汽車、奇瑞A3轎車兩軸式五擋手動變速器設(shè)計含8張CAD圖

汽車、奇瑞A3轎車兩軸式五擋手動變速器設(shè)計含8張CAD圖,汽車,A3,轎車,兩軸式五擋,手動,變速器,設(shè)計,CAD 一種新型自動變速器的離合換檔技術(shù)的應(yīng)用 魯曦，王書翰，劉艷芳，徐向陽 交通科學與工程學院，北京航空航天大學，北京100191，中國 ?中南大學出版社和施普林格出版社柏林海德堡2012 摘要：對工程設(shè)計的目的一個新的8速自動變速器，一個簡化的動態(tài)模型這種變速箱的建立和關(guān)鍵參數(shù)，影響換檔品質(zhì)進行了分析。針對四種不同的班型，理想的換檔離合器和發(fā)動機建立了控制。利用矩估計方法，PI控制算法和滑動發(fā)動機協(xié)調(diào)控制原理，控制模型和傳輸控制器三轉(zhuǎn)移階段包括快速填充階段發(fā)育良好，扭矩相和慣性相。測試環(huán)境對鉆機和原型整車水平和在極限狀態(tài)下的測試結(jié)果，可以驗證的準確性、換擋控制策略的可行性。在換檔過程中的峰值反射控制在2克/秒±那里得到平滑的換檔。發(fā)展方案和算法具有較高的工程應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：自動變速器；離合器；換檔策略；車輛檢測；峰值反射；變速器；控制算法 1引言 離合器離合器換檔策略和自動控制設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù) 現(xiàn)代汽車工業(yè)中的傳輸。許多已作出努力，以改善換檔質(zhì)量，特別是加檔的質(zhì)量通過建立數(shù)學模型和動態(tài)模型。在這些研究中，最基本的原則是研究如何優(yōu)化指令壓力通過模型仿真和臺架試驗。參考文獻。[ 3 ] 1?了濕式離合器和采用進一步研究的基本分析剛體模型的自動變速器換檔原理結(jié)構(gòu)。在文獻。[ 4，6 ]?，建模與仿真技術(shù)已經(jīng)被主要用于在兩主動離合器壓力控制命令。一個缺點是明顯的由于仿真程序不能完全反映液壓遲滯特性。Goetz等人[ 8 ] 7?較全面詳細說明換檔品質(zhì)控制但沒有參考驗證控制策略的系列車輛。一些文獻[ 11 ]介紹了9?相關(guān)動態(tài)模型和位移特性的優(yōu)化方法能夠獲得更好的換擋品質(zhì)，但不考慮斷電的變化。Marano等人[ 12 ]介紹了等效轉(zhuǎn)動慣量的變速箱和傳動部件對換檔品質(zhì)的影響。Cheng等人[ 14 ]在13?開發(fā)通過車輛檢測和校準優(yōu)化換擋控制算法感興趣。這些研究取得了很大進展，針對工程實際應(yīng)用，如果發(fā)動機的效果處理為轉(zhuǎn)移的進展可以考慮滿足所有類型的需求是更好的轉(zhuǎn)變。 在這項工作中，換檔過程分析首先介紹并結(jié)合控制策略已為所有四個主要轉(zhuǎn)移條件包括電源加速發(fā)達，電力在升檔和降檔降檔，斷電斷電。轉(zhuǎn)矩估計方法和PI控制來獲得理想的轉(zhuǎn)矩切換剖面和離合器打滑控制的結(jié)果。校準和原型車的指揮壓力的優(yōu)化也被集中在這本筆記。最后，測試結(jié)果最差的試驗條件下進行功率升檔和跳檔之間的低齒輪在WOT–節(jié)氣門全開從而進一步驗證了控制算法的運行。 2簡化的動態(tài)模型 原型的傳遞是一個8速自動變速器。表1給出了變速器的換檔邏輯顯示共五個要素轉(zhuǎn)移，一個剎車和四個離合器，以實現(xiàn)八個前進檔和一個倒檔。如圖1所示，所有的單級和兩級移位和多步轉(zhuǎn)換被稱為“簡單的移位”因為分離待分離離合器（電流檔）和接合接合離合器（目標齒輪），換檔可以完成。因為其他三個離合器將保持以前的狀態(tài)，保持打開或完全關(guān)閉，傳遞的扭矩通過這些組件可以迅速的轉(zhuǎn)變過程中，每個視為常數(shù)。轉(zhuǎn)矩切換只需從待分離離合器在接合離合器。因此，一個簡化的動態(tài)模型，可以建立更好的理解“簡單的移位”的邏輯和過程（見圖2 [ 10 ]）。 表1移位邏輯 圖1單移邏輯 簡化模型包括發(fā)動機，變矩器，變矩器離合器（TCC），變速器包括兩個離合器K1和K2，和車身模塊。通過使用自由體分析，動態(tài)模型主要可以分成幾個部分，其力矩平衡計算如下。當汽車開始加速，K1逐漸釋放出油相保持發(fā)射慣性扭矩的扭矩在離合器打滑。K2已經(jīng)完成后快速填充階段，它開始傳遞摩擦力矩。 在渦輪扭矩TT是一慣性力矩的作用，是轉(zhuǎn)移到通過K1的是在傳輸?shù)呢撦d轉(zhuǎn)矩，輸出端，是一個ωt渦輪速度和傳輸輸入軸角速度。ωo是輸出軸角速度。JT的等效轉(zhuǎn)動慣量渦輪側(cè)離合器部分。喬是離合器輸出軸部分被動側(cè)的等效慣性。i1i傳動比從輸入軸的K1主動一邊i1o從K1被動側(cè)輸出軸的一。一個可以使I1乘以i1i和i1o。I2I是從輸入軸的K2和I2O側(cè)傳動比從K2被動側(cè)輸出軸的一。一個可以使I2乘以I2I，I2O。摩擦力矩在K1和K2被定義為TF1和TF2，分別，可以計算的公式（4）。 摩擦系數(shù)μ是哪里，SGN（Δω）是離合器摩擦扭矩的方向，可以計算的兩個面之間的相對旋轉(zhuǎn)速度的離合器，離合器壓力P是表面的摩擦面積，AF是一個元數(shù)，Z代表的摩擦表面。Ro和Ri代表外和內(nèi)半徑的摩擦元件，分別。摩擦力矩的方向可以通過離合器的主動和被動側(cè)之間的相對角速度決定。 隨著壓力不斷降低K1，兩個離合器K1和K2都在滑動階段和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Σ僚ぞ? 在慣性階段，K1和K2打開傳遞摩擦力矩。 可以定義為反射在換檔過程中換檔沖擊度，這是車輛縱向加速度的變化率如下： 其中一個是車輛縱向加速度，V是車輛的速度，RR是驅(qū)動輪半徑。在假設(shè)在換檔過程中速度的變化，以保持恒定。（3?6）可以組合成公式（7），分別就汽車挺舉只能決定和控制在換檔過程中的扭矩變化率和壓力控制。 因此，實現(xiàn)一個高層次的換檔品質(zhì)是在接合離合器和離合器控制在表面壓力pK1和pK2相對扭矩請求控制待分離離合器的轉(zhuǎn)矩切換過程精確控制發(fā)動機扭矩變化率的關(guān)鍵因素。 3 換檔過程分析 根據(jù)正或負的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩變化的不同條件下，變速器可以分為四個主要類型的轉(zhuǎn)變稱為電源在功率上升檔，降檔，升檔和降檔斷電斷電，分別。除了快速填充階段，上述移動類型的控制策略是不同的。所有的班次，由兩個主要階段的轉(zhuǎn)變過程中，和扭矩相轉(zhuǎn)矩傳遞離合器接合離合器出發(fā)和慣性階段，發(fā)動機轉(zhuǎn)速從當前齒輪級傳遞到目標齒輪將完成。轉(zhuǎn)矩相首先出現(xiàn)在開機加速和隨后的慣性相。兩個階段的順序是相反的力量在降檔。在這項工作中，只有權(quán)力轉(zhuǎn)移進行了斷電升檔基本上像是在降檔和斷電檔功率控制是功率控制升檔。 3.1升檔 上電升檔控制原理如圖3所示。這檔從目前的齒輪與正齒輪的目標發(fā)動機扭矩時，扭矩的切換是由分離離合器和嚙合接合離合器進行出發(fā)。轉(zhuǎn)矩切換需要精確地控制離合器接合后如果迎面而來的太晚，然后輸出扭矩將下降，電力中斷將。另一方面，如果待分離離合器脫開太晚而接合離合器將大部分發(fā)動機的扭矩，然后待分離離合器將產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩的急劇上升將導致撞動力當它釋放[ 8 ]。 圖3控制原理上電升檔：（a）發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制原理上電升檔;（b）對于電升檔的發(fā)動機和離合器的扭矩控制原則 在下面的慣性階段時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速將被減速實現(xiàn)同步到目標傳動的水平。在該控制方案中，這是通過增加壓力，在迎面而來的離合器以跟隨減少速度分布來實現(xiàn)的。為了避免在由于被傳遞給車輪，由于發(fā)動機的減速，在慣性階段所需的發(fā)動機扭矩減小慣性扭矩迎面而來的離合器引起的壓力越來越大了不平坦的移 3.2降檔 動力降檔控制原理如圖4所示。降檔的慣性階段開始前，引擎需要加速在目標齒輪轉(zhuǎn)速同步投影。在慣性階段發(fā)動機加速度可以通過減少在待分離離合器，給啟程帶來的離合器液壓滑了。輸出轉(zhuǎn)矩會下降，嚴重影響車輛的駕駛性能由于部分脫離出離合器。因此，發(fā)動機扭矩要求的增加和接合離合器需要填寫傳遞扭矩在慣性相的制備。在同步已經(jīng)實現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩相位的時候可以進入發(fā)動機的扭矩從離合器接合離合器傳遞啟程。再次，增加命令壓力施加在接合離合器而降低壓力的轉(zhuǎn)矩命令出發(fā)切換離合器可以為了符合理想特性避免移位的干預或電力傳輸中斷或發(fā)動機轉(zhuǎn)速耀斑發(fā)生減少轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速配合由于不受控制的增加扭矩負荷側(cè)。 4換檔控制策略 基于以上分析，離合器離合器換檔技術(shù)的關(guān)鍵是控制在目標出發(fā)，迎面而來的離合器壓力控制命令控制電流相應(yīng)的轉(zhuǎn)向螺線管考慮需求轉(zhuǎn)矩和目標滑移計算。一個齒輪換擋控制規(guī)律如圖5所示。 圖4控制原理動力降檔：（a）動力降檔的發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制的原理；（b）動力降檔的發(fā)動機和離合器轉(zhuǎn)矩控制原理 圖5換檔控制規(guī)則 4.1離合器吻點測試旋轉(zhuǎn)鉆機 在傳遞扭矩的離合器，而需要填補減少離合器活塞間隙和實現(xiàn)親點的壓力，在這一點上接合離合器只傳遞扭矩。因此，在接合離合器指令壓力將被設(shè)置為一個吻點壓力可以校準如下。旋轉(zhuǎn)鉆機的輸入速度設(shè)置為1 000轉(zhuǎn)/分鐘手動和保持恒定的測試。第一齒輪，第一齒輪，第五齒輪，第二齒輪和第一齒輪被選擇用于測試離合器B1 C1，C2，C3和C4，吻點壓力，分別。如圖6所示，當選擇第一齒輪，離合器C1和C4是由1 000毫安的控制電流的螺線管控制閥完全關(guān)閉，在B1的電流由50毫安步驟逐漸增加。為了得到較高精度的吻點壓力，控制電流可以通過2毫安步驟逐漸增加。增量控制B1閥電流引起的壓力增量的B1閥和點時，輸出軸開始旋轉(zhuǎn)壓力和電流信號可以找出離合器吻點。同樣的過程重復得到離合器吻點壓力為每個離合器（表2）。 圖6 B1離合器吻點壓力測試旋轉(zhuǎn)鉆機 表2離合器吻點數(shù)據(jù)從旋轉(zhuǎn)鉆機 4.2對離合器的轉(zhuǎn)矩估算和控制 在轉(zhuǎn)矩相，無論升檔或降檔，控制算法是非常相似的。迎面而來的離合器協(xié)同控制和待分離離合器是必要的。增加的命令壓力接合離合器將一定校準斜坡率轉(zhuǎn)矩變化。該控制器僅處理降低指令壓力在基于轉(zhuǎn)矩預測控制待分離離合器。計算確定該離合器轉(zhuǎn)矩需求將以相同速率實際扭矩在接合離合器增加減少的估計轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩變化率在待分離離合器。 TOC（n），估計轉(zhuǎn)矩在采樣時間n可由下式計算接合離合器： POC（n）是在采樣時間n被壓力傳感器接合離合器的實際壓力，Pb（n）是在采樣時間n的發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算避免發(fā)動機失速平衡補償壓力，βPOC在壓力與扭矩的查找表的一組因素，是一個相對的因素δ離合器通常是小于0.8微滑移狀態(tài)計算，和PK是吻點壓力接合離合器。 TOC（N），它被定義為在采樣時間n接合離合器改變扭矩變化率，可以得到 在TOC（N?1）是估計的轉(zhuǎn)矩在采樣時間n?1相對離合器。因此，TOC（N），這是在出發(fā)在采樣時間n離合器的轉(zhuǎn)矩需求，可以計算為 在一起（N?1）在啟程在采樣時間n?1離合器轉(zhuǎn)矩需求，TE（n）是發(fā)動機的扭矩沒有在采樣時間n的干預，K為液力變矩器的扭矩比，是一個經(jīng)驗系數(shù)φ可以校準。Tmax允許待分離離合器轉(zhuǎn)矩容量最大。然后命令壓在待分離離合器可以基于TOC的利用扭矩與壓力校準查表計算。 4.3滑動控制和發(fā)動機扭矩減小 在慣性階段，在升檔和降檔滑電功率控制策略是不同的從一個電源斷電升檔降檔。在升檔和降檔功率控制器斷電，滑動操縱命令壓力接合離合器基于目標滑動的PI控制由于在待分離離合器壓力為零在慣性階段，只需要控制接合離合器獲得平滑的換檔過程中離合器和發(fā)動機減速，迎面而來的。PI系統(tǒng)可以由以下方程定義[ 15 ]。 其中P是比例系數(shù)，I是積分系數(shù)，U（t）是在PI術(shù)語轉(zhuǎn)矩作為控制值，E（t）被其可以通過將計算的誤差 這兩個班型，目標滑動ωtslip總是利用目標渦輪轉(zhuǎn)速計算ωtt，輸出軸轉(zhuǎn)速ω0，和目標變速比齒輪itgear當目標是很確定轉(zhuǎn)矩相開始（圖4） 實際滑動ωcslip可以通過使用當前渦輪轉(zhuǎn)速ωct獲取，輸出軸轉(zhuǎn)速ω0，和當前傳動比icgear如下 當轉(zhuǎn)矩PI控制器完成的階段，要調(diào)整到接近目標的實際滑移滑移在慣性階段是逐步階到來離合器可以從事一個減速度剖面。同時，由于在以前的部分原因的解釋，減少引擎扭矩需要在慣性階段完成通過發(fā)送一請求用轉(zhuǎn)矩Ter結(jié)合空氣放電控制的發(fā)動機管理系統(tǒng)。 哪里可以校準扭矩Teroll滾和扭矩相計算梯度極限扭矩Tgl期間，極限扭矩控制保持慣性相Tsl滑移速度可以得到如下： 哪里是保持滑動速度Rnmprpm校準率。在降檔和升檔功率斷電，由于慣性相是第一位的，迎面而來的離合器需要填補在慣性階段的初始，控制器僅操縱指令壓力在待分離離合器基于待分離離合器減少壓力平穩(wěn)，發(fā)動機加速和保持待分離離合器滑移目標微滑。 5硬件平臺 變速器控制單元是一個必要的輸入和輸出接口控制器的工程應(yīng)用成熟的原型（圖7）。 6結(jié)果分析 換檔品質(zhì)控制的最壞情況通常發(fā)生在電源換上低齒輪在全開油門之間移動電源在這些齒輪的齒輪比更大的一步 圖7 I/O接口控制單元的傳輸 比一間高齒輪和發(fā)動機產(chǎn)生最大輸出扭矩動力系統(tǒng)驅(qū)動程序需要在節(jié)氣門全開時被稱為“強制降檔”的駕駛。這種激進的運動駕駛在低齒輪總是需要高層次的換檔控制和校準的解決方案，否則，在測試車輛的司機或乘客會感到明顯的顛簸和換擋過程。 6.1升檔 圖8顯示的功率測試結(jié)果由第一至第二檔在車速在35公里/小時，節(jié)氣門全開。填充階段在0.34點開始的慣性階段的結(jié)束時，在1.2 s圖8（a）顯示指令壓力與實際壓力在離合器。只有很小的偏差時的壓力和液壓壓力之間的命令。整個系統(tǒng)具有與電流控制信號控制良好的反應(yīng)。圖8（b）描述需求轉(zhuǎn)矩和反饋的扭矩在這兩離合器。通過實際壓力計算反饋轉(zhuǎn)矩很接近要求的扭矩。比較理想的加速特性的轉(zhuǎn)矩切換應(yīng)用程序是適當?shù)臅r機。圖8（c）反映了目標滑移和滑移計算實際汽輪機轉(zhuǎn)速在換檔過程中的輸入軸轉(zhuǎn)速?；瑒涌刂茟?yīng)用在慣性階段開始與實際滑動在PI控制的目標滑移的一個很好的跟蹤與高精度±5 r/min圖8（d）的照片，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動機響應(yīng)時，TCU發(fā)出的扭矩減小請求。發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速都很高，但由于其運動駕駛加速過程表現(xiàn)很好，沒有發(fā)動機轉(zhuǎn)速耀斑或綁起來?？梢愿深A發(fā)動機扭矩信號反映了一種良好的響應(yīng)從EMS的TCU扭矩減小請求在慣性相。然而，一個扭轉(zhuǎn)振動發(fā)生在這個階段引起輕微的振動輸出軸速度結(jié)束。 圖8由第一齒輪第二齒輪在WOT：（a）指令壓力與實際壓力；比較（b）需求轉(zhuǎn)矩和反饋轉(zhuǎn)矩之間的比較；（c）目標滑移和實際渦輪速度滑移的比較；（d）在換檔過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)行為 圖9從第五到第三檔齒輪齒輪在WOT：（a）指令壓力與實際壓力比較；（b）需求轉(zhuǎn)矩和反饋轉(zhuǎn)矩之間的比較；（c）目標滑移和實際渦輪速度滑移的比較；（d）在換檔過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)行為 6.2檔 圖9顯示一個功率檔測試結(jié)果（跳過移位）第五齒輪第三齒輪在車速在85公里/小時，節(jié)氣門全開。兩填充階段和慣性階段開始0.49秒在1.26秒。圖9扭矩階段的結(jié)束（一）顯示在離合器指令壓力與實際壓力。圖9（b）描述的需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩反饋計算這兩個離合器。在慣性階段開始時，在待分離離合器C2命令壓力降低到壓力接近點，C2開始滑動。降低轉(zhuǎn)矩負載側(cè)上可以加快發(fā)動機轉(zhuǎn)速快到慣性階段結(jié)束前實現(xiàn)快速同步。圖9（c）反映了目標微動和待分離離合器C2在換檔過程中的實際微滑。PI控制應(yīng)用于C2為了操縱指令壓力保持一定的目標值為離合器打滑。圖9（d）圖片輸出軸速度的慣性階段期間，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩加速度。 發(fā)動機扭矩增加保證恒轉(zhuǎn)矩輸出時，C2卡瓦和加快發(fā)動機轉(zhuǎn)速和。穩(wěn)定的輸出軸轉(zhuǎn)速顯示非常順利轉(zhuǎn)移了。圖10和11不與慣性相發(fā)動機扭矩減小控制顯示在相同的驅(qū)動條件的升檔比較。圖10中的峰移跳到±5克/秒因為C3指令壓力從0.9增加到滿足日益增長的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩需求但C3壓力不能達到要求由于液壓系統(tǒng)的性能在很短的時間壓力。在圖11中，一個更好的換檔質(zhì)量已經(jīng)達到因為發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩控制的要求，允許液壓系統(tǒng)響應(yīng)減少。 圖10由第一齒輪第二齒輪的無慣性相發(fā)動機扭矩減小控制：（a）指令壓力與實際不在慣性階段發(fā)動機扭矩減小壓力的比較；（b）輸出軸轉(zhuǎn)速的行為而不在慣性階段發(fā)動機扭矩減小 圖11由第一齒輪第二齒輪與慣性階段發(fā)動機扭矩減小控制：（a）指令壓力和實際發(fā)動機扭矩減小壓力的慣性相比較；（b）在慣性階段發(fā)動機扭矩減小輸出軸速度的行為 7結(jié)論 在待分離離合器和接合離合器指令壓力是關(guān)鍵參數(shù)對換檔品質(zhì)控制需要優(yōu)化，通過臺架試驗和整車標定。 離合器的一個新的自動變速器換檔控制離合器結(jié)合工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩估計發(fā)達，滑移控制和發(fā)動機扭矩控制的所有四個主要的變速條件。 控制算法進行了優(yōu)化，并進一步證明了通過車輛測試和驗證實力最大位移條件下由第一齒輪第二齒輪和功率從第五齒輪第三齒輪在全開檔。 開機加速，更多的工作需要做，在未來進一步優(yōu)化發(fā)動機扭矩控制精度和可重復性，以避免在慣性階段結(jié)束時的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩振動。