AT基礎(chǔ)介紹-20匯總

1、 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.自動變速器基礎(chǔ)知識 Fred Cong 15/07/2015 內(nèi)部交流使用Slide Slide 2 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.主要內(nèi)容 緒論-自動變速器 AT的結(jié)構(gòu)組成 AT各部分功能介紹 AT與MT 的不同 TCU開發(fā)的難點及SMT的優(yōu)勢Slide Slide 3 2014 SMART MANU

2、FACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.緒論-自動變速器緒論-自動變速器 變速器的分類Slide Slide 5 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 自動變速器的現(xiàn)狀緒論-自動變速器美國汽車專業(yè)調(diào)查公司 IHS Automotive 發(fā)布的20年汽車生產(chǎn)趨勢圖CSM 公司預(yù)測的中國AT市場占有率Slide Slide 6 2014 SMART MANUFACTURING TEC

3、HNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.緒論-自動變速器 AT的發(fā)展歷史Slide Slide 7 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT的結(jié)構(gòu)組成AT的結(jié)構(gòu)組成 物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)液力變矩器機械變速系統(tǒng)-行星輪系液壓系統(tǒng)電控系統(tǒng) 功能實現(xiàn)功能實現(xiàn)液力變矩器機械變速系統(tǒng)-行星輪系執(zhí)行元件電液控制系統(tǒng)Slide Slide 9 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.

4、 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹- 液力變矩器組成：渦輪、泵輪、導(dǎo)輪作用&特點：安裝在發(fā)動機和變速器之間，以液壓油（ATF）為工作介質(zhì)，利用液體的循環(huán)流動來改變動能從而傳遞動力。具有振動緩沖、變扭變速等特點。兩個流向合成了螺旋流（Spiral flow） 渦流（Vortex flow） 環(huán)流或叫旋轉(zhuǎn)流（Rotary flow）

5、 泵輪渦輪導(dǎo)輪渦流流向示意圖Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹- 液力變矩器 液力變矩器三個工作狀態(tài)増扭（増扭（AccelerationAcceleration）渦流速度大于環(huán)流速度。漩渦流方向沖擊導(dǎo)輪正面，其反作用力作用在渦輪旋轉(zhuǎn)方向，扭矩增大。耦合（耦合（CouplingCoupling）環(huán)流速度最大時。液力變矩器工作曲線到達耦合點。此時漩渦流方向與導(dǎo)輪背面相切，導(dǎo)輪不起作用，變矩器等于耦合器失速（失速（StallStal

6、l）渦輪負載過大而停轉(zhuǎn)時，發(fā)動機仍在繼續(xù)施加動力。此時變矩器具有最大扭矩積累，但輸出轉(zhuǎn)矩為0。在起步階段或某些特殊情況出現(xiàn)。液力變矩器工作特性曲線Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹- 液力變矩器帶鎖止離合器的液力變矩器通過換向閥更換液壓油流向，在液力變矩器達到耦合點后，將鎖止離合器摩擦片壓緊，這樣就將與泵輪連接的前蓋與變矩器輸出軸相連（變速器輸入軸）。發(fā)動機與變速器之間的動力改為剛性連接。動力傳遞路線為：變矩器輸入軸泵輪與前蓋

7、 變矩器輸出軸（與渦輪連接）Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹機械變速系統(tǒng) 行星輪系 AT中常見的幾種行星輪系Ravigneaux planetary gear set拉威娜式行星齒輪系4個基本構(gòu)件：小太陽輪、大太陽輪、齒圈、行星架（包括了長行星輪和短行星輪）。短行星輪可以驅(qū)動長行星輪，長行星輪可以驅(qū)動齒圈，同時小太陽輪也可以驅(qū)動短行星輪，大太陽輪也可以驅(qū)動長行星齒輪。Lepelletier planetary gear se

8、t一個普通行星輪加上一個Ravigneaux行星輪Simpson planetary gear set辛普森式行星齒輪系4 個基本構(gòu)件： 共用太陽輪、前排齒圈、前排行星輪和后排齒圈組件、后排行星架。Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹機械變速系統(tǒng) 行星輪系 AT中常見的幾種行星輪系普通的行星輪系自由度為2，即已知兩個構(gòu)件的速度，就可以得到一個輸出。在Ravigneaux和Simpson輪系中，雖然有4個構(gòu)件，但通過軸間連接關(guān)系約

9、束掉兩個自由度，因此他們都有兩個自由度，即：已知兩個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速，就可以確定其他兩個構(gòu)件的轉(zhuǎn)速。以 Ravigneaux為例： 1檔位離合器狀態(tài)： 小太陽輪輸入； 行星架制動；Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹執(zhí)行元件 AT中需要的基本執(zhí)行元件：換擋元件-離合器：濕式離合器制動器單向離合器起步元件-液力變矩器（前文介紹過）附件-液力緩速器（不是每個變速器都有，這里就簡單提一下）Slide Slide 2014 SMART MAN

10、UFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹執(zhí)行元件濕式離合器與制動器：離合器在AT換擋過程中，起到速度同步和轉(zhuǎn)矩同步的作用。離合器的控制對換擋的平穩(wěn)性有關(guān)鍵性影響。在控制中需要考慮控制油壓來控制離合器的滑動，從而決定離合器轉(zhuǎn)矩；同時也要考慮溫度、磨損、潤滑等多方面的因素，詳情請見PPtClutch to Clutch shifting制動器也屬于“換擋離合器”，區(qū)別： 1）離合器在接合狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。 2）制動器在結(jié)合狀態(tài)下靜止。 制動器包括：帶式和多片式，但是帶式不常用，這里不考慮。離合

11、器接合狀態(tài)Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹執(zhí)行元件 單向離合器（One-way Clutch又叫free-wheel）： 內(nèi)部裝有楔塊，使某一元件只能按照一個方向轉(zhuǎn)動。 在一些資料中，單向離合器控制的換擋的檔位沒有發(fā)動機制動，如典型大眾01M 拉威娜四擋行星齒輪變速器的換擋D系列檔位；而制動器控制的檔位允許發(fā)動機制動，如同款的L系列檔位。檔位工作離合器D1檔C1FL 檔C1B1動力路線：小太陽輪(順)-短行星輪（逆）-長行星

12、輪（順）-行星架（逆的趨勢，但被離合器阻止）-齒圈（順）考慮情況：踩下踏板后抬起，D1檔，輸出軸轉(zhuǎn)速大于輸入軸轉(zhuǎn)速，行星架順時針轉(zhuǎn)動，阻力無法回傳發(fā)動機；L檔，行星架被制動，阻力回傳發(fā)動機，發(fā)動機制動。Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹執(zhí)行元件 液力緩速器（Retarded）： 定子與殼體，轉(zhuǎn)子與輸出軸相連，定子轉(zhuǎn)子上均有葉片。 工作時，控制閥使液壓油充人轉(zhuǎn)子和定子之間的工作腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時通過工作液對定子作用一個轉(zhuǎn)矩，而定子

13、的反轉(zhuǎn)矩即成為轉(zhuǎn)子的制動轉(zhuǎn)矩。緩速能力取決于油壓與油量。 惡劣天氣、冰箱路面不能用，ABS 系統(tǒng)與其不兼容（一個開一個必須關(guān)。）Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹電液控制系統(tǒng) 電液控制系統(tǒng)可以分為電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，也可以細化為TCU、油底殼、各類液壓元件、傳感器等。油底殼TCU泵電磁控制閥、電磁調(diào)壓閥、VARIABLE BLEED SOLENOIDS（VBS）其他執(zhí)行機構(gòu)液壓油的油路，油壓換擋執(zhí)行機構(gòu)各種傳感器Slide S

14、lide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹電液控制系統(tǒng) 泵 為整個液壓系統(tǒng)、潤滑和冷卻系統(tǒng)提供油量和油壓齒輪泵,是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。葉片泵，是轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片與泵殼(定子環(huán))相接觸，將吸入的液體由進油側(cè)壓向排油側(cè)的泵。改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心量（上圖中SLIDE的位置通過緊固銷來改變），便可改變泵的排量-變量泵Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNO

15、LOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT各部分功能介紹電液控制系統(tǒng)閥電磁換向閥電磁調(diào)壓閥溢流閥VARIABLE BLEED SOLENOIDS（VBS） 輸出油壓與螺線管內(nèi)電流成正比Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.AT與MT的不同Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURIN

16、G TECHNOLOGY LTD.AT與MT的不同對比內(nèi)容MTAT機械機構(gòu)二軸式三軸式（中間軸）多軸式（多中間軸）圓柱齒輪行星輪系連接發(fā)動機離合器液力變矩器換擋方法狗齒（dog-gear）之間利用同步器或兩腳離合（double-clutch to shift），或者碰撞式（ dog gearbox 或者 sequential gearbox）濕式離合器倒擋的實現(xiàn)原則加入一個惰輪或者減少一級速比變化，來使輸出方向相反利用行星輪系本身的特性，更改輸入元件，或者減少動力經(jīng)過的元件空擋的實現(xiàn)原則齒輪空轉(zhuǎn)，不帶動軸不固定任何元件或者切斷對行星輪系的動力輸入Slide Slide 2014 SMART M

17、ANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 補充同步器的原理AT與MT的不同2-狗齒和錐面; 3-同步環(huán)（鎖環(huán)）; 4- 同步器齒轂（內(nèi)齒與軸嚙合，外齒與結(jié)合套嚙合）；7-推力銷 預(yù)同步，關(guān)鍵點：推力銷動同步-鎖定，關(guān)鍵點：鎖環(huán)運動速度同步完成-解鎖， 關(guān)鍵點：結(jié)合套運動開始嚙合， 關(guān)鍵點：結(jié)合套繼續(xù)運動，球銷被蓋住嚙合結(jié)束， 關(guān)鍵點：殘余壓力帶動4,7繼續(xù)運動，完成嚙合Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART M

18、ANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 為什么AT比MT效率低，怎么解決的這個問題 因為在液壓系統(tǒng)中，液壓泵總是在工作并且為其他元件提供油壓，這樣就存在相對能量損耗，在液壓系統(tǒng)中，液力變矩器和至少一個離合器（或制動器）是處于工作狀態(tài)的。 如何解決： 提高液壓系統(tǒng)效率包括提高液力變矩器工作效率（鎖止離合器、打滑控制等）、對泵的流量和油壓進行最優(yōu)控制等等。AT與MT的不同Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU開發(fā)難點及SMT的優(yōu)

19、勢(譯Andrew PPt+改編)Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU開發(fā)的難點 在AT的各個組成部件中，行星輪系，液力變矩器，油底殼，離合器和其他執(zhí)行元件都是可以仿制和配套采購的，但電控系統(tǒng)TCU不行。 電控系統(tǒng)是AT的靈魂，直接影響換擋效率、換擋舒適性和安全性。 電控系統(tǒng)開發(fā)存在諸多的難點。Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTUR

20、ING TECHNOLOGY LTD.TCU開發(fā)的難點 控制系統(tǒng)的開發(fā)，首先要弄清AT內(nèi)部各個復(fù)雜系統(tǒng)之間的關(guān)系。比如，基于濕式離合器的換擋系統(tǒng)。EngineTransmissionVehicleElectro-hydraulicsMechanicalClutchesSlide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU開發(fā)的難點 要精通所有重要部件的內(nèi)部特性以及它們的交互關(guān)系，這樣才能更好的控制它們。發(fā)動機動力特性曲線轉(zhuǎn)矩響應(yīng)車輛質(zhì)量動量的分配空阻系數(shù)滾動

21、阻力系數(shù)傳動鏈剛度液壓系統(tǒng)壓力響應(yīng)溫度影響液壓油的特性油的過濾機械結(jié)構(gòu)質(zhì)量、動量、剛度和阻尼的分配速比變化離合器摩擦特性溫度旋轉(zhuǎn)特性潤滑效果Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU開發(fā)的難點 典型的AT控制系統(tǒng)開發(fā)至少包括： 換擋策略何時換擋，即在確保車輛性能（加速性能、爬坡性）的前提下的最佳換擋時機。 換擋控制-控制執(zhí)行元件的動作，使換擋過程快速而平穩(wěn)?？刂破饔布?I/O 口檔位位置標定換擋邏輯離合器&液壓系統(tǒng)特性合理的控制策略錯誤識別及解決

22、當前的反饋控制輸入速度反饋控制邏輯& 檢測換擋控制換擋控制控制策略控制策略換擋的順序Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.TCU開發(fā)的難點-以動力換擋為例駕駛員節(jié)氣門開度速度050010001500200025000102030405060708090100output speed (rpm)throttle (%)shift map 1-22-33-44-55-66-7新的檔位要求離合器的動作順序發(fā)動機扭矩換擋控制離合器充油相、轉(zhuǎn)矩相、速度相、鎖

23、定相的控制液壓實時響應(yīng)油壓離合器實際轉(zhuǎn)矩速度響應(yīng)車輪轉(zhuǎn)矩實時的液壓特性、離合器要求等反饋信號，用來控制/修正載荷轉(zhuǎn)矩實際的轉(zhuǎn)矩特性曲線用來在換擋過程中預(yù)知發(fā)動機載荷情況換擋策略:實時檢測當前狀態(tài)離合器特性（摩擦、熱等等）傳動鏈特性(剛性、阻尼響應(yīng))液壓系統(tǒng)Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.SMT的優(yōu)勢 現(xiàn)代科學的開發(fā)流程： 采用基于模型的V流程設(shè)計，改變了時間消耗高，成本昂貴的設(shè)計-樣機-再設(shè)計-再樣機的傳統(tǒng)模式； 通過反復(fù)的模型仿真可以得到最

24、佳的控制系統(tǒng)性能； 增加了樣機試驗的安全性和可靠性。通過細節(jié)性，準確性的模塊化設(shè)計，模擬整個系統(tǒng)響應(yīng)，從而來得到舒適的“駕駛體驗”，同時可以評估換擋沖擊對其他元件的剛度和疲勞影響。模型化& 仿真 Modelling & Simulation (MIL)快速控制樣機制造Rapid Control Prototyping (RCP)硬件在環(huán)（HIL）開發(fā)Hardware In the Loop (HIL) Development系統(tǒng)定義System Definition系統(tǒng)試驗System Test驗收試驗Acceptance Test獲取要求Requirements Capture驗收試驗計劃

25、Acceptance Test Plan系統(tǒng)試驗計劃 System Test PlanSlide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.SMT的優(yōu)勢 強大的軟件支持強大的軟件支持 MASTA (SMT開發(fā)) 齒輪箱開發(fā)和設(shè)計的專業(yè)軟件 DRIVA (SMT開發(fā)) 基于MASTA的技術(shù)拓展，提供了基于時域的多體動力學仿真與分析 Simulink 多用途的仿真軟件套裝，也十分適合開發(fā)控制系統(tǒng) The DRIVA-Simulink Interface (SMT開發(fā))

26、 將Simulink開發(fā)的控制系統(tǒng)與DRIVA 模型連接用來對機械系統(tǒng)進行動態(tài)仿真Slide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 可以在DRIVA模型中添加專業(yè)的AT部件 液力變矩器- 按嚴格的工業(yè)標準來添加液力變矩器工作特性 多片離合器- 專業(yè)的離合器特性，同時DRIVA對轉(zhuǎn)矩容量和熱量進行自動計算 可以定義發(fā)動機工作特性曲線 可以定義車輛參數(shù)，如整車質(zhì)量，迎風面積，空氣滾動阻力系數(shù)等等SMT的優(yōu)勢 - DRIVASlide Slide 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD. 2014 SMART MANUFACTURING TECHNOLOGY LTD.SMT的優(yōu)勢 DRIVA / Simulink The DRIVA-Simulink Interface 將Simulink開發(fā)的控制系統(tǒng)與DRIVA 模型連接用來對機械系統(tǒng)進行動態(tài)仿真 2 個模塊 Basic:從DRIVA模型