（机械制造及其自动化专业论文）基于量子框架的开放式重型汽车amt系统关键技术研究.pdf

摘要 摘要 传统汽车手动变速器日益不能满足现代重型汽车舒适、安全和环保的性能要 求，电控机械式自动变速器( a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ，a m t ) 的提供 一种理想的解决方案，目前a m t 在国外重型汽车已经得到广泛的应用，国内a m t 技术的研究主要集中在轻型汽车，重型汽车的a m t 基本处于空白状态，本文以中 国重型汽车集团新一代h o w o 重卡为研究对象，开展了重型汽车a m t 系统关键技 术的研究，旨在为国内重型汽车a m t 的研发提供基础理论和关键使能技术，主要 创新性的工作如下： 作为一种汽车电控系统，传统的a m t 系统采用封闭式结构，随着技术的不断 发展，这种封闭式结构汽车电控系统的缺点越来越突出。提出了一种新的基于量 子框架的汽车电控系统体系结构。运用分层递归包含分布式微核模式对汽车电控 系统进行了描述，实现了系统的松耦合与功能内聚。采用量子框架作为系统的嵌 入式软件总线，将系统的应用软件与软硬件系统平台分离开来，实现了系统在应 用软件层次上的开放。采用该体系结构可以在最大程度上实现了汽车电控系统的 开放性。 实验台是验证a m t 系统性能的重要手段，全实物实验台最接近于系统的实际 情况，但造价昂贵。结合课题组现有的条件，以d s p a c e 仿真系统为核心建立了 半实物仿真实验系统。该实验系统由油门、离合器、变速箱三个子系统组成。油 门与离合器子系统将油门与离合器的实际位移输入d s p a c e ；d s p a c e 利用这些输 入信息，根据系统的动力学模型计算出变速箱输入轴与输出轴，并控制变速箱子 系统的动作。半实物仿真实验系统的核心是系统的动力学模型，为在仿真环境下 综合评价电控机械式自动变速器对机械、电气、驾乘人员的影响，通过分析机械 系统、电气系统、人体系统各自的特点以及它们之间的耦合点，建立了机电人一 体化系统动态模型，并将有限状态机引入到机械子系统的动态模型中。仿真结果 显示，该系统具有良好的仿真效果，满足了重型汽车a m t 系统的研究与开发的需 求。 离合器、油门、变速箱操纵系统是a m t 系统实现的基础。重型汽车的离合器操 纵主要采用气动系统，针对这个特点，建立了两种离合器操纵系统：第一种是利 用随动阀的原理建立的低精度的简易开环离合器操纵系统；第二种是高精度闭环。 电控气动离合器操纵系统。通过对闭环电控气动离合器操纵系统动态特性的分析， 指出该系统为非线性系统。针对这一非线性控制问题，结合模糊免疫p i d 控制算 法与自适应p s d 控制律，提出了模糊免疫p s d 控制算法。该算法以p i d 控制为基 础，利用免疫控制原理与p s d 控制律，使p i d 算法中各增益系数的根据运行状况 山东大学博士学位论文 进行自调整，增强了算法的自适应性，实现了系统的职能控制。通过对比采用不 同控制算法的方波响应曲线与跟随特性曲线可知，采用该算法系统可以获得良好 的控制性能。采用步进电机实现电控油门操纵系统，并提出了一种步进电机跟随 控制算法，解决了由较大的系统惯量和弹簧回复力带来的步进电机在跟随过程中 的丢步现象。设计了正交双气缸选换挡执行机构与基于空间组合凸轮的单驱动选、 换挡执行机构，实现了选、换档动作的电气控制。为解决a m t 系统实时控制中的 转速测量问题，以测周期法为基础，提出了动态多周期转速测量方法，实现了各 轴转速的高精度测量。 车辆的起步与换挡过程的控制是电控机械式自动变速器系统的两项关键技术 通过分析离合器接合点前后车辆系统加速度突变的成因，提出了变结构双环控制 发动机转速恒定起步策略，即在起步过程前期采用维持发动机转速恒定的转速环+ 加速度环双环控制，在起步过程后期采用维持发动机加速度为零的单加速度环控 制。消除了离合器接合点前后的加速度突变。电控机械式自动变速器的换档过程 是发动机、离合器、变速箱协调控制的过程，系统中各种参数耦合在一起，为解 决这一问题，将单神经元p i d 解耦控制算法应用于换挡过程的控制，实现了各物 理参数的解耦。起步与换档过程实验结果证明，采用上述两种算法可以有效的提 高重型汽车a m t 系统的起步与换档过程控制性能。 以上述各关键技术研究为基础。完成了h o w o 重卡的机械系统改造及控制系 统开发，建立了基于量子框架开放式重型汽车电控机械式自动变速器原型系统。 控制系统以t m s 3 2 0 f 2 4 0 7 为硬件平台，以实时操作系统uc o s i i 为软件平台，通 过i lc o s i i 以及量子框架的移植构建了开放式微核系统。根据有限状态机理论及 量子框架规范实现了各核心功能模块的软件设计。目前，h o w oa m t 原型系统已 经进入道路实验阶段。实验结果表明，该a m t 系统满足了新一代重型汽车舒适、 安全和环保性能的要求，提升了我国重型汽车的技术水平，对我国重型汽车技术 的跨越式发展将产生积极促进作用。 关键词量子框架：开放式汽车电控系统；电控机械式自动变速器；模糊免疫p s d 控制；起步控制；换挡控制 n 摘要 a b s t r a c t ac l a s s i c a la u t o m o t i v eh a n dc o n t r o lt r a n s m i s s i o nc a l ln o tb eu p d a t e dt os a r i s f yt h e r e q u i r e m e n t so fc o m f o r t ，s a f e t ya n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nf o rah e a v yt r u c k t h e a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m r ) b ye l e c t r i c a lc o n t r o li sa ni d e a ls o l u t i o n f o rt h i si s s u e a tt h ep r e s e n tt i m e ，t h ea m ti sa l r e a d yw i d e l ya p p l i e di nt h ec o n s t r u c t i o n o fh e a v yt r a c k sa b r o a d ，b u tr e l a t e dt e c h n o l o g i e si nt h ed o m e s t i ci n d u s t r ya r em a i n l y f c i c u s e do ns m a l l s c a l ep e r s o n a lc a r s ；t h ea m t a p p l i c a t i o nt oh e a v yt r u c k si sa l m o s t h o n e x i s t e n t i nt h i sp a p e r , an e w - g e n e r a t i o nh o w o h e a v yt r u c kf r o mc h i n an a t i o n a l h e a v yd u t yt r u c kg r o u pc o r p i s r e g a r d e da st h er e s e a r c h e do b j e c t ；s o m ek e y t e c h n o l o g i e si nt h eh e a v yt r u c ka m t a r es t u d i e dw i t ht h ep u r p o s eo fp r o v i d i n gb a s i c t h e o r i e sa n da p p l i c a t i o nt e c h n o l o g i e sf o rt h ei n v e s t i g a t i o na n dd e v e l o p m e n to f d o m e s t i c h e a v yt r u c ka m ta p p l i c a t i o n t h em a i ni n n o v a t i v ew o r ki nt h i sp a p e ri ss u m m a r i z e d a s ： t h ec l a s s i c a la m t , a so n ek i n do fa u t o m o t i v ee l e c t r i c a lc o n t r o lt e c h n o l o g y , e m p l o y sac l o s e ds t r u c t u r e ；t h ed i s a d v a n t a g e so fs u c hac l o s e da m o m o t i v ee l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e ma r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep r o n o u n c e dw i t ht h ed e v e l o p m e n to f m o d e ms c i e n c e & t e c h n o l o g y an e wo p e na u t o m o t i v ee l e c t r i c a ls y s t e mb a s e do n q u a n t u mf r a m ei se s t a b l i s h e di nt h i sp a p e r t h eq u a n t u mf r a m ei sa d o p t e da st h es y s t e m e m b e d d e ds o f t w a r eb u s ；t h ea p p l i c a t i o ns o f t w a r ei st h e ns e p a r a t e df r o mt h eo p e r a t i n g s y s t e mp l a t f o r m ，w h i c hw i l la s s i s tt h ea c h i e v e m e n to f a no p e ns y s t e mo ns o f t w a r el e v e l s u c ha r c h i t e c t u r ec a nb r i n gt h ea u t o m o b i l ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e ma no p e np r o p e r t yt o am a x i m a le 姒e n t t h et e s tb e n c hi sa ni m p o r t a n ta p p r o a c ht ov a l i d a t et h ea m t s y s t e mp e r f o r m a n c e a f u l l - s c a l ee x p e r i m e n t a ls e t u pi sm u c hc l o s e rt or e a l i t yb u tr a t h e re x p e n s i v e ，h e n c ea h a l f - s c a l es i m u l a t i o nt e s ts y s t e mw a sb u i l tu pi nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ed s p a c e s y s t e m t h i ss y s t e m ，w h o s ec o r ei sad y n a m i cs i m u l a t i o nm o d e l ，i sm a i n l yc o m p o s e do f 3i n t e m a lr e l a t e ds u b s y s t e m s ，w h i c ha l ea c c e l e r a t o r , c l u t c ha n dg e a r b o xr e s p e c t i v e l y w i t ht h ep u r p o 辩o f e v a l u a t i n gt h ei n f l u e n c eo nt h em e c h a n i c a l ，t h ee l e c t r o n i ca n dt h e d r i v e r p e r s o n n e ls y s t e m sa p p l i e db yt h ea m ts y s t e m ，ad y n a m i cm o d e lo ft h e i n t e g r a t e dm e c h a n i c a l - e l e c t r o n i c - p e r s o n n e ls y s t e mi sb u i l tu pa n di ni t am e c h a n i c s y s t e md y n a m i cm o d e lb a s e do nt h ef i n i t es t a t em a c h i n ei ss e tu pt op e r f o r me a c h p o s s i b l es t a t ea n a l y s i so ft h em e c h a n i cs y s t e mi no r d e rt o o b t a i ni t sd y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s i n t h em e a nt i m e as y s t e mm o d e li nt h ef o r m a to fm a t l a bi s i i i 山东大学博士学位论文 - r o n s t r u c t e dt op e r f o r mo p e r a t i o n si nt h eo v e r a l ls y s t e ml e v e l e x p e r i m e n t a lr e s u l t s d e m o n s t r a t et h a tt h i ss y s t e mh a sag o o ds i m u l a t i o np e r f o r m a n c ea n dh e n c ei ti sf e a s i b l e t oa p p l yi ti nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f ah e a v yt r u c ka m t s y s t e m 1 1 1 ef o u n d a t i o nf o rt h ea m t i m p l e m e n t a t i o ni st h et h r o t t l e c l u t c ha n dg e a r b o x s y s t e m s n l ec l u t c ha c t u a t o ro f t h eh e a v yt r u c ki sm a i n l yd r i v e nb yap n e u m a t i cs y s t e m a n dc o r r e s p o n d i n g l ya s i m p l eo p e nl o o pc o n t r o lc l u t c h a c t u a t o rb a s e do nt h ep r i n c i p l eo f f o l l o v e rv a l v ei sd e s i g n e di nt h i sp a p e ns i m u l t a n e o u s l yac l o s e dl o o pc o n t r o la c t u a t o ri s a l s od e v e l o p e da n ds t u d i e di no r d e rt oo b t a i nab e n e rc o n t r o lp e r f o r m a n c e ；r e l a t e d d y n a m i cp r o p e r t ya n a l y s e ss h o ws u c hac l o s e dl o o pa c t u a t o ri sn o n l i n e a r f a c e dw i t h t h es y s t e m sn o n l i n e a rc o n t r o l ，af u z z yi m m u n ep s dc o n t r o la l g o r i t h mi sp r o p o s e di n t h i sp a p e r , c o m b i n i n gt h ef u z z yi m m u n ep i dc o n t r o la l g o r i t h mw i mt h ea d a p t i v ep s d c o n t r o ll a w t h i sa l g o r i t h mi sb u i l tu pb a s e do nt h ep i dc o n t r 0 1 e a c hc o e f f i c i e n to ft h e p i dc o n t r o lc a l lb es e l f - t u n e du s i n gt h ei m m u n ec o n t r o lp r i n c i p l ea n dt h ea d a p t i v ep s d c o n t r o ll a w , a n dh e n c ea ne n h a n c e da d a p t i v ep r o p e r t yi so b t a i n e d e x p e r i m e n t a lr e s u l t s i n d i c a t et h a ta ne x c e l l e n ts y s t e mc o n t r o lp e r f o r m a n c ec a nb ea c h i e v e db ym e a n so f a p p l y i n gt h ef u z z yi m m u n ec o n t r o la l g o r i t h mt ot h ee l e c t r i c a lc o n t r o lp n e u m a t i cc l u t c h m a n i p u l a t i n gs y s t e m as t e pm o t o ri se m p l o y e di nt h et h r o t t l ea c t u a t o r 1 1 1 e s t e pl o s s p h e n o m e n o nm i g h t e x i s t d u r i n g t h ef o l l o wm o v e m e n t p r o c e s so w i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i co ft h es t e pm o t o ri t s e l f i nt h i sp a p e r , an e wf o l l o wc o n t r o la l g o r i t h mi s p u tf o r w a r da n di t i ss h o w nt h a ts u c ha na l g o r i t h mc a nb r i n gah i g h e rc o n t r o l p e r f o r m a n c e an e wd o u b l ec y l i n d e rs h i f t a c t u a t o ri s d e s i g n e dt h r o u g hd e t a i l e d i n v e s t i g a t i o no nt h es h i f t i n go p e r a t i o na n dt h eh e a v yt r u c kc h a r a c t e r i s t i c s ；i no r d e rt o f u r t h e rs i m p l i f yt h er e l e v a n tm e c h a n i c a ls t r u c t u r e ，as i n g l ed r i v i n gs h i f ta c t u a t o rb a s e d 。o nas p a c ec o m b i n e dc a n li sa l s oe s t a b l i s h e d i nr e s p o n s et ot h er e a l - t i m ec o n t r o lr e q u e s t o fs p e e dm e a s u r e m e n t ，an e ws p e e dm e a s u r e m e n tm e t h o do fd y n a m i cm u l t i p l ec y c l e si s p r o p o s e do nt h eb a s i so f t h es i n g l ec y c l eo n ei nt h i sp a p e na s i m i l a rf i r f i l t e r , b a s e do n t h ep r i n c i p l eo ft h ef i rd i g i t a ls i g n a lf i l t e r , i sa l s oe s t a b l i s h e dt oe l i m i n a t ed i s t u r b a n c e s o nt h eu s e f u ls p e e ds i g n a ld u r i n gt h es p e e dm e a s u r e m e n tp r o c e s sa n dt h u sa r e l a t i v e l y p r e c i s es p e e dm e a s u r e m e n t i so b t a i n e d t h es t a r t u pa n ds h i rp r o c e s sc o n t r o l sa r et w oi m p o r t a n tt e c h n o l o g i e si nt h ea m t s y s t e m s o m ed e d i c a t e de v a l u a t i n gi n d e x e sa r ei n c l u d e dt h r o u g h o u tt h es t a r t u pp r o c e s s a n a l y s e s o n eo f t h e s ei n d e x e s ，i g n o r e di nf o r m e rr e s e a r c h ，i st h ea c c e l e r a t i o nd i f f e r e n c e b e f o r ea n da f t e rt h ec l u t c hl o c kp o i n t t h ec a u s e sf o rs u c hap h e n o m e n o na r ee x p l a i n e d w i t l le m p h a s i si nt h i sp a p e r t h ei n f l u e n c eo ft h i si n d e xi sa n a l y z e dq u a n t i t i v e l yu n d e r t h es i t u a t i o no fk e e p i n gt h ee n g i n er o t a t i n gs p e e ds t a b l ed u r i n gt h es t a r t u pp r o c e s s i v 摘要 b a s e do nt h ea n a l y s e sr e s u l t s ，a l lu p d a t e ds e r i e so fd o u b l el o o pc o n t r o la l g o r i t h m si s p r o p o s e d i no t h e rw o r d s ，a tt h eb e g i n n i n gs t a g eo ft h es t a r t u pp r o c e s s ，t h ed o u b l el o o p c o n t r o la l g o r i t h mi sa d o p t e dt om a i n t a i nt h ee n g i n er o t a t i n gs p e e di n v a r i a b l ea n da tt h e e n d i n gp e r i o d ，o n l yt h ea c c e l e r a t i o nl o o pc o n t r o li s a c t i v et ok e e pt h ee n g i n e a c c e l e r a t i o nz e r o r e l e v a n te x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h ep e r f o r m a n c eo f t h e u p d a t e ds e r i e s d o u b l el o o pc o n t r o la l g o r i t h mi sb e t t e rt h a nt h a to ft h es i n g l eo n ea n dab e t t e rs h i f t p e r f o r m a n c ei sa c h i e v e d t h ep o w e rt r a n s m i s s i o ni si n t e r r u p t e dd u r i n gt h es h i f tp r o c e s s a n dt h i sp h e n o m e n o nw i l li n f l u e n c et h ev e h i c l e ，e s p e c i a l l yt h eh e a v yt r u c k i no r d e rt o s h o r t e nt h ed u r a t i o no fp o w e ri n t e r r u p t i o n ，t h ev i r t u a lc l u t c hb a s e do nt h et o r s i o n a l d u m p e rc h a r a c t e r i s t i ci sp r o p o s e da n dt h ee l e c t r o n i cg e a r b o xt e c h n o l o g yi sa p p l i e dt o t h eg e a r b o xs y n c h r o n i z a t i o nc o n t r 0 1 i no r d e rt od e a l 、i t l lt h i sp r o b l e m an e u r o n a d a p t i v ep i dc o n t r o la l g o r i t h mi se m p l o y e di ne n g i n es p e e dc o n t r o la n da l lr e l e v a n t p a r a m e t e r sc a nb e s o l v e d i nac o u p l e dw a y e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e a b o v e m e n t i o n e dt w oa l g o r i t h m sc a ne f f i c i e n t l yi m p r o v et h eh e a v yt r a c ka m t p e r f o r m a n c ei nb o t hs t a r t u pa n ds h i f tp r o c e s s e s 扩 t h er e c o n s t r u c t i o no fm e c h a n i c a ls y s t e ma n dt h ed e v e l o p m e n to fc o n t r o ls y s t e ma r e f u l f i l l e df o rt h eh o w oh e a v yt r u c ko nt h eb a s i so fa b o v e m e n t i o n e dk e y t e c h n o l o g i e s a ni n n o v a t i v ep r o t o t y p es y s t e m 、) l ，i t ha no p e nh e a v yt m e ka m t b ye l e c t r i c a lc o n t r o li s 。， e s t a b l i s h e db a s e do nt h ea d v a n c e dq u a n t u mf r a m e i nt h i sa m t s y s t e m ，t m s 3 2 0 f 2 4 0 7 i sa p p l i e da st h eh a r d w a r ep l a t f o r ma n dp c o s i ir e a l - t i m eo p e r a t i n gs y s t e mi st h e s o f t w a r ep l a t f o r m ；a no p e nm i c r o - k e r n e ls y s t e mi sc o n s t r u c t e db ym e a n so ft h e t r a n s p l a n to fl a c o s i i a n dq u a n t u mf r a m e t h ek e m e lf u n c t i o nm o d u l e si nt h e a p p l i c a t i o ns o f t w a r ea r ea c h i e v e db yt h ea p p l i c a t i o no f t h ef i n i t es t a t em a c h i n ep r i n c i p l e a n dt h e q u a n t u mf r a m es p e c i f i c a t i o n e x p e r i m e n t a l r e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h e n e w l y - d e v e l o p e da m ts y s t e mi nt h i sp a p e rc a nr e s p e c tt h er e q u i r e m e n t so fc o m f o r t , s a f e t ya n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nf o rt h en e w - g e n e r a t i o nh e a v yt r u c k ，i m p r o v et h e n a t i o n a lo v e r a l la u t o m o t i v et e c h n o l o g yl e v e la n da c c e l e r a t et h er a p i dd e v e l o p m e n to f h e a v yt r u c kt e c h n o l o g i e s k e yw o r d s ：q u a n t u mf r a m e ；o p e na u t o m o b i l ee l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e m ；a u t o m a t e d m e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ；f u z z yi m m u n ep s d c o n t r o l ；s t a r t u pc o n t r o l ；s h i rc o n t r o l v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 一 论文作者签名： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名导师签名：冱篁缘期：2 q q 鱼生垒且 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的提出及意义 汽车工业水平是一个国家工业发展的主要标志。汽车工业发展至今，已成为 世界主要工业化国家的支柱产业【”。随着人们对汽车舒适、安全、环保、智能要求 的提高，汽车正变成一个集应用电子、通信、i t 、家电、服务等产业最新技术为 一体的机械平台。汽车电子产品占汽车成本的比例在未来几年内将达到5 0 【2 1 。随 着中国国民经济中规模最大的两个支柱产业，汽车产业和电子信息产业的高速发 展，融合两大产业的汽车电子成为中国乃至全球增长速度最快的新兴产业之一 为了发展我国的汽车工业，跟踪世界先进技术，国家将“汽车电子控制技术”列 为重点发展项目。传统的汽车电控系统为封闭式结构。每个厂家生产的汽车电子 控制系统都有自己的标准，并不对外开放。这种封闭式结构系统具有很大的局限 性，表现在： 各厂家的软硬件不兼容，各厂家在生产制造汽车过程中，无法使用已有的 成熟的技术，而将自己的精力投入到具有自己特色的产品的开发中去，增 加了开发成本。 电控系统设计者在具备汽车专业知识的同时，还必须熟练掌握其所使用的 硬件平台与操作系统。因此，对系统设计者要求较高，降低了系统的可靠 性。 系统功能固定，不具有柔性。很难对现成的产品进行升级改造。 应用程序模块化不好，很难进行功能集成。 系统维护不方便，增加了维修成本 为了解决这些问题。目前汽车电控系统正由封闭式结构走向开放式结构。开放 式结构汽车电控系统是汽车技术的又一次革命性飞跃。它为汽车制造商提供了一 个技术平台。 开放式汽车电控系统的出现，使汽车制造业发生了质的变化，也为我国汽车行 业跟上世界汽车行业的发展提供了机遇。目前国内外对于开放式汽车电控系统的 研究尚处于起步阶段，如果我们能够抓住这一机遇，对开放式汽车电控系统进行 研究，在国际标准化进程中争得一席之地，并以此为基础开发具有自主产权的汽 车电控产品，这对于我国汽车行业的发展具有重要意义。 传动系统的自动化是汽车电子控制技术的一个重要内容。汽车工业1 0 0 多年的 山东大学博士学位论文 历史，主要是动力传动系的技术发展史【3 】。 车辆传动系统的首要任务是与发动机协同工作，以保证汽车能在不同使用条件 下正常行驶，并使汽车具有良好的动力性和燃油经济性m 】。传统的手动传动系虽 具有结构简单、制造容易、价格低廉等优点，但仍存在很大的局限性： 采用人力换档，换档时动力必须中断。驾驶员在驾驶汽车时，既要操作变 速杆，又要踩离合器踏板和油门踏板，操纵复杂，因此，采用手动传动系 对驾驶员技术的要求较高，并容易引起驾驶员紧张和劳累，增加了驾驶员 的劳动强度。在道路不良、交通状况复杂的情况下，车辆起步、换档更加 频繁，对驾驶员技术的要求更高，否则在上坡换档、停车起步过程中，稍 有不慎，发动机就会熄火，造成危险。 传动系受到附加冲击力、动载荷大，使得发动机及传动系零件的使用寿命 降低。 车辆行驶阻力的变化直接改变发动机的工况。为了充分利用发动机的功 率，提高车辆的燃油经济性，要求增加变速器的档位数以增加发动机处于 最佳工况的机会。因此，驾驶员的换档次数相应的增加，导致驾驶员的劳 动强度增加。 每次换档过程中，离合器都要进行分离、再接合的动作。离合器在接合时， 其摩擦片都要经历一个滑摩阶段，造成摩擦损耗。对于换档频繁的车辆， 离合器摩擦片摩擦损耗会大大增加，从而缩短了摩擦片的使用寿命，增加 了停车维修时间，降低了生产率。 综合分析可以得出：采用传统的手动变速器难以同时提高车辆系统的经济性 和方便性，并减轻驾驶员劳动强度。在此前提下，自动变速技术发展了起来。传 动系变速的自动化是目前车辆向前发展的高级阶段，是当今急待开发与推广的更 为核心和重要的技术。 自动变速器具有以下优点捧j ： 自动变速消除了驾驶员换档技术的差异性。 车辆性能的优势除与其自身的结构有关外，还取决于正确的控制与操纵。 自动变速就是让系统设计自动完成使用要求，以使整车获得最佳的燃料经 济性、动力性和低的污染排放，而与驾驶员的技术水平无关。 自动变速提供了好的传动比转换性能。 自动变速的速度变换不仅快而且连续平稳，提高了乘坐的舒适性。驾驶员 技术不再是一个影响因素，这对今后汽车进入家庭和非职业驾驶员越来越 多的情况尤为重要。 方便地自动变速可减轻驾驶员疲劳并提高行车安全性。 自动变速减少了污染。 2 第1 章绪论 与轻型汽车相比，因为重型汽车的载重量变化较大，所以重型汽车的行驶阻 力变化较大，发动机工况的变化也较大。为适应这一特点，重型汽车的变速箱档 数比较多。因此，传统手动变速器的缺点在重型汽车上表现的更加突出：研究适 合于重型汽车的自动变速技术尤其重要。 自动变速器的主要类型有液力机械式自动变速器( 简称a t ，a u t o m a t i c t r a n s m i s s i o n ) ，机械无级自动变速器( 简称c v t ，c o n t i n u o u s l yv a r i a b l e t r a n s m i s s i o n ) 和电控机械式自动变速器( 简称a m t ，a u t o m a t e dm e c h a n i c a l t r a n s m i s s i o n ) 三种。 a t 技术的传动系如图1 1 所示【3 】【8 1 1 9 1 ： 涡轮 曩 图1 - 1a t 传动系原理图 a t 传动系主要由液力变矩器和行星齿轮组构成。液力变矩器是一种靠工作轮 叶片与工作液体相互作用引起的机械能与液体能的转换来传递动力，并通过液体 动量矩的变化来改变转矩的传动元件。它具有无级连续变速和变矩的能力，对外 部负载有良好的自动调节和适应性能。因此，应用液力变矩器的a t 传动系可以使 车辆起步平稳，并提高乘坐舒适性和驾驶方便性。 虽然具有上面的优点，a t 传动系的缺点也非常明显：传动效率不高，致使发 动机油耗量增加，燃油经济性差：传动系结构复杂、造价高；行星齿轮组结构复 杂，制造、维修困难，成本高。 c v t 技术的原理如图1 2 所示【3 j 。 发动机发出的能量通过套在主动带轮与从动带轮上的皮带传递给车轮主动带 轮与从动带轮的中心距是固定的，它们都由两个锥轮构成，两锥轮的轴向间隙是 可变的，改变两锥轮间的轴向间隙就可以无级的改变皮带传动的传动比。当主动 j l一 r 1仃u 钠喾协l 图1 2c v t 工作原理图 压力 车轮 轮在最小半径，从动轮在最大半径的时候，传动装置处于低档传动比 由于c v t 是靠皮带的摩擦力来传递动力，所以它的缺点也是传动效率低，经 济性差且传递大功率的能力低。 目前最新的自动变速技术是a m t 技术【协1 7 1 。它是在传统固定轴式变速器和干 式离合器的基础上，应用电子技术和自动变速理论，以电子控制单元( e c u ) 为 核心，通过电控执行机构控制离合器的分离与接合、变速箱选换档操作以及发动 机油门的调节，来实现起步、换档的自动控制。a m t 基本不需改变机械式变速器 本体，在保持传统传动系结构简单、制造容易、价格低廉的优点的同时，还具有 自动变速器能减轻驾驶员疲劳、提高动力性和燃油经济性，降低污染的优点。 综合前面三种类型自动变速器的特点，可以看出，与a t 和c v t 技术比较， a m t 的特点使其更加适用于重型汽车。 本课题是与中国重型汽车集团公司合作开发应用于重型汽车的电控机械式自 动变速