摘 要

电控机械自动变速器（Automated Mechanical Transmission，简称AMT）以手动变速器的传统齿轮结构为基础，通过电子控制系统实现换挡过程的自动化。随着汽车技术不断革新和生活质量的不断提高，汽车的舒适性越来越受到人们关注，配备有自动变速器的汽车日益受到大众青睐。

换挡过程是电控机械自动变速器的关键部分，它直接关系到AMT性能的好坏。在实际应用中，基于发动机载荷和行驶阻力的变化情况，自动变速器可以在一定范围内实现自动换挡，从而避免了频繁换挡给驾驶员带来的额外工作量，使汽车驾驶变得更容易、更省力和更安全。而换挡规律不仅直接影响着换挡质量，同时关系着车辆的动力性和燃油经济性的好坏，是自动变速器研究中的关键技术之一。

本文制定了最佳动力性和最佳燃油经济性换挡规律。并在兼顾二者性能的基础上设计了综合性换挡规律。由于与直接使用汽车测试相比，通过计算机仿真技术能够节省很多的人力物力，因此本文建立了AMT车辆传动系统的Matlab/SimulinkAMT仿真模型，然后利用此仿真模型对建立的最佳经济性、动力性和综合性换挡规律进行了分析和验证。

关键词：电控机械自动变速器；换挡过程；换挡规律；仿真

Abstract

The Automated Mechanical Transmission (AMT) is based on the traditional gear structure of a manual transmission, and the shift process is automated through an electronic system. With the continuous innovation of automobile technology and the continuous improvement of the quality of life, the comfort of automobiles has attracted more and more attention, and automobiles equipped with automatic transmissions are increasingly favored by the public.
The shift process is a key part of the electronically controlled mechanical automatic transmission and it is directly related to the performance of the AMT. In practical applications, based on the changes in engine load and running resistance, the automatic transmission can automatically shift gears within a certain range, thereby avoiding the extra workload caused by frequent shifts to the driver and making the car easier to drive. The shift law not only directly affects the shift quality, but also affects the power of the vehicle and the fuel economy. It is one of the key technologies in the research of automatic transmissions.
This paper has formulated the law of shifting the best dynamics and best fuel economy. And on the basis of taking into account the performance of both, a comprehensive shift law was designed. Compared with the direct use of automotive testing, computer simulation technology can save a lot of manpower and material resources, so this paper establishes the Matlab/SimulinkAMT simulation model of AMT vehicle transmission system, and then use this simulation model to establish the best economic, dynamic And comprehensive shift rules were analyzed and verified.

Keywords: Automatic Mechanical Transmission; Shift process; Shift schedule; Simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第 一 章 绪 论 1

1.1 汽车自动变速器发展背景 1

1.2 汽车自动变速器分类与发展现状 1

1.2.1 汽车自动变速器分类 1

1.2.2 AMT的发展现状 2

1.3本文研究目的和意义以及主要研究内容 3

1.3.1本文研究目的和意义 3

1.3.2本文研究的主要内容 3

第二章 AMT原理及换挡规律概述 4

2.1 AMT的结构、控制原理及关键技术 4

2.1.1 AMT的结构和控制原理简介 4

2.1.2 AMT关键技术 4

2.2换挡规律概述 5

2.2.1换挡规律的重要性 5

2.2.2实现换挡规律的软硬件组成 5

第三章 汽车动力传动系建模 8

3.1发动机模型 8

3.1.1发动机转矩特性 8

3.1.2发动机油耗模型 8

3.2传动系的动力学模型 9

3.2.1离合器模型 9

3.2.2 变速器模型 9

3.2.2汽车动力学模型 10

第四章 AMT换挡规律的制定 12

4.1 最佳动力性换挡规律的制定 12

4.1.1 汽车动力学评价标准 12

4.1.2最佳动力性换挡规律的制定 12

4.2最佳燃油经济性换挡规律的制定 14

4.2.1汽车燃油经济性评价指标 14

4.2.2发动机负荷特性 15

4.2.3汽车燃油经济性计算 15

4.2.4最佳燃油经济性换挡规律的制定 16

4.3综合性换挡规律 17

第五章 汽车AMT系统的建模与动态仿真 19

5.1 AMT车辆系统仿真模型 19

5.1.1发动机仿真模型 19

5.1.2 离合器模型仿真 20

5.1.3 离合器及变速器仿真模型 21

5.1.3换挡过程控制仿真模型 22

5.1.4汽车动力性仿真模型 25

5.1.5整车仿真模型 26

第六章 仿真结果分析 28

6.1仿真过程 28

6.2仿真结果分析 28

6.2.1动力性分析比较 28

6.2.2经济性比较分析 30

6.2.3综合分析 30

致谢 32

参考文献 33

第 一 章 绪 论

自动变速器的在汽车上的应用已经越来越广泛。相比手动变速器而言，自动变速器的出现不仅使车辆更易操作，有效的降低了驾驶者的操作负担，而且可以有效提高汽车传动系的寿命。相较于液力变速器等其他自动变速器，电控机械自动变速器(AMT)不仅在结构上很好的继承了传统机械变速器的优点，造价低廉，在操作方面也更加简单，已经逐渐成为自动变速器开发和研究的主要方向^[1]。

1.1 汽车自动变速器发展背景

随着经济的发展和生活质量的提高，人们在选择车辆时开始看重汽车的乘坐舒适性和驾驶便捷性，而传统的手动变速器很难实现这些需求。首先，传统机械式手动变速箱的换挡操纵完全由人工完成，而频繁的操纵换挡往往会造成驾驶员的疲劳，影响其驾驶质量，这也是造成城市交通事故的重要原因之一^[2]。其次，手动换挡需要的经验和技术往往会给驾驶员尤其是初学者带来不小的麻烦，不熟练的换挡操作也会使汽车传动系统受到较大的损害，降低其使用寿命。而不合适的换挡时机和策略也不利于车动力性和经济性的提高^[3]。人们开始希望能有一种变速器可以自行选择合适的换挡时机完成自动换挡操纵，既能减少驾驶员的工作量，也能提高驾驶舒适性。这样的背景下，自动变速的研究开始提上日程。

1.2 汽车自动变速器分类与发展现状

1.2.1 汽车自动变速器分类

目前，汽车上的自动变速器大致可以分为：无级机械自动变速器（Continuously Variable Transmission，简称CVT）、液力机械自动变速器（Automatic Transmission，简称AT）和电控机械自动变速器（Automated Mechanical Transmission，简称AMT)^[4]。

在汽车上最早采用的自动变速器是AT。经历过多次技术的改进后，AT的自动变速技术已经非常成熟并得到了广泛的应用。AT主要结构包括行星齿轮组、液力变矩器、液压操纵系统。为了实现自动变速和变矩，AT采用了齿轮组合和液力传递的组合方式。AT既不完全是有级变速器也不是真正意义上的无级变速器。它的几个变速区段的变速比各不相同，只有在某些规定的区段它才可以实现连续的变速，因此AT在变速形式上是一种介于无极和有级之间的变速器^[5]。AT最大的优势在于其采用液力传动，可以吸收换挡过程中产生的振动，对振动有着良好的衰减和缓冲。这为减轻车辆传动系统的扭振和动载提供了一种有效的方法。因此在装有AT的汽车上，发动机输出的动力可以非常好的传递给驱动车轮，从而实现汽车平稳起步，使行驶安全性、乘坐舒适性、及车辆行驶速度得到提高。但因为行星齿轮系统和液力系统的存在，会使AT的总体结构非常复杂，从而带来制造困难，制造成本过高的问题。而且AT较低的传动效率，随着能源问题的日益加剧，很大程度地限制了其未来的发展^[6]。

CVT省去了普通自动变速器上复杂的齿轮组合变速传动，而通过带传动来实现变速。因为传动轮与传动带的接触半径可以连续的变化，相较于传统齿轮变速器的有限挡位而言，CVT在一定变速范围内就可以实现任何一个传动比，即能够实现无级变速，从而使传动系在发动机的任何一种工况时都可以完成最佳配^[7]。这不仅改善了驾驶员驾驶体验和乘客的乘车体验，更是在提高整车燃油经济性和动力性方面有着不小的作用。且CVT因为采用的是带传动系统，比起齿轮传动的AT，结构更简单，重量更轻，成本得到降低，驾驶稳定性和舒适性更好，传动效率也远远超过AT。但是CVT的缺点也非常明显，相较于齿轮传动而言，带传动结构寿命更短，而且因为是通过摩擦传递动力，所能承受载荷的不能太大，一般只能用于输出功率和转矩都较低的汽车; 另外CVT在我国的发展也需要面临一个比较严重的问题：技术的缺失。在传动带制造上，技术被国外垄断，制造困难，维修成本过高，整体而言在国内发展前景不够^[8][9]。

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