電控機(jī)械式自動變速器操縱專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計

重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）電控機(jī)械式自動變速器操縱系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生：王建超學(xué)號：3011指引教師：張偉專業(yè)：車輛工程重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二O一三年六月GraduationDesign(Thesis)ofChongqingUniversityControlsystemdesignofAutomatedMechanicalTransmissionUndergraduate：WangJianchaoSupervisor：ZhangWeiMajor：VehicleEngineeringMechanicalEngineeringChongqingUniversityJune摘要自動變速器具備消除駕駛員換擋技術(shù)差別，減輕駕駛員疲勞，易操作和提高行車安全性等特點(diǎn)。電控機(jī)械式自動變速器（AMT）是一種經(jīng)濟(jì)型自動變速器，其是在原有機(jī)械變速器基本構(gòu)造不變狀況下，通過加裝微機(jī)控制自動操縱系統(tǒng)，取代本來由駕駛員人工完畢離合器分離與接合、選換擋以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速同步調(diào)節(jié)和控制油量等操作，最后實(shí)現(xiàn)換擋過程操縱自動化。它既保持了手動機(jī)械式變速器長處，又具備自動變速器自動換擋功能。電控機(jī)械式自動變速器操縱系統(tǒng)依照控制規(guī)律自動操縱離合器分離與接合以及選換擋過程，同步對噴油量進(jìn)行同步調(diào)節(jié)來滿足行駛過程最佳動力性或最佳燃油經(jīng)濟(jì)性規(guī)定。其可以實(shí)現(xiàn)行駛過程中自動變速并滿足人們乘坐舒服性規(guī)定并延長車輛使用壽命。本文針對EQ1090車型5擋手動機(jī)械式變速器進(jìn)行改進(jìn)，完畢了電控機(jī)械式自動變速器操縱系統(tǒng)離合器、油量調(diào)節(jié)與選換擋操縱機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計，并對其自動控制過程中核心技術(shù)——離合器最佳接合規(guī)律、動態(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)動機(jī)特性與整車參數(shù)，依照控制規(guī)律建立了控制模型并進(jìn)行計算機(jī)模仿分析計算。核心詞：離合器控制，動態(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ABSTRACTAutomaticTransmissionhasthecharacteristicsofeliminatingthedifferencesofthedrivers’shiftskill，reducingdrivers’fatigue，operatingeasilyandimprovingtrafficsafety.AutomatedMechanicalTransmission(AMT)isaneconomicallyautomatictransmission，whichkeepsthesamebasicstructureoftheoriginallymechanicaltransmissionandreplacestheseparationandjointprocessoftheclutch，shifting，enginespeedsynchronizationregulationandtheamountofoilsupplycontroloperationsbythedrivermanualoperationandfinallyrealizetheautomationcontrolofshiftprocessthroughaddingtheautomaticcontrolsystemunderthecontrolofmicrocomputer.Itnotonlykeepstheadvantagesofmanualmechanicaltransmission，butalsohasthefunctionofautomaticshiftingofautomatictransmission.ControlsystemofAutomatedMechanicalTransmissioncontrolstheclutch’sseparationandjointandshiftingprocessaccordingtothecontrolrule，whilesynchronouslyadjustingthefuelinjectionquantitytomeettheoptimalpowerandthebestfueleconomyrequirementsoftherunningprocess.Itcanrealizetheautomaticgearshiftingintherunningprocessandmeetthepeople’requirementsofcomfortandprolongtheservicelifeofvehicles.Thisthesisimprovesthe5manualmechanicaltransmissionofEQ1090andcompletesthemechanicaldesignofclutch，oilquantityadjustingandshiftingoperationmechanismofthecontrolsystemofautomatedmechanicaltransmissionandanalyzesthekeytechnologiesintheautomaticcontrolprocess--theoptimalengagementruleofclutch，thedynamicthreeparametersshiftingcontrolrule，oilregulationofadaptivecontrol.Basedonthecharacteristicsoftheengineandvehicleparametersandaccordingtothecontrolrule，thisthesisestablishesthecontrolmodelandimplementsthecomputersimulationanalysisandcalculation.Keywords：clutchcontrol，thedynamicthreeparametershiftingcontrolrule，clutchcontrolmechanism，shiftingoperationmechanism，Simulinksimulation目錄摘要 IABSTRACT II1 緒論 11.1 電控機(jī)械式自動變速器（AMT）概述 11.1.1 AMT技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況 11.1.2 AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理 21.1.3 AMT系統(tǒng)的基本功能與性能要求 31.2 AMT操縱系統(tǒng)的性能要求 41.3 開發(fā)AMT操縱系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn) 51.4 論文的主要研究內(nèi)容 52 AMT操縱系統(tǒng)的組成與分析 72.1 AMT操縱系統(tǒng)方案與類型 72.2 AMT操縱系統(tǒng)選型 73 AMT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 103.2.1 換擋規(guī)律類型 103.2.2 發(fā)動機(jī)特性與整車參數(shù) 133.2.3 最佳動力性換擋規(guī)律 213.2.4 最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律 253.3 發(fā)動機(jī)油門自適應(yīng)控制規(guī)律 273.4 本章小結(jié) 274 AMT操縱系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計 284.1 離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計 284.1.1 離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案 284.1.2 離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計 304.1.3 離合器操縱機(jī)構(gòu)工作過程 354.2 AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計 364.2.1 MT原機(jī)構(gòu)設(shè)計方案 364.2.2 AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計 384.2.3 AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)工作原理 484.3 發(fā)動機(jī)控制機(jī)構(gòu)設(shè)計 494.4 本章小結(jié) 505 控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計 515.1 電控系統(tǒng)硬件設(shè)計 515.2 控制軟件程序框圖 535.3 本章小結(jié) 596 計算機(jī)模擬分析計算 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) 73 緒論電控機(jī)械式自動變速器非常適合中華人民共和國汽車工業(yè)現(xiàn)狀，具備重要現(xiàn)實(shí)意義。其不但具備自動換擋便捷，同步尚有具備手動變速箱齒輪傳動同樣高動力傳播效率、機(jī)構(gòu)緊湊、工作可靠等長處，節(jié)約燃料和減少排放。電控機(jī)械式自動變速器（AMT）概述AMT技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況電控機(jī)械式自動變速器其研究始于上世紀(jì)70年代，其發(fā)展大體經(jīng)歷了將離合器控制和換擋控制分別考慮，單獨(dú)實(shí)現(xiàn)各自自動控制功能半自動化階段；應(yīng)用自動離合器、換擋控制與換擋方略全自動化階段；引入模糊推理智能辦法，采用模糊換擋方略和離合器結(jié)合速度模糊控制智能化階段等三個階段。為使車輛能在復(fù)雜多變工作條件下，自動采用對的辦法，進(jìn)一步提高了起步、變速性能和換擋品質(zhì)，AMT擋位決策和控制中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辦法并通過GPS獲取更多路面特性信息以提高AMT對路面適應(yīng)性。當(dāng)代AMT不但換擋程序更加符合駕駛員意愿，并且還運(yùn)用當(dāng)代控制辦法，解決特殊環(huán)境下變速程序復(fù)雜問題，使控制能力及可靠性大幅度提高。吉林大學(xué)葛安林專家對汽車AIVIT技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化研究，提出了動態(tài)三參數(shù)匹配控制規(guī)律，在桑塔納等轎車上裝車運(yùn)營。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，對工程機(jī)械模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擋位控制進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研制出推土機(jī)模糊換擋系統(tǒng)并進(jìn)行了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)；對輪式裝載機(jī)模糊換擋方略也進(jìn)行了研究。西北工業(yè)大學(xué)汽車工程中心與二汽汽車技術(shù)中心合伙進(jìn)行東風(fēng)E06111RC客車AMT研制，彌補(bǔ)了國內(nèi)在大型客車領(lǐng)域應(yīng)用AMT空白。上海交通大學(xué)、重慶交通學(xué)院、北京理工大學(xué)對AMT和自動離合器智能化控制進(jìn)行了研究；煙臺欣源晟公司開發(fā)了電控電動AMT[[][]李君，張建武，馮金芝，雷雨龍，葛安林．電控機(jī)械式自動變速器發(fā)展、現(xiàn)狀和展望［J］．1994～中華人民共和國學(xué)術(shù)期刊電子出版社，，(3)．重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室啟動了AMT研發(fā)，重要研究內(nèi)容：發(fā)動機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立、離合器局部恒轉(zhuǎn)速控制、基于環(huán)境變化離合器起步補(bǔ)償控制、基于不同駕駛意圖和道路條件下?lián)Q擋方略、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)氣門及其控制研究、AMT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制、AMT樣車研制與整車實(shí)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)，．AMT系統(tǒng)構(gòu)造與原理AMT以發(fā)動機(jī)電子控制單元ECU(ElectricalControlUnit)為核心，是運(yùn)用控制理論、微機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)和信息解決技術(shù)改造老式手動變速器典型機(jī)電一體化產(chǎn)品。1)AMT系統(tǒng)構(gòu)造AMT系統(tǒng)由下列四某些構(gòu)成：a)被控對象：涉及發(fā)動機(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)和油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成；涉及電機(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(離合器作動缸)。c)傳感器：涉及速度傳感器(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器)、油門開度傳感器、擋位傳感器等。d)電子控制單元(ECU)：涉及CPU、RAM、FO接口等。2)AMT控制基本原理AMT依照傳感器實(shí)時采集駕駛員操縱參數(shù)信息(油門踏板、制動踏板、轉(zhuǎn)向盤、選擋控制桿操縱等)和車輛運(yùn)營狀態(tài)參數(shù)信息(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、擋位)，進(jìn)行綜合判斷和解決，按照控制器中存儲控制規(guī)律(換擋規(guī)律、離合器接合規(guī)律等)，借助于相應(yīng)操縱系統(tǒng)(發(fā)動機(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))，對車輛動力傳動系統(tǒng)(發(fā)動機(jī)、離合器、變速器)進(jìn)行聯(lián)合自動操縱，完畢車輛平穩(wěn)起步和換擋。AMT系統(tǒng)構(gòu)造及控制原理圖如下所示[[][]陳永東．電控機(jī)械式自動變速器換擋規(guī)律研究［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，圖1.1AMT系統(tǒng)構(gòu)成構(gòu)造圖AMT系統(tǒng)基本功能與性能規(guī)定自動變速技術(shù)核心問題是擋位決策，即依照駕駛員意圖、車輛運(yùn)營狀態(tài)和道路狀況等因素，按照車輛某些性能參數(shù)最優(yōu)原則，來擬定車輛最佳擋位。依照實(shí)際車況、路況以及駕駛員意圖來給出最佳擋位、完畢車輛起步和行駛時換擋過程自動控制是自動變速器應(yīng)實(shí)現(xiàn)基本功能。為了高質(zhì)量地完畢這些功能，使其在使用中更加以便可靠。AMT應(yīng)達(dá)到如下性能規(guī)定：(1)系統(tǒng)工作性能可靠采用AMT將手動換擋轉(zhuǎn)變成自動換擋后，要真正做到提高行車安全性、減輕司機(jī)勞動強(qiáng)度。在電子控制單元ECU設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)照顧各種安全操作上問題。為了加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，可在內(nèi)部設(shè)立多重檢測系統(tǒng)，通過聲、光報警等方式隨時監(jiān)測工作狀態(tài)，安裝主控和應(yīng)急備控兩個電控單元，當(dāng)主控單元所有或某些失控，應(yīng)急系統(tǒng)自動啟動，保證汽車行駛最基本功能。若電控系統(tǒng)失效，可以啟用機(jī)械式應(yīng)急系統(tǒng)，即恢復(fù)手動操縱.進(jìn)一步保證安全性能。(2)應(yīng)有良好動力性或燃油經(jīng)濟(jì)性，并延長車輛使用壽命良好動力性或燃油經(jīng)濟(jì)性能是AMT設(shè)計一種重要目的。要將每一次擋位變更都控制在最佳工況狀態(tài)，避免一切不正常燃油消耗及機(jī)件不合理磨損。(3)減少排放，保護(hù)環(huán)境在AMT系統(tǒng)中，離合器采用是干式離合器，不需要高壓液壓油參加工作，因而與國際上流行液力自動變速器AT相比較，優(yōu)化汽車排放狀況，減少行駛噪音。(4)構(gòu)造要簡樸，易于安裝和維修保養(yǎng)在本系統(tǒng)中，電動機(jī)械式自動變速器由四個相對獨(dú)立執(zhí)行器共同配合完畢自動變速工作，分別是一種離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、兩個擋位動作器、一種油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。如果需要加裝此AMT系統(tǒng)，則不必對原車傳動系做任何構(gòu)造上改動，因而安裝、維修極其簡樸以便。(5)制導(dǎo)致本要低，生產(chǎn)效率高，適合中華人民共和國國情電動機(jī)械式自動變速器設(shè)計簡樸，機(jī)械零件不多，生產(chǎn)成本也很低，批量生產(chǎn)全套裝置成本預(yù)計可控制在人民幣4000元左右。市場潛力很大，在中華人民共和國乃至世界均有極高推廣應(yīng)用價值。(6)系統(tǒng)功能可擴(kuò)展性強(qiáng)規(guī)定可以在ECU控制系統(tǒng)中增長許多附加功能，例如加裝IC片后形成操縱系統(tǒng)辨認(rèn)與防盜，以及加入控制車速、減少駕駛風(fēng)險等功能[[][]李水勇．AMT變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計［D］．重慶：西南大學(xué)，．AMT操縱系統(tǒng)性能規(guī)定AMT操縱機(jī)構(gòu)功用是依照汽車使用條件需要完畢選擋、換擋或退到空擋。其由變速桿、撥塊、撥叉、變速叉軸及安全裝置構(gòu)成。操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計規(guī)定：換擋只能掛入一種擋位；換擋后保證接合齒全齒長嚙合；防止自動脫擋、自動掛擋、誤掛倒擋；對的執(zhí)行最佳控制規(guī)律；操作精準(zhǔn)、響應(yīng)迅速；各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)穩(wěn)定、優(yōu)于手動操作。開發(fā)AMT操縱系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)當(dāng)前開發(fā)AMT操縱系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)重要有：1、換擋規(guī)律：即AMT操縱系統(tǒng)采用何種參數(shù)在何時來控制變速器換擋。其直接影響整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，多采用動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律。其原理是當(dāng)油門開度及車速、行駛加速度變化到某一定數(shù)值時，就能自動換入新?lián)跷?高擋或低擋)。2、車輛擋位決策和控制：就是依照道路狀況、車輛運(yùn)營工況以及駕駛員意圖，按照某些目的(如動力性、經(jīng)濟(jì)性)最優(yōu)原則來鑒定當(dāng)前車輛應(yīng)處擋位，并通過選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制變速器進(jìn)行換擋。3、離合器控制：離合器工作工況復(fù)雜，在起步、換擋過程中重要受爬坡、負(fù)載及人為因素影響。離合器分離與接合執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)-電-氣組件構(gòu)成，是一種典型非線性系統(tǒng)。為了有效地完畢離合器分離與接合，需要對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計與高精度控制。4、換擋時間：AMT是齒輪傳動。在換擋過程中要脫離當(dāng)前擋位才干掛入下一擋位，因此換擋時間較長。為使AMT性能達(dá)到最佳應(yīng)縮短其換擋時間。5、變速中離合器與發(fā)動機(jī)協(xié)調(diào)控制：在AMT操縱系統(tǒng)運(yùn)營中，換擋過程和離合器分離與接合過程都涉及到發(fā)動機(jī)油量調(diào)節(jié)問題。對AMT操縱系統(tǒng)換擋控制比對變速時進(jìn)行定油門開度調(diào)節(jié)液力機(jī)械式自動變速器(AT)要困難得多。對AMT控制辦法、可實(shí)現(xiàn)性及可靠性等方面。都提出較高規(guī)定。6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是以高性能解決器、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和存儲器為硬件電路核心，結(jié)合先進(jìn)軟件控制算法，電動或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其工作頻繁，規(guī)定響應(yīng)迅速并且行程精準(zhǔn)，并且可以適應(yīng)一定超載，電機(jī)還要滿足一定堵轉(zhuǎn)工況規(guī)定。各部件還規(guī)定體積盡量小、耐振動沖擊、密封可靠、散熱迅速有效。7、可靠性技術(shù)：當(dāng)前在國內(nèi)汽車行業(yè)中還存在大批量產(chǎn)品質(zhì)量一致性以及一定使用時間后可靠性問題。例如ZF公司就只訂購國內(nèi)寶鋼某幾種爐鋼材。為保證AMT操縱系統(tǒng)硬件可靠性在AMT系統(tǒng)中應(yīng)用了容錯控制技術(shù)。還要保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)和軟件可靠性，才可以使汽車在多變惡劣環(huán)境中AMT系統(tǒng)可以可靠工作。此外，AMT操縱系統(tǒng)還依賴傳感器技術(shù)和適應(yīng)超載狀態(tài)下整車標(biāo)定與匹配技術(shù)等難點(diǎn)[[]司康．當(dāng)前國內(nèi)商用車AMT自主研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過程中重要技術(shù)難點(diǎn)［J］．交通世界，，(2)：76～77．[]司康．當(dāng)前國內(nèi)商用車AMT自主研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化過程中重要技術(shù)難點(diǎn)［J］．交通世界，，(2)：76～77．論文重要研究內(nèi)容本論文在前人工作基本上，采用EQ1090車型技術(shù)數(shù)據(jù)，針對電控機(jī)械式自動變速器(AMT)操縱系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，重要內(nèi)容如下：1)探討了AMT與操縱系統(tǒng)構(gòu)造；2)分析了AMT控制規(guī)律，即離合器控制方略、最佳換擋控制規(guī)律、發(fā)動機(jī)油門自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律；3)依照發(fā)動機(jī)臺架實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與整車參數(shù)，結(jié)合汽車行駛方程式，制定了動態(tài)三參數(shù)最佳動力性換擋規(guī)律，結(jié)合汽車燃油消耗方程式，制定了動態(tài)三參數(shù)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律；4)設(shè)計了AMT操縱系統(tǒng)機(jī)械構(gòu)造，即離合器操縱機(jī)構(gòu)、選換擋操縱機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；5)簡介了操縱系統(tǒng)控制某些軟件框圖與硬件選型；6)通過對汽車傳動系統(tǒng)動力學(xué)及換擋控制過程分析，在MATLAB／Simulink仿真環(huán)境下構(gòu)建了AMT最佳換擋規(guī)律仿真模型，對本文所設(shè)計換擋規(guī)律進(jìn)行仿真分析。AMT操縱系統(tǒng)構(gòu)成與分析AMT操縱系統(tǒng)方案與類型按照執(zhí)行機(jī)構(gòu)動力源不同，AMT操縱系統(tǒng)可分為電控—?dú)鈩?、電控—液動和電控—電動三種類型。電控—?dú)鈩覣MT選換擋系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣壓驅(qū)動。只有在裝有氣壓系統(tǒng)大型客車或重型車輛中使用，與制動系統(tǒng)共用同一氣源，改進(jìn)較以便且成本較低但性能較差。電控—液動AMT選換擋系統(tǒng)用液壓驅(qū)動其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)過載安全保護(hù)、具備一定吸振與吸取沖擊能力并且便于空間布置。但溫度變化影響離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)中液壓油粘度，回油管路壓力損失發(fā)生變化。溫度減少，油粘度變大，離合器接合速度較慢，汽車剛開始起步時換擋品質(zhì)差。溫度低到一定限度后，液壓油流動性能大大減少，嚴(yán)重時會發(fā)生換不上擋現(xiàn)象。液壓元件特別是高速電磁閥對加工精度規(guī)定非常高，成本相應(yīng)較高。電控—電動AMT將自動變速器控制系統(tǒng)中要直接控制對象如油門、離合器以及選換擋裝置動作采用電動機(jī)帶動方式。但它反映速度比較慢，調(diào)試也比較復(fù)雜，大批量生產(chǎn)有一定難度[[][]曾興．汽車AMT變速器控制技術(shù)研究［D］．湖南：湖南大學(xué)，．AMT操縱系統(tǒng)選型綜合考慮本設(shè)計選取東風(fēng)EQ1090車型來進(jìn)行AMT操縱系統(tǒng)設(shè)計。離合器操縱機(jī)構(gòu)使用氣動控制；選換擋過程由垂直布置兩個減速電機(jī)和齒輪齒條與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)操縱選換擋桿來控制；使用步進(jìn)電機(jī)控制供油量調(diào)節(jié)齒桿來變化油量；控制方略選取動態(tài)三參數(shù)控制（車速ua、發(fā)動機(jī)油門開度α和加速度dua/dt）；控制規(guī)律選取最佳動力性換擋規(guī)律和最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律。

AMT控制規(guī)律本節(jié)是自動換擋理論基本，重要研究選取什么樣控制換擋參數(shù)、在何時進(jìn)行換擋、換擋時各機(jī)構(gòu)操作問題，是控制系統(tǒng)核心，其直接影響車輛燃油經(jīng)濟(jì)性與動力性。為保證汽車起步、換擋過程品質(zhì)，減少傳動系統(tǒng)零部件沖擊，提高其使用壽命與乘坐舒服性，研究了在各工況下離合器與油門、換擋過程各自控制方略與互相協(xié)調(diào)配合。離合器控制方略離合器工作工況眾多，且與發(fā)動機(jī)油門及換擋需要協(xié)調(diào)配合，因此對離合器操縱系統(tǒng)有很高而復(fù)雜規(guī)定。離合器分離過程比較簡樸，普通不會對車輛性能產(chǎn)生影響，因此總是但愿越快越好，做到徹底分離，避免半接合滑磨，導(dǎo)致掛擋困難甚至打齒。當(dāng)需要重新恢復(fù)動力傳遞時，為使汽車速度和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化比較平穩(wěn)，應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)放慢離合器接合速度。離合器最佳接合規(guī)律在執(zhí)行過程中體當(dāng)前離合器接合點(diǎn)和接合速度兩個控制量上，就是擬定離合器接合點(diǎn)和接合速度。AMT操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離合器自動操縱核心問題就是離合器最佳接合規(guī)律。影響離合器接合平穩(wěn)因素重要是離合器釋放行程l，這里指是分離叉挺桿處行程，雖然離合器接合行程。普通從離合器分離到接合為止，其行程經(jīng)歷三個階段（如圖3.1）：Ⅰ無轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)Ⅱ傳遞轉(zhuǎn)矩區(qū)Ⅲ轉(zhuǎn)矩不再增長區(qū)圖3.1離合器釋放行程與傳遞轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖顯然，因第一階段無轉(zhuǎn)矩傳遞，因此接合速度盡量快，以迅速起步和減少換擋時功率中斷時間。第二階段要放慢接合速度，以獲得平穩(wěn)起步或換擋，提高乘客乘坐舒服性和減少傳動系沖擊載荷。但為了防止滑摩時間過長，離合器發(fā)熱而嚴(yán)重影響壽命，亦需控制在一定期間內(nèi)盡快完畢。在起步過程中，傳遞轉(zhuǎn)矩增長階段還分為摩擦激烈傳遞轉(zhuǎn)矩未克服阻力階段和離合器主副摩擦盤之間轉(zhuǎn)矩變化引起旋轉(zhuǎn)沖擊傳遞轉(zhuǎn)矩超過阻力階段。第三階段是接合完畢，這一是為了壓緊力增長至最大壓緊力尚有一種繼續(xù)接合行程，二是保存分離軸承與分離叉之間間隙，因此應(yīng)以盡量迅速度釋放。離合器自動操縱機(jī)構(gòu)對離合器結(jié)合速度vc控制還受如下因素影響：vc與油門開度α、發(fā)動機(jī)角加速度dωe/dt成正比，與ig、坡度θ與載重力G成反比。在起步或換離合器自動操縱機(jī)構(gòu)釋放行程l是在選換擋工作結(jié)束后進(jìn)行，分為三某些，在無轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)行程l1（即消除離合器主從動盤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（即由壓縮從動盤軸向彈性行程通過度離叉操縱機(jī)構(gòu)傳動比所需相應(yīng)行程），其釋放行程位移函數(shù)為二次函數(shù)形式；在轉(zhuǎn)矩不再增長區(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間隙量，以保證離合器正常工作，在分離軸承和分離桿之間還需留間隙通過度離叉操縱機(jī)構(gòu)傳動比因此離合器分離過程規(guī)定為氣缸最大速度。而離合器接合過程其行程規(guī)定是二快一慢（見圖3.2）：圖3.2離合器接合過程為了補(bǔ)償離合器摩擦片磨損，需查明離合器接合起點(diǎn)，這是離合器控制重點(diǎn)。離合器接合控制中，離合器從動片與壓盤初始接觸位置點(diǎn)和有效轉(zhuǎn)矩傳遞點(diǎn)是接合控制兩個重要參數(shù)。這兩點(diǎn)辨認(rèn)，直接影響著控制中離合器接合特性精確把握及離合器接合時間長短。最佳換擋控制規(guī)律換擋規(guī)律類型換擋規(guī)律是指相鄰兩排擋間自動換擋時刻隨控制參數(shù)變化規(guī)律。換擋規(guī)律應(yīng)當(dāng)是單值，即對輸人變量每一組合，僅存在唯一輸出狀態(tài)。其類型如下：單參數(shù)換擋規(guī)律有油門開度α發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne及車速v等控制參數(shù)若用油門作為控制參數(shù)，則大油門升高擋，小油門回低擋，這就無法在低擋發(fā)揮出大牽引力，以適應(yīng)爬坡，超車需要；并且松油門制動時，系統(tǒng)依然在擋，也形成矛盾，并且行駛條件復(fù)雜，油門位置經(jīng)常變化，導(dǎo)致?lián)Q擋頻繁，既影響乘坐舒服性也減少車輛壽命。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne最容易被檢測，但在換擋過程中，其值始終變動，因此選用如圖3.3所示，當(dāng)車速達(dá)到v2時升入2擋，反之當(dāng)車速降至v1時換回1擋。v1與v2間是兩擋都也許工作區(qū)，視車輛本來行駛狀況而定。這種來回?fù)Q擋之間交錯現(xiàn)象，稱之為換1)換人新?lián)鹾螅粫蛴烷T踏板振動或車速稍有減少而重新?lián)Q回本來擋位，保證了換擋過程穩(wěn)定性；2)有助于減少換擋循環(huán)(不斷地來回?fù)Q擋)，防止操縱系統(tǒng)各部件加速磨損與乘坐舒服性減少。單參數(shù)控制系統(tǒng)構(gòu)造最簡樸，但它無論油門開度如何變化，換擋點(diǎn)，換擋延遲?v=v2-v1大小都不變，不能實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋；為了保證動力性，升擋點(diǎn)多設(shè)計在發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)速nemax圖3.3單參數(shù)換擋規(guī)律兩參數(shù)換擋規(guī)律控制參數(shù)多為：車速與油門、車速與發(fā)動機(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。1)等延遲型等延遲概念是換擋延遲△v大小不隨油門變化，故單參數(shù)控制是等延遲，而兩參數(shù)等延遲與其相比，特點(diǎn)是：引入了駕駛員干預(yù)，在小油門時可提前換人高擋，使發(fā)動機(jī)在高效率區(qū)工作，既減小發(fā)動機(jī)噪聲，又延遲換回低擋，改進(jìn)了燃料經(jīng)濟(jì)性。2)發(fā)散型其換擋延遲隨油門開度增大而增大，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，快松油門時可提前換人高擋，減少噪聲并改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性；大油門時升擋發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高，接近最大功率點(diǎn)動力性好，換擋延遲增大，減少了換擋次數(shù)，提高了舒服性。但在大油門降擋時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速ne必要降得很低，△n大功率運(yùn)用差，合用于后備功率大轎車。3)帶強(qiáng)制低擋發(fā)散型這是發(fā)散型改進(jìn)，能提早降擋，以便充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)大功率潛力，滿足超車、爬坡等工況需要。當(dāng)駕駛員猛踩油門踏板產(chǎn)生超過行程△a時，車輛便被逼迫換入低擋，使△n小來獲得良好功率和牽引力。它保存了發(fā)散型長處，又克服了缺陷，得到廣泛應(yīng)用。但需防止發(fā)動機(jī)超速。4)收斂型其換擋延遲隨油門開度增大而減小，呈收斂狀分布，也稱減延遲換擋規(guī)律。它大油門時降擋速差最小，△n小因此升降擋均有好功率運(yùn)用，動力性好。減小油門時，延遲增大，避免過多換擋，且發(fā)動機(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)舒服。適合于比功率較低貨車。5)組合型組合型是由兩段或更多段不同變化規(guī)律構(gòu)成規(guī)律。它更便于在不同油門下獲得不同車輛性能。普通小油門開度以舒服、穩(wěn)定、少污染為主，中油門開度以保證最佳燃料經(jīng)濟(jì)性為主，兼顧動力性；大油門開度則以獲得最佳動力性為佳。在實(shí)際車輛中用全是組合型。圖3.4兩參數(shù)換擋規(guī)律三參數(shù)換擋規(guī)律上述換擋規(guī)律都是以穩(wěn)定行駛為前提，事實(shí)上起步、換擋時均處在非穩(wěn)定狀態(tài)。不同載重力和行駛阻力狀況下，車輛加速度不同，換檔點(diǎn)也不同。實(shí)驗(yàn)表白，加速狀態(tài)下?lián)Q擋點(diǎn)速度與穩(wěn)態(tài)時兩參數(shù)控制換擋點(diǎn)速度誤差高達(dá)13%以上。油門越大，加速度越大，則誤差越大。因此反映真實(shí)動態(tài)過程車速、加速度和油門開度動態(tài)三參數(shù)控制，可以使車輛真正發(fā)揮出最佳性能。對于三參數(shù)換擋規(guī)律，其換擋點(diǎn)分為普通換擋點(diǎn)和邊界換擋點(diǎn)。普通換擋點(diǎn)是指換擋先后車輛加速度不發(fā)生變化，為同一點(diǎn)換擋點(diǎn)。邊界換擋點(diǎn)是指換擋先后車輛加速度發(fā)生變化，為不同點(diǎn)換擋點(diǎn)。三參數(shù)換擋規(guī)律解決邊界點(diǎn)換擋規(guī)律采用辦法是；若升擋先后兩擋dua/dt曲線不相交，則取低擋該油門開度下加速度曲線最高車速為換擋點(diǎn)。三參數(shù)換擋規(guī)律在邊界點(diǎn)也許發(fā)生升擋后驅(qū)動力不大于外界阻力，使車速下降導(dǎo)致?lián)Q擋循環(huán)或發(fā)動機(jī)熄火現(xiàn)象或降擋后車速提高受到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速限制導(dǎo)致?lián)Q擋循環(huán)以及發(fā)動機(jī)高速噪聲。因此在邊界點(diǎn)換擋，若升擋后汽車加速度為正，則升擋，若升擋后汽車加速度為負(fù)，即驅(qū)動力不大于阻力，則不應(yīng)升擋；若降擋前汽車加速度為負(fù)，則必須降擋，否則動力性局限性導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火，若降擋前汽車加速度為正，此時若降擋，發(fā)動機(jī)工作于高轉(zhuǎn)速狀態(tài)，為改進(jìn)發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)，不應(yīng)降擋[[]葛安林．車輛自動變速理論與設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993[]葛安林．車輛自動變速理論與設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993．考慮工程車輛作業(yè)特點(diǎn)，工程車輛三參數(shù)換擋方略與汽車不同。其參數(shù)為：油門開度、發(fā)動機(jī)泵輪轉(zhuǎn)速、變矩器渦輪轉(zhuǎn)速。四參數(shù)換擋規(guī)律針對以往工程車輛液力機(jī)械傳動系統(tǒng)，自動變速換擋規(guī)律研究中把工作泵所消耗發(fā)動機(jī)功率當(dāng)作固定值考慮，沒有反映工作泵消耗功率變化狀況，不能精確把握發(fā)動機(jī)功率流向這一問題，提出了四參數(shù)換擋規(guī)律。工程車輛二參數(shù)和三參數(shù)換擋規(guī)律沒有考慮工作泵所消耗發(fā)動機(jī)功率變化，因而不能精確地把握發(fā)動機(jī)動力流向，難以獲得較好自動換擋效果。比較工程車輛作業(yè)工況與汽車行駛工況不同之處，從液力變矩器和變速器在工程車輛傳動系統(tǒng)中作用出發(fā)，為了運(yùn)用變速器換擋來控制液力變矩器在高效區(qū)工作，提出了基于油門開度、車速、行駛加速度、工作泵所消耗發(fā)動機(jī)功率四參數(shù)換擋規(guī)律。在三參數(shù)自動變速技術(shù)基本上,考慮了工作泵消耗功率及油泵工作引起動力流波動,通過計測油泵工作而帶來發(fā)動機(jī)飛輪力矩下降Mp,并將Mp等價為油門開度下降量△α,再由折合后油門開度(α-△α)值,按三參數(shù)自動換擋原理來進(jìn)行自動變速控制[[]韓順杰，趙丁選．基于四參數(shù)工程車輛自動變速節(jié)能換擋方略［J］．江蘇大學(xué)學(xué)報，，27(6)：505～508．[]韓順杰，趙丁選．基于四參數(shù)工程車輛自動變速節(jié)能換擋方略［J］．江蘇大學(xué)學(xué)報，，27(6)：505～508．發(fā)動機(jī)特性與整車參數(shù)與AMT操縱系統(tǒng)直接有關(guān)是發(fā)動機(jī)速度特性，由于在起步和換擋自動控制過程中要通過控制油門開度來控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速以及輸出轉(zhuǎn)矩來協(xié)調(diào)離合器、發(fā)動機(jī)和變速器聯(lián)合控制。本文中選用與AMT匹配發(fā)動機(jī)為柴油機(jī)，由于車用柴油機(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于疲勞，選用兩級調(diào)速器。由于油門開度為控制規(guī)律中參數(shù)，對于采用位置控制式燃油噴射系統(tǒng)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。因此保持加速踏板位置不變得到速度特性曲線與保持供油量調(diào)節(jié)齒桿位置不變得到速度特性曲線有區(qū)別。加速踏板位置不變時，各轉(zhuǎn)速相應(yīng)供油量調(diào)節(jié)齒桿位置往往會通過校正或調(diào)速而有變動。但是兩級調(diào)速器能滿足高速限速和低、怠速穩(wěn)速兩項(xiàng)基本規(guī)定，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，具備操縱輕便，加速靈活等特點(diǎn)。在汽車正常行駛過程中，，對于柴油機(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規(guī)定，因此依然使用油門開度作為控制規(guī)律參數(shù)。發(fā)動機(jī)參數(shù)與特性曲線如下：表3.1發(fā)動機(jī)參數(shù)表：型號東風(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)800366422651000390502361200397582191400400652131600403722091800400782063988521022003859021524003709522526003501002362800320103255圖3.5EQD140-31柴油機(jī)外特性曲線表3.3發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩Ttq特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：n α25%50%75%100%80021920028436610001622082943901200117200300397140079181292400160047160281403180021123260400787232398220003620038524000015837026000010935028000050320圖3.6EQD140-31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%油門開度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為Ttq=259.448951+0.182175ne-0.000057ne^2；擬合75%油門開度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為Ttq=170.286580+0.217123ne-0.000093ne^2擬合50%油門開度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為Ttq=107.696429+0.205208ne-0.000108ne^2擬合25%油門開度下轉(zhuǎn)矩特性二次方程為Ttq=512.642857-0.444762ne+0.000096ne^2圖3.7EQD140-31柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩表3.4發(fā)動機(jī)燃油消耗率be特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：neα25%50%75%100%800299265277265100024720623323612002531982132191400308209197213160039025119020918004542891912065233151982102200585336215215240065036824022526007083942652362800767422304255圖3.8EQD140-31柴油機(jī)燃油消耗率曲線依照等速行駛車速uaQ柴油ρg可取為8.04N/L。依照不同油門開度下速度特性曲線可知：表3.5發(fā)動機(jī)功率Pe特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：neα25%50%75%100%800222434421000222939501200213244581400193347651600173249721800133150787284985220002447902400019449526000154010028000834103發(fā)動機(jī)功率Pe特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：圖3.9EQD140-31柴油機(jī)功率特性曲線依照公式Qt=Pb367.1表3.6發(fā)動機(jī)等速行駛工況燃油消耗量neα25%50%75%100%8002.232.153.193.7710001.842.023.084.0012001.802.153.184.3014001.982.343.144.6916002.252.723.155.1018002.003.043.245.441.242.993.296.05220002.733.426.56240002.373.587.24260002.003.598.00280001.143.508.90圖3.10EQD140-31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四次函數(shù)，但由于三階與四階系數(shù)較小，因此擬合二次函數(shù)，經(jīng)matlab擬合后得：擬合100%油門開度下單位時間燃油消耗量二次方程為：Qt1=3.648168-4.5706e-004ne+8.2343e-007ne^2擬合75%油門開度下單位時間燃油消耗量二次方程為：Qt2=3.178172-1.5850e-004ne+1.1334e-007ne^2擬合50%油門開度下單位時間燃油消耗量二次方程為：Qt3=-0.968154+4.3823e-003ne-1.2605e-006ne^2擬合25%油門開度下單位時間燃油消耗量二次方程為：Qt4=0.9985711.8738e-003ne-8.0952e-007ne^2發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)油耗特性曲面如下，由于發(fā)動機(jī)動態(tài)特性對其燃油消耗量影響不大，因此用其穩(wěn)態(tài)油耗量近似代替發(fā)動機(jī)動態(tài)油耗量。圖3.11EQD140-31柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)油耗特性EQ1090整車參數(shù)如下：表3.7整車參數(shù)表：整車裝備質(zhì)量m(kg)30001擋傳動比i7.31最大總質(zhì)量m(kg)92902擋傳動比i4.31車輪半徑r(m)0.483擋傳動比i2.45迎風(fēng)面積A(m23.594擋傳動比i1.54空氣阻力系數(shù)C0.65擋傳動比i1滾動阻力系數(shù)f0.015主傳動比i6.33傳動效率η0.85重力加速度g(m/s9.8最佳動力性換擋規(guī)律汽車動力性是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到縱向外力決定、所能達(dá)到平均行駛速度。計算汽車原地起步加速時間時，忽視原地起步離合器打滑時間，即假設(shè)在最初時刻，汽車已具備起步擋位最低車速來計算，那么應(yīng)使汽車加速時間最小，即在1/a曲線交點(diǎn)處換擋，若無交點(diǎn)，則在低擋位加速行駛至發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時升擋。其她各擋間換擋時刻亦按此原則擬定。要保證最佳動力性，應(yīng)當(dāng)在汽車行駛加速度曲線圖上取同一油門開度下相鄰兩擋加速度曲線交點(diǎn)，即dvdtn=dvdtn+1。將不同油門下相鄰兩擋加速度交點(diǎn)連成曲線，即為動力性最佳換擋特性，將其轉(zhuǎn)換到a-v圖上就是最佳動力性換擋規(guī)律。嚴(yán)格來說需反映加速度在汽車正常行駛工況下，發(fā)動機(jī)有66%～80%時間處在非穩(wěn)態(tài)工況。在正常工作狀況下柴油發(fā)動機(jī)，普通是通過曲軸轉(zhuǎn)速、油門踏板位置（供油量調(diào)節(jié)齒桿位置）和空燃比這三項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)控制和調(diào)速。但是以時間t來看，當(dāng)浮現(xiàn)dne/dt依照資料，采用修正系數(shù)解決對柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)工況下輸出轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行修正，來作為非穩(wěn)態(tài)工況下輸出轉(zhuǎn)矩：Tdωdt—發(fā)動機(jī)曲軸角加速度（λ—非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降系數(shù)，取0.08由于轉(zhuǎn)速變化與車速及實(shí)際行駛狀況關(guān)于，在換擋過程中，由各相鄰擋位傳動比最大值為ig2ig3=1.76，換擋總過程時間為0.5s，假設(shè)在最大轉(zhuǎn)速處換擋，可知依照汽車動力學(xué)方程:T其中：Fw=C良好路面上滾動阻力系數(shù)如下式計算：FFδ=1+δ可依照貨車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)與傳動系總傳動比igi0關(guān)系圖，可得經(jīng)驗(yàn)公式δ=1+δ1于是則有：dTtqD隨發(fā)動機(jī)油門開度和轉(zhuǎn)速變化而變化。對于水平良好路面，采用有機(jī)機(jī)械變速器傳動系貨車取ηT=0.85[]孫冬野，余盼霞，陶林，尹燕莉．AMT電動換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析與參數(shù)化設(shè)計［J］．重慶大學(xué)學(xué)報，，34(6)：9～14．綜上可得其各油門開度下行駛加速度曲線如下：圖3.12EQ1090空載工況行駛加速度曲線由于傳動比影響，其一擋δ值甚大，因此導(dǎo)致二擋加速度比一擋加速度還大。將不同油門下相鄰兩擋加速度交點(diǎn)連成曲線，即為最佳動力性換擋特性。圖3.13行駛加速度曲線法將其轉(zhuǎn)換到a-v圖上就是最佳動力性換擋規(guī)律。圖3.14EQ1090空載工況行駛最佳動力性換擋規(guī)律嚴(yán)格說來，需反映加速度dv/dt、v和a所擬定空間坐標(biāo)來表達(dá)。圖3.15EQ1090空載工況行駛動態(tài)三參數(shù)最佳動力性換擋規(guī)律曲線上述曲線上是理論上最佳動力性換擋點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，若從低擋升高擋與高擋減少擋換擋點(diǎn)相似時,則極易產(chǎn)生換擋循環(huán),因此可以在已求得行駛加速度交點(diǎn)圖上，取交點(diǎn)加速度0.95作一條水平線，與相應(yīng)同油門開度下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)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力性。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可以在燃油消耗量最小換擋點(diǎn)進(jìn)行換擋，從而減少燃油消耗。研究發(fā)動機(jī)燃油消耗特性選用一種較為簡樸動態(tài)三參數(shù)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律制定辦法。發(fā)動機(jī)小時燃油消耗量Qt與汽車燃油消耗量Q(kg)關(guān)系為：Qt=dQdt=dQdududt,當(dāng)加速度取定值時，設(shè)du/dt=a,則可以得到燃油消耗量計算式：Q=1aQtdu。從上式可以看出,要使燃油消耗量最小就是要使積提成果最小,即要使上圖中同一油門開度[]張國勝，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］．中華人民共和國機(jī)械工程，，16(5)：446～449．圖3.16EQD140-31單位時間油耗曲線由圖中可知，油門開度過小時其數(shù)據(jù)不合理，因此選取100%、75%和50%油門開度曲線進(jìn)行擬合，得最佳經(jīng)濟(jì)性換擋點(diǎn)為下一擋穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)相應(yīng)速度處，但是在50%油門開度是存在于下一擋穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)換擋后不久兩擋就浮現(xiàn)交點(diǎn)，此時應(yīng)回到低擋，但由于低擋不久與相隔一擋發(fā)生交點(diǎn)，此時換擋即所謂“跳擋”會浮現(xiàn)較大換擋沖擊，因此不考慮換擋。又由于在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩并不穩(wěn)定，且高速時單位時間燃油消耗量變化較慢，同步行駛阻力較大，因此綜合考慮在下一擋穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)乘以1.1系數(shù)出相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行升擋，在當(dāng)前擋穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)降擋。此時與油門開度、載重量無關(guān)，近似于單參數(shù)換擋規(guī)律。圖3.17EQ1090空載工況行駛最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律發(fā)動機(jī)油門自適應(yīng)控制規(guī)律起步、換擋過程中，在離合器分離與接合，即離合器自動操作機(jī)構(gòu)邁進(jìn)與釋放行程同步，油門要進(jìn)行相應(yīng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，即普通所說“油離配合”，以便發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)適應(yīng)外部負(fù)載離合器摩擦轉(zhuǎn)矩Tq變化。離合器分離過程中，由于與整車慣量脫離且離合器轉(zhuǎn)動慣量小，為避免發(fā)動機(jī)超速，需減小油門，油門開度隨時間變化是減函數(shù)。離合器接合過程中，因與整車慣量接合，慣性質(zhì)量增大，為避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降至最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速如下，需增大油門，油門開度隨時間變化是增函數(shù)。本章小結(jié)本章重要研究內(nèi)容如下：1）詳細(xì)簡介了離合器最佳接合規(guī)律，分析了不同類型換擋規(guī)律各自特點(diǎn)，以及發(fā)動機(jī)油門自適應(yīng)控制規(guī)律；2）基于發(fā)動機(jī)特性與整車參數(shù)，通過汽車行駛方程式與燃油消耗方程式制定了動態(tài)三參數(shù)最佳動力性與最佳燃油經(jīng)濟(jì)性控制規(guī)律。

AMT操縱系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計電控機(jī)械式自動變速器（AMT）在老式手動齒輪式變速器基本上保存了絕大某些原總成部件，僅對操縱系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，其生產(chǎn)繼承性好，改造投入費(fèi)用少。同步由于控制規(guī)律規(guī)定，對離合器操縱機(jī)構(gòu)與油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計方案氣壓傳動具備構(gòu)造緊湊、多閥組合與機(jī)械電子高度結(jié)合特點(diǎn)，同步在中重型商用車輛上因制動系統(tǒng)需要均裝有充分氣源。因而以壓縮空氣作為驅(qū)動力離合器自動操縱機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備無需增長動力源、減輕駕駛員勞動強(qiáng)度、提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性長處。由于東風(fēng)EQ1090E型汽車使用氣壓雙回路制動系統(tǒng)，備有兩個主儲氣筒和單缸風(fēng)冷空氣壓縮機(jī)，其供后制動器主儲氣筒單向閥以三通管接有取氣閥，AMT操縱系統(tǒng)可以使用氣動元件來設(shè)計成氣壓驅(qū)動式離合器自動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于調(diào)壓閥作用，儲氣筒氣壓限制在0.7～0.74MPa。東風(fēng)EQ1090E型汽車使用單盤周布彈簧離合器。本設(shè)計AMT離合器自動操縱機(jī)構(gòu)取消離合器踏板及踏板軸總成，將離合器分離拉桿總成替代為氣缸活塞桿來推動離合器分離叉臂進(jìn)而通過度離叉凸緣使離合器分離叉繞其軸轉(zhuǎn)動。表4.1其原廠數(shù)據(jù)[[][]吳定才．東風(fēng)系列汽車零配件通用互換實(shí)用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，．名稱統(tǒng)一編號原廠編號規(guī)格計量單位每車用量單盤周布彈簧離合器總成——1601D-010只1離合器分離叉臂207116C-02064只1離合器分離叉凸緣207716C-02062只1離合器分離叉206916C-02063只1圖4.1離合器操縱機(jī)構(gòu)運(yùn)動狀態(tài)示意圖其氣缸活塞桿通過叉桿連接離合器分離叉臂，三維示意圖見圖4.2：圖4.2氣缸與連接某些示意圖電磁換向閥起作用后，氣源經(jīng)A口向氣缸無桿腔充氣，壓力p1上升。有桿腔內(nèi)氣體經(jīng)B口通過換向閥排氣孔排氣，壓力p2下降。當(dāng)活塞無桿側(cè)與有桿側(cè)壓力差達(dá)到氣缸最低動作壓力以上時，活塞開始移動?；钊坏﹩樱钊忍幠Σ亮磸撵o摩擦力突降至動摩擦力，活塞稍有抖動。活塞啟動后，無桿腔為容積增大充氣狀態(tài)，有桿腔為容積減小排氣狀態(tài)。本設(shè)計采用離合器完全接合信號來判斷離合器行程中各重要分界點(diǎn)位置。設(shè)計了一種帶有微動開關(guān)機(jī)械構(gòu)造件串聯(lián)于氣缸活塞桿上，離合器完全接合時，氣缸活塞桿上僅承受回位彈簧變形產(chǎn)生很小力，此時開關(guān)觸點(diǎn)未被壓縮，該開關(guān)信號為高電平；離合器開始分離時，由干離合器彈簧剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不不大于回位彈簧，氣缸活塞桿上開關(guān)觸點(diǎn)被壓縮，該開關(guān)信號變?yōu)榈碗娖?，因此可以將此?fù)跳變信號作為與離合器完全結(jié)合精準(zhǔn)位置相應(yīng)信號。將該信號作為離合器工作過程一種參照點(diǎn)，其位置是隨時依照離合器磨損等外部因素影響擬定。氣缸活塞桿通過叉桿連接離合器分離叉臂，在叉桿上串聯(lián)一微動開關(guān)，當(dāng)氣缸活塞桿受壓，觸發(fā)開關(guān)產(chǎn)生負(fù)跳變信號時，表白此時離合器已經(jīng)處在完全接合狀態(tài)邊沿而即將開始轉(zhuǎn)為分離狀態(tài)，此時由于是離合器分離階段，規(guī)定分離速度高，可以將節(jié)流閥所有打開，達(dá)到最大分離速度。離合器通過開始分離、實(shí)際分離和繼續(xù)分離狀態(tài)。通過位移傳感器位移信號變化量來擬定離合器所處狀態(tài)[[][]陳寧．電控機(jī)械式自動變速器控制系統(tǒng)研究［D］．福州：福建農(nóng)林大學(xué)，．從該信號變?yōu)榈碗娖剿查g直至離合器完全分離整個過程，將離合器行程提成三個某些:1、離合器完全接合信號發(fā)生負(fù)跳變到離合器開始分離為一段，此段行程相應(yīng)了傳遞鏈上各部件彈性變形；2、離合器開始分離到實(shí)際分離為一段，此段行程是接合到分離狀態(tài)變化；3、離合器實(shí)際分離到繼續(xù)分離為一段，此段行程就傳動性質(zhì)而言，并沒有本質(zhì)變化，只是主、從動件彈性翹曲得到舒展，對于EQ1090車型，這幾種階段行程值是基本不變并且都可以通過實(shí)驗(yàn)來擬定。當(dāng)前大多使用行程電位器阻值來擬定行程，但是由于離合器分離與接合響應(yīng)速度規(guī)定較快，且響應(yīng)頻率高，由于阻性電路特點(diǎn)，使用行程電位器誤差較大，有一定缺陷。由于離合器間隙普通為4mm，而普通電阻式直線位置緩沖距離就為4mm，不利于微小位移量測量。因此現(xiàn)使用直線位移光柵傳感器其辨別率可達(dá)到微米級，且電壓為24V，充分運(yùn)用汽車蓄電池，其正反向位移辨別率較高。只要記錄下離合器完全接合信號變低瞬間時直線位移光柵傳感器位移信號，再通過實(shí)驗(yàn)用壓力傳感器檢測離合器轉(zhuǎn)矩值變化，來擬定EQ1090實(shí)車離合器轉(zhuǎn)矩傳遞區(qū)域位移，及其各階段端點(diǎn)所相應(yīng)位移信號。離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計氣動機(jī)構(gòu)選用普通雙作用氣缸，離合器壓盤壓力為500kg，分離杠桿比25/12，分離叉比為3/1，因此分離叉處需要分離力約為800N，離合器行程反映到氣壓缸上為27.5mm，離合扭矩16.75N.m，徹底分離時間限制在0.4s以內(nèi)，那么氣缸慣性負(fù)載運(yùn)動速度v=27.50.4=68.75mm/s氣缸設(shè)計、計算[[][]成大先．機(jī)械設(shè)計手冊（第五版）單行本-氣壓傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，．1、缸徑、壁厚、活塞桿直徑與負(fù)載、彎曲強(qiáng)度和撓度計算普通雙作用氣缸實(shí)際輸出推力Fe=π4普通氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δD≤式中δ—缸筒壁厚，mpp—σpσσbn—安全系數(shù)，普通取n=6缸筒材料選用20鋼無縫鋼管，其抗拉強(qiáng)度σb≥390MPa，綜上可知δ=按公式計算出壁厚普通都很薄，加工比較困難，實(shí)際設(shè)計過程中普通都需按照加工工藝規(guī)定，恰當(dāng)增長壁厚，按無縫鋼管廠供應(yīng)管壁厚選用壁厚δ=3mm。初選活塞桿為外徑?16d≥F1σp—活塞桿材料許用應(yīng)力（Pa），σpS—安全系數(shù)，取4完全符合規(guī)定。計算長度L=30mm，安裝方式為固定-鉸支，m=2，氣缸活塞行程越長則活塞桿伸出距離也越長，對于長行程氣缸，活塞桿長度將受到限制。若在活塞桿上承受軸向推力負(fù)載達(dá)到極限力之后，活塞桿就會浮現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象，發(fā)生彎曲變形。因而，必要進(jìn)行活塞桿穩(wěn)定性驗(yàn)算其穩(wěn)定條件為F≤F—活塞桿承受最大軸向力，NFknkk—活塞桿橫截面回轉(zhuǎn)半徑，mk=細(xì)長比LFf—材料抗壓強(qiáng)度，鋼材f=A—活塞桿橫截面積，A=α—實(shí)驗(yàn)常數(shù)，鋼材α=FF=800N≤滿足穩(wěn)定性條件。撓度（因頭部自重下垂產(chǎn)生）驗(yàn)算δ=式中δ—撓度，cms—活塞桿伸出長度，cmE—材料橫向彈性模量，鋼材E=2.1x1011J——活塞桿橫截面慣性矩，mJ=q—活塞桿1cm長當(dāng)量質(zhì)量，低碳鋼密度7.85g/cmδ=完全符合規(guī)定。2、緩沖計算由于離合器分離規(guī)定，要防止氣缸運(yùn)動到行程末端時撞擊缸蓋，依照規(guī)定，采用由緩沖柱塞、節(jié)流閥和緩沖腔室等構(gòu)成氣墊緩沖構(gòu)造。依照國產(chǎn)氣缸慣用柱塞直徑和緩沖長度原則，選用柱塞直徑為20mm，緩沖長度為15mm。3、進(jìn)、排氣口計算：普通氣缸進(jìn)、排氣口直徑大小與氣缸速度關(guān)于，依照ISO規(guī)定依照氣缸直徑選用氣口尺寸M14x1.5（G1/4）。4、耗氣量計算由于離合器分離操作是依照行駛路況和汽車工況決定，因此無法擬定其平均耗氣量，只計算其最大耗氣量，即氣缸活塞完畢一次行程所需耗氣量Q式中S—?dú)飧仔谐?，cmt—?dú)飧滓淮瓮鶑?fù)行程所需時間，5、連接與密封由于氣缸外徑較小，重量較輕，因此選取拉桿式螺栓連接，其構(gòu)造簡樸。易于加工，易于裝卸。依照J(rèn)B/T6659-1993《氣動用O形橡膠密封圈尺寸系列和公差》查得，氣缸筒與先后缸蓋密封使用O形橡膠密封圈，內(nèi)徑d1=36.5±0.30，d2=2.00±0.09；依照GB/T10708.1-《活塞L1密封溝槽用Y形橡膠密封圈構(gòu)造型式、尺寸和公差》查得活塞密封使用Y形橡膠密封圈，其詳細(xì)參數(shù)為：表4.2DdL1外徑寬度高度D1D2極限偏差S1S2極限偏差h極限偏差40306.341.239.4±0.256.24.4±0.155.6±0.2依照GB/T10708.3-《A型防塵圈型式和尺寸》查得防塵密封圈使用A型防塵圈（單唇無骨架橡膠密封圈），其詳細(xì)參數(shù)為：表4.3dDL1d1D1S1h1基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差1624514.5±0.2524±0.153.5±0.155(-0.30,0)6、活塞桿承載能力普通徑向力負(fù)載數(shù)值不大于理論計算成果，因此需使用查表法。由負(fù)荷ISO15552原則氣缸負(fù)載特性圖中徑向力與行程關(guān)系表查知，缸徑為φ40mm，行程為30mm原則氣缸許用徑向力Fq綜上計算后，選取國產(chǎn)QGBⅡ氣缸，詳細(xì)參數(shù)為：表4.4氣缸品種國產(chǎn)QGBⅡ氣缸氣缸內(nèi)徑D/mmφ40行程s/mm30使用壓力/MPa0.7最高工作壓力/MPa1使用速度范疇/(mm/s)50～100使用溫度范疇/℃-25～80(不凍結(jié)條件下)工作介質(zhì)空氣、干燥空氣給油不需要(也可給油)緩沖兩側(cè)可調(diào)緩沖緩沖行程/mm15工作壽命/km≥50圖4.3～圖4.5為國產(chǎn)QGBⅡ氣缸某些零件圖與裝配圖：圖4.3活塞桿零件圖圖4.4后氣缸蓋零件圖圖4.5國產(chǎn)QGBⅡ氣缸裝配圖離合器操縱機(jī)構(gòu)工作過程離合器分離階段，電磁鐵1DT通電，電磁換向閥左位起作用，氣源經(jīng)A口向氣缸無桿腔充氣，壓力p1上升。有桿腔內(nèi)氣體經(jīng)B口通過換向閥排氣孔排氣，壓力p2下降?；钊麩o桿側(cè)與有桿側(cè)壓力差達(dá)到離合器操縱力以上，活塞開始移動?；钊麠U帶動離合器分離叉逆時針轉(zhuǎn)動，推動分離套筒使向飛輪方向移動，對分離杠桿內(nèi)端施加推力，杠桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，其外端通過擺動支片推動壓盤克服壓緊彈簧力而后移，從而撤除對從動盤壓緊力，于是摩擦作用消失，離合器不再傳遞任何轉(zhuǎn)矩，即離合器轉(zhuǎn)入了分離狀態(tài)。依照到位信號，電磁鐵1DT斷電，電磁換向閥恢復(fù)中位，活塞桿保持不動。離合器接合階段，電磁鐵2DT通電，電磁換向閥右位起作用，氣源經(jīng)B口向氣缸有桿腔充氣，壓力p2上升。無桿腔內(nèi)氣體經(jīng)A口通過換向閥排氣孔排氣，壓力p1下降?；钊袟U側(cè)與無桿側(cè)壓力差達(dá)到摩擦力值，活塞開始反向移動。在離合器壓緊彈簧作用下，壓盤前移，分離杠桿外端繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，內(nèi)端推動分離套筒使向變速器方向移動，分離叉順時針轉(zhuǎn)動，受活塞桿行程限制。逐漸恢復(fù)從動盤壓緊力，于是摩擦作用恢復(fù)，離合器開始傳遞轉(zhuǎn)矩，即離合器轉(zhuǎn)入了接合狀態(tài)。依照到位信號，電磁鐵2DT斷電，電磁換向閥恢復(fù)中位。氣缸運(yùn)動速度調(diào)節(jié)采用節(jié)流調(diào)速，若采用進(jìn)氣節(jié)流調(diào)速時，由于進(jìn)氣流量少，排氣流量大，則排氣腔內(nèi)氣體壓力不久減少，而進(jìn)氣腔內(nèi)氣體壓力上升較慢，其兩腔壓力差剛好克服阻力負(fù)載時，活塞就運(yùn)動，但由于進(jìn)氣腔容積變化增長較大，而供氣流量局限性，致使進(jìn)氣腔中空氣壓力又進(jìn)一步下降，可使活塞兩側(cè)壓力差所產(chǎn)生作用力不大于各種阻力負(fù)載，此時活塞就停止邁進(jìn)，直到進(jìn)氣腔繼續(xù)進(jìn)氣，活塞重新開始向前運(yùn)動，使活塞產(chǎn)生“忽停忽走”或“忽快忽慢”運(yùn)動現(xiàn)象也即氣缸“爬行”，因此在氣缸調(diào)速中不選用進(jìn)氣節(jié)流，而選用排氣節(jié)流辦法。當(dāng)離合器接合時，在通過相應(yīng)位置信號判斷后，通過調(diào)節(jié)排氣節(jié)流閥開度，對氣缸不同行程時速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到離合器最佳結(jié)合規(guī)律規(guī)定。在l1行程內(nèi)，節(jié)流閥全開，使活塞桿速度最大；當(dāng)離合器結(jié)合信號發(fā)生負(fù)跳變時，即開始l2行程，減小排氣節(jié)流閥1開度，進(jìn)而減小排氣流量，減小活塞兩側(cè)壓力差，使活塞桿速度減慢；在l3行程內(nèi)，節(jié)流閥全開，使活塞桿速度最大。l2行程是通過實(shí)驗(yàn)擬定，l1與lAMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計MT原機(jī)構(gòu)設(shè)計方案本論文所采用EQ1090中型貨車原手動機(jī)械變速器選換擋操縱機(jī)構(gòu)為直接操縱機(jī)構(gòu)，它布置在駕駛員座位附近，變速桿從駕駛室底板伸出，由駕駛員直接操縱。操縱機(jī)構(gòu)由變速桿、撥塊、撥叉、撥叉軸以及安全裝置等某些構(gòu)成。變速器為5速變速器，采用三軸式構(gòu)造。表4.5原廠手動變速器數(shù)據(jù)名稱統(tǒng)一編號原廠編號規(guī)格計量單位每車用量變速器總成255017D-00030（帶手制動器）各擋變速比只1（一）7.31（二）4.31（三）2.56（四）1.54（五）1.00（倒）7.66變速器蓋28511700D-215B變速器換擋叉2875(一、倒)1700C-2522877(二、三)1700C-2622879(四、五)1700C-272只111變速器換擋叉軸2884(一、倒)1700C-251A2886(二、三)1700C-261A2888(四、五)1700C-271A尺寸/mm只111外徑全長191919261193193變速叉軸彈簧28991700C-291（?10.3x33.11圈，鋼絲?1.8只3變速器換擋叉導(dǎo)塊2940(一、倒)1700C-253只1原手動機(jī)械變速器操縱機(jī)構(gòu)擋位布置為：1—N1—R|3—N2—2|5—N3—4圖4.6原手動機(jī)械變速器操縱機(jī)構(gòu)三維示意圖由于采用五擋變速器，操縱機(jī)構(gòu)只需要三根撥叉軸。一、倒擋和二、三擋各占一根撥叉軸，四擋和五擋共用一根撥叉軸。操縱桿先通過選擋，再通過推動與擋位相應(yīng)撥塊帶動撥叉軸及撥叉向前或向后移動，實(shí)現(xiàn)掛擋。因而，變速器掛擋可分為選擋和換擋兩個過程。為了保證變速器在任何狀況下都能精確、安全、可靠地工作，其操縱機(jī)構(gòu)設(shè)立了安全裝置。涉及自鎖、互鎖和倒擋鎖裝置。為防止變速器自動脫擋，并保證齒輪以全齒寬嚙合，在其操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)立自鎖裝置；設(shè)立互鎖裝置，可以防止變速器同步掛入兩個擋位；由于手動機(jī)械式變速器存在倒擋鎖裝置，掛入倒擋所需操縱桿推力比其他擋位要稍大某些。AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計AMT操縱系統(tǒng)自動選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用電控方式。使用兩個電機(jī)垂直布置來控制選換擋過程中選換擋桿移動。由于采用電控方式，由控制規(guī)律控制選換過程，不會浮現(xiàn)誤掛倒擋狀況，并且在行駛過程中不會浮現(xiàn)像脫擋類似掛入倒擋狀況發(fā)生，只是在起步時防止人為地誤掛倒擋，因此取消了倒擋鎖構(gòu)造。由于原手動機(jī)械變速器中變速叉軸彈簧，是為了防止在換擋后由于振動或其她因素使以嚙合齒輪脫擋，或同步掛入兩個擋位而設(shè)立自鎖和互鎖裝置。這些裝置重要由彈簧和鎖球構(gòu)成，鋼球被彈簧壓緊在叉軸上相應(yīng)凹槽內(nèi)，使叉軸位置被固定在規(guī)定位置。只有在換擋時駕駛員通過變速桿對換擋叉和叉軸施加一定軸向力，克服彈簧壓力使鋼球退出凹槽，叉軸才可以軸向移動。這樣在汽車行駛工況中起到保證安全作用，因此這種機(jī)械自鎖互鎖構(gòu)造可以應(yīng)用在電動選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。保存原手動機(jī)械變速器中撥叉軸和撥叉，將手動換擋桿改成尺寸更小選換擋桿，加裝有選擋軸總成和選擋電機(jī)，換擋槽總成和換擋電機(jī)。選擋軸通過擋圈與選換擋桿固定。換擋槽通過起杠桿作用選換擋桿來操縱換擋過程，其杠桿比為1。再依照選換擋機(jī)構(gòu)尺寸和布置設(shè)計變速箱頂蓋及其附件，由于尺寸限制，選擋電機(jī)布置在頂蓋內(nèi)，其線路從兩個電機(jī)支承板與頂蓋接合處加工出孔中布線，可起到通氣塞作用。圖4.7選換擋操縱機(jī)構(gòu)總體三維圖（右隱藏頂蓋）圖4.8選換擋操縱機(jī)構(gòu)工程圖依照青山工業(yè)AMT換擋操縱力實(shí)驗(yàn)臺數(shù)據(jù)，選擋力為50N，換擋力為300N。選換擋操縱機(jī)構(gòu)分為選擋與換擋兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們互相正交，又稱x-y換擋器。它們各自有三個停止位置，構(gòu)成矩陣方式。這對5個邁進(jìn)擋1個倒擋變速器而言，比采用平行式換擋器構(gòu)造簡樸、緊湊。但由于插入選擋動作，使有選擋動作換擋時間比平行式延長。選擋和換擋操作都是直線運(yùn)動，而為了運(yùn)用汽車上24V蓄電池，各自驅(qū)動單元都選取直流電動機(jī)，其運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此需要設(shè)計兩個將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為往復(fù)平動機(jī)構(gòu)。選擋行程，2-3擋?1-R擋行程為20mm，2-3擋?4-5擋行程為20mm，因此選擋軸行程為20mm；換擋行程：1?R擋是直齒移動換擋行程為24mm，2?3擋是鎖銷式同步器換擋行程為14mm，4?5擋是鎖銷式同步器換擋行程為14mm，因此換擋槽行程為14mm或24mm。依照機(jī)械傳動實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，AMT選換擋過程中，合理選擋時間為0.16s，換擋時間為0.24s。、選擋機(jī)構(gòu)設(shè)計：選擋機(jī)構(gòu)使用齒輪齒條機(jī)構(gòu)。已知選擋力為50N，選擋軸行程為20mm，傳遞扭矩為2500Nm。設(shè)計選擋齒輪m=2，z=20，節(jié)圓半徑為20mm，那么選擋軸速度為125mm/s，選擋齒輪轉(zhuǎn)速為60r/min，選擋電機(jī)功率為6.25W，因此選取蝸輪蝸桿直流減速電機(jī)，詳細(xì)技術(shù)參數(shù)為：表4.6型號規(guī)格使用電壓減速比空載轉(zhuǎn)速空載電流輸出力矩負(fù)載轉(zhuǎn)速負(fù)載電流功率運(yùn)營方向DC/VrpmmAkg.cmrpmmAW蝸輪蝸桿直流減速電機(jī)241/49708036014015雙向可逆經(jīng)計算，其齒輪節(jié)圓與齒條中線處扭矩為2500N?選取平頭普通平鍵(B型)作為齒輪和選擋電機(jī)連接，其鍵槽尺寸為：表4.7軸頸鍵鍵槽公稱直徑d公稱尺寸bxh寬度深度半徑r公稱尺寸b偏差軸轂普通鍵連接軸N9轂JS9t極限偏差t極限偏差最小最大82x22-0.004-0.029±0.01251.2+0.101+0.100.080.16鍵尺寸為：表4.8寬度高度C或r長度L公稱極限偏差(h14)1000件重量/kgb公稱極限偏差(h9)h公稱極限偏差(h11)20-0.02520-0.060.2200-0.520.628平鍵軸槽長度公差用H14。為了便于裝配，軸槽、輪轂槽寬度兩側(cè)面粗糙度Ra=1.6～選擋操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計圖如下：圖4.9選擋操縱機(jī)構(gòu)三維圖圖4.10選擋操縱機(jī)構(gòu)工程圖、換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計：換擋槽速度為58.33mm/s或100mm/s，換擋力為300N，換擋槽作用力300N，換擋電機(jī)選轉(zhuǎn)速為1500r/min。相對選擋過程來說，換擋過程中受力較大，因此不適合選用齒輪齒條運(yùn)動副，由于滾珠絲杠副有傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)、可以預(yù)緊、工作壽命長、定位精度和重復(fù)定位精度高、同步性好、可靠性高等長處，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為平動機(jī)構(gòu)還可以選用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副可分為定位用(P型)及傳動用(T型)兩種。P型用于精準(zhǔn)定位且能依照旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程間接測量行程，T型位移精度不是很高。因此咱們選用P類絲杠副。1、滾珠絲杠副選取詳細(xì)計算過程[[][]成大先．機(jī)械設(shè)計手冊單行本-機(jī)械傳動[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，．[15]古永棋，張偉．汽車電器及電子設(shè)備[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，．[16]劉振軍，秦大同，胡建軍．重型車輛自動變速技術(shù)及發(fā)展趨勢［J］．重慶大學(xué)學(xué)報，，26(10)：10～14．[17]劉振軍，秦大同，胡建軍．重型車輛電控機(jī)械式自動變速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，，42(8)：7～14．[18]司洪來．淺析汽車電控機(jī)械式自動變速器(AMT)［J］．1994~中華人民共和國學(xué)術(shù)期刊電子出版社，，(2)：43～45．[19]蘇玉剛，黃建明，楊志剛，曹長修．電控機(jī)械式自動變速器80C196KC單片機(jī)控制［J］．汽車電器，1999(5)：7～10．[20]孫東野，秦大同．汽車離合器局部恒轉(zhuǎn)速起步自動控制研究［J］．機(jī)械工程學(xué)報，,39(11)：108～112．計算項(xiàng)目單位計算公式闡明初算導(dǎo)程PmmP取Pvmax—nmax—當(dāng)量載荷FN當(dāng)載荷在Fmin和FF=當(dāng)量轉(zhuǎn)速nr/min當(dāng)轉(zhuǎn)速在nmax和nn額定動載荷CNCam有預(yù)加載荷，Cam選Cam'與C精度系數(shù)—fa可靠性系數(shù)—fc載荷性質(zhì)系數(shù)—fw預(yù)期工作壽命—L預(yù)加載荷系數(shù)—fe最大軸向載荷—F估算滾珠絲杠容許最大軸向變形δμmδmδm取δm'與δmP5級滾珠絲杠300mm重復(fù)定位精度為0.023mm，116mm重復(fù)定位精度為0.00889mm；定位精度未知估算滾珠絲杠底徑dmmF0=da—支撐方式系數(shù)，兩端固定或是鉸支時取0.039F0—μ0—L—滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間距離，常取1.1行程+(10～14)P擬定滾珠絲杠副規(guī)格代號按《機(jī)械設(shè)計手冊：機(jī)械傳動（單行本）》表11-1-13及表11-1-14選定滾珠螺母型式，按上述估算Ph、Cam、d2m值從表11-1-30～表11-1-33中選出適當(dāng)規(guī)格代號及安裝、連接尺寸，并使d選用內(nèi)循環(huán)、浮動式(F)、單螺母增大鋼球預(yù)緊(Z)，規(guī)格代號1604-3。單螺母增大鋼球預(yù)緊是一種類似于過盈配合預(yù)緊方式，普通用于滾道截面形狀為雙圓弧時，采用安裝直徑比正常大幾種μm鋼球進(jìn)行預(yù)緊裝配。構(gòu)造最簡樸、緊湊，但不適當(dāng)預(yù)緊力過大場合，不可調(diào)節(jié)，軸向尺寸小。計算預(yù)緊力FN當(dāng)最大軸向工作載荷Fmax能擬定期行程補(bǔ)償值CμmlC=11.8?t溫度變化值—?t=2滾珠絲杠副有效行程—l預(yù)拉伸力FNF絲杠螺紋底徑—d滾動軸承型號選取計算兩端選取7001AC單列角接觸球軸承詳細(xì)參數(shù)見下表電動機(jī)選取計算系統(tǒng)剛度K計算N/Ks(二端固定或鉸支)K1滾珠絲杠副抗拉剛度—Ks軸承剛度—Kb=N/μm，優(yōu)先選角接觸球軸承，兩端鉸支預(yù)緊軸向接觸剛度—R=442N/滾珠螺母中點(diǎn)至軸承支點(diǎn)距離—a=58mm滾珠絲桿副精度選取參照表11-1-25參照普通機(jī)械選取精度P5，并校核系統(tǒng)剛度K值，進(jìn)行必要驗(yàn)算滾珠絲杠壓桿穩(wěn)定性FcNF臨界壓縮載荷—FcK1—安全系數(shù)，絲杠水平安裝取1支承系數(shù)—K2絲杠最大受壓長度—Lc1滾珠絲杠副所受最大軸向壓縮載荷—F滾珠絲桿副極限轉(zhuǎn)速ncr/minn支承系數(shù)—f=9.7；臨界轉(zhuǎn)速計算長度—Ldn值校驗(yàn)r*mm/mind滾珠絲桿副公稱直徑—d0滾珠絲桿副最大轉(zhuǎn)速—n額定靜載荷CoaNf滾珠絲桿副基本軸向額定靜載荷—Coa靜態(tài)安全系數(shù)—fs，普通取1～2滾珠絲桿副最大軸向載荷—F絲杠軸拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算δ絲杠軸許用拉壓應(yīng)力—δ其循環(huán)方式選用內(nèi)循環(huán)，內(nèi)循環(huán)滾珠絲桿副性能參數(shù)：表4.9規(guī)格代號公稱直徑/mm公稱導(dǎo)程/mm絲杠大徑/mm滾珠直徑/mm絲杠底徑/mm螺母長度/mm額定載荷/kN剛度dPdDdLCCR1604-316415.32.50813.5385.19.7442滾珠絲杠副滾珠螺母安裝連接尺寸(JB/T9893-1999)表4.10滾珠螺母安裝連接尺寸/mmDDDBDDh285238104.88.54.5其軸承選取7001AC角接觸軸承，詳細(xì)參數(shù)如下：表4.11基本尺寸/mm基本額定載荷/kN極限轉(zhuǎn)速/r重量/kgdDBCC脂W122885.202.55180000.02其她尺寸/mm安裝尺寸/mmdDarminrmindminDminrmin17.423.68.70.30.1514.425.60.37001AC角接觸軸承校核計算：查關(guān)于軸承數(shù)據(jù)由于工作零件位置在兩軸承之間，為了得到更好剛性，因此選取面對面安裝，由機(jī)械設(shè)計手冊查得7001AC軸承關(guān)于數(shù)據(jù)：

Cr=5.20kN，C0r計算兩支承徑向載荷不考慮自重，由數(shù)據(jù)知選擋力極限值為100N，，在1擋或R擋時為極限狀況，假設(shè)為1擋狀況，那么兩支承徑向載荷為FR1計算兩支承軸向載荷對于7001AC型軸承，軸承內(nèi)部軸向力Fs=eFR，其中e為判斷系數(shù)，由于α=25°Fs1=0.68FR1=0.68x29.3N=19.9N，F(xiàn)s2=0.68FR2=0.68x70.7N=48.1N，方向指向內(nèi)，由于換擋電機(jī)提供力與換擋時阻力作用下，有也許在同步過程結(jié)束后，換擋力仍在，因此Fa=300N，方向與Fs1相似，由于FFA1=計算兩軸承當(dāng)量動載荷對于軸承Ⅰ，F(xiàn)A1FR1P對于軸承Ⅱ，F(xiàn)A2FR2P由于Pr2>Pr1，軸承計算軸承基本額定壽命由公式計算：L查表知，因軸承在正常溫度下(<120℃)工作，則ft=1；按中檔沖擊振動，取載荷系數(shù)fpL該軸承壽命滿足使用規(guī)定。2、電動機(jī)選取計算已知條件與電動機(jī)選取有關(guān)已知條件有：轉(zhuǎn)速1500r/min，工作電壓24V。求電動機(jī)功率電動機(jī)功率P：P=式中F為所受力、V為力方向上速度、η為絲杠傳動效率普通絲杠η=90%P=換擋電動機(jī)功率設(shè)計值普通為計算值1.2～1.3倍，考慮到功率余量和電機(jī)市場狀況，選取額定電壓24V，額定功率為60W90ZY04型直流永磁電機(jī)作為本設(shè)計換擋電機(jī)。表4.12重要技術(shù)參數(shù)型號額定功率/W額定轉(zhuǎn)速/(額定轉(zhuǎn)矩/mNm電流/A電壓/V容許正反轉(zhuǎn)速差/(90ZY046015004004.524150表4.13外形尺寸參數(shù)型號NhHMPSDLdlh7±0.15h790ZY-49?70367692?6.6?90152?8163、聯(lián)軸器選取本次設(shè)計規(guī)定構(gòu)造緊湊裝配簡樸，而聯(lián)軸器選取是依照使用場合以及經(jīng)濟(jì)規(guī)定合理地選取類別。由于絲杠需要轉(zhuǎn)矩不是太大，重要是依照尺寸規(guī)定進(jìn)行聯(lián)軸器選用。電機(jī)輸出軸直徑?8mm，絲杠軸端直徑為?9mm，應(yīng)選8×9TGLA1鼓形齒式聯(lián)軸器。詳細(xì)參數(shù)如下表。表4.14型號公稱轉(zhuǎn)矩Tn/Nm許用轉(zhuǎn)速[n]/r軸孔直徑

d軸孔長度LDDBBSd重量/kg轉(zhuǎn)動慣量/kgTGLA110100008，920402538174M50.2000.00003換擋操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計圖如下：圖4.11換擋操縱機(jī)構(gòu)三維圖圖4.12換擋操縱機(jī)構(gòu)工程圖AMT選換擋操縱機(jī)構(gòu)工作原理由于對原變速箱未作改動，因此各擋位位置不變。在三個換擋撥叉軸兩端安裝六個行程開關(guān)，以擬定六個擋位與否換擋到位，在選換擋桿選擋位移方向兩端安裝U字型槽式光電開關(guān)，以鑒定空擋擋位N1、N