仿电学轿车变速器课件

湖南省茶陵县自动变速器厂谭书渊

（工程师）轿车变速器MAT可行性汇报

10/6/20231湖南省茶陵县自动变速器厂轿车变速器MAT可行性汇报前言该项目，属国家鼓励优先发展的汽车“关键零部件”重点项目——无论是理论研究还是产品开发,均属重大的原始创新研究开发项目，国际国内尚属空白.现已列入“湖南省科技攻关计划”。为描述方便,将机械仿电学理论代表作:轿车全机械自动变速器，以下简称为:MAT，其英文全拼是:M:Machine——指“全机械”,它是“没有电的,但具有电功能的智能机械”。A：Auto——指“自动”。T：Transmission——指“变速”。因涉及发明专利核心内容,请予保密,仅供内部交流.10/6/20232前言该项目，属国家鼓励优先发展的汽车“关键零部件提纲一、技术可行性二、经济可行性三、企业简介四、MAT发明人简介五、开发现状六、产业化措施七、使用优势八、功能、市场优势10/6/20233提纲一、技术可行性10/6/20233www.一、技术可行性1.1、MAT的基本原理机械“仿电学”

MAT通俗解释MAT学术解释1.2、MAT的可行性与可靠性、准确性与协调性10/6/20234一、技术可行性1.1、MAT的基本原理10/6/20234国内外现状现有“关键技术”比较直接离心力

——现有日本雅马哈MATE50型自动变速器所应用的自动离合器，是利用直接的离心力，去控制自动离合器的开关动作，故扭矩小、可靠性差。杠杆离心力

——我国自主创新的“全机械一体化”MAT手动/自动变速器，是利用杠杆离心力放大的合力，去控制自动离合器的开关动作，故扭矩大、高可靠性。10/6/20235国内外现状现有“关键技术”比较10/6/20235www国内外现状现有“结构原理”区别

“初级单元”逻辑判断

——现有第一代MAT与日本雅马哈MATE50型自动变速器一样，是利用单元机路单级逻辑判断、死记硬背的结构原理,去控制自动变速执行元件的开关动作，故难以满足自动变速器性能优化的要求。

“高级复合”逻辑判断

——第三代MAT手动/自动一体化变速器，是利用组合机路逻辑判断、程序控制的结构原理,对变速执行元件的开关动作进行运算控制，故可与电控发动机协调配合，全面满足现代轿车自动变速器性能优化的匹配要求。10/6/20236国内外现状现有“结构原理”区别10/6/20236www国内外现状现有离合器性能比较

干式离合器——现有干式离合器结构的机械传动，既不能阻隔发动机动力不均匀性，又不能切断动力换档的冲击力，故难以满足自动变速器性能优化的匹配要求。

湿式离合器——第三代MAT手动/自动一体化变速器，采用湿式离合器结构，自动控制变速执行元件的开关动作。因液体润滑、散热，热容量很大，允许滑转，且磨损小，寿命长，摩擦系数稳定变化小，动力传递冲击力小，故可全面满足现代轿车自动变速器性能优化的舒适性要求。10/6/20237国内外现状现有离合器性能比较10/6/20237www.m国内外现状现有自动变速器功能描述比较

电控液力自动变速器：描述——现有电控自动变速器——是将“车速和油门”（节气门开度）作为电控单元的输入信号，经电控单元处理后输出，控制各档位液压回路的电磁阀开关（开为1、关为0），来控制油路的通断（通为1、断为0），使各档位变速阀产生相应的开关动作，从而实现“电控液压自动换档、自动变速”（参见《传动技术》第19卷第4期，作者：邱绪云，同济大学车辆工程系博士生，主攻：自动变速器控制。全机械自动变速器：描述——全机械一体化自动变速器——是利用“油门和路况”（反馈扭矩）作为机械“CPU”的输入信号，经机械“CPU”的三级逻辑判断处理后输出，按照程序控制的方法，控制各档位发动机油门、扭矩转速发出的变量信号1T′∆和由路况反馈扭矩发出的变量信号2T′∆,同时与给定值T∆进行“比较分析”，然后，进行“逻辑判断”，最后作出选择:若需增扭：则减档，若需增速：则加档。由于控制装置档位的变化,完全是配合发动机的扭矩转速、自动跟随油门、车速与路况的变化而变化，从而达到了自动适应、协调换档的“智能机械”传动的目的。采用湿式离合器结构，自动控制变速执行元件的开关动作。因液体润滑、散热，热容量很大，允许滑转，且磨损小，寿命长，摩擦系数稳定变化小，动力传递冲击力小，故可全面满足现代轿车自动变速器性能优化的舒适性要求。10/6/20238国内外现状现有自动变速器功能描述比较10/6/20238ww名词定义机械“仿电学”——是一门研究、利用机械仿照电学理论，实现(无电源状态下)程序控制功能的“智能机械”科学。属机械、电子、信息、计算机、自动控制等“多领域交叉学科”。电路——由两线(或多线)与负载组成的电流传输路线。机路——由两轴(或多轴)与齿轮（带轮）组成的动力传递路线。众所周知：“路”与动态非常相关，可以说，只要有“动”就有“路”.比如，有行人就有道路，有汽车就有公路，有火车就有铁路，有电子流动就有电路。同理，有机械传动就必有“机路”。然而，迄今为止,在机械领域，凡需用词“机路”的地方均被“机构”一词所混淆，直至今日，“机路”才伴随着新型“智能机械”传动装置“全机械自动变速器”的问世而应运而生。所谓“机路”：它是由两根轴（或多轴）与齿轮副组成的机械动力传递之路,简称“机路”。“全机械一体化自动变速器”所设计的机路，类似电路一样，同样具有“记忆比较”和“逻辑判断”的功能.10/6/20239名词定义机械“仿电学”——是一门研究、利用机械名词解释机械“记忆比较”尽管“机”“电”有别，但同在一系统里，它们总是相伴相随即一体化，其机路与电路的“记忆比较”和“逻辑判断”功能非常相似。就变速器而言：“机路”中，动力输入端的机械离合器，相当于电路输入端的电子开关；两轴（或多轴）与齿轮副组成的机路，相当于两线（或多线）与负载组成的电路；将原有的机路一齿轮副隔离,同时插入一齿轮、轴（俗称倒档）就成了一“反相器”；动力传递相当于电流传输；动力输出轴相当于电信号的输出端。机路分析中，机路元件的相对位置如:壳体相对齿轮、地面相对轮胎,相当于电路的零电位“接地”。机路中，记忆比较元件的“三因子”（要素另附）33

交叉组合试验衡定的多因子组合参数，即自动控制闭环系统中的变速执行元件的“给定值”，配合记忆发动机（即电控发动机）所记忆的“扭矩转速”等工况参数“给定值”，可将相应的档位,应处的状态，通过“记忆比较”对号入座，并准确无误地记牢，即所谓的“机械记忆”。10/6/202310名词解释机械“记忆比较”10/6/202310www.ma名词解释机械“逻辑判断”利用机械进行“逻辑判断”,初听不可思议,细想其实可行:因为,MAT它是根据油门、转速、扭矩、路况等参数,利用机械

仿电学原理，采用数控机路、程序控制

的方法,通过全机械“数控开关离合器”、“数控机路触发器”、“数控组合逻辑机路运算控制器”与记忆发动机协调配合，组成“机械CPU”运算控制系统,对机械数字化“状态变量”和“状态函数”进行运算控制,即对机械数字化状态的“动态值”与“给定值”进行“记忆比较”和“逻辑判断”,来完成（相当于）计算机的程序控制功能，实现自动换档、自动变速。10/6/202311名词解释机械“逻辑判断”10/6/202311www.ma名词解释机械“逻辑判断”具体地讲——

因MAT设计有类似“基本电路单元”功能一样的多个“基本机路单元”,然后，将这些相互协调、紧密配合的“基本机路单元”组合成“复合机路”,再由“组合逻辑机路”与记忆发动机协调配合,组成“机械CPU”运算控制系统，对“增扭”或“增速”进行逻辑判断和运算控制，使机械同时具有“正确指挥”和“准确执行”的双重功能。它实际上是一个“闭环自动控制系统”中的随动系统。被控对象是——因路况而变化不定的车速与扭矩。反馈通道设计为——“同机路逆程反馈”。控制装置是——一个具有“智能机械”传动功能的“全机械自动变速器”。它能根据：发动机工况和行驶路况反馈的扭矩的大小、转速的高低、车速的快慢等状态,自动进行“记忆比较”,鉴别、区分和感知“相同的转速不同的扭矩”,然后,发挥“复合机路”的逻辑功能，对当前的油门与车速、转速的变化,是成正比状态？还是成反比状态？进行判断——即对当前是急需增扭？还是急需增速？做出选择——若需增扭则减档，若需增速则加档。由于控制装置档位的变化：完全是配合发动机的扭矩转速、自动跟随油门、车速与扭矩的变化而变化，从而达到了自动适应路况变化的目的。10/6/202312名词解释机械“逻辑判断”10/6/202312www.ma10/6/20231310/6/20231310/6/20231410/6/202314MAT自动适应路况方框图技术说明给定值——T∆

是指MAT按照“数控机路”预定的程序，事先设计确定一组数字化状态的开关离合器的开关“阀值”和机械双稳态触发器的信号触发“阀值”以及四变量组合逻辑门的逻辑“阀值”。MAT“给定值”的作用是——由发动机油门、扭矩转速发出的变量信号1T′∆和由路况反馈扭矩发出的变量信号2T′∆,同时与给定值T∆进行“比较分析”，然后，进行“逻辑判断”，最后作出选择:若需增扭：则减档，若需增速：则加档。由于控制装置档位的变化,完全是配合发动机的扭矩转速、自动跟随油门、车速与路况的变化而变化，从而达到了自动适应、协调换档的“智能机械”传动的目的。其中的“给定值”是指——“记忆发动机”的给定值和“记忆离合器”的给定值。由“记忆发动机”的给定值,负责牢记发动机的扭矩转速等工况参数。由“记忆离合器”的给定值,负责牢记离合器的转速、离心力和弹力等工况参数。通过MAT的记忆元件（记忆离合器与记忆发动机）和机械双稳态触发器以及组合逻辑门运算控制器与电控发动机的协调配合，自动适应路况的变化和共同满足发动机最佳经济工况要求。10/6/202315MAT自动适应路况方框图技术说明给定值——T∆MAT自动换档复合逻辑功能表复合逻辑1级逻辑判断2级逻辑判断3级逻辑判断逻辑函数形成档位

增扭增速增扭增速增扭增速状态函数（车速）组合状态

T1T2T3T4T5T6F0DWAT11010DWAT21111DWAT3（组合因子另附）0112DWAT40013DWAT50013DWAT60004DW注：T1-T2、T3-T4等：机械双稳态触发器，F0=111增扭，F0=001增速，F0=000超速.10/6/202316MAT自动换档复合逻辑功能表复合逻辑1级逻MAT数控机路阀值转速分配表复合逻辑1级逻辑判断2级逻辑判断3级逻辑判断触发信号形成档位

增扭增速增扭增速增扭增速阀值转速（车速）组合状态

T1T2T3T4T5T6FZnDWAT10DWAT21DWAT3（分配方案另附）2DWAT43DWAT53DWAT64DW注：为了与发动机协调配合,故不同的发动机扭矩转速,MAT需选配不同的阀值转速.10/6/202317MAT数控机路阀值转速分配表复合逻辑1级逻MAT配合发动机自动适应路况原理图

(MAT满足发动机最佳经济工况循环图)

逻辑状态：D

状态函数：b5

平路为“1”，坡路为“0”

b0=“加油加速”=“11”

b4

增速为“1”，增扭为“0”

C

E

b3=“加油减速”=“10”

b0≈b6≈b7≈b9=1

b3b6b7b8=或门：自动超越+锁止离合

b3≈b4≈b5=0

b2或选择：手动模式

b0b1b9ABFG10/6/202318MAT配合发动机自动适应路况原理图

(MAT满足发动AB路段——增速路况

因路段b0平路加油、FDN>LKN（发动机工况扭矩>路况反馈扭矩，由功率、载荷设计给定）故:FDN=FDn≥LKN=KGn=DWn=增速

正反馈式中FD：发动机，LK：路况，DW：档位，N：扭矩，n：转速，Di：档位代号。FDn：发动机转速；KGn：开关离合器阀值转速；DWn：变速器原有档位转速；KGn=FZn阀值转速。10/6/202319AB路段——增速路况因路段b0平路加油、FDN>BC路段——增扭路况因路段：b1～b3，加油冲坡、先FDN>LKN后FDN<LKN（发动机工况扭矩<路况反馈扭矩）故：FDN=FDn≤LKN=KGn=DWn=减档

负反馈因b1加大惯性：FDN>LKN，则b1=加油加速=4DW。

因b2惯性减小：FDN

≈

LKN，则b2=加油维持=4DW。因b3惯性消失：FDN<LKN，则b3=加油减速=3DW。

因b4阻力加大：FDN<LKN，则b4=加油减速=2DW。因b5阻力最大：FDN<LKN，则b5=加油减速=1DW。10/6/202320BC路段——增扭路况因路段：b1～b3，加油冲坡、先MAT配合发动机自动适应路况基本原理增速路况：油门的大小与车速的快慢成正比状态。此时，MAT会在原有的档位上自动依次加档,直至车辆用“省油的、超速档”行驶，使发动机重新工作在：相对的“高转速、低扭矩”状态下,提高了发动机的——燃油经济性。选择结构：MAT(HNA4321R)∽

AT（PRND321）可选模式：手动/自动、增扭/增速（事先或临时确定）组合性能：自动＋增速＝省油最佳状态：确保发动机3500转/分,时速可达120Km10/6/202321MAT配合发动机自动适应路况基本原理增速路况：10/6/2MAT配合发动机自动适应路况基本原理增扭路况：油门的大小与车速的快慢成反比状态。此时，MAT会在原有的档位上自动依次减档,直至车辆用“变矩的、增扭档”行驶，使发动机重新工作在：相对的“低转速、大扭矩

”状态下,提高了发动机的——动力性。选择结构：MAT(HNA4321R)∽

AT（PRND321）可选模式：手动/自动、增扭/增速（事先或临时确定）组合性能：自动＋增扭＝强化动力最佳状态：确保发动机1750转/分,时速仅为12Km10/6/202322MAT配合发动机自动适应路况基本原理增扭路况：10/6/2MAT配合发动机自动适应路况基本原理在增扭路况状态下——只要路况反馈扭矩>发动机工况扭矩，便立即逼使发动机扭矩转速下降，于是,MAT变速器立即根据油门、转速、扭矩、路况、反馈的参数,按照程序控制的方法，通过全机械“数控开关离合器”、“数控机路触发器”、“数控组合逻辑机路运算控制器”组成的——

“机械CPU”运算控制系统，强制“变速执行元件”自动降档，使发动机在变速器依次降档的过程中，重新增加了扭矩、转速，重新调整了发动机的最佳经济工况点，满足了发动机动力性和燃油经济性最佳经济工况要求，达到了配合发动机自动适应路况变化的目的。实现了“智能机械”、自动换档、自动变速功能.因此，现代轿车变速器MAT不仅能够完成自身的自动变速任务，而且还能和电控发动机协调配合，共同满足发动机的最佳经济工况要求。10/6/202323MAT配合发动机自动适应路况基本原理在增扭路况状态下二、经济可行性根据业内权威GDP—MI曲线，进行统计分析,结合“本土化”产能实际，保守取值预测：MAT市场：仅全球年需求量的30%即为1300万台,仅500人单班，每人每天仅装配2台，即为日产1000台，月产25000台，年产30万台，省油型、免维护“手/自一体化”变速器：单台成本14800元,售价：18800元，仅小规模年装配30万台,年利税12亿元,由本土化就地完成。详见《商业计划书》、产业化具体措施。10/6/202324二、经济可行性根据业内权威GDP—MI曲线，进行投资规模与产业规模计划表投资投资投资产业规模经济效益产业形式投资投资程序形式规模年产量年利税金额回收期首期超常规小规模30万台12亿元手工装配一步到位76-100万元1年分期投资滚动发展中期非常规小规模30万台12亿元手工装配一步到位6000万元1年后期常规小规模30万台12亿元正规流水线6亿元1年子项目同步进行产业化常规大规模300万台120亿元正规流水线60亿元1年后期子项目同步进行10/6/202325投资规模与产业规模计划表10/6/202325www.三、企业简介

1985年开始MAT早期原始创新研究与开发1987年3月第一代MAT柴油摩托车成功问世1995年5月申办成立民营科技企业1995年8月第二代MAT3D6V－276Q开发成功2002年9月第三代MAT4D16V－4G64设计成功企业文化：“锲而不舍，创新超越”

10/6/202326三、企业简介1985年开始MAT早期原始创新研究与开发四、MAT发明人简介谭书渊(厂长、工程师)，MAT项目负责人,机械仿电学理论创建者擅长“机电自动控制”与“无电自动控制”

详情登陆智能机械网

10/6/202327四、MAT发明人简介谭书渊(厂长、工程师)，MAT项四、MAT发明人简介经过31年锲而不舍的创新研究与超前开发，终于在机械、电子领域创造了多项“第一”，打破了多个“神话”：其中有的已获发明专利、有的已获湖南省科学大会奖（以下仅说明——具备与您合作的条件、档次及自主创新能力）1、打破了普通离心泵不能自吸

的神话，（即打破了国际上公认的:要实现离心泵自吸必须保证泵体进口高于叶轮中心的经典理论

）,利用逆向思维、创新设计，解决了这一难题：实现了普通离心泵进口低于叶轮中心也能可靠自吸的功能。

2、打破了机械离心式离合器打滑不可靠的神话，首次采用杠杆离心力放大控制原理攻克了这一难关，彻底解决了国际上公认的传统机械离心式离合器扭矩小的致命弱点，达到了显著增大扭矩的目的。3、打破了机械不可能实现“计算机程序控制功能”的神话，首次利用“机械仿电学”理论和实际做成该理论的代表作——MAT产品说服世人，并实现了“智能机械、无电程序控制”功能。

10/6/202328四、MAT发明人简介经过31年锲而不舍五、开发现状5.1、产品样机已进入第三代MAT与中高档轿车的配套开发设计阶段。5.2、完成了空间限位设计中——

MAT专用轴承的开发工作。5.3、现已完成MAT变速操控万向、万能、通用匹配系统的开发工作。5.4、完成了MAT与一汽“变否定为肯定”的可行性书面答辩工作。5.5、万事具备、只欠一台匹配样车。——

省油、匹配改制要求：A、低转速、大扭矩(110～210Nm/1500～3000rpm,1.8T或4G64)。B、钱少可先配一辆奇瑞新风云,钱多先配中华骏捷,宝来或帕萨特。10/6/202329五、开发现状10/6/202329www.mat-hn.co六、产业化措施

6.1、生产以装配为主——因本土化装配企业，零部件由加工厂提供,故可充分利用配套厂现有的资金设备和产能。为了尽可能减小投资风险,首期钱少“手工装配法、滚动发展”；钱多“流水装配法,子项目同步进行”。6.2、后期组建检测线——首期的“手工精细装配法”,比如，甲、乙、丙三人，谁装配打谁的数码记号，然后定期、统一、送湖南大学汽车质量检测站检测，哪个数码记号产品需要返工,按照记号“顺藤摸瓜”追究责任人。产业化前期，暂由湖南大学代为检测（每台仅提取适当的有偿检测费），故首期MAT产业化的“检测线投资”几乎为零。

6.3、流动资金各自分担

——

首期大量的流动资金（1—5亿元）,先由产业联合体配套厂短期垫付（1个月)，比如：从整车厂拿来订单1万套,根据订单要求，总装厂分派株洲完成1万套齿轮；攸县完成1万套壳体;醴陵完成1万套附件。最后，由茶陵完成总成装配与按订单发货、结算.这种联合