自动换挡器

关键词： 电子式 换挡 自动 变速器

自动换挡器（精选八篇）

自动换挡器 篇1

换挡器作为变速器的基本配置,是驾驶员对变速器执行挡位选择不可缺少的接口。传统换挡器在变速器上都是机械式的,通过拉索直接和变速器的执行机构相连,以达到手动换挡的目的。即使是自动变速器的换挡器,也是根据自动挡汽车的动力传输系统,即自动挡变速器的要求,把发动机的动力通过液力传输到驱动轮上,由不同的齿轮组合来实现变速、变扭矩和变驱动方式(前进、倒车和停车)。随着电子技术的逐渐渗透,自动变速器以其舒适和方便的优势,正在逐步取代手动变速器,成为汽车行业的主流。而液力自动变速器(AT)以其传动平稳,操作容易,舒适性好,在众多自动变速器中,脱颖而出。为了能使驾驶员能够方便地了解自动变速器的当前挡位,并且选择驾驶员需要的动力或经济换挡模式,这就使得机械式换挡器不能满足当前需求,所以需要电子式换挡器作为自动变速器的人机交互接口。

商用车AT电子式换挡器的主要功能

电子式换挡器是一种利用通讯线发送操作人员期望参数到变速器控制器的设备。目前市场上的电子式换挡器大致分为三类:手柄式、面板式和旋钮式,主要特点是不需要机械传动机构发送命令,只需要通过通讯线和变速器控制器做互连即可。商用车AT上的电子式换挡器一般带一个显示器,显示器用于显示可选择的最高挡位和变速器正在运行的当前挡位,同时具有显示故障码和变速器油位状态等的功能,它是操作者对于变速器目前运行状态或健康状态的一个指示器。其主要的功能都体现在这个电子显示器上。以下介绍下商用车AT的电子式换挡器的主要功能。

1. 钥匙开关ON(接通)

点火钥匙开关O N(接通)时,电子式换挡器将显示两个“N”,用于告知操作者已经选择了空挡,且变速器处于空挡。

2. 选择“D”挡或前进挡

选择“前进”挡后,一旦变速器移出空挡,电子式换挡器就会显示可以操作的最低挡位和最高挡位。

3. 选择“R”挡或倒退挡

选择倒退挡时,一旦变速器从空挡切换至倒退挡,电子式换挡器就会显示两个“R”。

4. 闪烁字符

当不满足换挡条件时,换挡显示器会警告驾驶员。从空挡换至其他挡位时会受到发动机转速及车速的限制。超出这些限值会限制驾驶员移出空挡或进入空挡。软件中的某些特性也能控制变速器何时换挡。换挡面板显示屏左侧数字或者期望挡位会持续闪烁,直到驾驶员再次选择空挡或满足移出空挡的条件。

5. 单字符

如果换挡面板显示一个单个的“N”,表示此时变速器存在故障,并且故障报警指示灯也将点亮。

6. 破折号

当变速器和电子式换挡器之间无法通过数据通信线进行通信时,电子式换挡器将会显示两个破折号,以提示操作者检查通讯线路。

7. 故障码显示

电子式换挡器显示器能够显示故障码,具体故障码定义一般遵守某个通讯协议,或者变速器厂自定义的通讯协议,故障码主要用来帮助变速器维修服务人员进行故障排除。

8. 油液寿命显示

液力自动变速器就是靠控制变速器油的油压进行换挡的,所以显示油液寿命非常重要,它是考察变速器是否需要保养的一个重要指标,所以这个功能也可以通过电子式换挡器实现,主要是通过按下电子式换挡器上的按键,触发油液寿命显示的功能。具体油液寿命显示方式,要根据变速器厂家自定义。

9. 变速器健康指示

当变速器的电子式换挡器显示屏能够显示变速器是否需要保养,可以通过触发换挡器上的按键,以触发此功能,提示驾驶员变速器是否需要保养或更换变速器。

1 0. 油位检查

液力自动变速器对于加入的变速器油液的多少是有严格要求的,既要保证变速器充分润滑,油压正常,还要保证油搅动损失最小,所以,对于新装的变速器,或者运行了一段时间的变速器,操作者都应该检查下变速器里面的油量是否在合理的范围内,这就需要电子式换挡器显示屏能够随时电子式换挡器应该能够显示变速器加油量的多少,以告知驾驶员是否需要增加或减少变速器油,以延长变速器的使用寿命。

1 1. 模式切换

当操作者需要车有较好的动力性或经济性时,换挡器上有按键可以触发进行模式切换,此模式主要定义为对于AT换挡的动力性和经济性的选择。

1 2. 手动模式切换

换挡器上有按键可以触发手动模式切换,此模式触发后,AT不能自动换挡,驾驶员或操作者可以选择自己希望的挡位,除非出现对变速器或发动机有危害的情况,一般都会按照操作者的意愿选择所需挡位。电子式换挡器的显示器上会显示手动模式的字符,并显示操作者选择的挡位和当前挡位。

商用车液力自动变速器电子换挡器的发展方向

通过以上功能的描述可以看出,商用车AT电子换挡器的功能相比机械式换挡器更为强大,也更为智能化,它不仅是一个换挡显示界面,更提供给操作者一个更多的信息量,以使得操作者能够及时方便的了解变速器的健康状况。今后随着电子信息化的逐步渗透,电子换挡器的软件功能会更加强大,并向以下几个方向发展:

(1)智能信息化。随着电子信息技术的不断发展,像4G无线通讯和触摸屏等技术的融入,换挡器的显示屏和按键可以集成到智能仪表中,通讯协议可以直接使用4G无线通讯和变速器直接交互,将变速器的信息直接显示到仪表中,并使用触摸屏作为触发驾驶员请求的动力经济的模式切换等功能。

(2)电子式换挡器体积减小。随着电子工艺水平的不断提升和处理器芯片的升级,在相同性能的基础上,电子式换挡器的体积会越来越小型化。

(3)集成化程度高。随着缓速器等部件在自动变速器上的一体化,选挡器和缓速器手柄等的一体化产品会越来越多,或者是一些变速器的故障灯,开关等都可以集成在换挡器上。

结语

自动学习器作文 篇2

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AT换挡器换档力分析及优化 篇3

在某新车型AT变速器样车试验过程中, 试车员反馈该车换挡手感差, 通过组织评审共得到50个有效样本, 评审后对问题的反馈表现为部分挡位换档力偏大, 换挡力大小差异大, 挡位间隙大, 换挡有颗粒感。换挡手感的影响因素包括变速器、换挡拉索及换挡器, 而变速器及换挡拉索均为沿用件, 前面的车型已经验证, 因此初步判断问题出在新开发的换挡器上。

二、换档力量化分析

针对本现象, 我们应用换挡力测试仪对车辆的行程力进行测量, 测试仪如图1所示, 主要是由数据采集系统、二分力传感器、测量臂转角传感器、球头行程传感器、支架系统及数据采集软件组成。将相关设备进行连接固定, 把二分力传感器代替原换挡球头固定, 启动软件设置零点, 开始进行数据采集。将换挡球头 (即二分力传感器) 沿P-R-N-D-2-L移动, 即可得到换挡行程/换档力曲线 (见图2)

由测试结果可以看出, 每个挡位位置附近的换档力随挡位位移建立较慢, 主观体现为挡位间隙大, R→P及2→D换档力接近30N, 力值偏大, 最小力为2→L挡, 力值为15N, 挡位间的换档力差值为15N, 测量的换档力曲线曲率变化不连续, 时而发生跳跃, 主观评价体现为有颗粒感。

三、结构参数优化

根据测试结果判断, 造成以上系列问题的原因为换挡器上的定位齿形板与定位销匹配不当导致。主要表现为 (如图3所示) :

1限位槽两侧斜率不一致, 导致换档力大小不一;

2定位销配合的限位槽斜率较小, 导致挡位间隙大;

3限位槽齿顶较高, 定位销行程过大, 导致换档力大;

4换挡杆定位销顶端及限位槽表面粗糙度较差, 导致换挡颗粒感。

针对以上问题重新调整限位槽模具及定位销球端表面粗糙度, 调整前后如图4所示。

四、优化结果验证

整改后的换挡器总成装车后, 换档力测试仪测试结果如图5所示。由测试结果可以看出, 整改后每个挡位位置附近的换档力随挡位位移迅速建立, 主观感觉间隙明显变小, 各挡位的换档力基本保持在20N至25N之间, 换挡曲线平滑, 手感转为顺畅。

通过组织原参与测试人员进行主观评价, 得出50份有效样本, 统计结果表明整改后换挡感觉改善明显, 总体评价达到优良水平, 评价统计结果参考图6。

结语

在目前整车厂换挡器设计开发过程中, 往往只通过简单的主观评价判断产品质量水平, 但无法具体到问题点, 难以形成有指导性的客观数据, 以指导进行产品改进。目前国内汽车的质量水平有了长足的进步, 消费者对产品的商品性越来越挑剔, 作为驾驶员经常使用的换挡器, 性能好坏日渐影响消费者对整车的评价。本文以实践为基础, 介绍了换挡器商品性的主客观评价方法, 并借助相关设备将问题量化, 寻找问题解决方案, 很好的提高了换挡器产品的性能质量。其中介绍的方法可作为类似产品开发验证的参考。

参考文献

[1]黄建明, 曹长修, 苏玉刚.机械式自动变速器的换挡控制[R].重庆大学学报, 2005 (01) .

[2]葛安林, 沈波.AMT换挡品质的研究[J].汽车技术, 2003 (02) :43-45.

[3]夏迎春.动力传动系统在换挡过程中的整体控制[D]北京:北京理工大学, 2002.

[1]黄建明, 曹长修, 苏玉刚.机械式自动变速器的换挡控制[R].重庆大学学报, 2005 (01) .

[2]葛安林, 沈波.AMT换挡品质的研究[J].汽车技术, 2003 (02) :43-45.

自动换挡器 篇4

同步器换挡拖拉机属于全球中端市场主流产品, 因技术含量高、生产要求精密、成本较传统啮合套换挡拖拉机高等原因一直都为国际品牌所采用, 国内农机制造企业虽然在该领域进行了长时间的技术攻关和探索, 但之前还没有同类产品在国内外市场进行投放。本届广交会上雷沃农业装备依托福田雷沃重工雄厚的科研能力, 对接国际先进技术, 在对变速箱进行重新设计, 突破了一系列技术难题后重磅推出的同步器拖拉机, 充分考虑了海外市场的主流需求和国内用户对高端拖拉机机型的潜在需求。这款拖拉机所采用的同步器换档技术代表了目前国内同领域最高技术水平。

据了解, 此次展会上雷沃农业装备展出的该款拖拉机装配16+16梭式换挡装置, 主变速、梭式挡、高低挡全部采用同步器换挡, 具有换挡时间短、换挡操纵力小、换挡更加平顺等特点, 大大提高了拖拉机作业适用性和驾乘舒适度, 能满足更多工况作业需求。另外该拖拉机还配备了欧洲技术的雷沃动力发动机, 配备空调安全驾驶室, 使用流线型金属机罩, 具有动力强劲、低油耗、排放清洁、低噪声、经济高效等优点。同时具备坚固的驱动桥、便捷的维修保养、安全的制动系统、舒适的驾乘环境、时尚的外观等特点。该款产品的商品化面世, 使国内拖拉机整体水平又上升了一个档次, 大大拉近了与国外拖拉机技术的距离, 体现了国内拖拉机产品的技术升级和与世界主流农业机械制造水平接轨的趋势。

AMT自动换挡变速系统设计 篇5

关键词：AMT,MCU,嵌入式单片机

0引言

随着现代汽车工业的迅猛发展, 节能环保, 低排放, 高效舒适, 不可质疑地被推为汽车设计首要指标。在各种类型的自动档变速器中, 电控机械式自动变速器 (Automated Mechanical Transmission, 以下简称AMT) , 具有传动效率高、结构紧凑、成本低、易于制造、工作可靠及操纵方便等优点, 尤其是其省油的特点适合于我国大、中巴与载重车应用。比其它自动档变速器节油9%以上。本文介绍一种以Freescale (飞思卡尔) MC9S12DJ128MW为核心的嵌入式 AMT系统。

1 AMT自动换挡变速系统简介

该系统是一种集机械、电子、液 (汽) 压为一体的自控系统。由信号采集单元采集发动机的工作状态、车辆行驶速度状态、油门状态、刹车状态等。集成电子控制单元相对各信号源进行分析、处理、并发出指令, 执行机构完成相应动作, 从而实现自动换挡。匹配过程简单, 并能在满足发动机排放的要求下很好的与整车同时满足气体排放要求。始终使整车性能处于最佳状态, 具有机械继承性强, 传动效率高, 燃油经济性高, 操作简单等优点。同时该系统还有自我诊断功能, 在系统出现故障时显示故障信息代码, 提示驾驶员的注意, 便于维护人员进行修理。

2 AMT自动换挡变速器系统组成及工作原理

2.1组成

AMT自动换挡变速系统是在传统的固定式的变速箱和干式离合器的基础上, 加装相应的电气执行机构, 传感器, 电子控制单元等组成。系统框图如图1所示, AMT自动换挡变速系统包括:MCU数据处理系统;信号采集系统 (发动机转速、车速等) ;选挡换挡执行控制机构;离合器执行控制机构;油门执行控制机构;LED显示。

2.2工作原理

利用微处理器接收传感器传递的各种与变速有关的数字信号, 由微处理器对信号进行识别、分析, 与处理器内部已存储的变速器换挡数据进行比较, 判断出最适合当前状况的挡位, 发出换挡指令, 并驱动电动 (气动) 执行机构, 实现适时增、减挡, 以满足汽车不同道路、不同功率情况下的行驶要求。

3 MCU数据处理系统设计[1]

电子控制器MCU是AMT控制单元。选择合适的MCU是AMT系统设计成功的关键, 它必须能适应各种复杂监控系统的要求, 如实时性、低功耗、快速数据处理、集成数模外设功能、集成CAN总线接口, 还需集成充足的Flash或RAM供程序、数据存储, 以简化电路、提高系统的可靠性。另外它还要具有低成本和恶劣环境下的适应性。在综合比较了当前业界流行的多款MCU, 如ATM89系列、MCS-96系列及Freescale HCS12系列后, 终选择了Freescale HC12系列的嵌入式MC9S12DJ128M 16位单片机[2]。

MC9S12DJ128M 16位单片机具有如下特点:

(1) 16位S12CPU:20位ALU, 指令队列。

(2) 存储器 128K FLASH, 2K EEPROM, 8K RAM。

(3) 2个8通模/数转换器, 10位精度。

(4) 3个1 Mbps的CAN总线模块, 兼容CAN2.0A/B。

(5) 16位计数器, 8个可编程输入捕捉或输出比较通道, 4或8位2个16位脉冲累加器。

(6) 8个PWM通道。

(7) 2个异步串行通信接口SCI, 2个同步串行设备接口SPI。

(8) 多主I2C总线模块, 兼容I2C总线标准。

(9) 背景调试模式BDM。

(10) 边界扫描测试协议JTAG。

由上可见16位处理器不仅拥有强大的运算功能及低功耗, 同时它还拥有着控制系统所需要的丰富模拟、数字外设和各种模式接口, 集成电路互联总线。另外可通过BDM调试器对目标板MCU的Flash存储器写入、擦除, 应用程序下载, 在线动态调试。

硬件设计中, 外围器件尽可能选用成熟的汽车专用件。充分利用单片机丰富的互联接口以简化硬件线路提高可靠性, 为适应汽车所处各种恶劣环境, 降低成本。如图1 所示I2C口联接EEPROM。CAN口联接LED显示, SPI口联接开关量功率模块, PWM口联接电机驱动功率模块。较为典型的电机驱动模块, 每个模块驱动一个电机。电机驱动电路原理图如图2所示, MCU与电机驱动功率模块BT781联接, AN14、AN15检测模块工作状态。MCU管脚PA6、PA7配合PT3、PT7控制电机M的转向, PT3或PT7产生PWM方波信号改变占空比, 实现电机调速, 调控油门或离合器行程。

4软件设计[3]

软件开发环境为CodeWarrior。是Freescale (飞思卡尔) 公司研发的面向Freescale MCU应用开发的软件工具, 其功能强大, 支持汇编、C, C++等多种语言。本系统使用C开发。

系统软件模块包括:系统参数配置模块、控制策略模块、监控及故障提示模块、CAN通讯及LED显示模块、传感器数据采集模块、电机驱动模块等。程序流程图见图3。

5 AMT自动换挡变速系统的特点

AMT自动换挡变速系统简化了操作, 对驾驶技术要求降低, 提高行车安全性;可在普通机械变速箱上进行改造, 生产制造继承性好、结构简单、制造容易、维护维修成本低、经济环保, 适合中国国情;合理的换挡点使发动机冲击小, 传动效率、乘坐舒适性、燃油经济性得到提高。

6结论

AMT自动变速系统能使汽车起步、增减挡平稳, 在行驶中能实现自动换挡, 简化驾驶操纵, 增加行驶安全, 有效降低驾驶员的劳动强度, 符合国际汽车技术向电子化、智能化、人性化的发展方向, 是集机械、电子、液压于一体的高新技术产品。

参考文献

[1]王宜怀, 刘晓升.嵌入式系统—使HCS12微控制器的设计与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

[2]王威.HCS12微控制器的原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

拖拉机自动换挡控制系统设计 篇6

目前,国内外自动换挡控制系统在汽车上的应用已经十分普遍,各种技术趋于成熟。在美国、日本等发达国家,自动变速控制系统的装车率已经达到或超过80%。自动换挡控制系统操纵自动变速器自由、准确地执行自动换挡,从而实现自动变速,使汽车的动力性、燃油经济性、操纵性以及其他性能得到大幅度改善。

虽然自动换挡技术在汽车上已大量应用,但对于拖拉机仍处于起步阶段,发展及应用尚不成熟。目前,国内拖拉机大多采用传统手动机械式变速箱,如果拖拉机以低速大牵引力作业,在需要换挡时就必须中断动力,这意味着要使拖拉机停车和重新起步,会影响机组的生产效率。另外,拖拉机与汽车相比,不仅在结构制造方面不同,而且工况复杂多变,分为道路运输和田间作业,导致换挡复杂。因此,合理借鉴汽车自动换挡控制技术,着重解决拖拉机变速箱自动换挡控制技术,减轻驾驶员的劳动强度是大力推广农业机械必须考虑的问题,由此能够达到提高拖拉机燃油经济性、生产效率的目的。

1 控制系统组成及功能

拖拉机自动换挡控制系统由硬件部分和软件部分组成。硬件部分由前向通道电路、单片机电路和后向通道电路组成;软件部分主要由51单片机C语言编写的软件程序组成,主程序由初始化模块程序、信号采集处理模块程序、控制执行模块程序、显示模块程序等组成。

硬件部分实现的功能:一是数据采集功能,利用传感器采集发动机转速n数字量、供油拉杆位移l和油门开度α模拟量等数据;二是显示功能,显示当前挡位d和发动机转速n,来判断当前车辆运行状态;三是控制执行功能,单片机根据得到的换挡规律和采集的即时数据进行计算对比,发出执行命令,控制电磁阀的开启,驱动换挡油缸实现自动换挡;四是反馈功能,对于换挡系统误差进行诊断,及时调整与改善系统工作状态。

软件部分实现的功能:单片机在接收到换挡信号后,根据程序指令,将结合发动机转速n、油门开度α和供油拉杆位移l这3个参数来决定是否进行换挡。如果需要换挡,及时确定出最佳换挡点以及最佳换挡时刻。

2 硬件设计

控制系统的硬件框图如图1示。单片机电路由AT89C52芯片、74HC573驱动的LED显示灯(拖拉机状态指示电路)以及输入输出电路组成。硬件系统以AT89C52单片机为中央处理器,它是低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含8k bytes的EPROM(可反复擦写的只读程序存储器)和256 bytes的RAM(随机存取数据存储器),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统和引脚完全兼容,片内置8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,32个可编程I/O口线,3个16位定时/计数器。在12MHz晶振下,其采样时间为1μs,外接TCL2543A/D转换器时完成1次A/D转换仅需10μs,完全满足换挡系统要求。

2.1 数据信号的采集

发动机转速信号是数字量(开关量),处理起来比较容易。采用JX71C磁电式转速传感器测量发动机的转速,当曲轴旋转时带动齿轮旋转。根据电磁感应原理,在传感器内部线圈的两端产生一个电压脉冲信号,发动机曲轴转动1周时就产生z(齿数)个电压脉冲信号。利用单片机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算可获得转速数据,即

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式中 n—转速(r/min);

N—采样时间内所计脉冲个数;

Tc—采样时间(min);

z—测速码盘的齿数。

通常取z=60,那么1s内产生的脉冲个数N就是发动机转速n,即n=N/ (zTc) =N/60×(1/60)=N(r/min)。

油门开度可采用霍尔油门开度位置传感器,它将油门踏板开度转换为电子信号给ECU,连杆与加速踏板一起转动,输出端电压根据连杆转动角度而变化,根据不同的油门开度,产生变化的油门开度模拟量。

供油拉杆位移的测量可使用直线位移传感器,其功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了达到这一效果,通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位,通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压,允许流过微安培的小电流,滑片和始端之间的电压与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度地降低对滑轨总阻值精确性的要求,因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。

2.2 显示功能

该电路工作时,拖拉机换挡信号经过一个光电耦合器输入到单片机P1.3口,其目的是避免干扰信号。P0口控制U1和U2两个锁存器74HC573驱动的LCD,可显示拖拉机所处的挡位以及发动机的当前转速和拖拉机所处的换挡模式,从而使驾驶员了解拖拉机的即时运行状态。

2.3 控制执行

单片机根据各传感器所采集的拖拉机当前数据,按照预先存储在ROM中的换挡规律,经过计算比较就可得到当前状态下最佳的油门开度及合理的挡位,使发动机的转速接近最佳调速特性范围。最后,单片机由P2口控制电磁阀的开断,从而控制换挡油缸进行自动换挡。

3 软件设计

软件程序设计采用C51高级语言,主程序由初始化程序init ( )、延时子程序delay_ms( )、信号采集程序signal( )、A/D转换子程序ad( )、控制执行程序control( )、LCD显示子程序display( )等组成。在主程序中,通过对各个功能模块程序进行调用来完成对自动换挡的控制。软件主控流程图如图2所示。

完成系统的初始化,以便系统能够正常运行,并检测系统是否能正常工作。在初始化模块中,首先对AT89C52内部的各专用寄存器进行初始化;然后,对各芯片功能管脚的选择进行设置,并对P1口和P2口初始化。

4 结论

1)用51C语言开发单片机系统比用汇编语言开发速度快,可大大缩短开发周期,实验操作简单,并且维护方便。

2)在拖拉机上采用自动换挡,控制系统硬件实现简单方便。通过带有符合拖拉机工况换挡策略的单片机控制,根据相应的换挡模式,能够实现不同工况的自动换挡功能,并且可以获得拖拉机机组最佳动力性能匹配。在我国,自动换挡控制系统技术真正用于拖拉机上的基本属于空白。因此,对拖拉机自动换挡控制系统进行设计,可大大改善拖拉机燃油经济性和最佳动力性。

参考文献

[1]葛安林.车辆自动变速理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1993:153-166.

[2]白鹤,张文春,周志立.电控机械式自动变速器在拖拉机上的应用[J].农业机械学报,2007,38(4):187-190.

[3]田全忠.现代大功率拖拉机自动换挡控制系统[J].拖拉机与农用运输车,2001(3):3-5.

[4]陈永东.电控机械式自动变速器换挡规律的研究[D].武汉:武汉理工大学,2007.

[5]韩玉敏.重型拖拉机自动变速器换挡优化方法[J].农机化研究,2007(2):66-69.

[6]张宏坤,范巨薪,牛明奎.单片机在电控机械式自动变速系统中的应用[J].计算机应用,1999(10):15-17.

[7]杨为民.电控机械式自动变速箱在拖拉机上的应用探讨[J].拖拉机与农用运输车,2001(4):23-24.

[8]李国政.拖拉机机械变速箱自动换挡控制技术研究[D].北京:中国农业大学,2004.

双离合器自动变速器换挡过程分析 篇7

随着汽车工业技术的不断发展, 人们对乘用车的要求越来越高, 实现汽车自动变速、提高机动性、改善舒适度、节约能源一直是车辆变速和传动系统的发展焦点。AMT在传动效率和生产成本等方面优于AT和CVT, 因此受到了汽车界的重视, 但AMT也有很大的缺点:车辆在换挡过程中, 导致动力中断, 驾乘者有顿挫感影响了车辆的动力性和乘坐舒适性[1,2]。为了既可以利用AMT的优点, 又可以消除其换挡动力中断的缺点, 一种新型自动变速器—双离合器自动变速器 (DCT-Dual Clut Transmission) 便产生了。

双离合器自动变速器 (DCT) 是一种用双离合器和换挡控制装置实现纯机械自动变速的先进技术[3,4,5], 融合了手动变速器和自动变速器的优点, 在换挡过程中其机动性、动力性、舒适性和耗油率都达到最佳组合。

由于DCT中没有液力变矩器, 要达到良好的换挡品质需要通过精确控制离合器的接合来实现, 为保证DCT换挡控制过程的正确、及时和合理性[6,7], 本文的研究主要集中在换挡模型的制定、换挡过程中离合器接合、分离的控制。

1 变速器结构及工作原理

1.1 变速器结构

DCT双离合器自动变速器是在手动变速器基础上, 加装电控单元和液力驱动元件, 使两离合器交替工作不间断地输出动力。

图1中DCT有1个倒挡和6个前进挡, 有两个并排安装的湿式离合器C1、C2, 变速器的挡位分开布置, 分别与离合器C1、C2配合工作。每个离合器各自负责一根传动轴的转矩传递, 动力便在两根传动轴间交替、无间断的传送。

1.2 变速器工作原理

当汽车处于停车状态时, 离合器C1、C2都分离不传送动力。汽车起步时, 变速器挂I挡, 离合器C1接合。离合器C2仍处于分离状态, 此时Ⅱ挡已被变速器的电子控制单元 (ECU) 通过相关指令预先选定。随着汽车速度的增加快接近Ⅱ挡的换挡点时, ECU控制换挡机构自行换入Ⅱ挡。在这个过程中离合器C1迅速分离, 离合器C2迅速接合, 两个离合器交替切换, 直至离合器C1完全分离, 离合器C2完全接合, 整个换档过程结束。当汽车以Ⅱ挡运行后, DCT电控单元可以根据相关信号判断汽车当前运行状态, 进而判断是升Ⅲ挡运行还是降Ⅰ挡运行, 由图可知Ⅰ挡和Ⅲ挡连接在同一轴上且由离合器C1控制, 而此时的C1处于分离状态不传递动力。所以在ECU指令下, 由自动换挡机构预先选定即将进入的挡位, 当车辆运行达到换挡点时, 只需要将正在工作的离合器C2分离, 同时将离合器C1接合。也就是说两个离合器的切换时序配合得当, 整个换挡动作就可全部完成。其他挡位的换挡情况与之相似。

2 换挡过程

2.1 换挡简化模型

DCT换挡的过程, 就是两个离合器接合、分离交替转化的过程。

如图2所示, 是该变速器的换挡等效模型。在这个简化模型中, 忽略系统的阻尼及相关零部件的弹性变形, 且假定换挡期间车辆的行驶阻力不变。图中C1、C2代表两离合器, 低挡时C1接合C2分离;高挡时C1分离C2接合。

下面的数学模型仅是图2的简化模型而建立的。

换挡数学模型:

式中J0—等效到输出轴上的转动惯量;

J1—等效到输入轴上的转动惯量;

i1—离合器C1到输出轴的传动比;

i2—离合器C2到输出轴的传动比;

Tc1—离合器C1的扭矩;

Tc2—离合器C2的扭矩;

TL—车辆行驶阻力矩。

当离合器处在滑摩状态时, 由控制压紧力Fnx决定结合元件的传递扭矩:

式中μc—摩擦片的摩擦系数;

Rm—等效半径;

Fnx—控制压紧力;

Wcx—结合元件上主动、从动片的相对转速。

若两个结合元件C1、C2都进入滑摩状态时, 将式 (2) 代入式 (1) 即可。若结合元件处于接合状态时, 式 (2) 不能满足扭矩的计算。在求解方程时补充一个条件, 即

当C1结合, C2滑摩时为:

变速器输出扭矩为:

将式 (5) 代入式 (6) 即可求出变速器输出扭矩。

2.2 换挡控制方法

DCT在换挡过程中扭矩的传递存在重叠阶段, 故对换挡过程离合器的接合与分离有较高的控制要求。为保证换挡品质, 必须精确控制离合器切换时序。如图3所示, 升挡时 (以Ⅱ挡换Ⅲ挡为例) 控制过程为离合器C1分离, 离合器C2接合。

升挡前仅离合器C1接合, 转矩只依靠离合器C1传递。开始换挡后离合器C1的液压控制系统慢慢开始卸压, 离合器C1逐渐脱离接合。这时离合器C2的油路接通, 且油压慢慢升高, 其摩擦片间隙慢慢被消除, 从动片受压滑转, 直至滑转停止成为整体传递转矩。在换挡期间离合器C1与C2中的摩擦元件完全分离和接合, 都有一个滑磨阶段, 就是传递转矩有重叠部分, 所以说在换挡过程中动力从未被切断, 从而实现了动力换挡。降挡过程关键控制点与升挡相同。

如图4所示, DCT换挡由变速器ECU根据采集到的发动机、变速器等信号参数运算出离合器的最佳分离、接合时机, 随后发信号给执行元件, 驱动离合器工作。

3 结论

双离合器自动变速器是由手动变速技术发展而来的, 不仅继承了手动变速器所具有的优点, 还实现了动力换挡的不间断, 而且在乘坐舒适性和燃油经济性等方面也有很大改善, 故发展前景十分广阔。本文在这里主要研究点:

(1) 建立了DCT换挡过程的简化动力学模型, 可由该模型研究换挡品质的实时控制。

(2) 应用简化模型对换挡过程进行了分析, 使DCT换挡控制方法趋于系统完整性。

参考文献

[1]赵韩, 孙迎波, 黄康, 等.双离合自动变速器换挡规律研究与仿真分析[J].机械传动, 2014, 38 (11) :14-17.

[2]夏伟强, 蔡锦波, 任华林, 等.双离合式自动变速器换挡控制方法的研究[J].科技通报, 2012, 28 (5) :108-117.

[3]刘振军, 董小洪, 秦大同.双离合器自动变速换挡品质分析与控制[J].重庆大学学报, 2010 (5) :29-34.

[4]Samanuhut P.Modeling and control of automatic transmission withplanetary gears for shift quality[D].The University of Texas at Arlington.b.Mechanical Engineering2011.

[5]Pauld D, Walker, Nong Zhang, Richard Tamba.Control of gear shifts in dual clutch transmission powertrains[J].Mechanical systems and Signal Processing, 2011 (25) :1923-1936.

[6]刘国强, 孙伟, 陈德民, 等.双离合器自动变速器结构分析及换挡方式研究[J].机械设计与制造, 2011 (8) :104-106.

自动换挡器 篇8

车辆性能的大功率主要是由车辆的传动系统决定。当前, 我国大部分是利用轴式齿轮变速器制造拖拉机的动力传动系统。其优势在于具有较高的工作效率, 较低的制造成本和较简单的结构, 因此被普遍应用到拖拉机制造中。然而, 此类变速器是手动机械式的, 换挡也是非动力的, 输出转矩较大, 转速也较大, 在换挡过程中第1步是使主离合器分离, 使动力的传递得到切断, 第2步才是通过对同步器的换挡操纵实现变换档位, 此时是由驾驶员的经营决定什么时候换挡, 不容易掌握换挡的最佳点, 同时因为换挡过于频繁, 使得驾驶员已产生疲劳, 最终影响到驾驶员的安全。拖拉机多在恶劣的环境下左右, 同时承受的负荷也容易发生变化, 发动机与变速箱必须能够根据周围的环境与负荷调整转速与扭矩, 拖拉机的行驶阻力也不同, 因此借助于驾驶员的手动操作, 实现拖拉机的换挡, 不能使拖拉机的动力性能发挥到最佳, 也没有发挥燃油的经济性, 同时还会使驾驶员的劳动强度增加。

2 国内拖拉机动力换挡变速器的应用现状

我国在工程机械上最早应用的是动力换挡变速器, 比如说在1966年, 柳工生产的Z435装载机, 该拖拉机配置了定轴式变速器;在1970年, 又制造出一台配有行星式变速器的ZL50装载机。接着在20世纪80年代, 我国拖拉机行业结合了日本TCM公司变速器的研发技术, 德国ZF公司研发的电液控制技术, 获得了迅速的发展。当前, 应用最为广泛的推土机、平土机和叉车均安装了动力换挡变速器, 国内研究液力变速控制技术的代表是吉林大学, 同济大学等, 也获得了相应的研发成果。然而, 国内一般重视对汽车与工程机械液力自动控制技术的应用, 而忽视了对农业拖拉机的研究。

随后, 在2010年, 中国的一拖才开始和国外展开合作, 生产了一些重型动力换挡拖拉机, 包括东方红LZ、LA、LF系列, 自此我国大型拖拉机也开始应用电液控制技术, 不再是0的局面。目前, 我国很多公司都对拖拉机的动力换挡技术进行了研究, 也建立了各种相关研发单位, 包括中国一拖集团, 山东的常林, 常州的东风, 洛阳的博马等拖拉机企业, 在国内的农机市场上也出现了不少研制的产品, 比如说福田雷沃生产的P2654。然而和国外的先进技术相比, 我国的技术依然落后, 还是处于刚刚起步的阶段。

3 拖拉机动力换挡自动变速器技术现状

3.1 传动系统

拖拉机一般是应用于道路运输, 协助农民进行田间作业。对农业拖拉机来说, 其最大的特征是具有多个档位, 较大的传动范围, 承受较大的负荷作业。增加档位, 可使发动机的利用率得到提高, 还可使拖拉机的变速器具有较宽范围的速比, 使得拖拉机可在不同的复杂环境下进行作业。假定拖拉机的传动结构选择的是传统的2轴式获知是3轴式, 则会导致拖拉机具有很复杂的变速器, 因此拖拉机采用的档位一般是自动换挡, 同时利用的传动方案是主副变速相串联。拖拉机的各操纵机构控制主副变速, 其优势与具有很少的传动齿轮格式, 在相同情况下, 具有较轻和较小的变速箱, 较大的传动变化率, 拖拉机具有较宽的行驶速度与较大的驱动力。

半动力换挡自动变速器的控制方式是手动与自动相结合, 换挡离合器的操纵主要是借助于液压控制来调节拖拉机的主变速, 同时利用换挡规律控制拖拉机的各档位。比如说, 由卡特彼勒公司研发的Challenger 35型拖拉机的自动换挡范围控制在10~16挡之间。但是, 最早是通过操纵换挡的滑动齿轮控制副变速的速度范围, 之后, 又诞生了啮合套、同步器, 由此拖拉机可以更快速的切换档位, 同时对换段的冲击也随之下降。驾驶员一般是依靠自身的作业经验手动控制换段。比如说, 福田雷沃公司生产的P2654型拖拉机, 中国一拖生产的LZ2404拖拉机, 其换段机构均是通过手柄操纵。

3.2 电液技术

在换挡自动变速器中, 一般是从以下3点利用电液技术:

3.2.1 换挡离合器的切换档位

比如说Case IH公司在命名为Steiger的拖拉机上使用了电子控制液压系统, 即增加了换挡电磁阀, 自动换挡改为控制器自动控制, 由于配置的电磁阀具有电子脉冲宽度调节功能, 使得拖拉机可以行驶在公路与田间时快速自由的切换档位, 利用维持变速箱的寿命;还可以使驾驶员自身的疲劳现象减轻。

3.2.2 电子辅助功能

比如说:强制降档, 驾驶员在高速行驶过程中, 出现突发状况可以借助于油门踏板, 紧急刹车, 使得系统可以处于低档位的状态;巡航功能, 驾驶员不需要借助于油门踏板就可以对油门的开度控制, 还可实现档位的自由变换, 只要将工作速度设定, 如此可以使拖拉机在设定的工作速度下达到最佳的动力性能, 燃油经济性也获得最佳值;驱动防滑功能。在部分具有较低附着系数的路面行驶过程中, 拖拉机可以利用换挡的离合器或者是发动机的转速实现对轴转矩的控制, 进而使牵引力得到控制, 最终可以避免防滑, 使拖拉机的稳定性与安全性得到提高;电子低头转向, 拖拉机在田间行驶过程中, 可以利用转向开关通过自动换挡实现转向, 农业机械的升降, 控制拖拉机的液压输出和油门, 完成原地转弯。

3.2.3 拖拉机的各控制器可以和变速器的数据实现共享

比如说, ZF公司研发的T7000型拖拉机, 利用CAN集成方式, 动力换挡变速器和传动系统实现模块化的定制, 利于和传动系统的连接;拖拉机的不同设备通过交换信息之后, 既可以实时的监测并控制拖拉机的传动系统和其在进行农具作业时各参数的显示, 还可以远程处理出现的故障, 使更加方便的维护拖拉机, 可靠性得到提高。

3.3 控制技术

拖拉机换挡自动变速器的关键之处是换挡控制技术, 其可对拖拉机的燃油经济性, 适应环境的能力和动力性能造成影响。控制技术通常是由换挡的规律与品质构成。

3.3.1 换挡规律

换挡规律主要是对拖拉机的每个档位的换挡时刻, 对应的各控制参数进行研究, 再进行性能仿真对档位进行优化, 即可将拖拉机换挡点的最佳值确定, 如此可防止拖拉机重复换挡。

3.3.2 换挡品质

动力换挡变速器的换挡一般是接合或者是分离液压的操纵分离器, 然而因为液体具有不可压缩性, 使得换挡的液压系统具有很大的刚度。假设换挡元件之间的接合力道太大, 会造成对档位的冲击, 带动拖拉机的传动系统的承载能力也随之增大, 加快了对零部件的损害, 使档位的使用寿命也有所下降, 同时还容易造成驾驶员疲劳。因此, 换挡品质良好的标志是换挡速度快, 稳定, 不会产生冲击, 基本不影响拖拉机的传动系统, 可以提供连续的动力。

4 结论

这篇文章主要结合当前国内外拖拉机动力换挡变速器的研究现状, 论述了其工作原理;同时按照未来自动变速器的发展方向, 对国内使用的电液技术、变速器传动系统和换挡控制策略进行了相关研究。动力换挡自动变速器可以参照本文的研究成果推广其在农业机械的应用。

参考文献

[1]高辉松, 朱思洪, 贺亮, 等.拖拉机动力换挡变速箱和无级变速箱发展现状与趋势[J].机械传动, 2012.

[2]朱思洪, 朱星星, 邓晓亭, 等.拖拉机动力换挡变速箱液压系统动态特性试验研究[J].南京农业大学学报, 2011.