自动换挡装置论文（通用9篇）
自动换挡装置论文 篇1
摘要：针对7500t浮吊设计要求, 使用等效杠杆法提出用盘式制动实现换挡的减速器设计方案。减速箱共有两个自由度, 通过限制其中一个自由度可以实现高速和低速的切换, 采用液压闭环控制系统实现平顺换挡。在两种不同工况下, 减速箱能够在同一个输出轴上输出不同挡位的运动, 且高低速之比可以达到216, 满足了大载荷平稳起升和快速下降的使用要求, 目前已成功投入使用。
关键词：杠杆法,行星齿轮系,制动器,自动换挡装置
0 引言
浮吊属于大型起重机械装备, 广泛应用于海上打捞、深海施工、集装箱搬运等工程领域。在浮吊设计中, 起升机构是决定浮吊性能的关键组成部分, 起升机构在启动、停止及换挡过程中, 会引起强力的动载荷冲击, 造成起升物的不平稳运动和系统的强力振动, 甚至引起起重机破坏等严重事故。浮吊作业中, 重载时需要匀速而缓慢的起升, 而空载时需要较快的起升速度, 因此, 起升机构在满足回转和重载要求的前提下, 还必须设计合适的变速和定位机构。传统浮吊起升速度是通过人工调整来实现的, 或采用单一速度进行起升作业, 起升作业性能差。变速的主要方法有电机调速和离合器调速, 由于电机调速的速比有限 (一般不超过2) , 电磁离合器传递扭矩小且速比变化小, 液压离合器成本高, 所以这些方法不适用于7500t浮吊起升机构的变速[1]。
针对上述问题, 我们采用混合减速机构方案设计自动换挡装置。基于差动行星减速原理, 通过选择不同自由度约束, 可自动实现不同速度的输出, 根据不同吊载选择不同的速度, 使起升作业性能达到最佳。该浮吊具有2个主吊钩, 每个吊钩承载量为3750t。
1 工作原理
7500t浮吊起升机构的自动换挡装置实质是由两个行星传动机构和两个制动器构成的混合减速器, 可以实现两种工况在同一轴上的运动输出, 如图1所示。工作时分低速重载大扭矩和高速空载小扭矩两种工况,
分别通过控制制动器A1或A2的开合实现同一输出轴2的运动输出[2]。该自动换挡装置主要包括电机D、制动器A1、制动器A2、平行轴1、输入轴3、输出轴2、第一级行星传动机构 (太阳轮Za1、内齿圈Zb1、行星轮Zc1和行星架H1) 、第二级行星传动机构 (太阳轮Za2、内齿圈Zb2、行星轮Zc2和行星架H2) 。
2 结构设计
起升浮吊技术的指标如下:最大吊装能力为7500t (3750t×2) ;两只吊重3750t的吊钩的自重约为100t;水上最大起升高度为110m, 起重臂在非回转状态时最大吊重为7500t, 主钩舷外为20m;起升高度为110m时, 总回转能力为4000t, 起重臂回转时单钩承载能力为2000t;起重机吊钩满载时平均起升速度约为1.25m/min, 空载时的平均起升速度约为10m/min;回转时的最大起重量为4000t×40m (舷外为14m) , 带载回转速度约为0.15r/min, 空载回转速度约为0.25r/min。
混合减速机构设计的难点在于同时实现大功率重载平稳起升和空载快速回程。选用电机功率为1000kW×2, 输入转速为750r/min或1500r/min, 电机输入扭矩为12730N·m×2, 确定总传动比快速时为29.583、慢速时为120.205。
2.1 换挡机构设计
换挡装置设计要求:结构紧凑、承载能力大、传递效率高。由于行星轮系需要配合制动器等元件共同运行, 因此其分析过程非常复杂。为了直观实现设计方案的优化, 采用杠杆模拟法进行分析和设计[3]。杠杆模拟法原理如下:将行星机构中各转动轮的角速度模拟为垂直布置杠杆上不同点对应的速度, 将行星机构中各转动轮受到的扭矩模拟为杠杆上对应点受到的力, 从而将行星机构的分析转化为垂直布置的杠杆系统的分析。
由文献[4]可知, 行星轮系各构件的运动学关系和扭矩关系分别为
ωs+p ωr- (1+q) ωh=0 (1)
q=zr/zs
式中, q为行星轮系结构参数;zr为齿圈齿数;zs为太阳轮齿数;ωs、ωr、ωh分别为太阳轮、行星轮和行星架角速度;Ts、Tr、Th分别为太阳轮、行星轮和行星架上受到的扭矩。
则与行星轮系各构件对应的杠杆上各点的运动关系和力平衡关系分别为
式中, vr、vs、vh分别为与太阳轮、行星轮和行星架角速度角速度对应的杠杆上点的速度;Fr、Fs、Fh分别为与太阳轮、行星轮和行星架上扭矩对应的杠杆上点的受力。
根据式 (1) 和式 (3) 、式 (2) 和式 (4) 可知, 杠杆中的速度和力与行星轮系中的角速度和扭矩是一一对应的, 两个系统是相似的, 因此, 可以用杠杆系统来模拟行星轮系, 如图2所示。
(a) 机构简图 (b) 等效杠杆模拟
本装置中换挡机构采用双排、两自由度、同向减速设计方案。为了分析方便, 将两个行星排的杠杆图合并为一个总杠杆图, 设计结果如表1和表2所示。图3为设计制造的自动换挡装置部件。
(b) 第四级大齿轮
2.2 自动换挡的实现
根据电机负载确定换挡条件:变速器低挡启动, 当变速器在低速挡位运行并且检测到电机负载小于等于某一个阈值时, 变速器由低速挡位自动转入高速挡位;当变速器在高速挡位运行并且检测到电机负载大于等于另一个阈值时, 变速器由高速挡位自动转入低速挡位[4,5]。
在换挡时, 自动变速器上的两个换挡制动器必须协调控制, 以减小换挡冲击, 实现平顺换挡。假设自动变速器在换挡前, 制动器A1处于制动状态, A2处于自由状态;换挡之后, 制动器A1处于自由状态, A2处于制动状态。为了使换挡平顺, 必须使制动器各自离合器间的力和传递的扭矩按一定规律变化, 如图4所示。图4中, P1和P2为制动器接触面的力, T1和T2为制动器传递的扭矩。在时间t1之前, 变速器处于稳定状态;在t1和t2及t3和t4之间, 制动器处于死区, 制动器传递的扭矩与摩擦片之间的力无关, 应尽量缩短死区时间;在t2和t3之间, 两个制动器的摩擦片之间有相对运动, 必须协调控制两个制动器摩擦片之间的力, 缩短相对运动时间;在t4之后, 变速器处于另一种稳定状态。
根据制动器工作原理, 制动器摩擦片之间的力为
P=F-pS (5)
式中, F为制动器弹簧, 在整个换挡过程中保持不变, 是一个常量, N;S为制动器中液压缸的等效承载面积, 是一个常量, m2;p为制动器中液压缸的液体压力, Pa。
由式 (5) 可知, 对摩擦片之间的力变化规律的控制可以由液压缸中液体的压力变化来实现。制动缸中的液体压力由比例压力阀、压力传感器以及控制器构成的闭环控制系统控制。实际控制过程中, 某一制动器 (A1) 液压缸中压力变化规律给定, 而另一个制动器液压缸中压力变化规律根据图4曲线和制动器 (A1) 的液压缸实测值以及结构参数计算得到, 这种控制模式可以保证换挡制动器摩擦片间的力协调变化, 达到换挡平顺。
2.3 制动机构设计
制动器采用盘式制动机构, 具有制动力矩平稳、制动衬块上力分布均匀、热稳定性好、维修和更换方便等优点。由于一个衬片上有两个摩擦面, 因此制动器总制动力矩为
M=2ZμReFQ (6)
式中, Z为制动钳个数;μ为摩擦因数, 取0.35;FQ为每个制动钳的压紧力[6];Re为制动盘的等效制动半径。
计算结果如下:低速轴上等效制动力矩为1500kN·m;夹紧力为160kN×3, 制动盘直径为1100mm;高速轴上等效制动力矩为20kN·m×2 (设定值为15kN·m×2) ;制动盘直径为800mm;联轴器公称扭矩为40kN·m (高速轴) 、2000kN·m (卷筒轴) 。图5a所示为动力输出装置和联轴器, 图5b所示为制动盘和制动钳结构。
(b) 低速制动装置
3 设计结果
表3所示为设计自动换挡装置的主要技术参数, 共有四级齿轮传动, 总减速比在快速时为29.583, 在慢速时为120.205。减速箱共有两个自由度, 通过限制其中一个自由度就可以实现高速和低速的切换。根据实测结果, 在两种不同工况下, 两种不同速比实现同一输出轴的运动输出, 高低速之比可以达到2～16;实现的低速制动器制动力矩为1500kN·m, 变速轴制动器制动力矩为150kN·m, 高速轴制动器制动力矩为20kN·m×2, 完全满足预期设计要求。
基于该自动换挡装置, 设计制造了7500t浮吊, 拥有完全自主知识产权。目前, 该机已成功应用于海上作业。经过一年多的使用, 浮吊总成运行可靠, 自动换挡时结合较平稳, 瞬时动载荷冲击较小, 换挡切换时间可以在3～5s内完成, 达到预期设计要求。
4 结论
(1) 自动换挡装置采用混合减速方案, 实质是由两个行星传动机构和两个制动器在内配合构成的混合减速器, 可以实现两种工况在同一轴上的高低速之比在2～16之间的运动输出。
(2) 基于等效杠杆法设计了换挡机构, 采用双排、两自由度、同向减速的设计方案, 极大地提高了低速大负载运行的平稳性和可靠性。
(3) 高低速自动换挡时, 采用由比例压力阀、压力传感器以及控制器构成的闭环液压控制系统控制, 保证换挡制动器摩擦片间的力协调变化, 实现换挡平顺。
(4) 对于电机耦合联轴器力矩输出, 配合采用钳盘制动器结构, 制动平稳可靠, 通过制动器限制换挡机构的一个自由度, 就可以实现高速和低速的切换, 有效实现了浮吊作业的起升和下降功能。
参考文献
[1]Surendran S, Handling and Launching of HeavyConcrete Caissons in a Marine Environment[J].Ocean Engineering, 2000, 27 (6) :655-665.
[2]田洪, 王遐琪.行星变速双速减速器:中国, CN1786515A[P].2006-06-14.
[3]刘钊, 赵世琴, 黄宗益.用杠杆模拟法建立行星变速器动力学模型[J].汽车工程2000, 22 (4) :274-277.
[4]饶振纲.行星传动机构设计[M].2版.北京:国防工业出版社, 1994.
[5]程钢, 刘维平, 王红岩, 等.履带车辆液力机械传动系统换挡过程动态仿真[J].中国机械工程, 2005, 16 (3) :268-271.
[6]杨晓明, 邱清盈, 冯培恩, 等.盘式制动器的全性能优化设计[J].中国机械工程, 2005, 16 (7) :630-633.
自动换挡装置论文 篇2
教学过程：
一、导入新课
师：同学们，为了让我们周围的环境变得更好，我们学校附近正在搞绿化，老师发现了一个很有趣的现象，工人叔叔给每一棵新栽种的树木都打上了营养液，于是，老师就随手拍了下来，跟同学们分享，同学们请看（出示图片），同学们看一下，这像不像我们生病的时候，护士阿姨给我们打点滴呢？
生：像
师：同学们请看（出示打点滴图片）那大家大家有没有留意过这个输液装置呢？
二、新授
生：有
师：那让我们一起来认识一下它吧。（出示输液器各部位图片）
师：同学们，那这个叫？
生：吊瓶
师：你知道它有什么作用吗？
生：存放药液
师：吊瓶有大有小，根据药量的多少决定药瓶的大小。
师：那这个叫什么？
生：进气管
师：进气管的作用是什么？同学们猜想一下。
生：进气管的作用是将空气进入瓶中，这样水才能流动。
师：你真是个聪明的孩子，对呀，有了空气进入瓶子里，水才会流动。
师：那这个呢？
生：输液管
师：输液管的作用呢？
生：输液管顺着水流到人的血管里，起到传输药液的作用。
师:那这个蓝色的是什么呢？
生：调节器
师：那么调节器的作用是？
生：调节器的作用是调节水流的速度。
师：有了调节器的控制，水滴的速度我们就能很好的掌控了呢。
师：除了调节器可以控制水流的速度外，同学们猜想一下还有什么可以控制水流的速度？
生：吊瓶的高低。
师：那吊瓶越高，水流的速度就越？
生：快！
师：如果吊瓶放的越低，那水流速度就越？
生:慢
师：那就让我们一起来看看是不是这个样子的。（师展示）
师：看来呀，输液器确实能控制水的流动。
师：说到这里，老师想到到，在疫情期间，被隔离在家，老师在学校养的几盆绿萝由于很久没浇水，都奄奄一息了呢，你们能想个办法来救救我的绿萝吗？
生：能
师：谁来说一说？
生：输液器可以改变水滴落的速度，我们可以将输液器改造成自动浇水装置。
师：你真是个爱思考的孩子，那就让我们根据老师刚才的讲解以及课页纸上的内容，设计一个自动浇水装置的方案吧。
1、设计方案
请同学们先讨论制作浇水装置的材料、步骤、以及注意事项，并把你们组的设计方案写到纸上。
（生讨论，师下去巡视）
师：同学们，你们的方案设计好了吗？
生：好了
师：哪个小组愿意给大家说说你们的设计方案呢？老师看看哪个小组设计的方案又快又好。
生：我们小组的设计方案如下：在材料的选取上，我们首先需要找来一个空的矿泉水瓶、一个输液装置和一根铁丝。我简单介绍一下制作步骤是，把矿泉水的瓶盖打孔，然后插入输液器，再把输液器与瓶盖的接口处固定，最后把做好的输液器试用一下，看看有没有问题。在制作时要提醒大家的是，在瓶盖上打孔的时候要左右旋转，防止孔太大漏水，在瓶盖内侧用铁丝扎紧，防止松动。这就是我们小组的设计方案。
师：你们小组的方案做得真详细，特别是注意事项里提到的内容需要我们每一个小组重点关注。还有哪个小组想和大家分享你们的设计方案的？
生：我代表我们小组汇报我们的设计方案，我们首先找一个空的矿泉水瓶、胶水以及输液器，在制作时首先把输液器旋转着扎入瓶盖，然后在瓶盖内外侧的接缝处分别涂胶，防止水流从缝隙中流出来，最后调节水滴速度做滴水实验。我们小组想要提醒大家的是在选取空瓶的时候尽量选取大的，因为这样可以延长浇水的时间，我们小组的汇报完毕，谢谢大家。
师：你们小组的方案做得也很详细，看来你们集体的智慧是无穷的。
师：由于时间关系，其他小组的设计方案就不一一汇报了，同学们可以将别组方案中好的部分借鉴过来，将自己的方案更加完善。
2、动手实践
师：你们真是爱动脑筋的好孩子。老师给大家带来了输液装置，那就让我们根据自己的设计方案结合课业纸上的设计步骤，一起来动手试一试吧。（为了安全起见，请同学们将输液装置的枕头拔下来给我）
生：动手制作
三、成果分享
师：同学们做的可真认真，请各小组长将你们做好的自动浇水装置拿上来给大家展示一下吧。
生：各小组长上台展示。
师：同学们的动手实践能真强，一会儿功夫就做好了一个自动浇水装置。为你们的速度点赞。
生：老师，我们做的漏水了
师：快看看怎么回事，哦，原来是输液器与瓶盖的接缝处太大了。这提醒同学们在做自动浇水装置的时候一定要细心，不然会前功尽弃。
四、拓展延伸
师：同学们，你们想一想，我们制作的自动浇水装置与平时的浇水器有什么区别吗？
生：我们平时浇花用水多，比较浪费水，而自动浇水装置可以节约用水。
自动换挡装置论文 篇3
关键词：拖拉机变速箱,结构特点,工作原理,模块化设计
0 引言
拖拉机变速箱的功能是改变传动系的总速比, 从而改变拖拉机的速度和驱动力, 实现前进和倒退, 使拖拉机具有良好的生产率、经济性和工作方便性, 另有分动箱装置将动力传递给前驱动桥, 实现四驱, 增加了拖拉机的用途。
目前, 国内传统的大中型四轮驱动拖拉机使用组合式的变速箱, 其与后桥、Power Take Off输出装置组装为一体, 使该变速箱大型化, 重量和制造成本增大, 制造复杂化, 并且维修作业等变得繁杂。约束了拖拉机的发展, 也影响了其应用范围。
为克服目前传统变速箱的复杂化和维修性差的特点, 我公司抛开传统变速箱的结构和设计模式, 采用一套新的设计理念, 将变速箱与后桥、动力输出装置分开, 成为一个独立组件, 简化了变速箱的结构, 缩短其制造周期, 同时大大提高维修的方便性。
1 主要结构特点和工作原理
拖拉机变速箱的箱体 (见图1) 由离合器壳、主箱和副箱组合而成, 离合器壳与发动机连接;主箱内装有输入轴总成、输出轴总成和倒挡惰轮轴总成;副箱内装有输入轴总成、后桥输出轴总成、前桥输出轴总成、PTO输出总成 (见图2) ;PTO输出总成由直接输出PTO总成和降速输出PTO总成组成。
直接输出PTO总成, 由输入轴Ⅰ、输出端盖和主动齿轮组成。输入轴Ⅰ与发动机曲轴为同一根轴, 输入轴Ⅰ通过轴承Ⅰ、齿套Ⅰ安装在主、副箱上。输入轴Ⅰ端部制作内花键, 液压泵安装在输出端盖上, 液压泵的输入轴通过内花键与输入轴Ⅰ连接, 从发动机获取动力。
降速输出PTO总成, 由输出轴Ⅰ、法兰盘和从动齿轮组成;输出轴Ⅰ通过轴承Ⅱ安装在主、副箱上;输出轴Ⅰ通过齿轮传动副与输入轴Ⅰ连接, 从而获取动力;齿轮传动副与输出轴Ⅰ之间设置换挡驱动齿盖, 法兰盘与输出轴Ⅰ连接并固定在输出轴Ⅰ端部;法兰盘通过传动轴连接拖拉机后端的终传动箱, 再通过变速后为农机具提供动力。
降速输出PTO总成上设置换挡驱动装置, 换挡驱动装置采用气驱动, 由缸体、活塞杆、活塞和缸盖组成。缸体安装在主箱的上部, 活塞杆和活塞安装在缸体的内腔, 活塞杆通过弹性销与换挡拨叉连接。活塞通过止退螺母组件安装在活塞杆上。缸盖通过螺栓固定在缸体端部。缸体和缸盖上分别有进出气口Ⅰ和进出气口Ⅱ。进出气口Ⅰ和进出气口Ⅱ分别通过输气管、控制阀与气源连接。当挂挡时, 控制阀控制压力气由进出气口Ⅰ进, 从进出气口Ⅱ出, 压力气推动活塞杆右移, 活塞杆通过换挡拨叉带动齿套右移, 齿套内花键与齿座和从动齿轮上的花键同时啮合, 实现挂挡功能, 降速输出PTO总成有动力输出。压力气由进出气口Ⅰ和进出气口Ⅱ反向进出时为脱挡, 降速输出PTO总成无动力输出。
2 结语
继电保护及自动装置运行规程 篇4
第一节 总则
1、继电保护及自动装置是电力生产及电网安全运行，保护电器设备的主要装置。保护装置使用方式不当或不正确动作，将会引起事故或扩大事故，损坏设备，造成直接或间接经济损失，为此必须保证其动作的正确性。
2、正确情况下电气设备不允许无保护运行。
3、正常情况下投入或停用电气设备继电保护自动装置，必须根据调度或值长命令执行。
4、当确定运行设备继电保护有误动危险时，运行值班人员有权先解锁该保护装置的跳闸出口压板，并立即汇报值长。
5、继电保护及自动保护装置的投用应与所保护的电气设备运行方式相符，在一次设备改变运行方式时，继电保护及自动装置应做相应调整。
6、继电保护及自动装置一般应在电气设备转热备用时投入运行，两套主保护不能同时退出运行。
7、继电保护及自动装置二次回路上的任何工作，必须办理工作票，必要时，停用相应的保护装置。
8、在保护测量用的交流二次回路上工作时，严禁PT二次侧短路，CT二次侧开路。在断开PT电源时，应先解除从该PT取电源的保护和自动装置或采取相应的措施。
9、检修人员需要做试验时，应事先征得运行值班负责人的同意，运行人员配合。试验结束后，设备应恢复试验前状态，并向运行人员交代清楚
第二节 继电保护及自动装置的一般要求及规定
一、运行人员要熟悉和掌握：
1.继电保护及自动装置的动作原理和配置情况。2.继电保护压板、控制开关的作用及操作方法。3.根据继电保护动作情况能正确判断事故。4.根据继电保护异常情况能进行分析和处理。
二、继电保护的一般规定：
1、继电保护屏前、屏后、屏上各继电器、压板、操作及实验开关、熔断器、交直流电源开关等，投入运行前均要检查正确无误。
2、正常情况下，继电保护及自动装置的投入退出及保护方式的切换，应由运行人员由开关和压板进行，不得随意采用拆接二次线头和加临时线的方法进行。
3、继电保护需要改设定值或变动接线，要按定值通知单或设备变动报告由专业保护人员执行（一次设备停电检修），并有保护人员将变动及传动情况写于“检修交代记录中”。更改后的整定值定值记录薄上，属调度下达的定值，由值长和调度核对无误后，方可投入运行。
4、在电子设备间内严禁使用手机或对讲机及其他高频无线电设备。
5、当断开电压互感器电源时，应解除从该电压互感器取得电源的保护和自动装置或通知检修采取相应措施。
三、微机保护的一般规定
1、在下列情况应停用整套微机继电保护：
1）微机继电保护装置使用的交流电压电流、开关量输入输出回路有工作。2）装置内部有工作。继电保护人员输入定值。3）有严重缺陷时，可能误动。
2、运行中的微机保护直流电源恢复后，时钟不能保证准确时，应校对时钟。
3、微机继电保护动作后，运行人员应做好记录，并将动作情况立即汇报值长。
4、微机继电保护装置出现异常时，运行人员应根据现场运行规程处理，并立即汇报值长，通知检修人员处理。
5、应保证打印报告的连续性，严禁乱撕，乱放打印纸，妥善保管打印报告，并及时移交继电保护人员，运行人员应定期检查打印纸是否充足，字迹是否清楚。
第三节 继电保护及自动装置的运行检查项目
1、继电保护及自动装置正常运行的运行检查项目。1）保护及自动装置无过热、无异音、无异常信号。2）装置电源指示正常。
3）继电器罩壳无裂纹，玻璃罩上无水汽。4）继电器无动作信号、掉牌及其他异常。5）装置环境温度0~40℃。
6）保护及自动装置所属各指示灯指示情况及保护压板的投退位置和当时实际运行方式相符。
7）保护及自动装置内部表计指示正确。
8）保护及自动装置各跳闸压板符合投运要求，位置正确。
9）各接线端子接线良好，无过热，各插件插入良好并锁紧。
2、继电保护及自动装置动作后异常情况下的检查
1）保护及自动装置动作后，值班人员要及时检查保护动作情况，并及时汇报值长，同时做好记录，并经第二人复核后方可复归信号。2）保护动作后，要分析保护动作是否正确，若发现保护误动或信号不正常，要待查出原因处理后方可投入运行。
3）如果保护误动作引起开关跳闸，值班人员应在检查开关和保护装置无异常后方可恢复。
4）运行中的保护及自动装置，当出现异常或有严重缺陷时应立即汇报值长，决定是否停用该保护。若有误动并威胁设备及人身安全时，可先停用，再汇报，联系检修。
5）任何情况下运行人员不得触及与运行操作无关的保护装置的按钮、开关、键盘、打印机，不得打开防护罩，查找二次接线。
4、继电保护及自动装置操作规定
1）电气设备投入备用或开关合闸送电前，有关保护压板必须投入。设备或线路退出运行转备用后，保护压板是否切除应根据有关规定或技术通知执行，无明确规定时一般不退出。
2）厂用10KV或400V母线PT检修或临时停用消缺，应退出快切或BZT有关低电压保护部分，PT恢复时应及时加入运行。
3）取保护直流熔丝时，应先取正极后取负极。送电时相反，以防寄生回路保护误动。
4）停用母线低电压保护时，应先断直流，后断交流，投用时相反。）保护及自动装置投停的注意事项：
A、原则上是先送保护电源，再投保护压板，停时相反。B、投停保护前要检查有无异常信号发出。
自动变速箱换挡控制系统性能分析 篇5
关键词：自动变速箱,动力性,燃油经济性,MATLAB
0 引言
20世纪初期, 我国的轿车上配置的还是手动变速箱MT (Manual Transmission简称MT) , 手动变速箱起动与换挡卡顿、发动机转速改变过于频繁、发动机工作状态不稳定、对传动系统造成冲击较大等缺点, 无法满足人们对于舒适性需求, 因而自动变速箱得以兴起[1,4]。自动变速箱AT (Automatic Transmission简称AT) 能够根据路面状况自动变速变矩, 减轻了驾驶者的劳动量, 提高驾车的注意力, 从而使驾车变得更轻松和安全。自动变速箱已经在变速箱市场占据主导地位。
文中以01V型液力自动变速箱为研究对象, 分析汽车行驶过程中的驱动力和燃油经济性特性的变化, 从而为自动变速箱的设计者和使用者提供一定的参考价值。
1 变速箱的发展历程
轿车的自动变速技术发展历程历时100多年, 发展至今已经有了智能化的开端, 回顾发展历史可以看到由机械控制到电子控制的转变:
第一阶段20世纪初, 用离合器与制动器等摩擦元件的配合来进行变速, 这就是自动变速的萌芽;第二阶段20世纪30年代, 由于液压的普遍应用, 开始出现以液力自动变速为辅助的自动变速箱, 称为自动液力变速箱, 今天看到的液力变速箱就是在那时得到应用并发展起来的。如1938年在通用Oldsmobile车上Hydromantic的使用;第三阶段20世纪末, 随着电子技术的兴起, 电子控制的变速箱随之兴起, 汽车变速箱开始进入电控自动变速阶段[4,5]。
2 自动变速箱的性能分析
文中以大众车系如奥迪A6、捷达、帕萨特B5等搭载的01V自动变速箱为研究对象, 进行其性能分析, 其中主要分析动力性、驱动力、行驶阻力和燃油经济性。
2.1 动力性分析
影响汽车动力性的指标主要有最高车速、加速性能和爬坡能力[2]。在汽车行驶过程中, 如何在保证其较高车速的情况下又满足良好的加速性和爬坡能力, 是文中进行动力性分析需要研究的重点。
2.2 驱动力和行驶阻力分析
汽车在行驶过程中所受力主要有来自于发动机的驱动力和外界的各种阻力。
1) 驱动力。汽车发动机产生的转矩Me, 经传动系统使驱动轮上获得的转矩为Mt, 在此转矩作用下, 地面与驱动轮之间产生一向前的行驶驱动力Ft, 因驱动力产生过程受诸多因素的影响, 因此驱动力计算式[7,8]为
式中:Me为有效转矩, N·m;ik为变速箱的传动比;i0为主减速器的传动比;ηT为传动系的效率;r为驱动轮半径, m。
2) 行驶阻力。汽车在正常行驶时须克服来自自身、地面和空气等的阻力, 其阻力计算式[7,8]为:
式中:Ff为地面滚动阻力;Fw为空气阻力;Fi为上坡阻力;Fj为加速阻力。在进行阻力分析时, 因Ff和Fw时刻存在, 所以重点考虑这二者。
a.滚动阻力Ff。在进行汽车行驶阻力分析时, 依据行驶速度不同滚动阻力系数f有不同取值[7,8]。当va<50 km/h时, f=0.0165, 当va>50 km/h时,
式中:m为整车质量, kg;g为重力加速度, 取9.8;f为滚动阻力系数。
b.空气阻力。在汽车行驶过程中, Fw计算式[7,8]为
式中:CD为空气阻力系数;A为汽车迎风面积, m2;ρ为空气密度, ρ=1.2258N·s2·m-4;vr为汽车与空气的相对速度。
如果汽车在无风的情况下以va的速度行驶, 则式 (4) 转化为
2.3 实验数据采集
在进行变速箱性能分析时, 实验数据的获取以实验室现有的搭载01V自动变速箱的某一大众车型为研究对象, 该车型的具体参数见表1和表2。
实测发动机的参数见表3。
2.4数据分析
1) 转矩特性。采用MATLAB软件对发动机参数进行4阶拟合, 拟合结果如图1所示。
由图1可知, 发动机输出转矩随转速的增大而增大;当达到峰值后又随着转速增大而减小。因此, 对于发动机调校应尽可能使其在峰值附近输出, 即能有较好的输出转矩。
2) 驱动力特性。以车速va为横坐标、驱动力Ft为纵坐标建立直角坐标系。在发动机输出转矩特性曲线上每隔200r/min取一点 (Me、n) , 并计算对应的Ft和va。利用MATLAB将这一系列驱动力和速度进行多项式拟合, 得到该挡位下的Ft-va曲线, 拟合曲线见图2所示。
图2为变速箱在各挡位下Ft-va关系曲线, 该曲线表明:
1) Ⅰ挡在低速时可以获得较高的驱动力, 当路况突变时及时切换;Ⅱ挡调速范围较狭窄, 与Ⅰ挡、Ⅲ挡有重复区间, 若情况允许, 可以直接挂至Ⅲ挡位;Ⅳ挡、Ⅴ挡调速范围大, 但是驱动力相对较低, 可以在路况良好的路面上行驶, 获得较高的速度, 一般常用于高速行驶。
2) Ⅰ挡在20 km/h左右获得一个峰值即最大驱动力, 此时可获得较大的加速度, 随后驱动力降低。Ⅱ挡在40 km/h时获得一个较大驱动力, 常用于过渡, 使用Ⅰ挡时, 若直接切换Ⅲ挡驱动力相差大易出现卡顿等情况, 若过渡Ⅱ挡至Ⅲ挡卡顿明显降低, 同时平稳性也得到改善。
3 燃油经济性分析
燃油经济性是汽车消费群体十分关注的问题, 其优劣直接决定其在销售市场的占有率。同时燃油经济性分析也是汽车制造厂商密切关注的问题, 燃油经济性的提高就意味着汽车使用成本的下降和市场占有率的提高。
3.1 燃油经济性的评价标准
1) 比耗油ge。燃油经济性常采用比耗油来衡量, 其单位是g (/km·h) 。燃油消耗率还可用每小时耗油量G (tkg/h) 和每公里耗油量G (mL/km) 表示[4,7]。
2) 百公里油耗。百公里耗油量Q是燃油经济性的又一衡量指标, 其单位是 (L/100km) [4,5]。
3.2 汽车燃油经济性的计算
1) 等速行驶燃油消耗率计算。等速行驶燃油消耗率计算式[4,5]为
式中:P为发动机的功率, k W;ge为燃油消耗率, g (/k W·h) ;va为汽车行驶速度, km/h。
若燃油以升计算, 里程以百千米计, 则式 (6) 转化为
式中:γ为燃油比重, γ汽=0.74 kg/L, γ柴=0.830 kg/L。
此时发动机发出的功率为
代入式 (8) 可得
将变速箱参数和轿车参数代入式 (9) , 通过高阶拟合可得到各挡位等速百公里油耗曲线, 拟合流程图如图3所示。
由等速百里油耗图4可知:1) 不同挡位的油耗相差很大, 速度越高油耗越大。2) 对于挡位有交集的速度区域有最优挡位选择区域;如在Ⅰ挡与Ⅱ挡速度交集区域8~28km/h, 其中在20 km/h以下区域要保证较大的驱动力, 只能牺牲燃油经济性;在20~28 km/h速度范围内, 驱动力变化均匀, 此时应满足燃油经济性的要求, 切换至Ⅱ挡, 这样既能保证速度、驱动力, 也可以省油。3) 对于Ⅳ、Ⅴ两个挡在70 km/h以上燃油量会急剧增加, 相比较而言Ⅳ挡比Ⅴ挡有更高的性价比, 尤其当速度在90 km/h以上时。如在高速公路上行驶尽可能在Ⅳ、Ⅴ两挡位之间切换。
4 结论
本研究以01V自动变速箱为研究对象, 通过对其动力性、驱动力和速度等影响因素进行分析, 依据实验数据采用MATLAB软件进行计算拟合, 获得该自动变速箱的输出转矩特性、各挡位上Ft-va曲线以及燃油经济性曲线。通过对变速箱不同挡位下动力性曲线和燃油经济性曲线进行分析, 获得具体操控时不同挡位下驱动力、速度和油耗的取舍依据, 为液力自动变速箱的设计者和使用者在操控舒适性、经济性和安全性等方面提供一定的参考价值。
参考文献
[1]张承宁, 武小花, 王志福, 等.电动车辆AMT换挡过程中驱动电机控制策略[J].北京工业大学学报, 2012, 38 (3) :325-329.
[2]罗玉涛, 罗良然, 李晓波, 等.基于AVR单片机的自动变速箱通用控制器设计[J].计算机测量与控制, 2011, 19 (3) :606-608.
[3]王洪亮, 刘海鸥, 关超华, 等.重型车辆AMT换挡过程控制方法研究[J].汽车工程, 2009, 31 (6) :540-544.
[4]金辉, 葛安林, 陈慧岩.汽车自动变速技术的新发展[J].汽车技术, 2007 (2) :1-4.
[5]何忠波, 白鸿柏.AMT技术的发展现状与展望[J].农业机械学报, 2007, 38 (5) :181-186.
[6]戴中浩, 林琼, 王秋成.基于神经网络的再制造自动变速箱检测及试验研究[J].机械制造, 2012, 50 (1) :33-35.
[7]陈家瑞.汽车构造:上册[M].北京:机械工程出版社, 2009.
自动换挡装置论文 篇6
1 动力性换挡规律的研究意义
中国相对来说是个可开发资源较少的国家, 而经济发展又非常迅猛的国家, 所以国家对于新能源环保汽车的探索非常热衷。全球能源面临的危机和日益产生的而环境问题已经让电动汽车的发展成为历史的必然。
2 以纯电动汽车经济性为目标的换挡规律的设计
纯电动汽车可以在确保其动力性不变的前提后, 可以使使用电能达到最低值, 这种功能彰显了它的经济性。经济性是纯电动汽车的一个明显标志, 它对电动汽车的续驶里程起着最大地作用。电动汽车的能量装置大概包含着能量的储存装置, 驱动装置和辅助电气功能等等。在行驶的途中产生的能源的损失大部分是产生于电能使用和机械能使用, 前者是在能源的转换和传递的途中, 后者是在机械能的传动装置中。运用加速踏板位置法和加速度法去规划和设计两档自动变速的换挡规律, 就得出汽车的加速踏板位置有着宽广的覆盖力, 可以运用到实际生活中去。
电动汽车是运用环保的可循环利用的电能作为其动力的, 这也就合理的解决了传统内燃汽车的汽车尾气造成的环境污染问题和对资源的浪费问题。纯电动汽车的牵引电机的运作宽度比原来的传统汽车有更加宽广, 而且电机在慢速时恒转矩和快速时恒能量的特征比较符合车辆行驶的要求。但是不变的速度减速器只有一个挡位, 这就让电动汽车的运行效果一直都很低, 这样不仅消耗了电能还会缩短续驶里程, 还相对的增加了对牵引电机的使用功率。电动汽车的牵引电机不仅要在恒转矩范围内运用比较快的瞬时转矩, 还要在恒功率范围运用比较快的速度去运转, 只有这样才能使汽车加速爬坡等等的高性能达到最高值。所以电动汽车应该设备更多挡才能降低其电池盒牵引电机的工作额度, 才能让电动汽车的性能发挥到极致。
手动变速器换挡操纵非常复杂, 在换挡的过程中还需要切断动力源, 这样就会对汽车的性能产生较大的影响。自动变速器相对于非自动变速器来说, 其更能提升车辆的安全性和舒适性, 这也就是汽车发展的趋势。自动变速器不单是和手动变速器一样, 其传动功率较高, 结构相对紧密, 并且市价相对较低等等的好处, 还能合理的处理行驶过程中的换挡动力停止的缺点, 还合理的将无级自动变速器以及液力自动变速器等等的换挡高品质的特点保存了下来。所以电动汽车运用两档双离合自动变速器会有更科学高效的效率。
3 仿真计算与结果分析
3.1 动力性换挡规律仿真结果
运用CRUISE系统优化探讨以及进行仿真模拟, 电动汽车根据换挡规律改变的档位可以知道, 电动汽车能够依据其速度, 加速踏板的行程去完成顺利的换挡动作, 并且同时杜绝了多次换挡现象的发生。
3.2 经济性换挡规律仿真结果
运用油门法去制定电动汽车自动换挡装置, 其经济性的换挡规律, 电动汽车的行驶途中独自选择一档, 或者二档行驶。假如依据运用油门法经济性换挡规律去完成换挡的动作, 则电动汽车的驱动电机将会很长时间处于最低的功效上。运用加速踏板位置法和加速度法其动力性的换挡规律, 电动汽车在行驶途中就会完全处在一档或者二档地最高效率上。这就表明电动汽车的行驶过程中驱动电机不仅符合了了车速的问题, 还能是汽车完全保持在较高功效的区域, 就能有效的加强对电能的运用, 让燃油符合经济性标准。这就表明最开始规定的经济型换挡规律是相对符合要求的。
4 总结及展望
此研究的创新点在于其结构较为简单。电动汽车的电机装置可以在特定的区域里调整其速度, 所以这种变速装置只用两个前进挡就可以让整个汽车的效率提高, 并且还优化了其传动装置。其离合器换挡机构对离合器的结合和分离控制就能达到自动变速的要求, 此过程中并不需要换挡执行机构。第二是更减少成本, 双离合器自动变速器很好地将传统的自动变速器的特点延续了下来, 这就让对技术的改造的成本费用大大降低。纯电动汽车的电池和电机是比较贵的, 运用两档双离合器自动变速器可以节省电池的电量, 降低对电机的运用, 这样就能降低制车的成本。三是其换挡品质较高。双离合器自动变速器的装置并不复杂, 其功能也相对合理简易, 可以在换挡的时候不用断开其动力, 这就有不错的的换挡品质以及传动的功效。四是其维修更为方便, 费用也较低。其没有液压装置, 减少了行使换挡装置等等的较为麻烦的步骤, 这就减少维修的资金。本文分析探讨了自动变速器换档规律的发展方向, 对换挡规律的种类和制定的方法进行了深度的探讨。能够了解实车控制的换挡规律能够依据不同人群的特性和要求的高低而有所差异。所以, 对于换挡规律的研究就是探讨怎样能够让合理的换挡规律满足汽车的更高的性能。不过不管其设备和途径怎样改变, 其根本的目标还是保证电动汽车的高效率和燃料的经济性。
参考文献
[1]卢新田, 侯国政.AMT控制系统结构及国外主要AMT产品介绍[J].汽车技术, 2004 (05) :19.
[2]何忠波, 白鸿柏.AMT技术的发展现状与展望[J].农业机械学报, 2007 (05) :181.
自动换挡装置论文 篇7
(1)分类
电液换挡变速器通过开关挡位电磁阀来切换挡位,然后通过换挡操纵阀实现挡位离合器摩擦片的接合与分离。换挡操纵阀具有调压功能,可使挡位离合器工作油压平缓上升,从而提高换挡品质。
电液换挡系统有全自动和半自动之分。全自动电液换挡系统挡位控制器可根据油门开度、车速和挡位选择器位置等传感器信号,由中央处理器(CPU)根据各传感器信号,按照设定的换挡规律计算出适应当前工况的最佳挡位,并自动控制换挡操纵阀进行换挡。
半自动电液换挡系统则无油门开度等传感器信号,主要由操作者根据负载、车速,用挡位选择器位置开关信号来控制换挡操纵阀,以实现换挡。半自动换挡系统在工程机械上最为常用,本文仅介绍半自动电液换挡系统的工作原理及故障判断方法。 工程机械常用半自动电液换挡变速器及其技术参数见表1。
(2)工作原理
半自动电液换挡系统控制原理如下:电气开关信号(挡位选择器)发出换挡信号,控制挡位电磁阀动作,然后由挡位电磁阀控制先导油路的通断,通过调压阀来控制主工作油液压力和方向的变化,进而控制挡位离合器的接合与分离。如图1所示。
在半自动换挡系统中,各电气开关和电磁阀均可发出开关信号。挡位电磁阀按照逻辑程序动作,即通过不同电磁阀的组合与动作,实现不同挡位的接合与分离。电液换挡系统具有互锁、安全保护等功能。
2. 主要部件工作原理
(1)换挡操纵阀
换挡操纵阀由供油系统、换挡操纵系统、调压控制系统等组成。其中供油系统用于向整个液压系统提供压力稳定和足够流量的压力油,并给液力变矩器提供经冷却的润滑油;换挡操纵系统用于保证挡位离合器按照一定逻辑关系接合和分离,以实现换挡;调压控制系统控制挡位离合器接合、分离以及油压上升和下降,以实现迅速、平稳换挡。
系统压力油经换挡操纵阀中的主压力阀限制压力后分为2路:一路经过先导减压阀进入各电磁阀,作为先导油液控制方向选择阀或速度选择阀;另一路经过调压阀进入挡位离合器,控制各挡位离合器的动作。调压阀的作用是在换挡过程中调节挡位离合器缸的升压特性,即控制挡位离合器缸在充油过程处于低压,在升压过程平稳缓慢升压,实现平稳换挡。主压力阀在限制系统最高工作油压的同时,将溢流出的油液送入变矩器及其润滑油路。
通常挡位电磁阀和调压阀集成在一个阀块内,称为换挡操纵阀。电液换挡变速器的整个换挡过程由换挡操纵阀来实现。小松WA360型装载机挡位电磁阀排列与工作组合如表2所示。
(2)挡位离合器
挡位离合器由齿轮1、承压板2、毂体3、从动片4、主动片5、回位弹簧6、活塞组件7等组成,如图2所示。
挡位离合器毂体内交替安装了带有摩擦材料的从动片和一些钢制主动片。从动片内缘的内花键与从动轴的外花键相配合,构成从动件;主动片外缘的外花键与挡位离合器毂体内花键相配合,构成主动件。
压力油作用于离合器毂体内的活塞上,活塞将从动片与主动片紧压,使挡位离合器处于接合状态,主动件便将动力传递给从动件。油压消除后,回位弹簧推动活塞回位,从动片与主动片分开,使挡位离合器处于分离状态,主动件便不能将动力传递给从动件。
油压作用在活塞上时,每一组离合器片的正压力都是相等的,且离合器片数量越多,挡位离合器可传递的扭矩也越大。为了消除活塞上的残留压力油,在挡位离合器上设置了1个离心式单向阀,通过离心力把单向阀打开,使残留压力油迅速排出,从动片与主动片即可迅速分离,切断动力传递。
3. 故障判断方法
工程机械半自动电液换挡变速器故障主要出现在电控系统和液压系统中。其故障排除方法分述如下。
(1)电控系统故障
电控系统故障分为严重故障和一般故障。严重故障主要是指通往挡位电磁阀的输出信号中断或外部电源有问题。若发生严重故障,电控系统会完全停止工作,此时须检测并排除故障。有些故障立刻重新启动,即可解除,如换挡手柄的异常输出信号组合、输出接地短路、电压故障、数据故障、程序故障、电控盒内存故障等。
1.齿轮2.承压板3.毂体4.从动片5.主动片6.回位弹簧7.活塞组件
检查电控系统故障应遵循从易到难的原则:首先检查电控系统的保险丝是否有熔断情况。如保险丝正常,再检查最易出问题的离合器控制电磁阀是否有不工作或工作时过热的情况。如电磁阀工作正常,则检查电控系统电路是否准确按各挡位组合时的电磁阀工作顺序,给相应电磁阀提供正常电信号。如电信号不正常,应检查并确定是挡位控制器故障还是电缆线路故障。
电液换挡变速器通过多个挡位电磁阀的不同工作组合,控制相应不同的挡位离合器工作,组合出一系列相应的工作挡位。变速器最常见的故障是不能按照设定的挡位进行变速。该故障主要原因来自电路系统或相关电磁阀,其中以电磁线圈短路、断路或阀芯卡滞最为常见。
注:●——参与工作的电磁阀1号电磁阀——前进2号电磁阀——倒退3号电磁阀——Ⅲ挡4号电磁阀——Ⅰ、Ⅳ挡)
例如通过表2可以看出:如果4亏电磁阀无电信号输入,或该电磁阀电磁线圈短路、断路或阀芯卡滞,4号电磁阀就会工作不正常。此时装载机就表现为没有前进和倒退Ⅰ、Ⅳ挡,只有前进和倒退Ⅱ、Ⅲ挡。
(2)液压系统故障
半自动电液换挡液压系统故障主要有:变速泵或变速泵取力装置损坏,换挡操纵阀内的主溢流阀、先导减压阀、快速复位阀卡滞,液力变矩器内泄漏,挡位离合器密封件磨损等。上述故障均可造成挡位离合器工作异常,不能形成正确的挡位组合。
牵引力降低安装有电液换挡变速器的工程机械,若出现牵引力降低故障,可能有以下几种原因:变速器油面过高,引起油温过高、泄漏增大、牵引力降低;油冷却器散热片有泥污,散热不好,造成油温过高;变矩器内泄,或油液中产生气泡,致使变矩器进、出口压力不在规定范围内。
全部挡位控制油压异常发生全部挡位控制油压过低或均无动力输出故障,可能有以下几种原因:变矩器弹性板与飞轮之间的连接螺栓松动、断裂;变速泵损坏,造成换挡操纵阀内油压过低;换挡操纵阀上的主溢流阀卡滞或失效;挡位离合器活塞因密封件老化而产生泄漏。
个别挡位控制油压过低若个别档位控制油压过低,可封堵控制油压过低的离合器管路,若此时油压能升至规定值,说明该离合器缸出现内泄;若仍不能达到规定值,可能该离合器的控制油路或控制阀有问题。
自动换挡装置论文 篇8
一、自动变速系统换挡控制原理及其操作要点
电控单元之间的关系原理参见图1。挡位控制手柄单元(EGS)发出前进(或后退)指令,通过专用的接口线束将指令发送到执行单元(电磁阀组),根据不同的组合方式来控制液压系统,推动变速齿轮箱内的齿轮从空挡位置切换到前进1挡(或倒车1挡),同时,变速器输出轴上的凸轮将车辆的车速信号传送给霍尔速度传感器,霍尔速度传感器将机械信号转换成电信号,通过专用线束,将该信号反馈到 挡位控制 手柄单元(EGS)。
EGS具有自动保护功能,在车辆运行时,如果驾驶员突然误操作,EGS的保护功能将发挥作用。各挡位的切换,只能按照顺序进行,EGS会自动控制防止跳挡。EGS还具有速度输出显示、驱动指示、限速、挡位显示、故障诊断等功能,其中的速度输出显示、限速功能在本系列车型中未使用。
二、常见故障与优化
1.EGS 挡位控制系统故障
120T、140T和150T升降车的挡位控制系统在故障诊断时,电气部分主要有3种检测方式来确定大致的故障点。这3种检测方式是EGS内部自测;EGS输入部分及指示灯LED显示的检测;EGS指令输出检测。车辆在行驶时,可通过EGS面板上的LED“N”灯和“T”灯的工作状态来确定驱动系统是否正常工作(见表1)。
针对EGS霍尔速度传感器的信号输入检测:目的是为了判定霍尔速度传感器的工作状态及线路情况,以断定故障是否出现在传感器的输入部位。
检测条件:
A.关闭电源;
B.手柄处于倒车挡并保持在加挡位置;
C.然后打开电源使EGS通电;
D.松开加挡的手柄。
这时输入检测模式启动,可观察EGS面板上的LED灯来判断LED显示灯和霍尔速度传感器的工作状态。在该模式启动后,所有的LED灯一个接着一个逐一亮起,循环2遍,来显示指示工作灯的正常与否,最后1号LED灯开始闪烁。在这种状态下,车辆可以起动并行驶,这时LED显示灯根据车速不断的升高,1~8号绿色LED显示灯逐一亮起,显示系统输入单元部分工作正常,如果实际情况不是这样,说明输入单元有故障,需要检修。另一种状态是,车辆行驶时只有1挡(前进或倒退)也属于输入信号部分有故障,通常是检查霍尔速度传感器的接线是否良好;线路是否有断路和短路现象,接线头应用防水胶布粘结;霍尔速度传感器损坏或装配不当、不清洁,也能造成挡位无法切换到2挡以上。再次,机械故障也能造成挡位工作不正常,造成凸轮无法转动,霍尔速度传感器检测不到车速信号,EGS认为车辆没有行驶,只能以一挡起步,这需要引起高度重视。最后,关闭电源就可取消检测模式恢复正常行驶状态。
2.EGS 驱动挡位控制的技术改进
通过对设备实际运用情况的观察总结,框架车EGS驱动挡位控制系统的常见故障有:挡位加不上,只有1挡;有跳挡现象,个别挡位缺挡;无驱动挡;无2、4、6、8挡;无空挡等等,其中挡位加不上,只有1挡的故障占到总故障的90%。
在1挡时,如果EGS电脑没有接收到霍尔速度传感器发出的反馈信号,EGS会判定车辆没有起步,只能以1挡开始起步,这是EGS内部的保护功能在起作用。问题出现在信号反馈系统,霍尔速度传感器发出固定振幅的方波信号,在加挡时,EGS电脑只接收固定振幅的方波电压信号,而这一电压达不到10V的门限值,EGS电脑是不会发出加挡指令的。影响电压值的元件有霍尔速度传感器、导线和EGS电脑电源。霍尔速度传感器输出的电压信号与温度有关,每温升10℃,输出的信号电压下降0.04V,变速器的正常工作温度在20~80℃,输出的信号电压降最大可超过0.24V,所以冷车时加挡正常,热车时就可能无法加挡。针对该故障,通常的解决方法是更换霍尔速度传感器和清洗散热器,但是这只能暂时解决问题,不能根治故障,而且造成维修成本过高。
对导线进 行更换 , 将原来0.25mm2的3芯屏蔽线,换成0.35mm2的3芯屏蔽线,屏蔽网与其中的地线直接接在总搭铁接柱上,使霍尔速度传感器的回路搭铁线不必经过EGS电脑后再搭铁,可减少线路压降0.20V。EGS电脑电源的回路搭铁线从原来接线排上改接到总搭铁接柱上,降低与电池负极之间的电压降,可减少线路压降0.25V。
对该车驱动进行模拟试验,输出方波的波幅电压可达10~10.5V,足以抵消霍尔速度传感器因发热而产生的压降,不必更换霍尔速度传感器,大大降低检修成本。经过一年多的运行,该故障在驱动系统故障中的发生率大大降低。
三、总结
自动换挡装置论文 篇9
换挡规律是自动变速器设计的核心, 变速器依据换挡规律来确定车辆实际行驶过程中何时升挡、降挡或者保持挡位, 换挡规律的准确与否直接影响整车的使用性能。换挡规律的求解过程实质上是找出变速器换挡影响因子与发动机、车辆行驶性能参数之间的函数关系, 利用工具进行计算[1]。现阶段主要通过经验法和图解法求解换挡规律[1]。由于发动机特性参数的分布规律随工况不同而发生变化, 利用经验法得到的结果无法准确满足车辆实际行驶工况需求, 而采用图解法的求解运算工作量相当大, 影响变速器的设计质量[1,2]。采用最小二乘法, 寻找数据之间的最佳函数匹配, 最大程度的减小运算量, 提高计算精度, 满足实际需求。利用最小二乘法原理, 结合发动机特性方程和传动系统特性方程, 推导出自动变速器换挡规律求解数学模型, 并通过仿真计算, 验证该求解方法的有效性, 研究结果有助于车辆使用性能的提升。
1 最小二乘法原理
式中, 是多元函数的极值, 利用极值求解的必要条件可以得到:
式中, k=0, 1, 2, …m。
由内积的定义可得到权的内积表示如下:
结合式 (2) 、 (3) , 根据多元线性回归原理[4], 可得到极值的法方程为:
式中Ψk (x) =xk (k=0, 1, …m) , k为多项式的次数, {a0, a1, …am}为待定系数, {e0, e1, …em}为随机误差。利用式 (4) 可以求出给定数据之间的多元函数关系。
2 换挡规律求解数学模型
自动变速器换挡规律包括动力性换挡规律和经济性换挡规律, 要建立合理的换挡规律求解数学模型, 需要求出换挡影响因子 (油门开度α、车速v、驱动轮滑转率δ) 与车辆动力特性和经济特性之间的函数关系, 并结合换挡特性进行推导。
2.1 发动机特性方程
车辆发动机特性包括转矩特性、油耗特性和功率特性, 发动机的输出转矩Me、小时燃油消耗率ge、输出功率Pe与转速ne之间的关系如图1所示[2]。可以看出, 油门开度α一定时, Me、ge、Pe分别是ne的函数, 利用最小二乘法原理拟合它们之间的函数关系。一般情况下, 拟合多项式次数采用2~4, 其计算精度可以满足工程要求[5], 本文取k=2进行拟合求解。由此, 可以得到拟合方程如下:
改变油门开度α, 可得到与其相对应的不同的拟合系数和拟合方程。
对于车辆来说, 其燃油经济性往往使用小时燃油量GT来表示:
式中, GT车辆每小时耗油量 (kg/h) ;Ge发动机小时耗油量 (kg/h) 。
2.2 车辆行驶特性方程
车辆的行驶特性与车辆的驱动力、驱动力矩、行驶车速及轮胎与地面间附着特性相关。其各自的特性方程分别如下:
式中, Fq车辆驱动力 (N) ;Mq车辆驱动力矩 (N·m) ;rq驱动轮动力半径 (m) 。
式中, ig变速器传动比;i0主传动比;ηm履带驱动端效率;ηn传动系机械效率。
式中, v车辆实际行驶速度 (km/h) ;v0车辆理论行驶车速 (km/h) ;δ驱动轮滑转率;ne发动机输出转速 (r/min) 。
式中, Wq驱动轮垂直载荷 (N) ;δ0驱动轮特征滑转率;φ驱动轮驱动力系数;φ0驱动力系数最大值;hT车辆牵引点到水平面距离 (m) ;L轴距 (m) ;YK0驱动轮静载荷 (N) 。
2.3 换挡特性方程
换挡特性表明了不同油门开度下车辆驱动力与车速、油耗与车速的关系, 是换挡时刻在供应特性场上的体现, 也是评价自动变速器性能的主要指标。换挡特性说明换挡前后系统的状态。在此假定: (1) 换挡时间短, 换挡前后行驶速度不变; (2) 换挡前后外界阻力不变; (3) 换挡前后动力传动系统无动态变化以保证车辆良好的动力性能。利用驱动力曲线法、耗油量曲线法[2,6]分别将车辆供应特性线转化为驱动力-速度曲线和小时燃油量-速度曲线, 如图2所示。
根据图2并参考文献[7]可以得出, 要保证供应特性场的完整性, 换挡曲线应在相邻两挡的供应特性场内, 即两换挡曲线重合区域内, 且经过相邻两挡的交点, 该交点为换挡特性点。
式中, Fqn、Fq (n+1) 相邻两挡位的驱动力 (N) ;Gen、Ge (n+1) 相邻两挡位的发动机小时燃油量 (kg/h) 。
2.4 换挡规律求解数学模型
结合式 (5) ~ (13) , 可求得油门开度一定时第n挡与第n+1挡之间的换挡求解数学模型如下:
(1) 对于动力性换挡, 有:
式中, ign、ig (n+1) 分别为变速器第n、n+1挡传动比
(2) 对于经济性换挡, 有:
变换不同的油门开度α和驱动轮滑转率δ, 并结合式 (4) 、 (15) 、 (16) 可以得到换挡规律求解法方程:
3 仿真计算与分析
为验证基于最小二乘法原理得到的换挡规律求解数学模型的有效性, 以某车型为例进行仿真计算, 并对结果进行分析研究。
3.1 模型参数
仿真计算所用的主要参数为:δ0=0.15, φ0=0.704, rq=0.346m, i∑1=77.801, i∑2=50.950, i∑3=43.702, i∑4=39.012, ηm=0.95, ηn=0.9, hT=0.295m, L=1.7m, YK0=42782.35N, 拟合系数如表1所示。
3.2 仿真计算与分析
采用matlab编程拟合计算出换挡规律求解方程的待定系数, 本文给出Ⅲ-Ⅳ挡换挡规律的待定系数, 如表2所示。同时, 可得到最佳动力性换挡规律曲面和最佳经济性换挡规律曲面, 如图4所示。
油门开度一定时, 车辆换挡速度随滑转率的减小而增加, 其增加的速率随着挡位的增加而变快;滑转率一定时, 车辆换挡速度随油门开度的增加而增加, 其增加的速率随挡位的增加而变快。滑转率减小时, 表明速度损失小, 此时应升挡以提高车辆动力性, 升挡后保持油门开度不变或增加, 车辆燃油消耗率会增大, 因此为保证车辆经济性, 升挡的同时应减小油门开度;整个换挡规律曲面的变化趋势符合车辆实际挡位变化状态, 能够满足车辆动力性和经济性需求。 (图4)
对比传统图解法[3]得到的换挡规律曲线 (滑转率δ=0.92%) , 如图5所示, 基于最小二乘法得到的换挡规律与基于传统方法得到的换挡规律基本相当;而与传统方法相比, 采用最小二乘法建立换挡规律求解数学模型, 能够借助计算机编程高效准确地得到换挡规律求解过程中所需要各种工况下的参数, 大大减小了工作量, 提高了效率。
4 结论
(1) 利用最小二乘法原理, 并结合发动机特性方程、车辆行驶特性方程和换挡特性方程, 推导出自动变速器换挡规律求解数学模型;
(2) 对实例进行仿真试验, 结果表明基于最小二乘法原理得到的换挡规律与基于传统图解法得到的换挡规律相当, 符合车辆实际挡位变化状态, 能够满足车辆动力性和经济性需求;同时, 最小二乘法求解自动变速器换挡规律能够大大减小工作量, 提高产品设计效率。
摘要：根据最小二乘法原理, 结合发动机特性方程、车辆行驶特性方程和换挡特性方程, 推导出自动变速器换挡规律求解数学模型。对实例进行仿真试验, 结果表明, 采用该求解方法得到的换挡规律能够很好地发挥车辆的最佳动力性和经济性, 大大提高了工作效率, 同时验证了该方法的有效性, 为进一步提升整车使用性能提供重要的理论依据。
关键词：最小二乘法,换挡规律,数学模型,仿真试验
参考文献
[1]陈永东.电控机械式自动变速器换挡规律的研究[D].武汉:武汉理工大学硕士学位论文, 2007.
[2]邢明星.拖拉机电控机械式自动变速器换挡规律研究[D].洛阳:河南科技大学硕士学位论文, 2012.
[3]胡建华, 陈兴同, 等.徐州:中国矿业大学出版社, 2008.
[4]刘严.多元线性回归的数学模型[J].沈阳工程学院学报, 2005.
[5]陈军, 师帅兵, 席新明, 等.发动机性能试验数据处理方法的研究[J].西北农林科技大学学报, 2001.
[6]张国胜.电控机械式自动变速器 (AMT) 换挡规律的研究[D].西安:西北工业大学硕士学位论文, 2005.
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