或低擋)。 2、車(chē)輛擋位決策和控制：就

22、是根據(jù)道路情況、車(chē)輛運(yùn)行工況以及駕駛員的意圖，按照某些目標(biāo)(如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性)最優(yōu)的原則來(lái)判定當(dāng)前車(chē)輛應(yīng)處的擋位，并通過(guò)選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制變速器進(jìn)行換擋。 3、離合器控制：離合器的工作工況復(fù)雜，在起步、換擋過(guò)程中主要受爬坡、負(fù)載及人為因素的影響。離合器的分離與接合執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)-電-氣組件構(gòu)成，是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng)。為了有效地完成離合器的分離與接合，需要對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與高精度控制。 4、換擋時(shí)間：AMT是齒輪傳動(dòng)。在換擋過(guò)程中要脫離當(dāng)前的擋位才能掛入下一擋位，所以換擋時(shí)間較長(zhǎng)。為使AMT性能達(dá)到最好應(yīng)縮短其換擋時(shí)間。 5、變速中離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制：在AMT操縱系統(tǒng)運(yùn)行中，換擋過(guò)程和

23、離合器分離與接合過(guò)程都涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)的油量調(diào)節(jié)問(wèn)題。對(duì)AMT操縱系統(tǒng)換擋的控制比對(duì)變速時(shí)進(jìn)行定油門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)的液力機(jī)械式自動(dòng)變速器(AT)要困難得多。對(duì)AMT的控制方法、可實(shí)現(xiàn)性及可靠性等方面。都提出較高要求。 6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以高性能處理器、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器為硬件電路核心，結(jié)合先進(jìn)的軟件控制算法，電動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其工作頻繁，要求響應(yīng)迅速并且行程精確，并且能夠適應(yīng)一定的超載，電機(jī)還要滿足一定的堵轉(zhuǎn)工況要求。各部件還要求體積盡可能小、耐振動(dòng)沖擊、密封可靠、散熱快速有效。 7、可靠性技術(shù)：目前在我國(guó)汽車(chē)行業(yè)中還存在大批量的產(chǎn)品質(zhì)量一致性以及一定使用時(shí)間后的可靠性問(wèn)題。例如ZF公司就只

24、訂購(gòu)我國(guó)寶鋼某幾個(gè)爐的鋼材。為確保AMT操縱系統(tǒng)硬件的可靠性在AMT系統(tǒng)中應(yīng)用了容錯(cuò)控制技術(shù)。還要保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟件的可靠性，才可以使汽車(chē)在多變的惡劣環(huán)境中AMT系統(tǒng)能夠可靠的工作。另外，AMT操縱系統(tǒng)還依賴傳感器技術(shù)和適應(yīng)超載狀態(tài)下的整車(chē)標(biāo)定與匹配技術(shù)等難點(diǎn)司康當(dāng)前我國(guó)商用車(chē)AMT自主研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的主要技術(shù)難點(diǎn)J交通世界，2010，( 2) : 76 77。1.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容本論文在前人工作的基礎(chǔ)上，采用EQ1090車(chē)型的技術(shù)數(shù)據(jù)，針對(duì)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)的操縱系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容如下：1)探討了AMT與操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；2)分析了AMT的控制規(guī)律，即離合器控制策略

25、、最佳換擋控制規(guī)律、發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律；3)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)與整車(chē)參數(shù)，結(jié)合汽車(chē)行駛方程式，制定了動(dòng)態(tài)三參數(shù)最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律，結(jié)合汽車(chē)燃油消耗方程式，制定了動(dòng)態(tài)三參數(shù)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律；4)設(shè)計(jì)了AMT操縱系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，即離合器操縱機(jī)構(gòu)、選換擋操縱機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；5)介紹了操縱系統(tǒng)控制部分的軟件框圖與硬件選型；6)通過(guò)對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及換擋控制過(guò)程的分析，在MATLABSimulink仿真環(huán)境下構(gòu)建了AMT最佳換擋規(guī)律仿真模型，對(duì)本文所設(shè)計(jì)的換擋規(guī)律進(jìn)行仿真分析。2 AMT操縱系統(tǒng)的組成與分析2.1 AMT操縱系統(tǒng)方案與類(lèi)型按照?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)力源的不同，AMT的操

26、縱系統(tǒng)可分為電控氣動(dòng)、電控液動(dòng)和電控電動(dòng)三種類(lèi)型。電控氣動(dòng)AMT 選換擋系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣壓驅(qū)動(dòng)。只有在裝有氣壓系統(tǒng)的大型客車(chē)或重型車(chē)輛中使用，與制動(dòng)系統(tǒng)共用同一氣源，改進(jìn)較方便且成本較低但性能較差。 電控液動(dòng)AMT 選換擋系統(tǒng)用液壓驅(qū)動(dòng)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載安全保護(hù)、具有一定的吸振與吸收沖擊的能力并且便于空間布置。但溫度變化影響離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中液壓油的粘度，回油管路壓力損失發(fā)生變化。溫度降低，油粘度變大，離合器的接合速度較慢，汽車(chē)剛開(kāi)始起步時(shí)換擋品質(zhì)差。溫度低到一定的程度后，液壓油的流動(dòng)性能大大降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生換不上擋的現(xiàn)象。液壓元件特別是高速電磁閥對(duì)加工的精度要求非常高，

27、成本相應(yīng)較高。電控電動(dòng)AMT 將自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)中要直接控制的對(duì)象如油門(mén)、離合器以及選換擋裝置的動(dòng)作采取電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的方式。但它反應(yīng)速度比較慢，調(diào)試也比較復(fù)雜，大批量生產(chǎn)有一定的難度 曾興汽車(chē)AMT變速器控制技術(shù)的研究D湖南：湖南大學(xué)，2010。2.2 AMT操縱系統(tǒng)選型綜合考慮本設(shè)計(jì)選擇東風(fēng)EQ1090車(chē)型來(lái)進(jìn)行AMT操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。離合器操縱機(jī)構(gòu)使用氣動(dòng)控制；選換擋過(guò)程由垂直布置的兩個(gè)減速電機(jī)和齒輪齒條與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)操縱選換擋桿來(lái)控制；使用步進(jìn)電機(jī)控制供油量調(diào)節(jié)齒桿來(lái)改變油量；控制策略選擇動(dòng)態(tài)三參數(shù)控制（車(chē)速u(mài)a、發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度和加速度dua/dt）；控制規(guī)律選擇最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律和最佳燃油

28、經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律。3 AMT控制規(guī)律本節(jié)是自動(dòng)換擋的理論基礎(chǔ)，主要研究選擇什么樣的控制換擋參數(shù)、在何時(shí)進(jìn)行換擋、換擋時(shí)各機(jī)構(gòu)的操作的問(wèn)題，是控制系統(tǒng)的核心，其直接影響車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性。為保證汽車(chē)起步、換擋過(guò)程的品質(zhì)，減少傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的沖擊，提高其使用壽命與乘坐舒適性，研究了在各工況下離合器與油門(mén)、換擋過(guò)程各自的控制策略與相互的協(xié)調(diào)配合。3.1 離合器的控制策略離合器工作工況眾多，且與發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)及換擋需要協(xié)調(diào)配合，所以對(duì)離合器操縱系統(tǒng)有很高而復(fù)雜的要求。離合器分離過(guò)程比較簡(jiǎn)單，一般不會(huì)對(duì)車(chē)輛性能產(chǎn)生影響，所以總是希望越快越好，做到徹底分離，避免半接合滑磨，造成掛擋困難甚至打齒。當(dāng)需要重新

29、恢復(fù)動(dòng)力傳遞時(shí)，為使汽車(chē)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化比較平穩(wěn)，應(yīng)該適當(dāng)放慢離合器接合的速度。離合器最佳接合規(guī)律在執(zhí)行過(guò)程中體現(xiàn)在離合器的接合點(diǎn)和接合速度兩個(gè)控制量上，就是確定離合器的接合點(diǎn)和接合速度。AMT操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離合器自動(dòng)操縱的核心問(wèn)題就是離合器的最佳接合規(guī)律。影響離合器接合平穩(wěn)因素主要是離合器釋放行程l，這里指的是分離叉挺桿處的行程，即使離合器接合的行程。一般從離合器分離到接合為止，其行程經(jīng)歷三個(gè)階段（如圖3.1）： 無(wú)轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū) 傳遞轉(zhuǎn)矩區(qū) 轉(zhuǎn)矩不再增長(zhǎng)區(qū)圖3.1 離合器釋放行程與傳遞轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖顯然，因第一階段無(wú)轉(zhuǎn)矩傳遞，所以接合速度盡可能快，以快速起步和減少換擋時(shí)功率中斷的時(shí)間。第二階段

30、要放慢接合速度，以獲得平穩(wěn)起步或換擋，提高乘客的乘坐舒適性和減少傳動(dòng)系沖擊載荷。但為了防止滑摩時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，離合器發(fā)熱而嚴(yán)重影響壽命，亦需控制在一定時(shí)間內(nèi)盡快完成。在起步過(guò)程中，傳遞轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)階段還分為摩擦劇烈的傳遞轉(zhuǎn)矩未克服阻力階段和離合器主副摩擦盤(pán)之間轉(zhuǎn)矩變化引起旋轉(zhuǎn)沖擊的傳遞轉(zhuǎn)矩超過(guò)阻力階段。第三階段是接合完成，這一是為了壓緊力增加至最大壓緊力還有一個(gè)繼續(xù)接合的行程，二是保留分離軸承與分離叉之間的間隙，所以應(yīng)以盡可能快的速度釋放。離合器自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)對(duì)離合器結(jié)合速度vc的控制還受以下因素影響：vc與油門(mén)開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)的角加速度de /dt成正比，與ig、坡度與載重力G成反比。在起步或換擋過(guò)程中，離

31、合器操縱除了上述因素影響，在同樣的行駛工況下，也會(huì)因偶然出現(xiàn)的情況或駕駛員的人為因素而產(chǎn)生不同的操縱。離合器的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)的釋放行程l是在選換擋工作結(jié)束后進(jìn)行，分為三部分，在無(wú)轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)行程l1（即消除離合器主從動(dòng)盤(pán)的摩擦襯片間隙所需行程）速度要快，其釋放行程位移函數(shù)為指數(shù)函數(shù)形式；在轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)行程l2（即由壓縮從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性行程通過(guò)分離叉操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比所需的相應(yīng)的行程），其釋放行程位移函數(shù)為二次函數(shù)形式；在轉(zhuǎn)矩不再增加區(qū)行程l3（為在離合器片磨損后，有補(bǔ)償分離軸承和分離桿之間縮小的間隙量，以保證離合器的正常工作，在分離軸承和分離桿之間還需留間隙通過(guò)分離叉操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比所需的相應(yīng)的行程），其

32、釋放行程位移函數(shù)也為二次函數(shù)形式。所以離合器的分離過(guò)程要求為氣缸的最大速度。而離合器的接合過(guò)程其行程要求是二快一慢（見(jiàn)圖3.2）：圖3.2 離合器的接合過(guò)程為了補(bǔ)償離合器摩擦片的磨損，需查明離合器接合的起點(diǎn)，這是離合器控制的重點(diǎn)。離合器接合控制中，離合器從動(dòng)片與壓盤(pán)初始接觸位置點(diǎn)和有效轉(zhuǎn)矩傳遞點(diǎn)是接合控制的兩個(gè)重要參數(shù)。這兩點(diǎn)的識(shí)別，直接影響著控制中離合器接合特性的準(zhǔn)確把握及離合器接合時(shí)間的長(zhǎng)短。3.2 最佳換擋控制規(guī)律3.2.1 換擋規(guī)律類(lèi)型 換擋規(guī)律是指相鄰兩排擋間自動(dòng)換擋時(shí)刻隨控制參數(shù)變化的規(guī)律。換擋規(guī)律應(yīng)該是單值，即對(duì)輸人變量的每一組合，僅存在唯一的輸出狀態(tài)。其類(lèi)型如下：（1） 單參數(shù)

33、換擋規(guī)律有油門(mén)開(kāi)度發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ne及車(chē)速v等控制參數(shù)。若用油門(mén)作為控制參數(shù)，則大油門(mén)升高擋，小油門(mén)回低擋，這就無(wú)法在低擋發(fā)揮出大牽引力，以適應(yīng)爬坡，超車(chē)的需要；而且松油門(mén)制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)仍然在擋，也形成矛盾，并且行駛條件復(fù)雜，油門(mén)位置經(jīng)常改變，造成換擋頻繁，既影響乘坐舒適性也降低車(chē)輛壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ne最容易被檢測(cè)，但在換擋過(guò)程中，其值一直變動(dòng)，所以選用相對(duì)穩(wěn)定的車(chē)速為控制參數(shù)。如圖3.3所示，當(dāng)車(chē)速達(dá)到v2時(shí)升入2擋，反之當(dāng)車(chē)速降至v1時(shí)換回1擋。 v1與v2間是兩擋都可能的工作區(qū)，視車(chē)輛原來(lái)的行駛狀況而定。這種往返換擋之間的交錯(cuò)現(xiàn)象，稱之為換擋重疊或換擋延遲，其作用是：1)換人新?lián)鹾?，不?huì)因油門(mén)

34、踏板的振動(dòng)或車(chē)速稍有降低而重新?lián)Q回原來(lái)?yè)跷唬ＷC了換擋過(guò)程的穩(wěn)定性；2)有利于減少換擋循環(huán)(不斷地來(lái)回?fù)Q擋)，防止操縱系統(tǒng)各部件加速磨損與乘坐舒適性降低。單參數(shù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但它不論油門(mén)開(kāi)度如何變化，換擋點(diǎn)，換擋延遲v=v2-v1的大小都不變，不能實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋；為了保證動(dòng)力性，升擋點(diǎn)多設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速nemax，這造成小油門(mén)開(kāi)度也要在nemax，才換擋，故噪聲大；這種規(guī)律也難于兼顧動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的要求。圖3.3 單參數(shù)換擋規(guī)律（2） 兩參數(shù)換擋規(guī)律控制參數(shù)多為：車(chē)速與油門(mén)、車(chē)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩等。由于換擋規(guī)律決定了控制參數(shù)和換擋延遲，故它又分為：等延遲型、發(fā)散型、收斂型、組合型等。

35、1)等延遲型 等延遲的概念是換擋延遲v的大小不隨油門(mén)變化，故單參數(shù)控制是等延遲，而兩參數(shù)的等延遲與其相比，特點(diǎn)是：引入了駕駛員的干預(yù)，在小油門(mén)時(shí)可提前換人高擋，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高效率區(qū)工作，既減小發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，又延遲換回低擋，改善了燃料經(jīng)濟(jì)性。2)發(fā)散型 其換擋延遲隨油門(mén)開(kāi)度增大而增大，呈發(fā)散分布，也稱增延遲換擋規(guī)律。其特點(diǎn)是：駕駛員可以干預(yù)換擋，快松油門(mén)時(shí)可提前換人高擋，降低噪聲并改善燃料經(jīng)濟(jì)性；大油門(mén)時(shí)升擋的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，接近最大功率點(diǎn)動(dòng)力性好，換擋延遲增大，減少了換擋次數(shù)，提高了舒適性。但在大油門(mén)降擋時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ne必須降得很低，n大功率利用差，適用于后備功率大的轎車(chē)。3)帶強(qiáng)制低擋的發(fā)散型

36、這是發(fā)散型的改進(jìn)，能提早降擋，以便充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)大功率的潛力，滿足超車(chē)、爬坡等工況需要。當(dāng)駕駛員猛踩油門(mén)踏板產(chǎn)生超過(guò)行程a時(shí)，車(chē)輛便被強(qiáng)迫換入低擋，使n小來(lái)獲得良好的功率和牽引力。它保留了發(fā)散型的優(yōu)點(diǎn)，又克服了缺點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。但需防止發(fā)動(dòng)機(jī)超速。4)收斂型 其換擋延遲隨油門(mén)開(kāi)度增大而減小，呈收斂狀分布，也稱減延遲換擋規(guī)律。它大油門(mén)時(shí)降擋速差最小，n小所以升降擋都有好的功率利用，動(dòng)力性好。減小油門(mén)時(shí)，延遲增大，避免過(guò)多的換擋，且發(fā)動(dòng)機(jī)可以在較低轉(zhuǎn)速工作，燃料經(jīng)濟(jì)性好，噪聲低，行駛平穩(wěn)舒適。適合于比功率較低的貨車(chē)。5)組合型 組合型是由兩段或更多段不同變化規(guī)律組成的規(guī)律。它更便于在不同油門(mén)下獲

37、得不同的車(chē)輛性能。通常小油門(mén)開(kāi)度以舒適、穩(wěn)定、少污染為主，中油門(mén)開(kāi)度以保證最佳燃料經(jīng)濟(jì)性為主，兼顧動(dòng)力性；大油門(mén)開(kāi)度則以獲得最佳動(dòng)力性為佳。在實(shí)際車(chē)輛中用的全是組合型。圖3.4 兩參數(shù)換擋規(guī)律（3） 三參數(shù)換擋規(guī)律上述換擋規(guī)律都是以穩(wěn)定行駛為前提的，實(shí)際上起步、換擋時(shí)均處于非穩(wěn)定狀態(tài)。不同載重力和行駛阻力情況下，車(chē)輛加速度不同，換檔點(diǎn)也不同。實(shí)驗(yàn)表明，加速狀態(tài)下?lián)Q擋點(diǎn)的速度與穩(wěn)態(tài)時(shí)兩參數(shù)控制的換擋點(diǎn)速度誤差高達(dá)13%以上。油門(mén)越大，加速度越大，則誤差越大。所以反映真實(shí)動(dòng)態(tài)過(guò)程的車(chē)速、加速度和油門(mén)開(kāi)度動(dòng)態(tài)三參數(shù)控制，可以使車(chē)輛真正發(fā)揮出最佳性能。對(duì)于三參數(shù)換擋規(guī)律，其換擋點(diǎn)分為一般換擋點(diǎn)和邊界換

38、擋點(diǎn)。一般換擋點(diǎn)是指換擋前后車(chē)輛的加速度不發(fā)生變化，為同一點(diǎn)的換擋點(diǎn)。邊界換擋點(diǎn)是指換擋前后車(chē)輛的加速度發(fā)生變化，為不同點(diǎn)的換擋點(diǎn)。三參數(shù)換擋規(guī)律處理邊界點(diǎn)換擋規(guī)律采用的方法是；若升擋前后兩擋dua/dt曲線不相交，則取低擋該油門(mén)開(kāi)度下加速度曲線的最高車(chē)速為換擋點(diǎn)。三參數(shù)換擋規(guī)律在邊界點(diǎn)可能發(fā)生升擋后驅(qū)動(dòng)力小于外界阻力，使車(chē)速下降造成換擋循環(huán)或發(fā)動(dòng)機(jī)熄火現(xiàn)象或降擋后車(chē)速的提高受到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的限制造成換擋循環(huán)以及發(fā)動(dòng)機(jī)高速噪聲。所以在邊界點(diǎn)換擋，若升擋后汽車(chē)的加速度為正，則升擋，若升擋后汽車(chē)的加速度為負(fù)，即驅(qū)動(dòng)力小于阻力，則不應(yīng)升擋；若降擋前汽車(chē)的加速度為負(fù)，則必需降擋，否則動(dòng)力性不足造成發(fā)動(dòng)機(jī)

39、熄火，若降擋前汽車(chē)的加速度為正，此時(shí)若降擋，發(fā)動(dòng)機(jī)工作于高轉(zhuǎn)速狀態(tài)，為改善發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，不應(yīng)降擋 葛安林車(chē)輛自動(dòng)變速理論與設(shè)計(jì)M.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1993?？紤]工程車(chē)輛作業(yè)特點(diǎn)，工程車(chē)輛三參數(shù)換擋策略與汽車(chē)不同。其參數(shù)為：油門(mén)開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)泵輪轉(zhuǎn)速、變矩器渦輪轉(zhuǎn)速。為了利用變速器換擋來(lái)控制液力變矩器在高效區(qū)工作，提出了基于油門(mén)開(kāi)度、車(chē)速、行駛加速度、四參數(shù)換擋規(guī)律。在三參數(shù)自動(dòng)變速技術(shù)的基礎(chǔ)上,考慮了工作泵消耗的功率及油泵工作引起的動(dòng)力流波動(dòng),通過(guò)計(jì)測(cè)油泵工作而帶來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪力矩的下降Mp,并將Mp等價(jià)為油門(mén)開(kāi)度的下降量,再由折合后的油門(mén)開(kāi)度(-)值,按三參數(shù)自動(dòng)換擋原理來(lái)進(jìn)行自

40、動(dòng)變速控制 韓順杰，趙丁選基于四參數(shù)的工程車(chē)輛自動(dòng)變速節(jié)能換擋策略J 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27( 6) : 505508。3.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)特性與整車(chē)參數(shù)與AMT操縱系統(tǒng)直接相關(guān)的是發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性，因?yàn)樵谄鸩胶蛽Q擋的自動(dòng)控制過(guò)程中要通過(guò)控制油門(mén)開(kāi)度來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)協(xié)調(diào)離合器、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的聯(lián)合控制。本文中選用的與AMT匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)，由于車(chē)用柴油機(jī)為了運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減少冒煙，避免駕駛員踩加速踏板過(guò)于疲勞，選用兩級(jí)調(diào)速器。由于油門(mén)開(kāi)度為控制規(guī)律中的參數(shù)，對(duì)于采用位置控制式燃油噴射系統(tǒng)的柴油機(jī)，其供油量調(diào)節(jié)齒桿位置變化與加速踏板位置變化不一定成正比。所以保持加速踏板位置不變

41、得到的速度特性曲線與保持供油量調(diào)節(jié)齒桿位置不變得到的速度特性曲線有區(qū)別。加速踏板位置不變時(shí)，各轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的供油量調(diào)節(jié)齒桿位置往往會(huì)通過(guò)校正或調(diào)速而有變動(dòng)。但是兩級(jí)調(diào)速器能滿足高速限速和低、怠速穩(wěn)速的兩項(xiàng)基本要求，而在中間轉(zhuǎn)速由駕駛員直接控制供油量，這與汽油機(jī)相似，具有操縱輕便，加速靈活等特點(diǎn)。在汽車(chē)正常行駛過(guò)程中，對(duì)于柴油機(jī)滿足其供油量調(diào)節(jié)齒桿位置變化與加速踏板位置變化成正比的要求，所以依然使用油門(mén)開(kāi)度作為控制規(guī)律的參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)與特性曲線如下：表3.1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)表：型號(hào)東風(fēng) EQD140-31工作容積4.334壓縮比18.5:1額定功率/轉(zhuǎn)速103/2800最大扭矩/轉(zhuǎn)速403/1600最高

42、空載轉(zhuǎn)速3090怠速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速750表3.2外特性數(shù)據(jù):轉(zhuǎn)速n(r/min)轉(zhuǎn)矩Ttq(N.m)功率Pe(kW)耗油率be(g/kW.h)8003664226510003905023612003975821914004006521316004037220918004007820620003988521022003859021524003709522526003501002362800320103255圖3.5 EQD140-31柴油機(jī)外特性曲線表3.3發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩Ttq特性試驗(yàn)數(shù)據(jù) ：n25%50%75%100%80021920028436610001622082943901200117200

43、3003971400791812924001600471602814031800211232604002000787232398220003620038524000015837026000010935028000050320圖3.6 EQD140-31柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線由圖3.6數(shù)據(jù)，經(jīng)matlab擬合后得：擬合100%油門(mén)開(kāi)度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為T(mén)tq=259.448951+0.182175ne-0.000057ne2；擬合75%油門(mén)開(kāi)度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為T(mén)tq=170.286580+0.217123ne-0.000093ne2擬合50%油門(mén)開(kāi)度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為T(mén)tq=107.6964

44、29+0.205208ne-0.000108ne2擬合25%油門(mén)開(kāi)度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為T(mén)tq=512.642857-0.444762ne+0.000096ne2圖3.7 EQD140-31柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩表3.4發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率be特性試驗(yàn)數(shù)據(jù) ：ne 25%50%75%100%80029926527726510002472062332361200253198213219140030820919721316003902511902091800454289191206200052331519821022005853362152152400650368240225260070839426523

45、62800767422304255圖3.8 EQD140-31柴油機(jī)燃油消耗率曲線根據(jù)等速行駛車(chē)速u(mài)a，確定行駛阻力功率，再根據(jù)相應(yīng)的燃油消耗率b，從而計(jì)算出以該車(chē)速等速行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量（mL/s）為Qt=Peb367.1g柴油的g可取為8.04N/L。根據(jù)不同油門(mén)開(kāi)度下的速度特性曲線可知：表3.5發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe特性試驗(yàn)數(shù)據(jù) ：ne 25%50%75%100%80022243442100022293950120021324458140019334765160017324972180013315078200072849852200024479024000194495260001540

46、10028000834103發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe特性試驗(yàn)數(shù)據(jù) ：圖3.9 EQD140-31柴油機(jī)功率特性曲線根據(jù)公式Qt=Pb367.1g計(jì)算可得：表3.6發(fā)動(dòng)機(jī)等速行駛工況燃油消耗量ne 25%50%75%100%8002.232.153.193.7710001.842.023.084.0012001.802.153.184.3014001.982.343.144.6916002.252.723.155.1018002.003.043.245.4420001.242.993.296.05220002.733.426.56240002.373.587.24260002.003.598.002800

47、01.143.508.90圖3.10 EQD140-31柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性曲線由圖3.10數(shù)據(jù)，Qt應(yīng)是ne的四次函數(shù)，但由于三階與四階的系數(shù)較小，所以擬合二次函數(shù)，經(jīng)matlab擬合后得：擬合100%油門(mén)開(kāi)度下單位時(shí)間燃油消耗量二次方程為：Qt1= 3.648168 -4.5706e-004ne+ 8.2343e-007ne2擬合75%油門(mén)開(kāi)度下單位時(shí)間燃油消耗量二次方程為：Qt2= 3.178172 -1.5850e-004ne+ 1.1334e-007ne2擬合50%油門(mén)開(kāi)度下單位時(shí)間燃油消耗量二次方程為：Qt3=-0.968154+ 4.3823e-003ne-1.2605e-006ne

48、2擬合25%油門(mén)開(kāi)度下單位時(shí)間燃油消耗量二次方程為：Qt4=0.9985711.8738e-003ne-8.0952e-007ne2發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)油耗特性曲面如下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)其燃油消耗量影響不大，所以用其穩(wěn)態(tài)油耗量近似替代發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)油耗量。圖3.11 EQD140-31柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)油耗特性EQ1090整車(chē)參數(shù)如下：表3.7整車(chē)參數(shù)表：整車(chē)裝備質(zhì)量m(kg)30001擋傳動(dòng)比ig17.31最大總質(zhì)量m(kg)92902擋傳動(dòng)比ig24.31車(chē)輪半徑r(m)0.483擋傳動(dòng)比ig32.45迎風(fēng)面積A(m2)3.594擋傳動(dòng)比ig41.54空氣阻力系數(shù)CD0.65擋傳動(dòng)比ig51滾動(dòng)阻力系數(shù)

49、f0.015主傳動(dòng)比i06.33傳動(dòng)效率T0.85重力加速度g(m/s2)9.83.2.3 最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律汽車(chē)的動(dòng)力性是指汽車(chē)在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車(chē)受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。計(jì)算汽車(chē)原地起步加速時(shí)間時(shí)，忽略原地起步的離合器打滑時(shí)間，即假設(shè)在最初時(shí)刻，汽車(chē)已具有起步擋位的最低車(chē)速來(lái)計(jì)算，那么應(yīng)使汽車(chē)加速時(shí)間最小，即在1/a曲線的交點(diǎn)處換擋，若無(wú)交點(diǎn)，則在低擋位加速行駛至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)升擋。其他各擋間的換擋時(shí)刻亦按此原則確定。要保證最佳動(dòng)力性，應(yīng)該在汽車(chē)的行駛加速度曲線圖上取同一油門(mén)開(kāi)度下相鄰兩擋加速度曲線的交點(diǎn)，即dvdtn=dvdtn+1。將不同油門(mén)下相

50、鄰兩擋加速度的交點(diǎn)連成曲線，即為動(dòng)力性最佳的換擋特性，將其轉(zhuǎn)換到a-v圖上就是最佳動(dòng)力性的換擋規(guī)律。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)需反映加速度dvdt對(duì)換擋規(guī)律的影響，應(yīng)以三參數(shù)dvdt、v、所確定的空間坐標(biāo)來(lái)表達(dá)。在汽車(chē)正常行駛工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)有66%80%的時(shí)間處于非穩(wěn)態(tài)工況。在正常工作狀況下的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，一般是通過(guò)曲軸轉(zhuǎn)速、油門(mén)踏板位置（供油量調(diào)節(jié)齒桿的位置）和空燃比這三項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的控制和調(diào)速的。但是以時(shí)間t來(lái)看，當(dāng)出現(xiàn)dne/dt0或者d/dt0時(shí)，柴油機(jī)就進(jìn)入了動(dòng)態(tài)工況。柴油機(jī)動(dòng)態(tài)工況可簡(jiǎn)化為3種情況：一是負(fù)荷轉(zhuǎn)速線性變化工況，保持轉(zhuǎn)速負(fù)荷不變，負(fù)荷轉(zhuǎn)速線性增加或減小；而是負(fù)荷轉(zhuǎn)速階躍工況，保持轉(zhuǎn)速負(fù)荷

51、不變，負(fù)荷轉(zhuǎn)速產(chǎn)生明顯的階躍；三是同變工況，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷同時(shí)線性變化工況。車(chē)輛在起步或換擋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)均處于動(dòng)態(tài)工況下，亦即其轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等參數(shù)時(shí)刻在變化，以適應(yīng)各種工況的需要。根據(jù)資料，采用修正系數(shù)處理對(duì)柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)工況下的輸出轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行修正，來(lái)作為非穩(wěn)態(tài)工況下的輸出轉(zhuǎn)矩：TtqD=Ttq-ddtddt發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸角加速度（1s2）非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降系數(shù)，取0.08由于轉(zhuǎn)速變化與車(chē)速及實(shí)際行駛狀況有關(guān)，在換擋過(guò)程中，由各相鄰擋位傳動(dòng)比最大值為ig2ig3=1.76，換擋總過(guò)程時(shí)間為0.5s，假設(shè)在最大轉(zhuǎn)速處換擋，可知ddt=20.26Nm，與柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩局限相比，工作過(guò)程中轉(zhuǎn)矩下降值其

52、所占比重較小，為簡(jiǎn)化實(shí)際計(jì)算，取TtqD=Ttq-20。根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)方程:TtqDigi0Tr=Fw+Ff+Fi+Fj其中：Fw=CDAua221.15；Fi=mgi；良好路面上的滾動(dòng)阻力系數(shù)以下式計(jì)算： f=(0.0076+0.000056ua)Ff=mgf=mg(0.0076+0.000056ua)Fj=mduadt=1+1mIwr2+1mIfig2i02Tr2可根據(jù)貨車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)與傳動(dòng)系總傳動(dòng)比igi0的關(guān)系圖，可得經(jīng)驗(yàn)公式=1+1+2ig2估算，其中12=0.030.05。這里取1=2=0.04。于是則有：duadt=TtqDigi0Tr-CDAua221.15-mg0.007

53、6+0.000056ua-mgim(1.04+0.04ig2)TtqD隨發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度和轉(zhuǎn)速變化而變化。對(duì)于水平良好路面，采用有機(jī)機(jī)械變速器傳動(dòng)系的貨車(chē)取T=0.85。孫冬野，余盼霞，陶林，尹燕莉AMT電動(dòng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析與參數(shù)化設(shè)計(jì)J 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34( 6) : 914綜上可得其各油門(mén)開(kāi)度下的行駛加速度曲線如下：圖3.12 EQ1090空載工況行駛加速度曲線由于傳動(dòng)比的影響，其一擋的值甚大，所以導(dǎo)致二擋的加速度比一擋的加速度還大。將不同油門(mén)下相鄰兩擋加速度的交點(diǎn)連成曲線，即為最佳動(dòng)力性換擋特性。圖3.13 行駛加速度曲線法將其轉(zhuǎn)換到a-v圖上就是最佳動(dòng)力性的換擋規(guī)律。圖3.14

54、 EQ1090空載工況行駛最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，需反映加速度dv/dt、v和a所確定的空間坐標(biāo)來(lái)表達(dá)。圖3.15 EQ1090空載工況行駛動(dòng)態(tài)三參數(shù)最佳動(dòng)力性換擋規(guī)律曲線上述曲線上是理論上的最佳動(dòng)力性換擋點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，若從低擋升高擋與高擋降低擋的換擋點(diǎn)相同時(shí),則極易產(chǎn)生換擋循環(huán),所以可以在已求得的行駛加速度交點(diǎn)圖上，取交點(diǎn)加速度的0.95作一條水平線，與相應(yīng)的同油門(mén)開(kāi)度下的兩擋加速度曲線交于兩點(diǎn)，取其行駛速度較大值作為升擋點(diǎn)，較小值作為降擋點(diǎn)，或者將理論最佳換擋點(diǎn)相應(yīng)的速度值乘以1.05作為最佳升擋點(diǎn)，乘以0.95作為最佳降擋點(diǎn)，這樣可以避免換擋循環(huán)，并且能保持其最佳動(dòng)力性。3.2

55、.4 最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律就是使AMT能夠在燃油消耗量最小的換擋點(diǎn)進(jìn)行換擋，從而降低燃油消耗。研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗特性選用一種較為簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)三參數(shù)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律制定方法。發(fā)動(dòng)機(jī)小時(shí)燃油消耗量Qt與汽車(chē)燃油消耗量Q(kg)的關(guān)系為：Qt=dQdt=dQdududt,當(dāng)加速度取定值時(shí)，設(shè)du/dt=a,則可以得到燃油消耗量的計(jì)算式：Q=1aQtdu。從上式可以看出,要使燃油消耗量最小就是要使積分結(jié)果最小,即要使上圖中同一油門(mén)開(kāi)度下單位時(shí)間燃油消耗量曲線與橫軸所圍的面積最小 張國(guó)勝，牛秦玉，方宗德，楊 劍最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律理論及其應(yīng)用研究J 中國(guó)機(jī)械工程，2005，16(