第四章 自动变速器ppt课件.ppt

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1、传动系统是发动机与车轮负载之间的传动装置，它的功能是通过变化传动比来调节发动机工作点，并将发动机动力可靠地传递到驱动车轮，它同时影响着动力的生成和传递过程。自动变速是指变速器在完成上述功能时，可以自动变换传动比，无须驾驶人的手动控制。,第一节 自动变速器概述,（1）操作便捷。行驶过程中只需对节气门开度进行操控，降低驾驶人劳动强度。 （2）车辆使用性能更优。自动变速的传动比调节受控于电控系统控制策略，优化的控制算法和专业驾驶经验的结合使得车辆的综合性能更优。 （3）车辆更加平顺、舒适。自动变速器对冲击抖动问题进行算法优化和大量的测试标定以消除或降低冲击感。也有助于降低传动系统的冲击载荷、提高系统

2、的使用寿命。,第一节 自动变速器概述一、自动变速器的优点,目前在车辆上应用较多的自动变速器主要有以下几种： （1）电控机械式自动变速器（简称AMT）。它把传统有级式齿轮变速器的换挡过程实现自动化，其结构仍然是一种有级式机械变速器。电控系统控制执行机构的动作实现选挡、换挡、离合器和发动机节气门的一体化操纵。,第一节 自动变速器概述二、自动变速器的种类,（2）液力机械传动自动变速器（简称AT）。它采用液力变矩器加行星齿轮传动的组合形式，通过液压操控换挡离合器或换挡制动器来进行换挡。目前，AT在中国市场的份额最大、应用最广泛。乘用车使用的AT变速器挡位数多在4-6档。,第一节 自动变速器概述二、自动

3、变速器的种类,（3）机械式无级自动变速器（简称CVT）。其传动比能在一定范围内连续无级变化，使发动机动力“ 生成” 过程得以实现最大程度的优化，但其传动效率一般低于齿轮传动。目前应用最为广泛的是金属带式无级自动变速器，一般采用电液控制方式。,第一节 自动变速器概述二、自动变速器的种类,（4）双离合式自动变速器（简称DCT或DSG）。根据离合器的操控和润滑形式DCT分为干式单片DCT和湿式多片DCT两种结构形式，根据中间轴个数和布置方式又可以分为单中间轴和双中间轴式，双中间轴的轴向尺寸紧凑，应用较为广泛。,第一节 自动变速器概述二、自动变速器的种类,第一节 结束,图4-1是传统的有级机械式变速器

4、（MT），主要包括动力输入轴、动力输出轴、传动齿轮、换挡机构等。AMT是在MT的基础上，直接把手动换挡机构改造为自动换挡机构。,第二节 自动变速器的结构特点 一、有级机械式自动变速器（AMT）,ATM的自动换挡系统包括起步离合器执行机构、选挡执行机构、换挡执行机构及电子控制装置等。 电控系统根据汽车的运行状态和驾驶人的操作意图，自动地把变速器的挡位切换到合适的位置，并使汽车的经济性、动力性及行驶平顺性达到最佳状态。目前主要有三种控制方式，即电控液动系统、电控气动系统和电控电动系统。,第二节 自动变速器的结构特点 一、有级机械式自动变速器（AMT）,1）电控电动系统 电动机执行机构具有结构简单、

5、能量消耗低的优点。非换挡时刻电动机断电，只有进入选换挡过程电动机才供电。系统原理如图4-2所示。,第二节 自动变速器的结构特点 一、有级机械式自动变速器（AMT）,一般电动机驱动方式用于乘用车或者轻型货运车辆，这种驱动方式结构简单，成本较低，且具有较好的环境适应性。由于驱动功率较小，电动机驱动方式很少在大型货运车辆上使用，一般用于乘用车或者轻型货运车辆。,第二节 自动变速器的结构特点 一、有级机械式自动变速器（AMT）,2）电控气动系统及电控液动系统 电控气动型的AMT的自动换挡系统原理如图4-3所示，电控液压系统的结构与之类似。,第二节 自动变速器的结构特点 一、有级机械式自动变速器（AMT

6、）,电液驱动执行机构和电气驱动执行机构的驱动功率较大，控制精度高，响应速度快，但系统的零部件较多且要求较高，因此制造成本较高，一般用于商用车。 某些重型车辆，配备有其他用途的液压系统，则ATM 采用电液驱动方式就更为简便.。 对于拥有气压制动的车辆，则可采用电控气压驱动的换挡机构。,第二节 自动变速器的结构特点 一、有级机械式自动变速器（AMT）,为了解决AMT换挡过程动力中断的问题，设计者对传统MT的结构进行改进，采用双离合器方案，两根输入轴分别与不同的离合器相连，且换挡同步器以及相应的齿轮组分别按照奇、偶数布置在两根输入轴上，改进后换挡过程分为准备、过渡和换挡三个阶段，其结构如图4-4所示

7、。,第二节 自动变速器的结构特点二、双离合式有级自动变速器（DCT）,DCT工作时，车辆先以某一挡位运行，离合器A与之相连，车辆自动变速器的电控单元可以根据相关传感器的信号判断即将进入工作的目标挡位和与之相连的离合器B，因该目标挡位尚未传递动力，因此控制单元可以控制执行机构预先啮合目标挡位。当车辆的运行状态达到换挡点时，只需将正在工作的离合器A分离，同时将离合器B接合，则车辆进入目标挡位运行，在这一换挡过程中，发动机的动力始终不断地被传递到车轮，这样的换挡过程称之为动力换挡。,第二节 自动变速器的结构特点二、双离合式有级自动变速器（DCT）,第二节 自动变速器的结构特点二、双离合式有级自动变速

8、器（DCT）,DCT既有MT结构简单、加工制造工艺继承性好的特点，又具有AT变速器在换挡过程动力不中断的特点，极大的提高了换挡舒适性，同时也保证了车辆具有良好的经济性，改善了车辆的油耗和排放。 DCT由于结构上的限制，无法跳过两个挡位换挡，而是只能顺序换挡。某些特殊的工况下，例如紧急制动，双离合式可以采用AMT的控制方式，即只有一个离合器参与工作，因此这并不妨碍双离合自动变速器的应用。,第二节 自动变速器的结构特点二、双离合式有级自动变速器（DCT）,AT变速器由液力变矩器、行星轮机构以及液压系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来变速变扭。 液力变矩器可以根据负载的变化实现无级变速，但是其传

9、动效率和传动比变化范围都无法达到车辆要求的使用条件，因此需要扩大其传动比和高效传动范围。 行星传动易于实现自动化、结构紧凑、质量轻，且可以实现与液力变矩器的功率分流，是目前普遍采用的形式。,第二节 自动变速器的结构特点三、液力机械传动自动变速器（AT）,AT可以看作是一个液力无级变速器和一个行星机构辅助变速器组合而成，另有控制系统实现对挡位和变矩器的控制，AT变速器的典型结构如图4-5所示：,第二节 自动变速器的结构特点三、液力机械传动自动变速器（AT）,CVT能够在一定范围内实现传动比的连续可调，可以使发动机在一定范围内性能达到最优，因此理论上可以优化发动机工作点，改善车辆的经济性和排放性能

10、。 无级变速器主要有流体式和机械式两种不同的传动方式。 流体式CVT在汽车上的主要应用形式是液力变矩器，一般被用来做起步装置和缓冲转矩冲击。 机械式的CVT主要有带传动方式和牵引传动方式。,第二节 自动变速器的结构特点四、无级自动变速器（CVT）,1）曲面牵引式CVT,半环面双腔型（曲面牵引式） CVT，如图4-6所示，依靠旋转体之间受压油膜产生的剪切力传递动力。具有动力传递能力高、噪声低、传动比变化响应快等特点，适用于中大排量轿车以及其他车辆的动力传动系统。,第二节 自动变速器的结构特点四、无级自动变速器（CVT）,2）金属带式CVT,金属带式 CVT，如图4-7所示，依靠金属带和带轮之间的

11、摩擦力来传递转矩，需要一个稳定持续的压力源来夹紧金属带，因此这种类型变速器的液压系统能耗较高。它是目前应用最广的一种无级自动变速器，主要用于中小排量的乘用车。 金属带式CVT,第二节 自动变速器的结构特点四、无级自动变速器（CVT）,CVT液压驱系统如图4-9所示,金属带式CVT的传动比变化过程是依靠主动油缸和从动油缸压力的变化来实现的。 主动压力与从动压力比值降低，则传动比增大。相反，主动压力与从动压力比值升高则传动比减小。通过压力的变化，金属带沿着带轮的径向滑动，从而传动比也随之平滑变化。,第二节 自动变速器的结构特点四、无级自动变速器（CVT）,第二节 结束,尽管各类自动变速器的结构形式

12、、驱动方式等各有特色，但它们都有着多项的共性技术，就是根据驾驶人的操作意图、汽车的行驶工况和路面条件，自动改变传动比和起停状态，使汽车的燃油经济性、动力性、安全性、可驾驶性和舒适性达到最佳状态。 自动变速器所拥有的共性技术包括起步装置、执行机构、换挡规律等。,第三节 自动变速器的共性技术,车辆起步过程，必须首先消除发动机转速与输出轴之间的转速差，这种允许转速差并使前后转速逐渐达到一致的装置被称为车辆起步装置。 车辆常用的起步装置有液力变矩器（或者液力耦合器）和起步离合器（湿式离合器、干式离合器或者电磁式离合器等）两种。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,1.液力变矩器,液力变矩器依

13、靠流体的循环流动过程的动能变化传递动力，液力变矩器具有以下优点： （1）衰减振动与吸收冲击，提汽车高平顺性与舒适性。 （2）使车辆能以更低的车速行驶，提高车辆的通过性。 （3）自动适应行驶阻力变化，在一定范围内实现无级变速。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,（4）流体为介质，降低动载荷，提高传动系零部件寿命。 但是其结构复杂，制造加工难度大，成本高，专业化程度高，且流体传动效率低。所以，一般在液力变矩器中增加锁止机构在车辆完成起步且车速提高到一定程度之后，将液力变矩器锁止，将流体传动转变为机械摩擦传动。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,典型的液力变矩器的结构如图4-

14、10所示。,三元件液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮组成。发动机转动时，液力变矩器内液体存在两种运动： （1）液体随叶片一起作轴向流动。 （2） 液体在由泵轮和涡轮叶片通道及圆环中心通道内作环形流动（如图4-11所示），又称涡流运动。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,停止,中速,高速,4-11 三元件液力变矩器工作原理,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,当泵轮由发动机驱动转动时，涡轮上产生一个转动力矩，传递到涡轮上的转矩包括发动机的输入转矩与流体对泵轮的反作用转矩两部分，用表达式描述为： 式中： 涡轮输出转矩； 发动机转矩； 流体反作用转矩。,第三节 自动变速器的共性技术一

15、、车辆起步装置,流体对泵轮的作用力的方向及大小取决于流体从涡轮的出口进入到导轮的方向，流体进入到导轮的速度可表示为 式中： 流体离开涡轮进入到导轮的绝对速度； 流体在涡轮出口的相对速度（涡轮出口速度）； 流体在涡轮出口随涡轮绕输出轴转动的速度（线性速度）。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,根据涡轮与泵轮的相对速度可分为三种情况： （1）静止状态，流体以最大的角度进入到导轮，在泵轮上产生最大的反作用转矩，其作用方向与泵轮的转动方向相同。 （2）当涡轮出口速度的切线分量与涡轮的线性速度相等时，则流体离开涡轮进入到导轮的绝对速度与导轮弧形叶片相切，此时，流体对泵轮的作用转矩为零。,第三

16、节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,（3）当涡轮出口速度的切线分量小于涡轮的线性速度时，会产生一个与发动机输入转矩反向的转矩，部分地抵消发动机的输入转矩，为了克服液力变矩器的固有缺陷，定子通过一个单向轴承与变速器壳体连接。涡轮转速的提高，当流体的作用方向发生反方向的变化时，单向轴承容许涡轮自由转动，涡轮不再对流体提供反作用力，即相当于三元件液力变矩器退化为两元件的液力耦合器。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,液力变矩器的传动特性如图4-12所示。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,表征变矩器传动特性的三个参数分别为：变矩器传动比，变矩比和传动效率。,变矩器的传动

17、效率是用输入功率与输出功率的比值（百分比）表示，即式中： 液力变矩器传动率； 液力变矩器涡轮输出功率； 发动机输入功率。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,变矩器传动比定义为涡轮输出转速与发动机输入转速之比，即 式中： 涡轮输出速度； 发动机输入速度或泵轮速度。 变矩器变矩比定义为涡轮输出转矩与发动机输入转矩之比，即 式中： 涡轮输出转矩； 发动机输入转矩。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,由液力变矩器的传动特性可得其传动效率偏低。为解此问题，在车上用作动力传动的液力变矩器都会增加一个锁止装置。在车辆完成起步后通过摩擦式离合器将涡轮和泵轮之间的连接方式由流体传动转变为

18、摩擦式机械传动。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,带锁止机构的变矩器及辅助液压控制系统如图4-13所示：,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,带锁止机构的变矩器传动特性如图4-14所示：,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,2.起步离合器,车辆的另外一种通用起步装置是起步离合器，因摩擦材料不同，起步离合器有湿式离合器和干式离合器两种。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,湿式离合器是通过浸在润滑油中的摩擦片组来传递动力。 干式离合器通过从动盘上的摩擦片来传递动力。摩擦片本身传动效率较高，因此燃油经济性好，成本低，但热容性差，散热条件不好。 在城市行驶

19、，离合器频繁接合，容易导致离合器过热，所以城市中湿式离合器比干式离合器更有优势。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,湿式离合器和干式离合器面临一样的技术难题，那就是离合器的自动控制问题。 控制系统的技术要求： 1）控制系统必须工作可靠，能精准地适应发动机的输出动力，避免起步冲击或者发动机异常熄火。 2）控制系统要有良好的环境适应性，如交通信号灯、坡道起步、冰雪路面起步等。 3）控制系统还要满足驾驶人不同的操作意图，比如平稳起步、紧急起步等意图。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,一般起步离合器控制常见的问题有： （1）起步时存在明显的转矩冲击，使得驾乘人员感觉不适。 （

20、2）发动机熄火，特别是在坡道起步的工况下，造成起步失败。 （3）离合器接合时间过长，使得摩擦片的滑摩功增加，离合器 温升过高。 （4）离合器操纵的滞后问题，驾驶人挂挡并踩下加速踏板后，离合器迟迟不接合，或者挡位已经退出后，离合器分离迟缓。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,评价起步离合器控制的主要指标有两个，冲击度和滑摩功。 （1）冲击度，车辆的冲击度一般用j表示，它表示的转矩的二次倒数，即加速度的变化率。,式中：a车辆纵向加速度，m/s2 ； t时间； r车辆的滚动半径，m； It表示离合器从动盘到车轮以及整车惯量转换得 到的当量惯量，kgm2； i0主减速器传动比； T0变速器

21、从动盘输入转矩，Nm。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,（2）离合器的比滑摩功，比滑摩功的定义为滑摩功与离合器面积之比，表达式为,式中：Tc离合器所传递的转矩，Nm； 离合器从动盘角速度，rad/s； tc1车辆开始运动的时刻，s； tc2发动机转速 与离合器从动盘转速 达到同步的时刻，； 发动机转速与离合器从动盘转速差，rad/s。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,冲击度和滑摩功之间在一定程度上是彼此矛盾的两个参数。 离合器接合速度快，滑摩功减少，但冲击度会增大。 离合器接合速度慢，则冲击度可以被减小，而滑摩时间过长则会导致滑摩功增加甚至离合器过热损伤。 离合器控

22、制系统，就是要根据车辆的行驶工况、驾驶人的操作意图等，自动控制离合器的接合速度，在滑摩功和冲击度之间找到最佳的平衡点。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,离合器传递转矩Tc的能力与主、从动摩擦片之间压紧力有关，还与摩擦片的摩擦系数、作用面积有关， 离合器传递的转矩可以表示为,式中：z摩擦片之间总的有效摩擦面数量； 摩擦系数； 摩擦片等效摩擦半径， ， 为摩 擦片外径， 为摩擦片内径； 作用在摩擦片上的正压力。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,由式可见， 是结构参数，在离合器接合过程中，转矩传递能力的大小只与离合器的压紧力 有关，因此，对离合器进行控制的关键就在于控制摩

23、擦片之间压紧力大小。,第三节 自动变速器的共性技术一、车辆起步装置,自动变速器的执行机构包括电动机执行机构、液压/ 气压执行机构以及电磁执行机构等，其中应用比较广泛的是液压执行机构和电动机执行机构。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,1）液压执行机构 实现的功能包括离合器或变矩器控制，选换挡控制或传动比变化控制，还要考虑变速器的热平衡管理、系统润滑等功能，液压系统的性能直接影响着自动变速器的性能。典型的结构如图4-17所示。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,液压系统主要部件有： （1）液压泵。 不同类型的自动变速器其液压泵的类型也会有所不同，其压力和流量的设计也是根据系统所需

24、的峰值流量和峰值压力来进行设计的。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,例如，CVT的液压泵主要考虑其传递最大转矩时所需的夹紧力。AT或者DCT的液压系统只需要完成离合器的操纵控制和选换挡控制等。变速器中采用的主要的泵的形式如图4-18图4-21：,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,（2）机械阀体、阀芯 由于变速器液压系统的高集成度的要求，其液压系统一般采用集成阀体的形式，即将实现各种功能的阀芯、蓄能器、弹性元件等集成到一个有限的空间阀块内，并借助壳体及各零部件上所设计的流体通道将润滑油引入到各个所需的部位，其结构如图4-21所示。其特点是结构紧凑、零件小巧、集成度高。,第三节

25、自动变速器的共性技术二、执行机构,（3）电磁阀。电磁阀是连接控制信号与液压驱动机构的媒介，是实现自动变速器主动控制的途径。主要类型有：电液伺服控制系统、电液比例控制系统及数字液压控制系统。 电液伺服控制系统特点：控制精度高、重复性好、响应速度快、抵抗干扰能力强。但加工精度要求高，成本很高，不适合批量生产。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,电液比例控制系统特点：抗污染能力高，可使用数字驱动电路直接驱动，电能消耗少，控制精度、重复精度与响应速度好，已大量应用于自动变速器的电液控制系统当中。 数字液压控制系统的核心元件是高速开关阀，高速开关阀结构简单，成本低。,第三节 自动变速器的共性技术

26、二、执行机构,自动变速器中常用的电液比例阀和数字开关阀的外形如图4-23所示。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,2）电动机执行机构 电动机执行机构一般用于中、小型车辆或者电动汽车，例如采用电动机执行机构的AMT变速器，在保留原有手动变速器的结构上，增加一套电动机驱动装置就可以实现离合器和挡位的控制。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,电动机执行机构如图4-24所示，一般用于驱动功率较小的场合，特点：成本低廉、结构简单、维修容易等。对电动机执行机构的位置控制通常采用的是闭环控制，即设置传感器，主要有三种方法。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,（1）对电动机旋转的圈数进

27、行测量，电动机每旋转一周输出若干个脉冲信号，对脉冲信号进行计数，由于传动机构均为刚性连接，因此可以得知执行器终端的位置。这种方法受到脉冲信号及外部环境的干扰较大。 （2）直接在执行机构上安装传感器，或者在选换挡滑杆上安装传感器，直接测量拨叉的位置，从而得知当前执行机构的精确位置，这种方法也是很常用的方法。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,（3）设置多圈角位移传感器，由于选挡和换挡的位移都比较小，也可直接在电动机的转子安装多圈角位移传感器，来实现对执行机构的精确定位控制。,第三节 自动变速器的共性技术二、执行机构,第三节 结束,动力总成综合匹配规律，就是综合考虑发动机、变速器和整车三个

28、子系统之间的参数匹配，并结合驾驶人的操作意图和工况条件，将三个子系统作为整体考虑，并且在整车的经济性和驾驶性之间寻找平衡点。变速器作为传动系统，它在影响动力“传递”路线的同时，也通过改变发动机工作点影响着发动机的动力“产生”过程。,第四节 动力总成综合匹配规律,车辆的驾驶性能是指车辆满足驾驶人期望的能力，即驾驶人通过对加速踏板、制动踏板、换挡杆等的操作输出了其对车辆速度、爬坡能力等方面的期望，而车辆满足这种期望的能力就是车辆的驾驶性能。 要改善驾驶性能，最重要的是找到导致驾驶性能变差的因素，并努力将这些影响因素降至最低， 如果能够找到一个明确的、可量化的指标，将会使得问题大大简化。,第四节 动

29、力总成综合匹配规律一、车辆驾驶性能定义,节气门开度与驾驶人期望的发动机功率呈正比例关系，为优化自动变速器控制，改善车辆的驾驶性能提供了依据。 手动变速车辆，驾驶人可以通过控制变速器的挡位来调节发动机功率与驱动功率之间的转换， 因此，驾驶人对于手动变速器车辆的功率期望是直接与发动机相关的。,第四节 动力总成综合匹配规律一、车辆驾驶性能定义,CVT的传动比不受驾驶人控制，发动机功率与驱动功率转换的过程是由电液控制系统完成的，因此，驾驶人对自动变速车辆的输出功率期望，更侧重于对驱动功率的期望。 作用于半轴的驱动功率，不仅与发动机输出功率有关，也与变速器的传动比控制有关。必须要从发动机输出功率和变速器

30、的传动比控制两个因素入手来进行综合优化。,第四节 动力总成综合匹配规律一、车辆驾驶性能定义,发动机在每个工况下的各参数之间存在着由发动机工作过程理论所确定的函数关系， 发动机节气门开度固定不变，其有效功率、输出转矩、油耗率以及每小时耗油量等随转速变化的关系称为发动机的速度特性，因此可以构造发动机的燃油消耗模型， 将每个发动机转速下的负荷特性曲线由 转化为 的关系，利用三次样条插值拟合出关于发动机有效燃油消耗率与发动机转速和转矩的关系，如图4-25和图4-26所示。,第四节 动力总成综合匹配规律二、发动机最佳经济性和动力性曲线,第四节 动力总成综合匹配规律二、发动机最佳经济性和动力性曲线,在发动

31、机节气门开度一定的条件下，发动机的转速可以随需求特性的功率变化， 在不同的转速条件下，发动机的性能也存在着差异。如图4-27所示。,第四节 动力总成综合匹配规律二、发动机最佳经济性和动力性曲线,如果使每一个发动机节气门开度下发动机均能在发出最大功率的转速下工作， 此时发动机节气门开度与发动机转速的关系则为最佳动力性转速调节特性。对应每一个节气门开度，都有这样的点存在，因此可以把这些点连接起来形成发动机的燃油经济性曲线和动力性曲线。,第四节 动力总成综合匹配规律二、发动机最佳经济性和动力性曲线,经济性工作线： 动力性工作线： 通过发动机输出转矩模型与发动机燃油消耗模型得出发动机万有特性图，图中的

32、各工作点反应了发动机的效率分布情况。与发动机经济调节特性和动力调节特性对应的经济性工作线和动力性工作线也可以绘在万有特性图上，在这两条曲线上，发动机节气门开度与转速、转矩及输出功率之间具有一一对应的关系。,第四节 动力总成综合匹配规律二、发动机最佳经济性和动力性曲线,换挡规律是指根据对车辆运行工况的判断，挡位随汽车运行参数的变化规律，它是自动变速器控制的核心问题，直接影响着车辆的经济性和动力性等多项性能指标。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,换挡时刻的节气门开度和车速的关系就是换挡规律， 换挡规律应当满足以下原则： （1）优先考虑驾驶安全。 （2）人机协调原则，使车辆的响应符合驾驶人

33、的期望。 （3）利用车辆运行状态的各种参数，对车辆的运行环境进行判定，使换挡选择与运行环境相互适应。 （4）动力性、经济性、驾驶感觉及零部件的使用寿命等达到综合最佳，即实现各项指标的协调兼顾原则。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,1.有级变速器的换挡规律,发动机外特性曲线中的功率特性曲线的最高点即为在100%节气门开度下的发动机最大功率点。对于有级式换挡，由于挡位的不连续性，因此无法使得换挡前后的发动机工作点始终保持在最大功率点。因此，对于有级式换挡的最佳动力性换挡规律即要保持图4-28曲线的下围面积最大。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,取同一节气门开度下相邻两挡位的加速

34、度交点为换挡点，则会使得汽车具有最佳的动力性，故可以得到最佳动力性换挡点的计算公式为： 式中： 前一挡位n的加速度； 后一挡位n+1的加速度。 另根据汽车理论中车辆行驶阻力和牵引力的计算公式，可以将上式转换为在n挡和n+1挡之间求取最佳动力换挡时刻的二次方程，即,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,对二次方程进行求解，若求得的解小于n挡位的最大行车速度且大于n+1挡位的最小行车速度，则此解为最大动力性换挡车速点，即两挡位动力曲线之间有交点，情况与发动机理想动力曲线图中A点相同，若不满足上述条件，则参照图中的B点或C点的状态。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,最佳经济性换挡规律的

35、确定和上述方法相同，若二次方程的解满足要求，则取两挡位经济线之间的交点，否则取两挡位在同一车速下燃油消耗率差最小的点作为换挡点。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,如图4-29所示,根据上述方法得到在发动机100%节气门开度下的换挡点后，以同样的方法，可以分别得到在部分节气门开度下的换挡点，由此，便可得到以发动机节气门开度和车速为参数的两参数换挡规律。分别如下图4-30和4-31所示。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,2.无级变速器的换挡规律,无级变速可以任意地调节传动比，使发动机的输出功率和路面的阻力功率相适应，所以当发动机的油门开度给定以后，汽车行驶阻力在一定的范围内变化

36、，无级变速可通过控制其传动比，使发动机的工作点稳定不变，为了使汽车的驾驶性可随驾驶人的操作意图而变，CVT提供E、D和S三种模式。 无级变速的匹配规律也是利用发动机的速度特性和负荷特性的试验数据，确定发动机最小燃料消耗和最佳动力性转速调节特性曲线。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,当节气门的开度一定，发动机部分负荷特性中的功率与燃油消耗率曲线如图所示。图4-32中，A，B它分别是发动机在该条件下的最佳经济点（最低耗油率点）和最大功率点。,图4-32 发动机部分负荷特性的功率与耗油率曲线,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,从大到小连续改变节气门开度，就得到发动机一条最佳经济线和

37、一条最大功率线，把这两组数据在（ ）两维平面上绘制出来就得到发动机最佳动力线S和最佳经济线E，如图4-33，这两条曲线对应无级变速器两种常用的不同工作模式。,第四节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,如当节气门的开度连续变化时，通过无级变速器自动改变传动比使发动机的转速按E线滑动，这就是CVT的所谓E模式（经济模式）。同理，当节气门的开度连续变化时，通过无级变速器自动改变传动比使发动机的转速按S线滑动，这就是CVT的所谓S模式（动力模式）。在E、S模式之间进行折中，就是车上广泛使用的D模式（正常模式），其动力性和经济性介于E和S两者之间。不久的将来CVT定会出现一种新的模式最低排放模式。,第四

38、节 动力总成综合匹配规律三、换挡规律,通过对发动机特性曲线以及变速器挡位分布情况分析后得到的最佳经济性和最佳动力性换挡规律，是车辆在稳态工作条件下的理想换挡规律，但实际情况是，发动机和车辆的工况是动态变化的， 因此得到了理想换挡规律之后，还要将其放在整车的动态环境中，综合考虑其他因素对该曲线进行修正，即所谓的标定。,第四节 动力总成综合匹配规律四、换挡曲线对驾驶性能的影响,第四节 结束,变速器的类型很多，从控制的角度上可分有级和无级两类，有级变速器有AMT、DCT和AT ，尽管其结构形式非常不同，但控制的基本问题是一致的，分为起步控制和换挡控制。无级变速，如金属带式CVT ，其控制包括起步控制

39、、夹紧力和传动比控制。,第五节 自动变速器的控制技术,按汽车行驶要求，起步离合器应满足下列功能： （1）接合动力平顺，分离动力彻底。 （2）接合时发动机不停车、不空转。 （3）接合速度能随驾驶人意图变化，并给乘员的感觉保持不变。 （4）上坡起步不溜坡，发动机不灭火。 （5）可靠的低速爬行功能，帮助车辆平稳越障。 （6）限制传递最大的转矩。,第五节 自动变速器的控制技术一、起步离合器控制,任何类型的有级变速器，从一个挡位换到另一挡位，由于变速器的传动比突变，在同一旋转轴线上的两个运动件的转速不等都会造成传递冲击。 AMT结构最为简单，从理论上可以通过发动机的转矩调节来缓解这种冲击，但因多变而复杂

40、的使用条件，其技术难度大，AMT产业化的道路异常地艰难， 结果导致结构简单、研发时间最长的AMT，并未得到普遍采用，需要指出的是，对需要更多挡位的商用车，AMT无疑是最合适的技术方案。,第五节 自动变速器的控制技术二、有级变速器的换挡控制,对AT、DCT变速器，换挡期间同时存在两条传动路线（即换挡前的传动路线和换挡后的传动路线）在换挡过程中：一路要退出的传动元件，先要经历一个部分接合的过程，再全部退出工作状态，进入接替的一路传动元件，则先从部分接合的过程慢慢过渡到全接合工作状态，解决换挡无动力中断、无换挡冲击，就归结于两条传动路线的摩擦元件下在控制作用下的控制策略。,第五节 自动变速器的控制技

41、术二、有级变速器的换挡控制,AT变速器的升挡过程中，其传动元件的接替工作顺序如图4-35所示，换挡过程可分为三个阶段：换挡预备阶段、过渡阶段、事后调节阶段。,第五节 自动变速器的控制技术二、有级变速器的换挡控制,AT变速器因当前的工作挡位不同，参与换挡的元件则不同，但换挡品质其本质都是快速平稳实现两组摩擦元件动力传递的接替动作，在控制的作用下实现动力无中断无冲击的换挡过程。,第五节 自动变速器的控制技术二、有级变速器的换挡控制,DCT变速器换挡，不管现在的挡位是什么，是升挡还是降挡，都是在两个离合器之间完成，两个离合器间的动力传递的接替控制，其过程与AT变速器是完全一样的。 除AMT外的有级自

42、动变速器，AT、DCT的结构设计都是为谋求在换挡过程实现无动力中断、换挡过程平稳连续。在变速器结构可满足的条件下，最终能否达成预期目标，则取决于控制技术。 因此换挡控制是有级变速器的关键技术之一，换挡品质是评价变速器的重要性能指标。,第五节 自动变速器的控制技术二、有级变速器的换挡控制,CVT传动系统的两个主要任务：一是把发动机输出功率可靠地传递到驱动轮，并尽可能减小功率损失。二是根据汽车的运行条件，按驾驶人选定的工作模式，自动改变传动比，使发动机维持在理想的工作点，由此决定CVT控制问题可归结为如下两个目标：,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,（1）金属带夹紧力

43、控制。为了提高传动效率，必须合理控制对金属带的夹紧力。 （2）传动比控制。应使传动系的传动比在汽车的行驶阻力和发动机输出功率之间，按驾驶人的意图自动实现动态最佳匹配，把汽车的经济性、动力性发挥到极限状态。,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,1.目标金属带夹紧力 1）主、被动轮夹紧力的稳态比值QDR/QDN 在主动轮上，被张紧的金属带产生向里运动的趋势，为使金属带维持在稳定的节圆位置上，必须在主动缸上作用一个推力QDR使它与被动缸的推力QDN通过金属带在主动轮上产生的轴向负荷相平衡。（图4-36、图4-37）,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动

44、比控制,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,2）金属带传递的转矩与夹紧力,当被动轮的夹紧力给定以后，金属带能传递的最大转矩为： 实际传递的转矩为Tin，它与可能传递的最大转矩Tin*之比定义为转矩比，即：,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,一般地，只要金属带传递的转矩比小于1，金属带就不会出现滑转。但是过大的传动余量，会使金属带过度张紧，缩短金属带寿命，也使CVT变速器效率降低，所以应精确控制金属带传递转矩比r并使r趋近1。,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,被动缸的目标夹紧力为：式中：ADN被动缸的有效面

45、积。,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,2.目标传动比,1）CVT的传动比 传动装置的传动比定义为主动轮的转速与被动轮的转速之比，即： 式中：nDR主动轮输入速度； nDN被动轮输出速度； ne 发动机输出速度； nout被动轮输出速度。,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,传动比也可用主、被动轮的节圆半径比表示，当被动轮处在最大节圆半径，主动轮处在最小节圆半径，得到最大传动比为 通常CVT传动装置的最大传动比为2.5，当主动轮在最大节圆半径，被动轮在最小节圆半径，得最小传动比为 比值一般为0.5，传动装置的传动比范围为，0.52.5。

46、,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,2）目标传动比定义,目标传动比定义为： 当发动机的目标转速确定以后，则CVT的目标传动比就随之确定，CVT变速器不是工作在一个固定的匹配模式，或明显地从一个模式切换到另一个模式，而是根据汽车的行使工况和驾驶人的操作意图，在典型匹配模式的基础上，按照某种规则生成综合性能指标最佳的动态匹配规律。,第五节 自动变速器的控制技术三、无级变速器的夹紧力和传动比控制,CVT是无级式的，AT、DCT、AMT是有级式的，两类变速器的换挡规律略有不同，从结构上看，四种变速器的差别很大，但它们都有共同之处：就是控制系统从传感信号中获取汽车的行驶状态、外部环境及驾驶人的操作意图等信息，根据大量的标定数据和经验公式进行决策推论，自动控制离合器的分离与接合、调节变速器的传动比，使整车的燃油经济性、动力性达到最佳的状态。,第五节 自动变速器的控制技术 四、小结,第五节 结束,本章结束,