汽车、奇瑞A3轿车两轴式五挡手动变速器设计含8张CAD图

汽车、奇瑞A3轿车两轴式五挡手动变速器设计含8张CAD图,汽车,A3,轿车,两轴式五挡,手动,变速器,设计,CAD 一种新型自动变速器的离合换档技术的应用 鲁曦，王书翰，刘艳芳，徐向阳 交通科学与工程学院，北京航空航天大学，北京100191，中国 ©中南大学出版社和施普林格出版社柏林海德堡2012 摘要：对工程设计的目的一个新的8速自动变速器，一个简化的动态模型这种变速箱的建立和关键参数，影响换档品质进行了分析。针对四种不同的班型，理想的换档离合器和发动机建立了控制。利用矩估计方法，PI控制算法和滑动发动机协调控制原理，控制模型和传输控制器三转移阶段包括快速填充阶段发育良好，扭矩相和惯性相。测试环境对钻机和原型整车水平和在极限状态下的测试结果，可以验证的准确性、换挡控制策略的可行性。在换档过程中的峰值反射控制在2克/秒±那里得到平滑的换档。发展方案和算法具有较高的工程应用价值。 关键词：自动变速器；离合器；换档策略；车辆检测；峰值反射；变速器；控制算法 1引言 离合器离合器换档策略和自动控制设计的关键技术 现代汽车工业中的传输。许多已作出努力，以改善换档质量，特别是加档的质量通过建立数学模型和动态模型。在这些研究中，最基本的原则是研究如何优化指令压力通过模型仿真和台架试验。参考文献。[ 3 ] 1−了湿式离合器和采用进一步研究的基本分析刚体模型的自动变速器换档原理结构。在文献。[ 4，6 ]−，建模与仿真技术已经被主要用于在两主动离合器压力控制命令。一个缺点是明显的由于仿真程序不能完全反映液压迟滞特性。Goetz等人[ 8 ] 7−较全面详细说明换档品质控制但没有参考验证控制策略的系列车辆。一些文献[ 11 ]介绍了9−相关动态模型和位移特性的优化方法能够获得更好的换挡品质，但不考虑断电的变化。Marano等人[ 12 ]介绍了等效转动惯量的变速箱和传动部件对换档品质的影响。Cheng等人[ 14 ]在13−开发通过车辆检测和校准优化换挡控制算法感兴趣。这些研究取得了很大进展，针对工程实际应用，如果发动机的效果处理为转移的进展可以考虑满足所有类型的需求是更好的转变。 在这项工作中，换档过程分析首先介绍并结合控制策略已为所有四个主要转移条件包括电源加速发达，电力在升档和降档降档，断电断电。转矩估计方法和PI控制来获得理想的转矩切换剖面和离合器打滑控制的结果。校准和原型车的指挥压力的优化也被集中在这本笔记。最后，测试结果最差的试验条件下进行功率升档和跳档之间的低齿轮在WOT–节气门全开从而进一步验证了控制算法的运行。 2简化的动态模型 原型的传递是一个8速自动变速器。表1给出了变速器的换档逻辑显示共五个要素转移，一个刹车和四个离合器，以实现八个前进档和一个倒档。如图1所示，所有的单级和两级移位和多步转换被称为“简单的移位”因为分离待分离离合器（电流档）和接合接合离合器（目标齿轮），换档可以完成。因为其他三个离合器将保持以前的状态，保持打开或完全关闭，传递的扭矩通过这些组件可以迅速的转变过程中，每个视为常数。转矩切换只需从待分离离合器在接合离合器。因此，一个简化的动态模型，可以建立更好的理解“简单的移位”的逻辑和过程（见图2 [ 10 ]）。 表1移位逻辑 图1单移逻辑 简化模型包括发动机，变矩器，变矩器离合器（TCC），变速器包括两个离合器K1和K2，和车身模块。通过使用自由体分析，动态模型主要可以分成几个部分，其力矩平衡计算如下。当汽车开始加速，K1逐渐释放出油相保持发射惯性扭矩的扭矩在离合器打滑。K2已经完成后快速填充阶段，它开始传递摩擦力矩。 在涡轮扭矩TT是一惯性力矩的作用，是转移到通过K1的是在传输的负载转矩，输出端，是一个ωt涡轮速度和传输输入轴角速度。ωo是输出轴角速度。JT的等效转动惯量涡轮侧离合器部分。乔是离合器输出轴部分被动侧的等效惯性。i1i传动比从输入轴的K1主动一边i1o从K1被动侧输出轴的一。一个可以使I1乘以i1i和i1o。I2I是从输入轴的K2和I2O侧传动比从K2被动侧输出轴的一。一个可以使I2乘以I2I，I2O。摩擦力矩在K1和K2被定义为TF1和TF2，分别，可以计算的公式（4）。 摩擦系数μ是哪里，SGN（Δω）是离合器摩擦扭矩的方向，可以计算的两个面之间的相对旋转速度的离合器，离合器压力P是表面的摩擦面积，AF是一个元数，Z代表的摩擦表面。Ro和Ri代表外和内半径的摩擦元件，分别。摩擦力矩的方向可以通过离合器的主动和被动侧之间的相对角速度决定。 随着压力不断降低K1，两个离合器K1和K2都在滑动阶段和数据传输的摩擦扭矩 在惯性阶段，K1和K2打开传递摩擦力矩。 可以定义为反射在换档过程中换档冲击度，这是车辆纵向加速度的变化率如下： 其中一个是车辆纵向加速度，V是车辆的速度，RR是驱动轮半径。在假设在换档过程中速度的变化，以保持恒定。（3−6）可以组合成公式（7），分别就汽车挺举只能决定和控制在换档过程中的扭矩变化率和压力控制。 因此，实现一个高层次的换档品质是在接合离合器和离合器控制在表面压力pK1和pK2相对扭矩请求控制待分离离合器的转矩切换过程精确控制发动机扭矩变化率的关键因素。 3 换档过程分析 根据正或负的发动机转矩变化的不同条件下，变速器可以分为四个主要类型的转变称为电源在功率上升档，降档，升档和降档断电断电，分别。除了快速填充阶段，上述移动类型的控制策略是不同的。所有的班次，由两个主要阶段的转变过程中，和扭矩相转矩传递离合器接合离合器出发和惯性阶段，发动机转速从当前齿轮级传递到目标齿轮将完成。转矩相首先出现在开机加速和随后的惯性相。两个阶段的顺序是相反的力量在降档。在这项工作中，只有权力转移进行了断电升档基本上像是在降档和断电档功率控制是功率控制升档。 3.1升档 上电升档控制原理如图3所示。这档从目前的齿轮与正齿轮的目标发动机扭矩时，扭矩的切换是由分离离合器和啮合接合离合器进行出发。转矩切换需要精确地控制离合器接合后如果迎面而来的太晚，然后输出扭矩将下降，电力中断将。另一方面，如果待分离离合器脱开太晚而接合离合器将大部分发动机的扭矩，然后待分离离合器将产生负转矩和输出转矩的急剧上升将导致撞动力当它释放[ 8 ]。 图3控制原理上电升档：（a）发动机转速控制原理上电升档;（b）对于电升档的发动机和离合器的扭矩控制原则 在下面的惯性阶段时，发动机转速将被减速实现同步到目标传动的水平。在该控制方案中，这是通过增加压力，在迎面而来的离合器以跟随减少速度分布来实现的。为了避免在由于被传递给车轮，由于发动机的减速，在惯性阶段所需的发动机扭矩减小惯性扭矩迎面而来的离合器引起的压力越来越大了不平坦的移 3.2降档 动力降档控制原理如图4所示。降档的惯性阶段开始前，引擎需要加速在目标齿轮转速同步投影。在惯性阶段发动机加速度可以通过减少在待分离离合器，给启程带来的离合器液压滑了。输出转矩会下降，严重影响车辆的驾驶性能由于部分脱离出离合器。因此，发动机扭矩要求的增加和接合离合器需要填写传递扭矩在惯性相的制备。在同步已经实现，转矩相位的时候可以进入发动机的扭矩从离合器接合离合器传递启程。再次，增加命令压力施加在接合离合器而降低压力的转矩命令出发切换离合器可以为了符合理想特性避免移位的干预或电力传输中断或发动机转速耀斑发生减少转矩或转速配合由于不受控制的增加扭矩负荷侧。 4换档控制策略 基于以上分析，离合器离合器换档技术的关键是控制在目标出发，迎面而来的离合器压力控制命令控制电流相应的转向螺线管考虑需求转矩和目标滑移计算。一个齿轮换挡控制规律如图5所示。 图4控制原理动力降档：（a）动力降档的发动机转速控制的原理；（b）动力降档的发动机和离合器转矩控制原理 图5换档控制规则 4.1离合器吻点测试旋转钻机 在传递扭矩的离合器，而需要填补减少离合器活塞间隙和实现亲点的压力，在这一点上接合离合器只传递扭矩。因此，在接合离合器指令压力将被设置为一个吻点压力可以校准如下。旋转钻机的输入速度设置为1 000转/分钟手动和保持恒定的测试。第一齿轮，第一齿轮，第五齿轮，第二齿轮和第一齿轮被选择用于测试离合器B1 C1，C2，C3和C4，吻点压力，分别。如图6所示，当选择第一齿轮，离合器C1和C4是由1 000毫安的控制电流的螺线管控制阀完全关闭，在B1的电流由50毫安步骤逐渐增加。为了得到较高精度的吻点压力，控制电流可以通过2毫安步骤逐渐增加。增量控制B1阀电流引起的压力增量的B1阀和点时，输出轴开始旋转压力和电流信号可以找出离合器吻点。同样的过程重复得到离合器吻点压力为每个离合器（表2）。 图6 B1离合器吻点压力测试旋转钻机 表2离合器吻点数据从旋转钻机 4.2对离合器的转矩估算和控制 在转矩相，无论升档或降档，控制算法是非常相似的。迎面而来的离合器协同控制和待分离离合器是必要的。增加的命令压力接合离合器将一定校准斜坡率转矩变化。该控制器仅处理降低指令压力在基于转矩预测控制待分离离合器。计算确定该离合器转矩需求将以相同速率实际扭矩在接合离合器增加减少的估计转矩和转矩变化率在待分离离合器。 TOC（n），估计转矩在采样时间n可由下式计算接合离合器： POC（n）是在采样时间n被压力传感器接合离合器的实际压力，Pb（n）是在采样时间n的发动机转速计算避免发动机失速平衡补偿压力，βPOC在压力与扭矩的查找表的一组因素，是一个相对的因素δ离合器通常是小于0.8微滑移状态计算，和PK是吻点压力接合离合器。 TOC（N），它被定义为在采样时间n接合离合器改变扭矩变化率，可以得到 在TOC（N−1）是估计的转矩在采样时间n−1相对离合器。因此，TOC（N），这是在出发在采样时间n离合器的转矩需求，可以计算为 在一起（N−1）在启程在采样时间n−1离合器转矩需求，TE（n）是发动机的扭矩没有在采样时间n的干预，K为液力变矩器的扭矩比，是一个经验系数φ可以校准。Tmax允许待分离离合器转矩容量最大。然后命令压在待分离离合器可以基于TOC的利用扭矩与压力校准查表计算。 4.3滑动控制和发动机扭矩减小 在惯性阶段，在升档和降档滑电功率控制策略是不同的从一个电源断电升档降档。在升档和降档功率控制器断电，滑动操纵命令压力接合离合器基于目标滑动的PI控制由于在待分离离合器压力为零在惯性阶段，只需要控制接合离合器获得平滑的换档过程中离合器和发动机减速，迎面而来的。PI系统可以由以下方程定义[ 15 ]。 其中P是比例系数，I是积分系数，U（t）是在PI术语转矩作为控制值，E（t）被其可以通过将计算的误差 这两个班型，目标滑动ωtslip总是利用目标涡轮转速计算ωtt，输出轴转速ω0，和目标变速比齿轮itgear当目标是很确定转矩相开始（图4） 实际滑动ωcslip可以通过使用当前涡轮转速ωct获取，输出轴转速ω0，和当前传动比icgear如下 当转矩PI控制器完成的阶段，要调整到接近目标的实际滑移滑移在惯性阶段是逐步阶到来离合器可以从事一个减速度剖面。同时，由于在以前的部分原因的解释，减少引擎扭矩需要在惯性阶段完成通过发送一请求用转矩Ter结合空气放电控制的发动机管理系统。 哪里可以校准扭矩Teroll滚和扭矩相计算梯度极限扭矩Tgl期间，极限扭矩控制保持惯性相Tsl滑移速度可以得到如下： 哪里是保持滑动速度Rnmprpm校准率。在降档和升档功率断电，由于惯性相是第一位的，迎面而来的离合器需要填补在惯性阶段的初始，控制器仅操纵指令压力在待分离离合器基于待分离离合器减少压力平稳，发动机加速和保持待分离离合器滑移目标微滑。 5硬件平台 变速器控制单元是一个必要的输入和输出接口控制器的工程应用成熟的原型（图7）。 6结果分析 换档品质控制的最坏情况通常发生在电源换上低齿轮在全开油门之间移动电源在这些齿轮的齿轮比更大的一步 图7 I/O接口控制单元的传输 比一间高齿轮和发动机产生最大输出扭矩动力系统驱动程序需要在节气门全开时被称为“强制降档”的驾驶。这种激进的运动驾驶在低齿轮总是需要高层次的换档控制和校准的解决方案，否则，在测试车辆的司机或乘客会感到明显的颠簸和换挡过程。 6.1升档 图8显示的功率测试结果由第一至第二档在车速在35公里/小时，节气门全开。填充阶段在0.34点开始的惯性阶段的结束时，在1.2 s图8（a）显示指令压力与实际压力在离合器。只有很小的偏差时的压力和液压压力之间的命令。整个系统具有与电流控制信号控制良好的反应。图8（b）描述需求转矩和反馈的扭矩在这两离合器。通过实际压力计算反馈转矩很接近要求的扭矩。比较理想的加速特性的转矩切换应用程序是适当的时机。图8（c）反映了目标滑移和滑移计算实际汽轮机转速在换档过程中的输入轴转速。滑动控制应用在惯性阶段开始与实际滑动在PI控制的目标滑移的一个很好的跟踪与高精度±5 r/min图8（d）的照片，发动机的转速和输出轴转速和发动机响应时，TCU发出的扭矩减小请求。发动机转速和车速都很高，但由于其运动驾驶加速过程表现很好，没有发动机转速耀斑或绑起来。可以干预发动机扭矩信号反映了一种良好的响应从EMS的TCU扭矩减小请求在惯性相。然而，一个扭转振动发生在这个阶段引起轻微的振动输出轴速度结束。 图8由第一齿轮第二齿轮在WOT：（a）指令压力与实际压力；比较（b）需求转矩和反馈转矩之间的比较；（c）目标滑移和实际涡轮速度滑移的比较；（d）在换档过程中发动机转矩响应行为 图9从第五到第三档齿轮齿轮在WOT：（a）指令压力与实际压力比较；（b）需求转矩和反馈转矩之间的比较；（c）目标滑移和实际涡轮速度滑移的比较；（d）在换档过程中发动机转矩响应行为 6.2档 图9显示一个功率档测试结果（跳过移位）第五齿轮第三齿轮在车速在85公里/小时，节气门全开。两填充阶段和惯性阶段开始0.49秒在1.26秒。图9扭矩阶段的结束（一）显示在离合器指令压力与实际压力。图9（b）描述的需求转矩和转矩反馈计算这两个离合器。在惯性阶段开始时，在待分离离合器C2命令压力降低到压力接近点，C2开始滑动。降低转矩负载侧上可以加快发动机转速快到惯性阶段结束前实现快速同步。图9（c）反映了目标微动和待分离离合器C2在换档过程中的实际微滑。PI控制应用于C2为了操纵指令压力保持一定的目标值为离合器打滑。图9（d）图片输出轴速度的惯性阶段期间，发动机的转速和转矩加速度。 发动机扭矩增加保证恒转矩输出时，C2卡瓦和加快发动机转速和。稳定的输出轴转速显示非常顺利转移了。图10和11不与惯性相发动机扭矩减小控制显示在相同的驱动条件的升档比较。图10中的峰移跳到±5克/秒因为C3指令压力从0.9增加到满足日益增长的驱动转矩需求但C3压力不能达到要求由于液压系统的性能在很短的时间压力。在图11中，一个更好的换档质量已经达到因为发动机转矩的转矩控制的要求，允许液压系统响应减少。 图10由第一齿轮第二齿轮的无惯性相发动机扭矩减小控制：（a）指令压力与实际不在惯性阶段发动机扭矩减小压力的比较；（b）输出轴转速的行为而不在惯性阶段发动机扭矩减小 图11由第一齿轮第二齿轮与惯性阶段发动机扭矩减小控制：（a）指令压力和实际发动机扭矩减小压力的惯性相比较；（b）在惯性阶段发动机扭矩减小输出轴速度的行为 7结论 在待分离离合器和接合离合器指令压力是关键参数对换档品质控制需要优化，通过台架试验和整车标定。 离合器的一个新的自动变速器换档控制离合器结合工程应用的转矩估计发达，滑移控制和发动机扭矩控制的所有四个主要的变速条件。 控制算法进行了优化，并进一步证明了通过车辆测试和验证实力最大位移条件下由第一齿轮第二齿轮和功率从第五齿轮第三齿轮在全开档。 开机加速，更多的工作需要做，在未来进一步优化发动机扭矩控制精度和可重复性，以避免在惯性阶段结束时的发动机转矩振动。