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重型车AMT液压驱动系统设计【汽车类】【7张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 重型车 AMT液压驱动系统设计汽车 cad图纸

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重型车AMT液压驱动系统设计

37页 20000字数+说明书+任务书+7张CAD图纸【详情如下】

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摘要

AMT是一种经济型的自动变速器，在重型载货车上具有广阔的应用空间。目前，中国重型车辆装用的都是手动机械式变速器，并且形成了相当规模的生产能力。与AT相比，AMT更适合中国汽车工业的现实，国内重型车采用AMT自动变速技术既可以保留原有的手动变速器生产线，又可大大节省用于重建专业生产线及设备的投资，具有重要的现实意义。

在电控机械式自动变速器设计开发中，离合器和选换档执行机构的设计及优化是AMT设计的重点和难点之一，其性能直接影响AMT系统的性能，本文以法士特12JS200TA变速器为基础，进行AMT系统液压驱动执行机构的设计。

本文的主要工作内容如下:

1.分析了国内外重型车自动变速技术的发展，对重型车AMT的关键技术问题及操纵系统结构进行了阐述。

2.分析了AMT液压驱动系统的设计要求及结构，并针对法士特12JS200TA 12挡带同步器的手动变速器，在原有离合器和变速器操纵机构的基础上设计了新型的液压驱动自动操纵机构。

3.进行了AMT液压驱动机构的元件计算、选型及系统仿真、分析。对液压回路重要元件进行了选型并对动态响应速度进行了动态分析。

关键词：AMT；液压驱动；换挡执行机构；离合器执行机构；节气门执行器

ABSTRACT

AMT is an economical automatic transmission; therefore it has extensive，application space in the heavy truck. Currently, heavy vehicles are all equipped with manual transmission, and forms production capacity on a quite scale. AMT is more suitable for automotive industry reality in china than AT. The development and production of AMT may retain previous product line of manual transmission and greatly save the investment for reconstruction of professional production line and equipment, so it has important reality meaning.

During the design and development of AMT, design and optimization of selection-shift actuator is one of key and special difficulties for AMT design. The performance will have direct effect on the whole performance of AMT system. In this paper, Taking focus on a manual transmission of heavy truck, combing with science and technology research plan of Chongqing, shift actuator with hydraulic drive for AMT system is developed and designed and its performance is researched.

In this paper, the main contents are showed as follows:

1.The development of automatic transmission technique for heavy truck both home and abroad is introduced. The key technique of automatic transmission for heavy truck and operation system configuration are illustrated.

2. Analysis of the AMT hydraulic drive system and structural design requirements, and file for Fast 12JS200TA 12 manual transmission with a synchronizer, the original clutch and transmission control mechanism based on the design of a new type of hydraulic-driven auto-control mechanism.

3. For the AMT calculation of the hydraulic drive mechanism of the components, selection and system simulation and analysis. Important components of the hydraulic circuit and the dynamic response of the selection of the dynamic analysis.

Keywords: Atotomatic manual transmission（AMT）；Hydraulic drive；Shift executing agency；Clutch executing agency；Air damper actuator

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 AMT发展及研究现状1

1.1.1 AMT技术国外研究1

1.2 AMT自动变速系统的关键技术3

1.3 AMT系统执行机构5

1.3.1 AMT的系统机构5

1.3.2 AMT的液压驱动操纵机构5

1.4 主要研究内容6

1.4.1研究意义6

1.4.2 研究的主要工作7

第2章液压驱动系统设计8

2.1 拟订液压驱动系统图8

2.1.1 制订液压回路方案8

2.1.2 液压系统的组合设计8

2.2 液压元件的选取9

2.2.1 液压泵选型9

2.2.2 电机选型10

2.2.3辅助元件的选择10

2.3 液压回路动态分析11

2.3.1 液压油粘度11

2.4 液压系统的影响12

2.5 本章小结12

第3章离合器执行机构设计13

3.1 离合器执行机构设计13

3.2 液压缸的设计13

3.2.1 液压缸杆的设计14

3.2.2 活塞杆的强度计算15

3.2.3 缸壁的计算与选取15

3.2.4 电机选型15

3.3 机构工作原理16

3.4 离合器执行机构仿真分析16

3.5本章小结17

第4章换挡执行机构设计18

4.1换挡执行机构设计要求18

4.2 液压缸设计19

4.2.1液压缸活塞杆的设计20

4.2.2缸壁厚度设计20

4.2.3活塞杆强度校核21

4.2.4举例说明21

4.3机构工作原理22

4.4 本章小结23

第5章节气门执行器设计24

5.1 概述24

5.1.1发展的制约因素24

5.2 电液式节气门执行器的组成结构27

5.2.1液压缸设计27

5.2.2液压缸杆的设计28

5.2.3活塞杆的强度计算28

5.2.4缸壁的计算与选取29

5.3本章小结29

结论30

参考文献31

致谢32

附录33

第1章绪论

1.1 AMT发展及研究现状

1.1.1 AMT技术国外研究

电控机械式自动变速器(AMT)是在原来干式离合器和定轴齿轮式有级机械变速器所组成的手动变速系统基础上采用电子控制和液压(电动、气动)操纵装置组成的系统。与液力机械自动变速器AT (AutomaticTransmission)相比，AMT具有如下一些特点：传动效率髙，燃油经济性好；结构简单，成本相对低廉，适合各种车型。综合比较，可以看到：AMT具有较高的性能价格比，代表了重型车自动变速技术新的发展方向，国外各大重型车厂商均把AMT技术列为研究的重点。

微机控制技术的飞速发展，成为传统的手动变速器获得新生的重要基础。纵观AMT的发展历程，可分为三个阶段：半自动阶段、全自动阶段及智能阶段。西欧、美国在这一领域占有主导地位。第3章离合器执行机构设计

在现有电控机械式自动变速技术中，离合器分离接合采用电控液压式、电控气动式和电控电动式三种驱动方式。其中电控液压式驱动装置具有容量大、响应快、便于空间布置、控制性能好等优点，其特征是由单独的液压动力源装置提供压力油，釆用一个电磁换向阔控制进入离合器工作缸的压力油实现离合器的分离动作，釆用两至三个髙速开关电磁阔控制排出离合器工作缸的压力油，实现离合器接合动作，以满足车辆起步和换挡过程中对离合器接合速度的控制要求。离合器分离接合控制机构的设计要求应该满足如下要求：

⑴满足离合器分离、接合的工作行程，具有足够大的驱动力并有自锁性能；

⑵保证最大的分离速度，接合平稳无冲击，机构工作可靠，结构紧凑，便于总体布置；

⑶机构工作可靠，结构紧凑，便于总体布置。

3.1 离合器执行机构设计

根据离合器手动操纵机构的结构特点，设计了电机驱动的离合器静液压驱动装置，通过对电机的控制，实现离合器分离结合的自动控制，不仅保留了液压驱动式离合器控制性能好的优点，而且结构简单，制造维护成本低，布置方便，控制可靠，由于釆用了助力弹賛，可减小所需的驱动电机的功率和力矩。

3.2 液压缸的设计

AMT车辆在换挡过程中要求离合器尽可能快地分离，通常离合器彻底分离的时间应小于0.4S，机构必须满足离合器最大分离速度要求。

根据离合器操纵机构，可知离合器分离杠杆端部分离力Fc可根据下式进行设计计算：结论

汽车电控机械自动变速传动系统（AMT)可有效地消除驾驶员操纵技术的差异，降低驾驶疲劳强度，提高汽车的动力性、经济性和行车安全性。与其它自动变速系统相比具有传递效率高、制造成本低、工艺流程成熟、易于制造等优点。

由于重型车辆使用条件极为恶劣，变速器负载大，档位多，选换档操纵沉重，使驾驶员劳动强度大，容易疲劳，发展自动变速技术已成为必然趋势。综合考察，AMT更适合中国汽车工业的现实，对重型车进行AMT自动变速技术的研究与开发具有重要的现实意义。

设计的主要研究工作包括以下几个方面：

1.分析了国内外重型车自动变速技术的发展，对重型车AMT的关键技术问题及操纵系统结构进行了阐述。

3.进行了AMT液压驱动机构的元件计算、选型及系统仿真、分析。对液压回路重要元件进行了选型并对动态响应速度进行了动态分析。

重型车AMT液压驱动执行机构的设计与开发，对于AMT技术在重型车上的。推广及应用具有极大的现实意义。相信这个代表汽车电控新技术的AMT技术，将会在我国重型汽车上得到广泛的应用。

参考文献

[1]李晓静．汽车机械自动变速器系统的组成及发展,湖北汽车工业学院学报．2006(1)

[2]刘振军．重型车辆自动变速技术及发展趋势[J],重庆大学学报．2003(1)

[3]黄才明．电子控制自动操纵机械变速器一重型车最理想的变速器．汽车研究与开发．2006

[4]胡燕平.彭佑多编.液阻网络系统学.北京：机械工业出版社，2002

[6]W.巴克.液压阻力回路系统学.北京：机械工业出版社，1980.9

[7]张伯英.周云山,张有坤.金属带式无级变速器电-液控制系统的研究.汽车工程,2001,23(5)

[8] 陈家瑞. 汽车构造（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社 ,2005

[9] 肖生发. 汽车工程学基础[M]. 北京：人民交通出版社 , 2002

[10]张立平.液压传动系统设计与使用北京：化学工业出版社，2010.3

[11] Hoepke,E.著；朱思宏,廖小红译：载重汽车技术.第2版北京：机械工业出版社，2009.8

[12] 齐晓杰安永东齐英杰编：汽车液压，液力与气压传动技术。北京：化学工业出版社2005年第1版 2006年2月北京第2次印刷

[13] 杨培元，朱福元主编;液压系统设计简明手册机械工业出版社/2003年07月

[14] 刘军营等编著;液压传动系统设计与应用实例解析机械工业出版社/2011年01月

[15]Washio S,Nakamura Y,Yu Y.Static characteristics of a piston-typpilot relief valve.Proceedings of the Institution of Mechanica Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering,1999,213(3)

[16] Jonathan Welsh.? Why Cars Got Angry. ?The Wall Street Journal ,?2006,(3)

内容简介：: SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名系部专业、班级指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称重型车AMT液压驱动系统设计一、设计（论文）目的、意义设计重型车机械式自动变速器（AMT）的液压驱动系统，具体包括液压驱动系统的结构组成，离合器执行机构、换挡执行机构、节气门执行器关键部件的设计与计算，相应标准液压元件的选取。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）（一）主要设计内容进行液压驱动系统的方案确定、离合器执行机构设计、换挡执行机构设计、节气门执行器设计及液压元件的选取。1、带传动所需夹紧力的计算；2、液压元件的选用；3、执行元件的设计；4、调压阀的设计（二）主要技术指标、要求结合陕西法士特 12JS200TA变速箱进行设计。主要技术指标：前进档位：12；倒档：2；变速器油液容量：14.5L；重量：350KG；最大输入扭矩：2000NM。输入功率：355KW。三、设计（论文）完成后应提交的成果1、设计说明书一份，1.5万字以上；2、液压驱动系统图一张、离合器执行机构设计、换挡执行机构设计、节气门执行器装配图各一张，折合三张A0图纸。四、设计（论文）进度安排1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对变速器液压系统进行初步设计。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日4月15日）4、对离合器执行机构设计、换挡执行机构设计、节气门执行器进行设计，绘制液压系统图、非标件装配图及相应零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日五、主要参考资料1李晓静汽车机械自动变速器系统的组成及发展,湖北汽车工业学院学报2006(1)2刘振军重型车辆自动变速技术及发展趋势J,重庆大学学报2003(1)3黄才明电子控制自动操纵机械变速器一重型车最理想的变速器汽车研究与开发2006 4胡燕平，彭佑多编.液阻网络系统学.北京：机械工业出版社，20025Washio S,Nakamura Y,Yu Y.Static characteristics of a piston-typpilot relief valve.Proceedings of the Institution of Mechanica Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering,1999,213(3)6W.巴克.液压阻力回路系统学.北京：机械工业出版社，1980.97张伯英,周云山,张有坤.金属带式无级变速器电-液控制系统的研究.汽车工程,2001,23(5)六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日本科学生毕业设计重型车AMT液压驱动系统设计系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-7班学生姓名：杜继霖指导教师：安永东职称：副教授黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeHeavy vehicle AMT Hydraulic drive System DesignCandidate：Du JilinSpecialty：Vehicle EngineeringClass： 07-7Supervisor：Associate Professor. An YongdongHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要 AMT是一种经济型的自动变速器，在重型载货车上具有广阔的应用空间。目前，中国重型车辆装用的都是手动机械式变速器，并且形成了相当规模的生产能力。与AT相比，AMT更适合中国汽车工业的现实，国内重型车采用AMT自动变速技术既可以保留原有的手动变速器生产线，又可大大节省用于重建专业生产线及设备的投资，具有重要的现实意义。在电控机械式自动变速器设计开发中，离合器和选换档执行机构的设计及优化是AMT设计的重点和难点之一，其性能直接影响AMT系统的性能，本文以法士特12JS200TA变速器为基础，进行AMT系统液压驱动执行机构的设计。本文的主要工作内容如下:1.分析了国内外重型车自动变速技术的发展，对重型车AMT的关键技术问题及操纵系统结构进行了阐述。2.分析了AMT液压驱动系统的设计要求及结构，并针对法士特12JS200TA 12挡带同步器的手动变速器，在原有离合器和变速器操纵机构的基础上设计了新型的液压驱动自动操纵机构。3.进行了AMT液压驱动机构的元件计算、选型及系统仿真、分析。对液压回路重要元件进行了选型并对动态响应速度进行了动态分析。关键词：AMT；液压驱动；换挡执行机构；离合器执行机构；节气门执行器ABSTRACT AMT is an economical automatic transmission; therefore it has extensive，application space in the heavy truck. Currently, heavy vehicles are all equipped with manual transmission, and forms production capacity on a quite scale. AMT is more suitable for automotive industry reality in china than AT. The development and production of AMT may retain previous product line of manual transmission and greatly save the investment for reconstruction of professional production line and equipment, so it has important reality meaning.During the design and development of AMT, design and optimization of selection-shift actuator is one of key and special difficulties for AMT design. The performance will have direct effect on the whole performance of AMT system. In this paper, Taking focus on a manual transmission of heavy truck, combing with science and technology research plan of Chongqing, shift actuator with hydraulic drive for AMT system is developed and designed and its performance is researched.In this paper, the main contents are showed as follows:1.The development of automatic transmission technique for heavy truck both home and abroad is introduced. The key technique of automatic transmission for heavy truck and operation system configuration are illustrated.2. Analysis of the AMT hydraulic drive system and structural design requirements, and file for Fast 12JS200TA 12 manual transmission with a synchronizer, the original clutch and transmission control mechanism based on the design of a new type of hydraulic-driven auto-control mechanism.3. For the AMT calculation of the hydraulic drive mechanism of the components, selection and system simulation and analysis. Important components of the hydraulic circuit and the dynamic response of the selection of the dynamic analysis.Keywords: Atotomatic manual transmission（AMT）；Hydraulic drive；Shift executing agency；Clutch executing agency；Air damper actuatorI目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 AMT发展及研究现状11.1.1 AMT技术国外研究11.2 AMT自动变速系统的关键技术31.3 AMT系统执行机构51.3.1 AMT的系统机构51.3.2 AMT的液压驱动操纵机构51.4 主要研究内容61.4.1研究意义61.4.2 研究的主要工作7第2章液压驱动系统设计82.1 拟订液压驱动系统图82.1.1 制订液压回路方案82.1.2 液压系统的组合设计82.2 液压元件的选取92.2.1 液压泵选型92.2.2 电机选型102.2.3辅助元件的选择102.3 液压回路动态分析112.3.1 液压油粘度112.4 液压系统的影响122.5 本章小结12第3章离合器执行机构设计133.1 离合器执行机构设计133.2 液压缸的设计133.2.1 液压缸杆的设计143.2.2 活塞杆的强度计算153.2.3 缸壁的计算与选取153.2.4 电机选型153.3 机构工作原理163.4 离合器执行机构仿真分析163.5本章小结17第4章换挡执行机构设计184.1换挡执行机构设计要求184.2 液压缸设计194.2.1液压缸活塞杆的设计204.2.2缸壁厚度设计204.2.3活塞杆强度校核214.2.4举例说明214.3机构工作原理224.4 本章小结23第5章节气门执行器设计245.1 概述245.1.1发展的制约因素245.2 电液式节气门执行器的组成结构275.2.1液压缸设计275.2.2液压缸杆的设计285.2.3活塞杆的强度计算285.2.4缸壁的计算与选取295.3本章小结29结论30参考文献31致谢32附录33第1章绪论1.1 AMT发展及研究现状1.1.1 AMT技术国外研究电控机械式自动变速器(AMT)是在原来干式离合器和定轴齿轮式有级机械变速器所组成的手动变速系统基础上采用电子控制和液压(电动、气动)操纵装置组成的系统。与液力机械自动变速器AT (AutomaticTransmission)相比，AMT具有如下一些特点：传动效率髙，燃油经济性好；结构简单，成本相对低廉，适合各种车型。综合比较，可以看到：AMT具有较高的性能价格比，代表了重型车自动变速技术新的发展方向，国外各大重型车厂商均把AMT技术列为研究的重点。微机控制技术的飞速发展，成为传统的手动变速器获得新生的重要基础。纵观AMT的发展历程，可分为三个阶段：半自动阶段、全自动阶段及智能阶段。西欧、美国在这一领域占有主导地位。AMT发展的第一个阶段是半自动阶段(SAMT),这一阶段主要是半自动变速器的发展和成熟阶段。标志性的是瑞典Scannia公司的CAG系统和德国DaimlerBenz公司的EPS系统，以及美国Eaton公司开发的SAMT系统。第二阶段是全自动阶段。主要有五十铃公司于1984年首先投放市场NAVI-5,同时期出现的还有日本Nissan、Hino、美国的Ford、Eaton、意大利的FIAT、法国的 Renault 等。第三阶段是智能化阶段（IAMT)。模糊推理、神经网络方法及GPS等新技术新方法引入到AMT的档位决策和控制中，极大地提高了 AMT的智能化水平。重型车通常指装载质量在8t以上(含8t)的各类汽车，其具有总质量大、品种多、使用工况复杂等特点。对于重型车变速器来说，要求具有足够大的速比范围，足够多的档位数。目前各种重型汽车机械变速器的档位数一般为518档，而且越来越多地釆用带副变速器的多档位变速器。基于重型车变速器的结构特点，致使变速器负载大，选换档操纵沉重，使驾驶员劳动强度大，容易疲劳，在行驶过程中带来了不安全因素。自动变速技术的运用可保证发动机稳定地在高扭矩的经济转速下工作，换档操作容易，大大减轻了驾驶员的劳动强度，使驾驶变得更加轻便，而且使汽车零部件寿命延长，车辆使用率提高，动力性、经济性均较好。根据统计调查显示重型车辆配置自动变速器的比例逐年增长，如美国的肯沃思公司和弗莱特林那公司生产的重型牵引车中釆用自动变速器的比例已达到15%以上。世界上主要生产自动变速箱的厂家在欧美，美国艾里逊和德国ZF两家的市场占有率达95%以上。综合比较，AMT技术正在成为重型车辆自动变速发展的重要方向，其装车率呈逐年上升趋势，用户的认同度也在不断上升，同时复杂工况下工作的车辆的换挡品质和起步性能也在不断得到提高。从20世纪90年代开始，美国、德国生产的重型车开始采用AMT自动变速器。瑞典沃尔沃公司、美国伊顿公司、日本铃木公司、德国奔驰公司等著名重型车辆生产商均生产了 AMT载重汽车，形成了自己的产品系列。目前各大公司正着手AMT的智能化研究以进一步提高AMT自动变速技术。据欧洲用户统计，使用AS-Tronic平均节约燃油3%,对驾驶员技术要求低，同时延长了传动系统部件的寿命。该变速器主要由六部分组成：12速或16速机械变速器、气动换档操纵机构、气动离合器操纵缸、档位选择器、显示器和电控单元。离合器操纵安装在变速器壳体上，以机械形式与离合器连接，气动执行器活塞推动离合器结合或分离，并由电子装置控制。行程传感器检测离合器位置并向电控系统传递信号。气动换档操纵机构以很小的体积安装在变速器壳体上部，包括气动换档to、电控气压阀、传感器、限压阀等，集成控制变速器所有功能。传感器检测档位，变速器输入、输出轴转速与油温等参数。变速器电子控制单元与电控柴油机的电控单元通讯，完成发动机与离合器的协同动作，实现换档的舒适性和换档的高速度，具有手动和自动两种操纵模式。德国ZF公司在2004年推出了两款新型自动变速器，As-Tronic系列中的mid和lite产品。其中As-Tronic mid的技术是基于重型汽车用带有段位和插档式副箱三级12速主变速器的结构原理,专为中重型货车或者长途运输车而设计。As-Troniclite用于最大扭矩5001050NM的轻型货车。该自动变速器的技术基础是6S850手动换档变速器。它同mid的根本区别是，它不是气动操纵而是电液操纵。首先是在尺寸上，液压控制的尺寸更加紧凑，因此它易于装在一个结构空间有限的变速器之中，其次，液压操纵不受制于压缩空气，因为并不是所有的轻型载货车都装备压缩空气供气系统。1.1.2 AMT技术国内研究我国在AMT研究工作方面起步较晚，始于上世纪八十年代中期。已开展这方面研究工作的主要有吉林大学、北京理工大学、上海交通大学、重庆大学、哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司以及烟台欣源蔑有限公司等等，取得的研究成果多是把AMT换档技术应用在轿车上。国内重型车辆装用的都是手动机械式变速器，自动变速传动系统的幵发生产尚处于起步阶段。综合评估AT和AMT这两种自动变速技术，在结构上,显然AMT的结构比AT更简单，其制造技术要求也低得多；在经济性上，建一条AMT生产线所需资金是建一条液力自动变速器生产线1 / 25左右，显然AMT具有更高的性价比。目前，国内大型汽车企业及各高校都在开展重型车自动变速技术的研究工作。2004年8月配备自动变速器的重庆红岩“新大康”闪亮登场，这意味着：重型汽车变速器产品升级换代的髙科技化趋势已明显，自动变速器产业化的进程已加快。北京理工大学适用于大功率柴油机为动力的重型车辆的电控机械式自动变速器技术已经形成了自己的特点。吉林省汽车产业2005-2010年发展规划中已将AMT产品列为重点研发项目。2006年北京齿轮总厂自行研制幵发成功具有独立知识产权的电控机械式自动变速器（AMT)。其具有手动换档与自动换档互换的优点，可应用于卡车、公交车、大客车和其他车辆。目前装配中青旅公司进行车辆试验，己完成2万公里的路试。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，但到目前为止还没有真正实现AMT技术的商品化。AMT的产业化进程并不顺利，仍存在一些关键技术问题需要解决，尤其是系统的性能稳定性和可靠性，一直是困扰AMT产业化的核心问题。1.2 AMT自动变速系统的关键技术与液力机械自动变速和无级自动变速相比，AMT控制参数多，系统控制难度大，其关键技术有以下几个方面：离合器控制AMT技术的核心问题之一就是离合器的最佳控制，它是保证汽车起步、换档过程的品质，减少传动系统零部件的冲击，提高使用寿命和驾驶舒适性的关键。在结构上，AMT离合器操纵机构由于取消了离合器踏板，只能通过加速踏板反映驾驶员意图。离合器起步和换档过程中要保证其迅速分离、平稳接合。起步工况变化多样，受载荷、坡道、路面等因素的影响。分离、接合过程中需要与发动机油门幵度协调配合，同时离合器模型本身存在着非线性、时变、滞后等问题，离合器起步控制问题成为AMT技术的关键换挡过程中，离合器要自动分离和接合，最主要的还是接合速度控制问题。接合过快会造成严重冲击，影响乘坐舒适性和传动系寿命，甚至造成发动机熄火；接合过慢，导致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，所有这些都使离合器控制问题复杂化。换档策略AMT系统在换档过程中，是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的。换档策略一般是指动力性和经济性换档规律，其优劣是衡量车辆在釆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。换档规律应该是单值，即对输入变量的每一组合，仅存在唯一的输出状态。制定换档策略要综合考虑各种因素，诸如道路环境、驾驶员、车辆的运行状况等，力求设计出能够尽量满足不同的工作状态需要，各方面综合最优的换档策略，以提高车辆的动力性和燃油经济性。发动机转速控制在换档过程中，离合器切断动力再次接合时必然会产生冲击，因此必须对发动机转速进行自动控制。在起步过程中，为了使车辆具有良好的起步品质，就要减少车辆的冲击和离合器的磨损，所以必须通过对离合器结合速度及发动机转速的控制，保证在冲击和离合器磨损最小的情况下，迅速平稳地完成起步过程。所以发动机的转速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。执行机构设计与优化AMT自动操纵动作是靠执行机构来完成的。执行机构包括选换档执行机构、离合器分离结合执行机构，主要有电控液动（气动）和电控电动两种型式。执行机构性能直接影响系统的性能，必须保证响应速度快，工作稳定可靠。可以说，其动态特性的好坏直接影响起步、换档品质及整个系统的可靠性。在经济成本上，应充分利用重型车辆带有的液压和气动装置，最大程度地节约开发成本。所以根据系统的工作特点和使用要求，对执行机构的结构参数进行设计及优化是AMT技术走向产品化过程中的一个重要环节。电控单元开发电控单元是AMT控制系统的核心，包括发动机控制单元、离合器控制单元、变速器控制单元。由于汽车工作环境的多样性，必须保证电控单元能在各种复杂环境条件下可靠工作。这就对电控单元的设计提出了非常严格的要求。除考虑速度、精度、功能等控制性能外，还应着重考虑抗干扰、耐振动及温度适应范围等问题。电控单元的可靠性问题是AMT走向商品化的重要前提条件。目前重型车已部分采用电控发动机，AMT系统发动机的控制可釆用CAN总线与电控单元(ECU)通讯的方式，但电控发动机多为国外产品，其通讯协议不幵放，可以采用添加油门控制装置实现发动机的目标控制。1.3 AMT系统执行机构1.3.1 AMT的系统机构AMT系统主要由四大部分组成：被控制系统、电子控制单元（ECU）、传感器、执行机构。根据电控机械自动变速系统选换挡和离合器的操纵方式不同可分为液压驱动式、气压驱动式和电机驱动式3种。液压驱动式电控机械自动变速器系统中选换挡和离合器的操纵靠油压来实现，离合器和换挡执行机构为高速开关电磁阀控制的液压缸。液压驱动式AMT系统具有容量大、操作简便、易于实现安全保护、有一定的吸收振动与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点，现已被广泛采用。1.3.2 AMT的液压驱动操纵机构AMT的液压驱动操纵机构主要包括离合器操纵机构、选换档机构、发动机油门控制装置及各类速度、位置、压力传感器等。1)离合器执行机构对于离合器的自动操纵，其执行机构要保证离合器的快速分离与缓慢结合，另外对响应速度，控制精度的要求也很高。目前，离合器执行机构主要有两种形式：髙速幵关电磁阀控制液压紅结构和直流电机驱动离合器结构。为保证系统工作可靠且成本低廉，离合器控制油路一般采用性能可靠且经济实用的数字控制髙速开关电磁阀进行控制。离合器接合速度的控制，可通过对不同的阀的开启组合和对每个阀的开启均釆用数字脉宽调制（PWM)的流量控制方法来实现。2)选换档执行机构变速器执行机构有平行式和正交式两种，后者又称为X-Y型布置方式，即选档液压缸和换档液压紅正交布置。主要由选档作动器和换档作动器以及2个分别控制选档和换档的三位四通电磁阀组成，也可以采用4个二位三通阔进行控制。当釆用三位四通电磁阔时，其滑阔机构具有如下功能：当阔芯处于左或右位置（即左或右电磁铁通电）时，能使液压缸的左、右腔油液换向流动，而当阔芯处于中间位置（左右2个电磁铁均断电）时，能使主油道与油缸两腔接通，以确保变速器在2个电磁铁均断电时保持处于空档位置。选档和换档作动器具有相同的结构和工作原理，一般都是采用三位置油缸。3) 发动机油门控制机构发动机油门控制机构有2种方式：电液驱动式和电机驱动式。对于釆用电控柴油发动机的重型车，AMT可与发动机电控单元共享资源，釆用CAN总线通讯的方式使其在起步与换档时，按要求加油或收油，并使发动机点火延迟以提高换档品质与降低污染。4)传感器与开关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。A. 加速踏板传感器与开关。这是一个与加速踏板轴相连的电阻式角位移传感器，用来反映各种踏板位置，且有2个开关，它们分别反映加速踏板的极限位置：怠速状态和全幵状态。驾驶员的操纵意图可通过加速踏板传感器信号反映。B. 油门传感器与开关。油门传感器与开关的关系和加速踏板传感器与开关的关系完全相同，并一一对应。油门电位计式角位移传感器反映了发动机的负荷状况，并将油门实际开度信号反馈给电控单元。C. 转速传感器。转速传感器通常釆用磁电式或霍尔转速传感器，相应轴的转速由检测头测得脉冲频率，经整形电路得到等脉宽方波后，输入电控单元。通常需要检测3个转速参数，发动机转速、变速器中间轴转速和变速器输出轴转速。D. 离合器行程传感器。离合器行程传感器是安装在发动机飞轮壳上以分离杠杆比反映离合器的行程。E. 档位传感器。选档和换档执行油缸分别装有微动行程开关，它把2个作动器的工作位置信号送给微处理机，反映变速器选档与换档动作的完成情况和工作状态。F. 液压油压力传感器。液压油压力传感器安装在液压油路的主油道上，以反映液压源的压力情况，油压低于所要求的值时，微处理机发出信号。1.4 主要研究内容1.4.1研究意义AMT是一项经济实用的成熟技术，是中国重型车自动变速技术的必然选择。具体来说，具有下面几种优势：1) 发展趋势表明，AMT的装车率在逐年上升，客户的认同度在不断增高，欧美各国都把AMT技术的研究放在了重要位置；2) 国内变速器生产技术力量雄厚，建立了多种手动变速器生产线，已形了相当规模的生产能力，为国内重型车AMT的发展提供了物质基础。在此基础上装备AMT非常符合中国的实际情况；3) 国外AMT产品己经产业化、商品化，国内对于AMT应用在轿车上的技术研究也相对成熟，这为国内开发重型车辆AMT系统提供了成熟的范例；4) 虽然AT技术已很成熟，并受到了广泛的欢迎，但在产品易变型、多品种、批量小及汽车工业整体技术水平尚不高的情况下，使得AT的适用范围受到了局限。因此AMT成为优先考虑的重型车实用自动变速技术。在对重型车AMT研究和开发的过程中，换挡执行机构的研究与开发一直是AMT设计的重点和难点之一。对执行机构的参数进行优化设计，以使AMT机构实现良好的移植性是AMT产品化过程中的一个关键技术环节。该技术环节对发展国内重型车自动变速技术及推动国内重型车AMT产业化进程十分重要。1.4.2 研究的主要工作进行液压驱动系统的方案确定、离合器执行机构设计、换挡执行机构设计、节气门执行器设计及液压元件的选取。1、带传动所需夹紧力的计算；2、液压元件的选用；3、执行元件的设计；4、调压阀的设计；第2章液压驱动系统设计2.1 拟订液压驱动系统图液压系统图从右路原理上具体体现了设计任务书的各项要求，因此液压系统图的拟订是整个液压系统设计中最重要的一环。在拟订液压系统图的过程中，首先通过分析对比制订出各种适合的液压回路方案，然后将这些回路组合成完整的液压系统。2.1.1 制订液压回路方案构成液压系统的回路有主回路和辅助回路两大类，每一类中按照具体功能还可进一步详细分类，这些回路的具体结构形式可参阅相关手册。通常根据系统的级数要求及工况图，参考这些现有成熟的各种回路及同类主机的先进回路加以选择和制订。在液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟订液压系统的核心问题。方向控制一般用换向阀或插装阀来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多采用换向阀实现所要求的各动作。液压系统的右路循环方式有开式和闭式两种，在此设计中，采用开式系统循环，其特征是液压泵从邮箱西游，压力油经系统释放能量后，再排回油箱，结构简单，而且造价低，一台泵可向多个执行元件供油。液压系统的工作介质完全由液压源提供，液压源的核心是液压泵，液压源型式与调速方案有关，当采用节流调速时，只能采用定量泵做动力源；当采用容积调速时，可采用定量泵或变量泵做动力源；动力源中泵的数量视执行元件的工况图而定，要考虑到系统的压力稳定性、流量的均匀性、系统工作的可靠性、传动介质的温升、污染度及系统效率、可能的干扰等。液压系统的工作压力必须与所承受的负载相适应，对于定量泵供油的节流调速系统，系统压力采用溢流阀进行恒压控制。如果各回路压力要求不同，则可采用减压阀来控制。对于调压回路，压力控制阀的调整压力应根据负载大小来调整，一般比最大负载压力高10%20%即可，以避免过多的能量损失。对于采用减压阀的减压夹紧回路，可在减压阀出口串接单向阀，以使高压主油路的压力因快速动作而低于减压阀设定压力时，起到短时保压作用，使夹紧力在短时间内保持不变。2.1.2 液压系统的组合设计在确定了满足系统要求的主液压回路和必要的辅助回路方案之后，即可将它们组合成一个完整的液压系统并绘制出其原理图，组合与绘制液压系统图时应注意下列事项：力求系统简单可靠，应避免和消除多余液压元件和回路；从实际出发，尽量采用具有互换性的标准液压元件；管路尽量要短，使系统发热少、效率高；保证工作循环中的每一个动作均安全可靠，且相互间无干扰；组合而成的液压系统应经济合理，不可盲目追求先进，脱离实际；先按所选定的方案绘制出液压系统原理图，待系统最终去确定后再按标准绘制出正式的液压系统原理图。2.2 液压元件的选取液压系统的组成元件包括标准元件和专用元件。在满足系统性能要求的前提下，应尽量选用现有的标准液压元件，不得已时菜自行设计液压元件。选择液压元件时一般应考虑一下问题：应用方面的问题，如主机的类型、原动机的特性、环境情况、安装型式及外形连接尺寸、货源情况及维修要求等。系统要求，如压力和流量的大小、工作介质的种类、循环周期、操作控制方式、冲击振动情况等。经济性问题，如使用量，购置及更换成本，货源情况及产品质量和信誉等。应尽量采用标准化、通用化及货源条件较好的元件，以缩短制造周期，便于互换和维护。液压元件产品及其技术规格等，可从设计手册或生产厂的产品样本中查取。2.2.1 液压泵选型液压泵最高压力可由下式计算：式中： P执行元件的工作压力；执行元件进油路中的总压力损失，可估取为0.4Mpa。根据前面表中的计算结果，并取系统泄漏修正因数k=1.1，快进过程中液压泵所需流量：同步过称液压泵所需流量：根据所计算得到的液压泵压力和流量值，查液压元件手册，选取齿轮泵CBK1。排量设定为0.75ml/r，容积效率为0.9，总效率为0.75，额定工作压力为16MPa，最髙工作压力为21MPa，最高转速为3000r/min。2.2.2 电机选型小型异步电动机可分为：基本系列、派生系列和专用系列。基本系列-使用范围广、生产量大，是一种通用电机，如Y系列(IP44)小型三相异步电动机。派生系列-按照不同的使用要求，在基本系列的基础上做了部分改动，另部件与基本系列有较高的通用性和一定程度的统一性。派生系列有电气派生(如高效电机，YX系列)、结构派生(如绕线转子电动机YR系列)、特殊环境派生(隔爆型电动机，YB系列)等几种。专用系列-与一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防护条件系列，如YZ、YZR冶金及起重用异步电动机。驱动液压泵所需的电动机功率可按下式确定：（2.1）式中： -泵的最大工作压力；-泵的额定流量；-泵得效率；经计算得电机功率：，选用功率为120W，转速为900r/min的永磁直流电机，型号为90ZY74，最高转速2400r/min，电压24V。2.2.3 辅助元件的选择据液压系统的工作压力和通过系统以及辅助元件的实际流量，可以选定阀类元件及辅助元件的型号及规格。参考标准见表2.1：表2.1 液压回路阔类元件及辅助元件型号规格一览表序号元件名称估计通过流量(L/min)型号规格1过滤器3WU-J6X8010 (L/min)2油箱一开式油箱2L3单向阀3DT8PI21MPa.通径 10mm4蓄能器ABZ10-L0.75A0.75L, 2lMPa, 2.6Kg5溢流阀3YF3-10L0.56,3MPa,通径 10mm6电液先导减压阀3BT-03-32调压范围0.525MPa7二位二通电磁换向阀3DHF06-2246 (L/min),通径 6mm8三位四通电磁阀434WE5P8 (L/min), 1.4kg9二位三通电磁换向阀4LSV2-08-315 (L/min), 1.4kg2.3 液压回路动态分析由于所设计的AMT车辆离合器及换档执行机构是釆用液压操纵方式，所以液压回路的动态响应是影响换档品质的重要因素。下面将结合对液压油粘度的特性进行分析，找到提高液压系统动态响应的途径。2.3.1 液压油粘度AMT用液压油粘度随温度变化较大，特别是夏季和冬季尤其明显。粘度的变化，直接影响到换档执行机构的响应速度。液压回路中的沿程阻力和局部阻力在总的压力损失中所占的比例随粘度的不同也有明显的变化。粘度较小时，局部阻力所占比例较大，粘度较大时，沿程阻力所占比例较大。所以应根据不同的环境温度变化，找到不同的措施来降低油液压的阻力。增加阀的通流面积。在油液粘度较小时，可以有效地提高执行机构的速度，但随着粘度的增大，效果将变得不显著。这是因为沿程阻力的增大，导致了执行速度的降低。加大管路内径。随油液粘度变大，对提高执行机构执行速度的效果也更明显，但管路内径过大，也会对提高执行速度造成不利影响。增大系统工作压力。无论油液粘度如何变化，均有明显提高执行速度的效果。换档力与系统压力成正比。系统压力越大，液压执行机构的响应速度越快，同步器同步的时间越短。因此可以增大系统的工作压力来减小液压执行机构的响应时间及同步器的同步时间。2.4 液压系统的影响液压系统在AMT中的作用是向执行机构提供动力。它包括电机、泵、蓄能器、单向阔、减压阔、方向阀等，以及油管、液压油、油箱等。液压系统在AMT体系中对换档品质的影响除了正确提供执行机构所需动力外，还要保证换档的平顺性和不产生额外的换档噪音。依据实际情况，AMT液压系统对换档品质的主要影响：一是工作过程中出现液压录的频繁启停，其噪声让人有不舒服的感觉；二是在温度变化时，AMT的换档品质受液压油粘温特性的影响较大。2.5 本章小结本章详细介绍了AMT液压驱动系统的结构组成，选取了合理的液压元件，并拟定了液压驱动系统图，对液压回路作了初步的动态分析。第3章离合器执行机构设计在现有电控机械式自动变速技术中，离合器分离接合采用电控液压式、电控气动式和电控电动式三种驱动方式。其中电控液压式驱动装置具有容量大、响应快、便于空间布置、控制性能好等优点，其特征是由单独的液压动力源装置提供压力油，釆用一个电磁换向阔控制进入离合器工作缸的压力油实现离合器的分离动作，釆用两至三个髙速开关电磁阔控制排出离合器工作缸的压力油，实现离合器接合动作，以满足车辆起步和换挡过程中对离合器接合速度的控制要求。离合器分离接合控制机构的设计要求应该满足如下要求：满足离合器分离、接合的工作行程，具有足够大的驱动力并有自锁性能；保证最大的分离速度，接合平稳无冲击，机构工作可靠，结构紧凑，便于总体布置；机构工作可靠，结构紧凑，便于总体布置。3.1 离合器执行机构设计根据离合器手动操纵机构的结构特点，设计了电机驱动的离合器静液压驱动装置，通过对电机的控制，实现离合器分离结合的自动控制，不仅保留了液压驱动式离合器控制性能好的优点，而且结构简单，制造维护成本低，布置方便，控制可靠，由于釆用了助力弹賛，可减小所需的驱动电机的功率和力矩。3.2 液压缸的设计 AMT车辆在换挡过程中要求离合器尽可能快地分离，通常离合器彻底分离的时间应小于0.4S，机构必须满足离合器最大分离速度要求。根据离合器操纵机构，可知离合器分离杠杆端部分离力Fc可根据下式进行设计计算：（3.1）式中：膜片弹簧对压盘的压紧力； i分离杠杆比，型号离合器分离杠杆比为。经实验测得分离杠杆处的分离力为49405235N ，离合器助力气压为68 E+5Pa , 离合器分离气缸直径Di: ，离合器分离液压缸直径：,分离杠杆比。气动助力缸所产生的推力为：（3.2）液压缸进口压力，Pa；活塞的有效面积，；由于液压工作缸与气压缸为一体结构，所以气动助力缸工作面积可以由下式计算：活塞直径，mm；活塞杆直径，mm；经计算得：液压油产生的推力：；则液压油压力：；分离杠杆完全分离行程L :1214mm,反映到液压缸推杆的行程为：；离合器彻底分离时间t为：0.4s；丝杆线速度：V=L/t=63.75mm/s。3.2.1 液压缸杆的设计活塞的材料：有导向环活塞，球墨铸铁流量：；液压杆直径；导向长度取H=18mm；活塞宽度B=（0.61.0）D=14mm；导向套滑动面长度A=（0.61.0）D=16mm；隔套k其宽度C=H-(A+B)/2=3mm；活塞杆的材料和技术要求：活塞杆材料：H8/h7；,，15%；热处理：调质，表面处理2030；安装活塞的辅肩与活塞杆轴线的垂直度不大于0.04mm/100mm；活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3。3.2.2 活塞杆的强度计算活塞杆在稳定工况下：当液压缸工作时，活塞杆所承受的弯曲力矩： F活塞杆的作用力，N； d活塞杆的直径，mm；活塞杆断面积，； M活塞杆所承受的弯曲力矩，； W活塞杆断面模数,；材料的许用应力，无缝钢管=100110Mpa。经以上计算，所设计的活塞杆可以使用。3.2.3 缸壁的计算与选取缸筒壁厚：；缸筒材料：毛坯35号；缸筒底部厚度：；缸筒内径D采用A7或H8级配合，表面粗糙度一般为0.160.32需进行研磨。3.2.4 电机选型步进电机本质上属于连续运转的同步电动机，其转子的转角位移量与输入脉冲数严格成比例，没有累计误差，具有良好的跟随性；速度和位置控制性能良好，动态响应快，自起动能力强；转速与单位时间内的脉冲数成比例，控制方便。釆用细分控制，所开发的离合器行程位移控制精度可达到0.025mm。离合器驱动电机功率：。液压缸的输出推力，N； v液压缸杆速度，；根据计算电机功率，拟选功率50W，布距角为，最大静转矩38.9E-3。3.3 机构工作原理离合器处于结合位置时，回位弹黃将皮碗压向活塞，并把活塞推向最右端位置，使皮碗位于补油孔与进油孔之间，两孔都开放，液压油从储油縫流入并充满整个油路。当需要分离离合器时，电机在控制单元驱动电流作用下正向旋转，带动螺母滑块左移，推动活塞向左运动，回位弹簧9被压缩。当皮碗将补偿孔B关闭后，管路中油液受压，压力升高。在油压作用下，气动助力液压虹开始工作，活塞杆推动离合器分离叉使离合器分离。当需要迅速结合离合器时，驱动单元向电机发出信号，使电机快速反转，带动螺母滑块右移，回位弹簧使主虹活塞较快右移，而由于油液在管路中流动有一定阻力，流动较慢，使主缸活塞左侧压力腔内可能形成一定的真空度。在缸体腔与活塞上环形腔之间的压力差作用下，少量油液经进油孔A推开皮碗形成单向阔，由皮碗间隙中流到虹体腔内弥补真空。当原先已由主缸压到工作缸的油液重又流回到主缸时，由于己有少量补偿油经单向阔流入，故总油量过多。这多余的油即从补偿孔B流回储液罐。当液压系统中因漏油，或因温度变化引起油液的容积变化时，则借补偿孔B适时地使整个油路中油量得到适当的增减，以保证正常油压和液压系统工作的可靠性。通过对电机转向和转速的控制，可实现离合器分离结合速度和行程的控制，满足车辆对离合器控制的要求。3.4 离合器执行机构仿真分析由液压缸压力模块及活塞运动模块组成液压虹工作模块，对其在Simulink中进行建模仿真，进而分接合过程中液压缸位移及速度的关系。仿真运行时的初始条件为：活塞位置X=0，速度v=0。输入执行机构基本参数，得到仿结果如图1和图2 。图1离合器执行机构位移从仿真结果可以清晰地看出在离合器接合过程中活塞杆位移及运动速度随时间变化的关系，这与实际离合器的工作非常相似，证明所设计的执行机构是可以满足工作要求的。图2 离合器执行机构速度 3.5本章小结本章对离合器液压自动操作机构的液压缸及电机进行了设计，并对离合器结合工况中工作过程进行了建模仿真，仿真表明了机构的可行性。第4章换挡执行机构设计电控机械式自动变速器（AMT)是由传统的手动变速器通过电控改进而得到的，在车辆上采用Add-on的方式。AMT系统基本不改变原车的结构和各总成的零部件，只是取消了配备手动变速器车辆的离合器操纵总成和换挡操纵总成等零部件，将其替换为必要的控制和执行机构。AMT换档操纵机构的设计及优化是AMT设计的重点和难点之一，它的性能直接影响整个AMT系统的性能。4.1换挡执行机构设计要求换档执行机构必须达到换档过程平稳、无冲击，防止产生大的动载荷等要求。为了减少执行机构对换档品质和同步器寿命的影响，液压执行机构设计时应满足以下要求：液压缸行程液压缸行程的设计要求通过尺寸链的换算，较精确地确定行程尺寸的公差，最终得到执行机构的液压缸行程。如果液压虹行程过短，则可能出现挂不上档或者脱档的情况；行程过长时，对换档品质的影响虽不是很大，但会造成换档过程完成后同步器上仍然受到较大的轴向推力，从而影响同步器的寿命。换档速度换档速度影响换档力的大小。换档速度过快会产生较大的冲击力，如果换档速度过慢，则会影响整个挂档时间，增加换档过程的动力中断时间，影响车辆的加速性能。因此换档速度将直接影响换档品质。根据实践经验，完成一次换档的总时间一般为1.4s较为合适，而一次挂档的时间最好不要超过400ms。液压缸推力液压缸推力大小直接影响换档的可靠性和同步器的寿命，推力过小可能造成挂不进档，啮合齿与套之间打滑，产生较大噪音，导致同步器早期损坏；推力过大，同样会导致同步器寿命减小。由同步器换档力分析可知，不同档位和不同换档速度条件下所需的换档推力不同，并且不同转速时的换档推力也不同，通常动态换档力大于静态换档力。因此液压缸的推力应以动态条件下最大换档速度时各档所需的最大换档推力实测值为依据进行设计，并通过对不同工况下系统压力的实时控制来调节液压缸的推力，从而保证换档品质和同步器寿命。液压缸内泄量由于柱塞和缸孔、柱塞和滑套、滑套和缸孔之间存在配合间隙，就存在内泄。内泄量如果很大，将使换档速度变慢，增加一次挂档的时间。另外使整个液压系统保不住油压，能耗增加，使电动栗工作频繁，产生噪音。经计算和反复实验，配合间隙通常应控制在0.03mm以内，既能满足内泄量的要求又满足装配的要求。响应速度的控制电控液压驱动的换档执行机构结构比较复杂，包括各类电元件、阀类元件、辅助元件以及各类传感器。这些元件的响应速度、迟滞时间将对总的换档时间产生影晌，因此在执行机构的设计及控制中要考虑这些因素。在执行机构的控制中要注重提高元件的响应速度，节省作用时间，分析电控单元发出指令以及传感器响应迟滞时间，液压回路中重要元件速度的动态响应。重型车AMT换挡所需的时间是1.4s。4.2 液压缸设计以法士特12JS200TA型号变速箱为研究对象，实测最大换档力为400N,各档换档行程Z为13.5mm。设定换档时间不大于0.4s，取液压系统压力，机构机械效率、液压杆快进时速度同步过程速度。液压缸在工作过程中，一般要经历启动、加速、恒速和减速制动等负载工况。液压紅的负载由四部分组成：惯性负载、动摩擦力、静摩擦力和工作负载换档力F。换档过程中各阶段液压缸的负载是不同的，启动时，液压缸负载:；加速时，恒速时，；换挡时，。由最大负载力计算液压缸作用面积，并得到柱塞直径。液压缸进口压力，Pa；液压缸的机械效率； d活塞杆直径，mm。经计算得：柱塞杆直径d=19.81mm，选取合适的标准值圆整得：d=20mm。液压紅内经由滑套外径决定，并满足退档力和速度的要求。因退档力较小，故滑套外径可按其强度和加工要求得到，取为D=32mm。滑套长度按满足行程和导向长度要求确定。液压虹工作行程由换档行程决定，并通过变速器换档机构限位。当液压缸进行差动连接时，两腔压力差值取0.5MPa,由液压缸的工作速度以及设定和计算所得参数可以得到其在不同工作阶段的压力、流量及功率如表4.1：表4.1 不同阶段工作状态工况负载（N）工作腔压力（Mpa）输入流量（L/min）功率(W)启动1090.97加速1171.0快进820.871.0615.37工进5821.231.2726.044.2.1液压缸活塞杆的设计导向长度：，取H=30mm；活塞宽度B=(0.61.0)D，取B=24mm；导向套滑动面长度A=（0.61.0）取A=24mm；装有隔套K，其宽度C=H-（A+B）/2=6mm；活塞杆的材料和技术要求：活塞杆材料：H8/h7；,，15%；热处理：调质，表面处理2030；安装活塞的辅肩与活塞杆轴线的垂直度不大于0.04mm/100mm；活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3。4.2.2缸壁厚度设计缸筒壁厚为=4mm当时，；当时，；缸筒内最高工作压力，Mpa； D缸筒内径，m；缸筒材料的许用应力，Mpa。缸筒外景公差余量，腐蚀余量缸筒材料：H8/h7；毛坯：35号；4.2.3活塞杆强度校核活塞杆在稳定工况下：；当液压缸工作时，活塞杆所承受的弯曲力矩：F活塞杆的作用力，N；d活塞杆的直径，m；活塞杆断面积，；M活塞杆所承受的弯曲力矩，；W活塞杆断面模数,；材料的许用应力，无缝钢管=100110Mpa。经计算，所设计的活塞杆可以使用4.2.4 举例说明前进档液压执行缸由三位四通电磁方向阀控制，倒档液压缸采用二位三通方向阀控制。下面以一档换入二档为例说明换挡机构的工作过程。首先控制1、2档液压执行缸的三位四通电磁阀左、右侧电磁铁通电，在电磁推力的作用下阀芯处于中间位置，此时执行缸左右两腔同时进油。右腔的压力作用面积及产生的轴向推力为：（4.1）左腔的压力作用面积及其产生的推力为：（4.2）式中： -液压缸活塞面积； -滑套面积； -左腔推力； -右腔推力； P-压力油压力。显然，因此在差动力的作用下，活塞左移。活塞换档拨指插在1档拨叉轴槽内带动换档拨叉拨动同步器啮合套脱离啮合齿轮。退档动作完成后，当活塞到达中间位置，由于轴肩的作用，活塞杆左右两侧的压力作用面积相等，此时，活塞杆停止运动，此时活塞杆停止运动，摘档过程完成。从空挡换入1挡过程：控制1挡液压执行缸的三位四通阀工作，阀的起始位置为中间位置，当阀的右侧电磁铁通电，产生的推力将阀芯移至左侧。随之1挡液压执行缸右侧进油，左侧回油，活塞左移，换挡拨指带动1挡换挡拨叉拨动同步器啮合齿套与换挡齿轮啮合齿圈结合，换入1挡。换入所要求档位后，执行缸两端停止进油，回油。齿轮受锁定弹簧产生的锁定力，不会自动脱档。4.3机构工作原理 AMT换档液压回路包括三个部分：液压动力源，稳压系统，换档机构。液压动力源部分包括油箱、滤清器、液压泵、溢流减压阀、单向阀等。系统的能源为液压泵，由电机驱动微机控制，可按需要自动启停。通过油箱、滤清器，以恒定的压力向系统供油。系统压力可由与液压泵并联的溢流阔设定，压力值超过系统规定值时，可由该阀卸荷，保证液压泵向系统输入压力恒定的液压油。稳压系统包括蓄能器、先导型减压阀、二位二通电磁换向阀、压力继电器等。蓄能器用于吸收液压冲击，稳定系统油压和储存足够的压力油量。进油路上设置一个先导型减压阀，二位二通电磁换向阀，起到多级调压作用。另外设计一压力继电器，当主油路压力低于设定压力值时，向继电器发出信号，蓄能器开始供油直到达到压力要求。4.4 本章小结本章对AMT液压驱动系统中换挡执行机构进行了初步的设计，对液压缸推力、行程、内泄量进行了研究，并提出了解决方法。并以1挡换入2挡为例对液压回路工作原理进行了分析，表明所实际的换挡执行机构可以实现换挡动作，且没有选挡动作，使位置控制及速度响应更加精确，快速。第5章节气门执行器设计5.1 概述在汽车自动变速器中，对发动机节气门的控制都是通过控制节气门执行器来完成的。该执行器的受控性能好坏直接关系到整个自动变速器的工作性能。选择哪种执行器既能降低产品的成本，又能得到比较好的控制性能一直是人们研究的热门课题。目前，得到应用的节气门执行器有步进电机式、直流可逆伺服电机式、线性电磁铁式和真空膜片式等几种类型。这些执行器都有各自的特点和使用局限性。在电控机械式自动变速器（AMT）的研究和产品开发中，针对汽车有液压源的特点，设计了电液式执行器来控制节气门。电液式节气门执行器具有很多优点，如结构简单、成本低廉、驱动力大、耐受环境温度能力强、控制电路简单等。其主要缺点是控制技术难度大。由于液压系统存在供油压力波动，油的粘度随油温度变化而变化，控制阀的启闭特性，负载的惯性质量，液压执行机构的摩擦力等因素的影响，尤其节气门操纵系统是一个弹簧质量系统，还免除不了由于振动等因素带来干扰。因此，常规的控制方法无法保证节气门的控制既要具有精确的位置响应，又要有满足需要的速度响应，同时还应根据发动机的工况要求灵活实施不同的控制策略。5.1.1发展的制约因素1)控制系统复杂，精确控制困难。ETC系统与ASR、CCS及VSC等多种系统相连，需要控制的参数多，控制逻辑复杂。论文格式。ETC系统本身存在非线性阻尼特性，进气扰流阻力矩不稳定等因素，传感器等工作部件在使用过程中存在机械磨损和可靠性变差等题目。2)在进行多种控制功能集成时，各控制系统之间需采用信息融合技术，即将ASR、CCS及VSC系统所需要的各传感器信号有机地融合起来，实现资源共享，各个系统间的相互关系，进步控制系统的稳定性和可靠性。3)ETC设计需要充分考虑不同驾驶员的驾驶个性和车辆的行驶环境。目前对汽车的减速、怠速、定速和加速控制还存在一定难度，这个题目的解决还需依靠驾驶行为学理论、神经网络控制理论(人工智能)和汽车电子技术的进一步发展来共同解决。4)驾驶员主观偏见与本钱居高不下也是阻碍ETC广泛应用的瓶颈。驾驶员习惯于人工操纵节气门，有的误以为机械连接操纵节气门更为理想，安全可靠。ETC采用了传感器、控制单元、驱动器以及冗余设计，使之本钱较高，使得ETC目前只装配在高档轿车上。所以降低ETC产品的价格是当前研究的重要任务之一。5.1.2发展的关键技术1)由单一功能向多种功能的集成发展集成化不仅是ETC系统的发展方向，也是各种汽车电子控制系统的发展方向。它有助于降低本钱，增强各系统间的内在联系，充分利用车辆各种信息，从而进一步进步系统的稳定性和可靠性。最初的ETC设计是为了发动机扭矩控制和空燃比控制，现代的ETC系统已经向多功能集成化方向发展，如集成了怠速控制、牵引力控制、减少换档冲击控制、节气门回位控制、巡航控制及车辆稳定性控制等多种功能。2)综合多种控制策略，为进步节气门的控制精度及反应速度，采取多种控制方法进行综合控制。目前的发展方向是从经典的PID控制发展到采用PID与现代控制方法相结合的控制算法，从线性控制发展到非线性控制，从单一模式控制发展到多模式控制。有些学者将多模态控制、模糊神经网络控制及滑模变结构控制等方法引进到ETC控制中，但是这些理论本身还有待完善和发展。3)系统设计注重安全可靠性，具有自诊断和失效保护功能节气门是发动机控制的关键部件，因此在进步控制精度和进行集中控制的同时，必须注重ETC系统的安全可靠性，进步系统的故障自诊断和容错能力。如采取冗余设计的软硬件控制器，能在系统出现故障时自动启用故障安全保护模式，使汽车在安全模式下能正常工作。因此，采用冗余设计，提供及时的故障隔离及系统重构功能，将是今后ETC系统发展的必然趋势。4)控制器局域网CAN的应用，随着ETC等电控系统在汽车上的广泛应用，车载ECU与传感器数目越来越多，导致整车电路繁琐复杂、线束多、重量大及本钱高。汽车局域网CAN总线，只用两根信号线就可与其它带有CAN的电子设备相连接，能以共享方式传送多种控制信息，实现真正意义上的数据共享。论文格式。因此，将CAN总线应用于ETC系统设计也是今后的发展方向。5.1.3 电机式汽车节气门执行器的工作原理电子节气门一方面执行来自电控单元的指令调节节气门开度以控制进气量，同时还可以输出反映节气门位置的信号，供系统监控节气门的实际开度。电子节气门有两个电位器作为位置传感器，其电阻值随节气门位置的改变而变化。当加进+5V电压后，转化为与电阻值相应变化的电压输出。这两个电位器连同加速踏板上监控踏板运动行程的两个电位器，构成了整个电子节气门监控功能的一部分，能提供系统控制所期看的冗余度。与拉线式节气门总成相比较，电子节气门开启角度不再由节气门踏板拉索控制。节气门踏板通过拉索控制节气门踏板位置传感器，该传感器只是以电压信号反映车主的力矩指令，而不是节气门的实际开度。电子节气门轴上的双轨道节气门电位计用来检测节气门的正确开度，此开度与车主的意图（加速、减速）并不完全一致。此外，怠速调节阀也被取消，由电子节气门直接进行怠速调节。计算机精确控制电子节气门的开启以便满足空调、自动变速箱、平稳性动态控制、车速调节、发动机冷却等功能的需要。这是一种新的发动机负荷治理系统，可以最好地治理发动机的力矩。节气门位置由发动机各项功能的需求来确定，当各项功能需求同时出现时，计算机按照内部的各种优先级别决定，并由计算机来控制打开到某一开度，以满足优先级别最高的这项功能的需求。5.1.4电机式节气门执行器的优点在传统汽车发动机节气门系统中，节气门踏板和节气门之间是刚性连接，操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆，一端连接加速踏板另一端连接节气门连动板而工作。这种传统机械式节气门开度完全受控于加速踏板开度，即取决于驾驶员的操纵，所以并不总是在最佳运行状态，它的应用也受到了很多限制，并且缺乏精确性。在汽车电子技术和计算机技术飞速发展的情况下，电子节气门应运而生。与传统节气门相比，电子节气门明显的优点是可以用线束来代替拉索或者拉杆，在节气门旁边安装一只微型直流电动机，用电动机来驱动节气门开度，即所谓的“导线驾驶”用导线代替了原来的机械传动机构，可以根据加速踏板移动量及其变化率解析驾驶意图，获取节气门转角的基本期看值，并且通过采集各种传感器信号，得到当前发动机工况参数信息，经过控制器的运算和处理，发出指令，驱动电子节气门，使节气门开度在各种工况下处于最佳状态由此获得优良的发动机性能。电机式节气门执行器的优点在于克服了原先在机械节气门时，发动机控制系统只能对怠速和定速巡航进行控制的局限性，转而成为对发动机全工况进行控制，也就是说原先由于驾驶员踩住了节气门踏板，控制系统无法按照所接收到的扭矩信号控制节气门进行动力匹配，在使用了电子节气门后这种情况得到了改变，由于节气门仅靠一电机带动，驾驶员踩节气门踏板只是为控制系统提供踏板位置的信息，控制系统参考这个信号，并根据各种工况的需求包括燃油经济性，排放等等进行运算后，来确定节气门的开度位置。这样使动力匹配得以精确。所以电子节气门与原来的机械节气门是完全不同两个概念，在打开点火开关踩节气门踏板和发动机运转时踩节气门踏板所看到的节气门开度情况是不同的。在打开点火开关踩节气门时，节气门会随着踏板的逐渐踩下而开大；在运转时，节气门开度并不随节气门踏板的踩下而改变，而是受控制系统来控制，有可能你节气门踏板踩得不大，但由于动力匹配需求节气门是全开的，这和开头所先容的是一致的，所以不要以为是故障。发动机控制系统主要是根据改变节气门位置，喷油时间，点火提前角来匹配因三元催化预热、怠速、排放控制，速度限制、动力限制、自动变速箱换挡点、制动系统（牵引力控制，发动机制动）、空调，巡航控制等带来的扭矩的变化。综上所述，机电一体化结构逐步取代组合式结构，智能化控制技术逐步取代纯电

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