自动变速器的研究现状.doc

1.2自动变速器的研究现状 自第一台全液压自动变速器的研制成功距今已有近60年历史。按照实现自动变速的原理的不同，当今自动变速器可以分为三类：由液力变矩器和行星齿轮变箱组成的液力机械式自动变速器，即AT(Automatic Transmission)；在原有机械变速器基本结构上，通过由自动操纵机构取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、换挡手柄摘挡与挂挡以及变更发动机的油门开度同步调节等操作的机械式自动变速器，即AMT(Automatic Mechanical Transmission)；可以实现连续变速的无级变速器，即CVT(Continuous Variable Transmission)。 液力机械式自动变速器较机械式自动变速器具有自动变矩、换挡平稳等无法比拟的优点，同时机械式自动变速器自身存在一系列问题，比如换挡控制、离合器接合控制和坡上起步控制等。目前，机械式自动变速器在部分较低档的轿车和部分卡车上运用。无级变速器所能传递的扭矩容量不大，目前以装备于小排量汽车为主，以及CVT的性能和可靠性尚未经过充分的考验和证实，技术还不够成熟等缺陷。AT有将近60年的研制历史，其技术相对比较成熟，目前AT生产已形成系列化和专业化，是目前汽车装备自动变速器的主流。本文研究的是液力机械式自动变速器（论文中均简称自动变速器,AT）。液力机械式自动变速器主要由液力变器、行星齿轮变速箱和换挡控制系统三部分组成。 (1)液力变矩器 液力变矩器是由液力偶合器发展而来的传动装置，主要有泵轮、涡轮和导轮组成，依靠流体运动的动能来实现动力的传递，它代替了传统汽车传动系中的离合器，实现了发动机与齿轮变速器之间的“柔性”连接。现代自动变速器通常所用的综合式液力变矩器兼有液力偶合器、液力变矩器和机械离合器的工作特点，三种工作状态的转换分别由单向离合器和锁止离合器完成。这种综合式液力变矩器充分利用液力偶器、液力变矩器和机械离合器三者各自的优点，使变矩器的性能得到改善。 液力变矩器的主要缺点是传动效率低，增加油耗和废气排放。随着人类节能与环保意识的加强，自动变速器效率与燃油经济性受到了普遍关注。采用闭锁离合器闭锁控制对燃油经济性的提高具有重大意义。但是当闭锁离合器闭锁后，变矩器“柔性”连接转变为直接的机械传动，因此，无法隔绝来自振源发动机的振动和噪声。为了解决了燃油经济性和行驶平顺性的矛盾，闭锁离合器滑差控制技术得到应用，可以有效地提高了液力变矩器的性能。滑差控制的方式也由最初的PID反馈控制发展到目前的模糊控制、学习控制和鲁棒控制等。其中，Hibino[12]提出了运用H∞控制理论运用于液力变矩器滑差控制，可以有效提高变矩器效率。 从20世纪80年代后期开始，进入90年代，世界各大汽车公司AT几乎都采用了闭锁离合器滑差控制。新的闭锁离合器控制系统主要在缩短闭锁接合时间、确保低速时闭锁的油压和噪声控制这三方面作了改进。 近年来，液力变矩器在以下方面进行了改进和提高：第一,匹配的优化；改进发动机与变矩器的匹配，使变矩器在高效区工作。第二,变矩器特性曲线的改进；尽量提高变矩器最高效率和高效率区域。第三,设计方法的提高；采用三维叶栅理论，合理确定循环圆的形状，对泵轮、涡轮的叶片角度和导轮叶片形状进行最优化设计，使得结构紧凑，效率高。 (2)行星齿轮变速箱 液力变矩器的变矩系数尚无法满足汽车行驶需要，自动变速器通常都采用齿轮式变速箱作为其主要的变速装置。行星齿轮变速箱较定轴式齿轮变速箱具有结构紧凑、载荷容量大、传动效率高、齿间负荷小、结构刚度好、输入轴输出轴同轴线以及便于实现动力与自动换挡等优点。故行星齿轮传动是目前自动变速器普遍采用的结构形 常见的复合式行星齿轮结构有辛普森(Simpson)、拉维纳(Ravingeaux)和CR-CR等多种形式。图1-1所示依次是辛普森、拉维纳和CR-CR行星齿轮机构结构。 图1-1行星齿轮机构 Fig.1-1 planetary gears sets 自动变速器机械传动部分由齿轮传动部分和换挡接合部分组成，行星齿轮变速箱设计的主要任务是确定行星齿轮传动方案和进行接合元件的布置。同济大学在自动变速器传动方案、接合元件和自由轮（单向离合器）的设计布置及在自动变速器中的应用做了深入研究。 对于行星齿轮机构动力学建模与分析，目前常用的方法有：杠杆分析法(TheLever analogy)、键合图法(Bond Graph)以及传统的数学建模法。 杠杆分析法是将一个行星排等效为一根杠杆和三个支点。对于单行星行星排，中间支点为行星架(PC)，两端支点分别为太阳轮(S)和齿圈(R)，如图1-2(a)所示。对于双行星行星排，中间支点为R，两端支点为PC与S，如图1-2(b)所示。支点S、R