車輛自動變速器構造原理與設計方法第1章緒論

1、第1章 緒論1.1 汽車的傳動方式汽車的傳動是指將發(fā)動機發(fā)出的動力傳遞給輪胎而驅動車輛行走，并確保車輛在行進或作業(yè)過程中具有良好的動力性、經濟性和舒適性。 在傳動系中設置了變速器，它的功用是： 改變傳動比，擴大驅動輪轉矩、轉速的變化范圍，使發(fā)動機在有利的工況下工作。在發(fā)動機旋轉方向不變的前提下，使汽車能實現前進、倒退行駛。利用空檔，中斷動力傳遞。1機械傳動圖1.2 機械式傳動系統(tǒng)1-發(fā)動機 2-主離合器 3-變速器 4-萬向軸 5-驅動橋其主要優(yōu)點是結構簡單、制造容易、工作可靠、成本低、重量輕和維修容易等。而其主要缺點是：采用人力換檔，換檔時動力傳輸要中斷。當行駛于交通復雜的情況下?lián)Q檔頻繁，駕

2、駛員容易引起緊張、勞累。傳動系統(tǒng)受到附加沖擊力、動態(tài)負荷大，使得發(fā)動機及傳動系統(tǒng)零件的使用壽命降低。行駛阻力的變化直接改變發(fā)動機的狀況，為了充分利用發(fā)動機的功率，而使變速器結構復雜。每次換檔要使主離合器分離、接合一次，在接合過程中主離合器片都要經歷一個滑磨過程。2.液力機械傳動圖1.3 液力機械式傳動系統(tǒng)1-發(fā)動機 2-液變矩器 3-機械變速器 4-萬向傳動軸 5-驅動橋 6-輪輞液力機械傳動的主要優(yōu)點為：能在一定范圍內根據行駛阻力的變化，自動進行無級變速，因此能防止發(fā)動機過載熄火，提高發(fā)動機的能量利用率，而且大大減少了換檔頻率。液力變換器利用液體作為傳遞動力的介質，輸出軸和輸入軸之間沒有剛性

3、的機械聯(lián)結，大大降低了發(fā)動機及傳動系統(tǒng)零件的沖擊負載，提高機件的使用壽命。液力變矩器具有一定的變速能力，因此對于相同的變速范圍，可以減少變速器的檔位數，簡化變速器結構。液力變矩器具有自動無級變速的能力，因而起步平穩(wěn)，并可得到較低的行駛速度，增加了車輛行駛能力。為自動換檔或動力換檔提供了條件液力機械傳動的主要缺點為： 成本高、傳動效率低、零件制造的技術要求也比較高。 汽車上采用的液力機械分流傳動，可以分為外分流式、內分流式和復合分流式。3靜壓傳動 a) b)圖1.4 靜壓式傳動系統(tǒng) a)布置圖 b）系統(tǒng)原理圖1-發(fā)動機 2-液壓泵 3-液壓管路 4-液壓馬達近年來，發(fā)展了靜壓傳動與機械傳動相結合

4、的靜壓-機械分流傳動，這種傳動既保留了液壓傳動無級變速的優(yōu)點，又具有接近機械傳動高效率的特點，其中的液壓組件只傳輸部分功率，另一部分功率由機械部分傳輸，從而減少了液壓損失。靜壓傳動系統(tǒng)主要缺點是與液力機械傳動相比，增加了結構上和控制調節(jié)方面的復雜性，成本高，目前該傳動方式已應用于專用車輛、施工作業(yè)機械上。4電力傳動 a) b)圖1.5 電力式傳動系統(tǒng)1-發(fā)動機 2-發(fā)電機 3-整流器 4-逆變器 5-電動機電力傳動的主要優(yōu)點： 動力裝置和車輪易于布置與維修；可實現無級變速，操縱方，在整個速度變化范圍內都可充分利用發(fā)動機功率；不用變速器，易實現自動化；與靜壓傳動相比，傳動效率高。電力傳動的主要缺

5、點： 價格高，能容量小（動力裝置輸出的功與裝置自身重量的比值稱為能容量）。1.2 汽車變速器按傳動比變化方式，汽車變速器可分為有級式、無級式和綜合式三種。1有級式變速器 有級式變速器應用最廣泛。 按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器（普通變速器）和軸線旋轉式變速器（行星齒輪變速器）兩種。 在汽車變速器中最初普遍采用的是有級式機械變速器。有級式機械變速器優(yōu)點：有級式機械變速器具有效率高、結構簡單、制造容易、工作可靠、維修容易和成本低等。有級式機械變速器缺點：1）為適應汽車行駛中多變的狀況，必須經常換檔2）車輛的動力性和經濟性差3）車輛的行駛性能差4）車輛的行駛平順性和機件壽命低2無級式變速器無

6、級式變速器的傳動比在一定數值范圍內可有無限多級變化，常見的有電力式、液力式和機械式三種。電力式無級變速器的變速傳動組件為直流串激電動機，除在無軌電車上應用外，在汽車傳動系中也正在探討當中。液力式無級變速器的傳動組件是液力變矩器，但由于其變速范圍有限而無法獨立應用。機械式無級變速器是利用直徑可變的傳動輪來實現無級變速。3.綜合式變速器按操縱方式不同，汽車變速器又可分為1）手動式2）自動式3)半自動式三種1.3 汽車自動變速器控制技術1反饋控制理論的發(fā)展 反饋控制理論的研究與發(fā)展可分為：經典控制理論、現代控制理論和魯棒控制理論這三個發(fā)展階段。1）經典控制理論 在50年代末形成體系的經典控制理論是基

7、于頻率概念來進行控制系統(tǒng)的分析和設計的，主要有零極點分析法、耐魁斯特(Nyquist)穩(wěn)定性判據以及勞斯(Roth)和赫爾維茨(Hurwitz)穩(wěn)定性判據、頻率響應法、根軌跡法、超前-滯后補償法等，特別是PID(Proportion Integration Differentiation)控制原理被廣泛地應用到工業(yè)控制領域。早期的AMT控制技術主要采用PID控制。 在經典控制理論的發(fā)展階段，盡管經典控制理論和技術也被廣泛地應用于解決更復雜的控制問題，但仍存在著很大的局限性，主要表現在經典控制理論主要用于線性時不變的單輸入單輸出反饋控制系統(tǒng)，只采用外部描述方法來討論控制系統(tǒng)的輸入與輸出關系，控制

8、系統(tǒng)的設計方法基本上是一種試湊法，不能提供最優(yōu)控制的方法與手段。2）現代控制理論60-80年代，為現代控制理論的發(fā)展階段，是基于時域概念在經典控制理論的基礎上發(fā)展起來的，它以狀態(tài)空間方法為主，研究控制系統(tǒng)狀態(tài)的運動規(guī)律，并實現最優(yōu)化控制?，F代控制理論克服了經典控制理論的很多局限性，解決了某些非線性和時變系統(tǒng)的控制問題，適用于多輸入多輸出反饋控制系統(tǒng)，可以實現最優(yōu)控制規(guī)律，在處理不確定性的研究進展主要由以下兩方面：（1）LQG控制方法在外界擾動可以表示為白噪聲或經過濾波后的噪聲模型時，能夠獲得非常理想的設計結果，在很多實際控制工程中得到了相當成功的應用。（2）把經典控制理論中的頻率響應法應用于多

9、輸入多輸出控制系統(tǒng)的設計中，形成了多輸入多輸出控制系統(tǒng)的頻率設計法。2魯棒控制理論80年代以來，把經典控制理論的頻率方法與現代控制理論狀態(tài)空間法相結合，導致了反饋控制理論的飛躍發(fā)展，進入到魯棒控制理論的發(fā)展階段。魯棒控制理論發(fā)展的最突出標志是H控制和方法。H控制具有如下幾個特點：（1)確立了系統(tǒng)地在頻域內進行回路成形的技術和手段，充分地克服了經典控制理論和現代控制理論各自的不足，使經典頻域概念與現代的狀態(tài)空間方法融合在一起；（2)可以把控制系統(tǒng)設計問題轉換成H控制問題，他更加接近實際情況，并滿足實際需要；（3)給出了魯棒控制系統(tǒng)的方法，可以通過求解兩個黎卡提(Riccati)方程來獲得H控制器

10、，充分地考慮了系統(tǒng)不確定性帶來的影響，不僅能保證控制系統(tǒng)的魯棒性，而且能優(yōu)化一些性能指標；（4)它是在頻域內的最優(yōu)控制理論，但H控制器的參數設計比最優(yōu)調節(jié)器更加直接。由系統(tǒng)固有性質所決定的不確定性，在頻域上往往表現為具有特定的結構。1.4車輛自動變速器的發(fā)展趨勢雖然車輛自動變速種類很多，各種不同的自動變速之間相互融合滲透，各種不同的自動變速又有各自的發(fā)展過程，但是它們在發(fā)展趨勢上卻有相似之處?？傮w上來說各種不同的自動變速有以下趨勢：1有級自動變速器（如液力自動變速器（AT）、電控機械式自動變速器（AMT）的檔位有增多的趨勢2自動變速器控制單元的電子化、計算機化，使自動變速器的自動化、智能化程度有不斷提高的趨勢3傳動系統(tǒng)與發(fā)動機甚至與整車有一體化、系統(tǒng)化的趨勢【本章小結】本章介紹了汽車的傳動方式。汽車變速器按傳動比變化方式，汽車變速器可分為有級式、無級式和綜合式三種。汽車自動變速器大致可分為三類：一類是由液力變矩器、行星齒輪機構及電