車輛自動(dòng)變速器構(gòu)造原理與設(shè)計(jì)方法第1章緒論

1、第1章 緒論1.1 汽車的傳動(dòng)方式汽車的傳動(dòng)是指將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力傳遞給輪胎而驅(qū)動(dòng)車輛行走，并確保車輛在行進(jìn)或作業(yè)過程中具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。 在傳動(dòng)系中設(shè)置了變速器，它的功用是： 改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的變化范圍，使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作。在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使汽車能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、倒退行駛。利用空檔，中斷動(dòng)力傳遞。1機(jī)械傳動(dòng)圖1.2 機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-主離合器 3-變速器 4-萬(wàn)向軸 5-驅(qū)動(dòng)橋其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)是：采用人力換檔，換檔時(shí)動(dòng)力傳輸要中斷。當(dāng)行駛于交通復(fù)雜的情況下?lián)Q檔頻繁，駕

2、駛員容易引起緊張、勞累。傳動(dòng)系統(tǒng)受到附加沖擊力、動(dòng)態(tài)負(fù)荷大，使得發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的狀況，為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，而使變速器結(jié)構(gòu)復(fù)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(jīng)歷一個(gè)滑磨過程。2.液力機(jī)械傳動(dòng)圖1.3 液力機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-液變矩器 3-機(jī)械變速器 4-萬(wàn)向傳動(dòng)軸 5-驅(qū)動(dòng)橋 6-輪輞液力機(jī)械傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)為：能在一定范圍內(nèi)根據(jù)行駛阻力的變化，自動(dòng)進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，因此能防止發(fā)動(dòng)機(jī)過載熄火，提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力的介質(zhì)，輸出軸和輸入軸之間沒有剛性

3、的機(jī)械聯(lián)結(jié)，大大降低了發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)零件的沖擊負(fù)載，提高機(jī)件的使用壽命。液力變矩器具有一定的變速能力，因此對(duì)于相同的變速范圍，可以減少變速器的檔位數(shù)，簡(jiǎn)化變速器結(jié)構(gòu)。液力變矩器具有自動(dòng)無(wú)級(jí)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(dòng)換檔或動(dòng)力換檔提供了條件液力機(jī)械傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)為： 成本高、傳動(dòng)效率低、零件制造的技術(shù)要求也比較高。 汽車上采用的液力機(jī)械分流傳動(dòng)，可以分為外分流式、內(nèi)分流式和復(fù)合分流式。3靜壓傳動(dòng) a) b)圖1.4 靜壓式傳動(dòng)系統(tǒng) a)布置圖 b）系統(tǒng)原理圖1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-液壓泵 3-液壓管路 4-液壓馬達(dá)近年來(lái)，發(fā)展了靜壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合

4、的靜壓-機(jī)械分流傳動(dòng)，這種傳動(dòng)既保留了液壓傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，又具有接近機(jī)械傳動(dòng)高效率的特點(diǎn)，其中的液壓組件只傳輸部分功率，另一部分功率由機(jī)械部分傳輸，從而減少了液壓損失。靜壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是與液力機(jī)械傳動(dòng)相比，增加了結(jié)構(gòu)上和控制調(diào)節(jié)方面的復(fù)雜性，成本高，目前該傳動(dòng)方式已應(yīng)用于專用車輛、施工作業(yè)機(jī)械上。4電力傳動(dòng) a) b)圖1.5 電力式傳動(dòng)系統(tǒng)1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2-發(fā)電機(jī) 3-整流器 4-逆變器 5-電動(dòng)機(jī)電力傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)： 動(dòng)力裝置和車輪易于布置與維修；可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，操縱方，在整個(gè)速度變化范圍內(nèi)都可充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率；不用變速器，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；與靜壓傳動(dòng)相比，傳動(dòng)效率高。電力傳動(dòng)的主要缺

5、點(diǎn)： 價(jià)格高，能容量小（動(dòng)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(dòng)比變化方式，汽車變速器可分為有級(jí)式、無(wú)級(jí)式和綜合式三種。1有級(jí)式變速器 有級(jí)式變速器應(yīng)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(zhuǎn)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(jí)式機(jī)械變速器。有級(jí)式機(jī)械變速器優(yōu)點(diǎn)：有級(jí)式機(jī)械變速器具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠、維修容易和成本低等。有級(jí)式機(jī)械變速器缺點(diǎn)：1）為適應(yīng)汽車行駛中多變的狀況，必須經(jīng)常換檔2）車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性差3）車輛的行駛性能差4）車輛的行駛平順性和機(jī)件壽命低2無(wú)級(jí)式變速器無(wú)

6、級(jí)式變速器的傳動(dòng)比在一定數(shù)值范圍內(nèi)可有無(wú)限多級(jí)變化，常見的有電力式、液力式和機(jī)械式三種。電力式無(wú)級(jí)變速器的變速傳動(dòng)組件為直流串激電動(dòng)機(jī)，除在無(wú)軌電車上應(yīng)用外，在汽車傳動(dòng)系中也正在探討當(dāng)中。液力式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)組件是液力變矩器，但由于其變速范圍有限而無(wú)法獨(dú)立應(yīng)用。機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器是利用直徑可變的傳動(dòng)輪來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)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(dòng)式2）自動(dòng)式3)半自動(dòng)式三種1.3 汽車自動(dòng)變速器控制技術(shù)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(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和魯棒控制理論這三個(gè)發(fā)展階段。1）經(jīng)典控制理論 在50年代末形成體系的經(jīng)典控制理論是基

7、于頻率概念來(lái)進(jìn)行控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的，主要有零極點(diǎn)分析法、耐魁斯特(Nyquist)穩(wěn)定性判據(jù)以及勞斯(Roth)和赫爾維茨(Hurwitz)穩(wěn)定性判據(jù)、頻率響應(yīng)法、根軌跡法、超前-滯后補(bǔ)償法等，特別是PID(Proportion Integration Differentiation)控制原理被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域。早期的AMT控制技術(shù)主要采用PID控制。 在經(jīng)典控制理論的發(fā)展階段，盡管經(jīng)典控制理論和技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用于解決更復(fù)雜的控制問題，但仍存在著很大的局限性，主要表現(xiàn)在經(jīng)典控制理論主要用于線性時(shí)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(lái)討論控制系統(tǒng)的輸入與輸出關(guān)系，控制

8、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xiàn)代控制理論60-80年代，為現(xiàn)代控制理論的發(fā)展階段，是基于時(shí)域概念在經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它以狀態(tài)空間方法為主，研究控制系統(tǒng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制?，F(xiàn)代控制理論克服了經(jīng)典控制理論的很多局限性，解決了某些非線性和時(shí)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(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制規(guī)律，在處理不確定性的研究進(jìn)展主要由以下兩方面：（1）LQG控制方法在外界擾動(dòng)可以表示為白噪聲或經(jīng)過濾波后的噪聲模型時(shí)，能夠獲得非常理想的設(shè)計(jì)結(jié)果，在很多實(shí)際控制工程中得到了相當(dāng)成功的應(yīng)用。（2）把經(jīng)典控制理論中的頻率響應(yīng)法應(yīng)用于多

9、輸入多輸出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，形成了多輸入多輸出控制系統(tǒng)的頻率設(shè)計(jì)法。2魯棒控制理論80年代以來(lái)，把經(jīng)典控制理論的頻率方法與現(xiàn)代控制理論狀態(tài)空間法相結(jié)合，導(dǎo)致了反饋控制理論的飛躍發(fā)展，進(jìn)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(biāo)志是H控制和方法。H控制具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（1)確立了系統(tǒng)地在頻域內(nèi)進(jìn)行回路成形的技術(shù)和手段，充分地克服了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論各自的不足，使經(jīng)典頻域概念與現(xiàn)代的狀態(tài)空間方法融合在一起；（2)可以把控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)換成H控制問題，他更加接近實(shí)際情況，并滿足實(shí)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(gè)黎卡提(Riccati)方程來(lái)獲得H控制器

10、，充分地考慮了系統(tǒng)不確定性帶來(lái)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(biāo)；（4)它是在頻域內(nèi)的最優(yōu)控制理論，但H控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)比最優(yōu)調(diào)節(jié)器更加直接。由系統(tǒng)固有性質(zhì)所決定的不確定性，在頻域上往往表現(xiàn)為具有特定的結(jié)構(gòu)。1.4車輛自動(dòng)變速器的發(fā)展趨勢(shì)雖然車輛自動(dòng)變速種類很多，各種不同的自動(dòng)變速之間相互融合滲透，各種不同的自動(dòng)變速又有各自的發(fā)展過程，但是它們?cè)诎l(fā)展趨勢(shì)上卻有相似之處?？傮w上來(lái)說(shuō)各種不同的自動(dòng)變速有以下趨勢(shì)：1有級(jí)自動(dòng)變速器（如液力自動(dòng)變速器（AT）、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）的檔位有增多的趨勢(shì)2自動(dòng)變速器控制單元的電子化、計(jì)算機(jī)化，使自動(dòng)變速器的自動(dòng)化、智能化程度有不斷提高的趨勢(shì)3傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)甚至與整車有一體化、系統(tǒng)化的趨勢(shì)【本章小結(jié)】本章介紹了汽車的傳動(dòng)方式。汽車變速器按傳動(dòng)比變化方式，汽車變速器可分為有級(jí)式、無(wú)級(jí)式和綜合式三種。汽車自動(dòng)變速器大致可分為三類：一類是由液力變矩器、行星齒輪機(jī)構(gòu)及電