毕业设计（论文）文献综述-AMT自动变速器离合器执行机构设计.doc

amt技术及其发展摘要：介绍了amt的原理、组成，并对其特点进行了比较，指出其中的优点。分析了amt国内外的发展现状,论述了我国开发具有自主知识产权的amt产品的意义。根据世界汽车的发展趋势和国内市场需求,我国开发商品化、系列化amt产品的时机已经成熟,预测了amt在我国汽车上的应用前景。关键字 amt 离合器 执行机构随着社会的进步与科技的发展，汽车行业也随着潮流不断发展。科技的日益更新、产品的改朝换代是当今社会的速度，汽车作为一个关键领域必然要体现这一特点。所以发展汽车业是一个关键。人们对汽车的要求不仅仅局限于一种交通工具的需要，还要求其舒适、快捷，同时汽车也要符合节能减排的要求，这对汽车的自动化程度提出了要求。实现汽车的自动化既是一种要求也是一种趋势。手动变速器换成自动变速器，实现自动换档恰好符合了这一要求。经分析，在国内外，amt将成为一种主要的自动变速器。一、amt的定义及原理目前,汽车上使用的自动变速器主要有液力自动变速器(automatic transmission,简称at)、机械无级变速器(continuously variable transmission,简称cvt)和电子控制机械式自动变速器(automatic mechanical transmission,简称amt)【1】。amt是在传统的固定轴式变速器和干式离合器的基础上，应用微电子驾驶和控制理论，一电子控制器（ecu）为核心，通过电动、液压或气动执行机构对选、换档机构、离合器、油门进行操作，来实现起步和换档的自动操作。amt的基本控制原理是：ecu根据驾驶员的操作（油门踩板、制动踏板、转向盘、选档器的操作）和车辆的运行状态（车速、发动机转速、变速器输入转速），综合判断、确定驾驶员的意图以及路面情况，采用相应的控制规律，发出控制指令，借助于相应的执行机构，对车辆的动力传动系统进行操作【1】。二、amt的控制结构amt系统主要由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统主要包括被控对象、执行机构、传感器、电控单元（tcu）四部分：1.被控对象：发动机、离合器和变速器；2.执行机构：由选、换档执行机构，离合器执行机构，油门执行机构组成（刚性amt不需油门执行机构）。油门执行机构一般采用步进电机、磁电式电机驱动油门或采用成熟的电子油门产品。目前，按照执行机构动力源的不同，amt的执行机构可分为电控气动，电控液动和电控电动（全电式）三种类型。（1）电控气动amt气动系统是根据电控单元的指令控制单元阀，使执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选换档等动作的。只有在车上有现成的储气罐时，气动能源可以直接由储气罐提供，不需要额外的能源装置。其系统的工作情况与液压系统基本相同。（2）电控液动amt液压系统根据电控单元的指令控制电磁阀，使执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选换档等动作的。电控液动的选换档系统具有能容量大、操作简便、控制精度高、响应快，易于实现安全保护、具有一定的吸收振动与冲击的能力以及便于空间布置等优点。但是利用高速开关阀来控制离合器的系统中，其主要的缺点就是温度的变化使离合器的执行机构中液压油的粘度发生变化，因而使离合器回油管路压力损失发生变化。温度降低，阀出口压力增大，回油量减小，离合器的接合速度较慢，导致在汽车刚开始起步时加速度较小。而且温度降低到一定的程度之后，液压油的流动性能大大降低。另外由于受到温度的影响，该系统在北方寒冷地带的使用有一定的限制。其次，液压元件对加工的精度要求非常高，加工工艺复杂，对油品质、密封性和抗污染等性能要求高。（3）电控电动式amt近些年来，电子产品性能上的不断完善，使得在变速控制系统中采用电力拖动成为可能。将自动变速控制系统中要直接控制的对象：油门、离合器以及选换档装置的动作采取电动机带动的方式。3. 传感器：amt的传感器包括速度传感器（发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速传感器）、油门位置传感器、档位传感器等。4. 电控部分：包括tcu板（含cpu、rom、ram、i/o接口等）、线速等。图1 amt总体控制结构【2】三、amt的发展阶段amt的发展大致可分为以下三个阶段【3】。1. 半自动amt阶段，即samt阶段（19751984）fichtel&sachs公司的saxomat便是基于这一思想的较为成熟的amt产品。该装置利用电子技术控制干摩擦离合器，当发动机转速低于一个确定值时控制离合器分离；当驾驶员踩下油门时重新接合离合器。同时在换档手柄上安装开关传感器，确保驾驶员换档时分离和接合离合器。瑞典scania的cag系统，德国daimler-benz公司的eps系统，美国的smat系统等均为这种形式【4】。但由于受当时电子技术水平的限制其效果并不理想。车辆起步时易使发动机熄火和失速，仍然存在接合冲击，分离滞后等缺陷。2. 全自动amt阶段（19841990）。从80年代中期开始，人们从技术角度上考虑如何实现对离合器的自动控制。其标志是1984年isuzu投放于市场的navai-5电控机械式自动变速器。它采用了计算机控制系统微机，主要完成起步与换档时离合器及档位的控制。它弥补了at价格高、结构复杂的缺陷，提供廉价的全自动变速器产品。随后日本的nissan、美国的fordeaton等公司均开展此方面的研究，其整体结构都与navai-5相似【5】【6】。但是该时期的产品本身仍存在着明显的缺点：如换档规律仍不完善，在坡道弯道等特殊道路条件下出现频繁和意外的换档现象；离合器的控制也不完美，造成车辆起步与换档时的冲击现象，舒适性很差。3. 智能化iamt阶段（1990至今）换档规律和车辆起步时离合器的控制问题都受外界环境、驾驶员的主观愿望和车辆客观运行状态的影响。国内外都采用智能方法进行此方面的研究，智能化iamt在复杂多变的外界条件下使车辆的换档和起步性能有进一步的提高。设计重量轻、体积小、成本低、结构简单、便于维修和拆装的执行机构，实施精度高、响应快、鲁棒形强的控制策略是今后离合器自动操纵的发展方向。四、amt国内外的发展状况amt保留了原手动变速器总成的绝大部分机构,只是将其手动变速的操纵机构用自动操纵机构所取代,生产继承性好,改造成本低,见效快,并且通过软件的优化设计可以全面提高车辆的使用性能。因此,世界各大汽车公司和一些科研院校都在进行此项技术的研究和开发工作。由于我国的汽车工业基础较国外薄弱，在amt的研究与生产领域也存在一定的差距。1. 国外情况早在20世纪60年代,欧洲的一些汽车公司就开始了amt技术的研究工作,20世纪80年代开发出第一代amt产品,并首先装配在重型车辆上进行尝试。amt技术的日益成熟,使车辆在复杂多变条件下的换挡品质和起步性能进一步提高amt换挡不平稳、噪声比较大和舒适性差的缺陷得到解决,应用amt技术的汽车越来越受到好评,装配amt的车型不断增多。改装成本不断降低,达到了用户可以接受的程度,市场对amt的需求开始增加。据预测,到2008年,欧洲近50%的mt将被amt取代,部分at市场也会被amt占据。因此,近年来世界各汽车生产企业都在努力开发新一代的amt产品。这些amt产品在结构上大同小异,都是在原定轴式机械变速器的基础上加装替代人工手动换挡的电子控制操纵机构,但由于设计理念的不同,其性能有所差异【6】【8】。表1为国外amt及ascs的主要产品。表1 国外amt及ascs主要产品【7】【9】产品名称生产商类型特点应用auto shifteaton(美国)amt集成系统管理，现场可编程中重型商用车辆as troniczf（德国）amt与edc之间通过can通讯中重型商用车辆easmercedes-bens(德国)amt在eps电控动力换档系统上集成离合器电子控制中重型商用车辆ferraris systemferrari和magneti marelli(意大利)全自动ascs断档时间可达0.15d赛车如ferrari f355 f1selespeedmagneti marelli(意大利)全自动ascs电控油门，保证换档平顺性轿车如alfa 1562.0 twinsparkversionm-sequentialbmw（德国）自动离合器价格便宜，体积小，非全自动，不如selespeed动作迅速平滑高级轿车sensonicsaab（瑞典）自动离合器电动，具有自适应能力轿车如saab 900sensoniceasy systemap(英国)、renault(法国)自动离合器液动actsap borg&beck(英国)自动离合器电动油门、液动离合器，离合器油缸内置行程传感器ecs(eks)fichtel&sachs（德国）自动离合器部分产品以电机驱动2. 国内现状我国从20世纪80年代初就开始了amt技术的研究工作,并取得了一系列成果。在amt技术理论上的研究与国际水平相当,但在产品化方面,与国外的差距较大【3】。表2列出了国内开展amt技术研究的单位及其产品特点。国内在amt研究方面已走过了近二十年的历程，目前开展amt研究开发工作的有很多家。通过不少单位的共同努力，取得了一些突破性进展，表2国内amt及ascs主要产品【11】【12】研制单位类型特点实验使用车型吉林工业大学全自动ascs具有坡道起步辅助装置，进行了广泛的理论研究重型车、轿车北京理工大学自动ascs电控液动，具有保持档功能重型车深圳欣源晟实业有限公司全自动ascs普通电机驱动，离合器驱动机构有省力装置，选档和换档驱动机构一致轿车重庆东方欧翔汽车电子有限公司全自动ascs采用模糊控制，电控液动轿车、轻型车哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司全自动ascs电控电动，油门机构采用连杆复合机构并加装辅助弹簧，离合器驱动机构具有省力装置轿车理论方面的研究和国际水平大体相当，经过台架试验和整车道路试验，通过了相关部门的鉴定，换档品质达到了熟练驾驶员的效果。尽管国内在amt研究方面投入了很多力量，也取得了不少成果，但目前除了奇瑞公司生产的qq车型装备了从国外引进amt外，还没有真正实现产品化，产业化进展并不顺利，存在一些关键问题需要解决。五、amt的特点amt具有传统齿轮变速器传动效率高、成本低、易于制造等优点，同时也具有操纵方便的自动变速功能。由于这些特点，发展amt技术是很有前景的，总结如下：1. amt的优点是：通过电线实现换档，驾驶员不必再为变速器换档而踩离合器踏板，也不必再为变速器的选档、换档操纵换档杆。和机械变速器一样，具有很高的机械传动效率。生产传统手动机械换档变速器的生产线，只需稍加改造便可继续使用。除控制、操纵部件外，生产额外投资很少。如果行驶中amt脱档，驾驶员能通过“推测功能”继续挂到原来选定的档位。防护滥用离合器。2、amt的缺点是：不可避免的换档功率损失；换档时由于牵引力中断，使乘坐舒适性受到影响。从总体来看，amt的是一种有很多优点，并能够适应汽车发展和市场要求的变速器。虽然目前at还是主流，但是amt的市场将会慢慢的增多。六、amt几个关键技术及存在的难题1. 离合器控制离合器起步控制是amt的难点，amt车辆由于取消了离合器踏板，司机只能通过加速踏板表达其意愿。起步工况因车辆载荷、路面状况及驾驶员意愿等因素变化多样，起步过程中离合器与发动机需要协调配合，离合器模型本身存在着非线性、时变、滞后等问题，使动力传动系统的控制，尤其是干式离合器和发动机的配合控制非常复杂，不同的环境条件、不同的车辆状况及不同的驾驶习惯和操纵意图，要求采用不同的控制策略。在起步和换档过程中，离合器要自动分离和接合，接合过快会造成严重冲击，影响舒适性和传动系寿命，甚至造成发动机熄火；接合过慢，由于离合器滑磨时间过长，温度急剧上升，会加速摩擦副的磨损，也影响车辆的动力性【13】。所有这些都使离合器控制问题复杂化。2. 档位决策与控制档位决策与控制就是根据车辆运行情况、道路情况和驾驶意图，按照设定的目标（如经济性、动力性）最佳的原则，确定当前车辆的最佳档位，并通过选换档执行机构的控制使变速器最佳换档。为提高车辆动力性和燃油经济性，必须保证合理选择换档时机并始终在最佳档位行驶，同时换档操作应保证换档过程的平稳性和快捷性。amt系统由换档执行机构按预先制定的换档控制策略，在电控单元的控制下实现档位的自动变换，换档策略是指变速器的自动换档时刻随控制参数而变化的关系。换挡控制策略的优劣是衡量车辆在采用自动变速技术后能否充分发挥其动力性、经济性及可驾驶性的关键【15】。3. 动力传动系统一体化控制由于amt自身的结构特点，在换档时必须切断动力。换档前后传动系统传动比发生了突变，在动力切断后再次接合时，必然会产生冲击。要使这种冲击较小，就必须对换档过程中的发动机转速和扭矩进行自动控制。amt车辆在起步时，离合器从动盘的转速开始为零，主、从动盘的转速差最大，离合器接合时必然产生车辆的冲击和离合器的磨损，必须通过对离合器接合速度及发动机转速的控制，使车辆冲击和离合器磨损均能达到满意的效果，所以发动机控制是提高电控机械自动变速换档品质，改善车辆起步及行驶平稳性和延长离合器使用寿命的关键【17】【18】。在我国同样地存在一些关键问题需要解决：一是控制问题，amt的控制难度较at和cvt大，amt是动力中断情况下的换挡，需要频繁地控制离合器，由于轿车的惯量较小，离合器的控制好坏直接影响起步和换挡控制的平顺性，同时，每辆汽车的离合器行程存在差异，因此，离合器起步控制和换档控制难以正确反映驾驶员操纵意图，不能适应复杂多变的行驶环境，成为困扰amt技术发展的难点，造成离合器磨损和坡道、弯道意外换挡等不良现象，影响了乘坐舒适性，很难适应人们对轿车性能越来越高的要求。目前国内amt的研发多数为仅仅限于对变速器换档换位执行机构、离合器执行机构和发动机油门的控制，只是模拟熟练驾驶员换档过程实现自动化的。amt与发动机联合的综合控制才开始研究，运用can总线发动机的通信还属于起步阶段。二是可靠性和稳定性问题，这是amt产品能否被生产接受的关键，也是困扰amt产业化的核心问题。七、国内开发amt的意义在现有的基础上进行amt技术改造,并最终形成自己的amt系列化产品符合我国国情。1.汽车是中国工业产品中的传统主力产品,但我国的汽车主流市场与欧美发达国家相比,前者注重实用技术和实现简单功能,并以牺牲舒适性来求得低价;后者是以高技术、高安全、高舒适为追求目标。这就造成了进口的汽车单台价格高,而出口的载货汽车单台价格较低(不到日本产品的1/2,欧美产品的1/3)的现象。这表明,我国的汽车产品与国际上知名的品牌相比还不具备优势,在整车可靠性、动力性、安全性、舒适性、环保性以及采用电子控制系统等方面仍有很大差距。在国产汽车上采用amt技术无疑是缩小这一差距的捷径,也只有这样才能适应世界汽车的发展趋势。2. 我国庞大的市场需求,吸引了越来越多的国际汽车制造商,大众、本田、丰田等著名公司或是合资,或是引进新品,正在加大对我国汽车市场的渗透,知名品牌的汽车不断进入我国市场,这无疑加大了对国内汽车企业的威胁。因此,我国汽车生产企业应有紧迫性,应以积极的态度应对国际上的竞争对手,争取尽快研制开发出适用于汽车的高性能amt产品。也只有这样才能保持amt产品的开发和经营自主权。3. 随着我国经济的快速增长,国内市场对汽车产品的驾驶方便性、舒适性、安全性等方面的要求越来越高,市场正呼唤能够真正升级换代的汽车产品。因此,应首先尝试在既具有自主知识产权又具有一定生产规模的车辆上,开发出能满足基本使用要求的国产amt产品,以供用户选择配套【13】。4. 在amt技术基础上,选用排放达标的柴油机,并采用动力传动一体化控制技术,既能满足驾驶方便性、舒适性的要求,又能满足排放法规的要求。面对国际上的竞争压力和国内市场的需求,我国正处在发展amt技术的关键时刻【20】。因此,开发amt系列化、实用化产品,使amt技术和产品逐步实现商品化和产业化,对我国汽车工业的发展具有重大的现实意义。通过对amt情况的了解，可以看出在汽车上装配amt的优势。由此，对amt的研究是必要的，是汽车发展的要求。特别在我国，研究amt具有更大的意义。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，19932刘战芳,自动离合器的发展现状与前景j, 城市车辆, 2007-3: 54-563殷红幸,董玉梁,自动变速技术的发展及国内现状j.世界汽车,2002,7:21-224 dunkley. semi-automatic mechanical transmission control:united states patent,8,648,290. 1987. 5 hitoshi sawada. user/maker cooperation in benefiting an automated mechanical transmission for a city bus. sae paper 902275,1990.6何忠波.重型车辆amt换档品质控制与换档策略研究d.北京:北京理工大学,2003.7 梁珍.自动换档机械式变速器(amt)在欧洲5大品牌载货汽车上的应用j.商用汽车,2002(8):5859.8 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