齒輪變速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究

齒輪變速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究

1目前的汽車技術(shù)1.1當(dāng)前非安全設(shè)施性能上的錯(cuò)誤驅(qū)動(dòng)鎖和加速鍵由駕駛員操作。這兩個(gè)可能導(dǎo)致重大錯(cuò)誤的混合控制板非常相似，這可能是由一只腳操作的。這本身是造成事故的重要隱患。我們業(yè)已成熟的設(shè)計(jì)思想與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)兩個(gè)矛盾的事件給以相互矛盾、對(duì)立的提示或標(biāo)志、對(duì)多個(gè)相互對(duì)立的事件給以區(qū)別明顯的對(duì)立的提示或標(biāo)志,以示區(qū)別以避免發(fā)生誤操作,如交通指示燈的停與行,用區(qū)別最明顯的紅燈與綠燈區(qū)別,電力動(dòng)力線的A、B、C三相電纜用黃、綠、紅顏色來區(qū)別,敵對(duì)的兩軍的標(biāo)志也盡量做得不同,以防誤傷,而想讓對(duì)方發(fā)生誤傷或執(zhí)行特工等特殊任務(wù)以達(dá)“珠混魚目”之目的時(shí)才采用與對(duì)方一樣的標(biāo)志與形象用以混淆視聽,當(dāng)我們想做任何提示、標(biāo)志或告示時(shí)都要把標(biāo)的物做得盡量與環(huán)境不同而與之區(qū)別開,以示警醒,以免遺漏、發(fā)生事故。如果將三相電用飽和度很接近的紅色區(qū)分、停與行指示燈用顏色很接近的紅燈指示,顯然,其人身、財(cái)產(chǎn)交通事故將不計(jì)其數(shù)。而我們的剎車踏板與加速踏板正是犯的這種低級(jí)錯(cuò)誤。剎車與加速這兩個(gè)邏輯、動(dòng)作相反的踏板緊鄰,且都由右腳操作,在緊急情況,尤其對(duì)于新手,常?！盎挪粨衤贰?非常容易誤操作,造成矛盾對(duì)立的動(dòng)作,從而引發(fā)交通事故,造成生命、財(cái)產(chǎn)的損失,害人害己。且這樣的踏板負(fù)荷分配不均,尤其自動(dòng)擋,左腳處于閑置狀態(tài),從生物工程學(xué)分析,不利于人體健康,而右腳負(fù)荷過重,尤其關(guān)鍵關(guān)頭,由油門踏板變更為剎車踏板的反應(yīng)靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)遲滯于左腳操作的剎車踏板,而大腦指令對(duì)剎車的操作由多任務(wù)右腳執(zhí)行的錯(cuò)誤率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于由專職任務(wù)左腳執(zhí)行的。而這個(gè)剎車任務(wù)也不能由手來完成,手的解放使人類的誕生成為可能,從此告別了茹毛飲血,風(fēng)餐露宿的洪荒遠(yuǎn)古,從此地球生物開創(chuàng)了暫新的文明時(shí)代并將繼往開來,重新將手束縛于沒有意義的工作是錯(cuò)誤的指導(dǎo)思想,沒有生產(chǎn)資料的相對(duì)過剩與部落穩(wěn)定就沒有文明,同樣沒有階級(jí)分化、專業(yè)分工也不會(huì)有文明。目前踏板的布置完全是歷史原因及傳統(tǒng)習(xí)慣的沿襲,KartFriendrichBenz的剎車與油門不能同時(shí)踩踏的邏輯思想,從機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行出發(fā),植根工業(yè)革命時(shí)代,傳承至今,我們還應(yīng)以人為本,并非都由右腳操作具有不可比擬的優(yōu)勢(shì),而由于踏板的誤操作和遲滯操作造成的交通事故自動(dòng)擋甚至更多。由此解決方案水到渠成,剎車與離合踏板布置在司機(jī)左側(cè)(或者二合一),油門踏板在司機(jī)右側(cè),尤其對(duì)于自動(dòng)擋機(jī)動(dòng)車,左腳剎車、右腳油門,分工明確,動(dòng)作清晰,易學(xué)易操作,根絕誤動(dòng)作即事故隱患,同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車片性能、壽命,節(jié)油環(huán)保不冒黑煙、永不熄火。具體實(shí)施方案可參見發(fā)明專利《麗莎系統(tǒng)機(jī)動(dòng)車剎車裝置201110094877ue0108》。1.2齒輪式齒輪變速裝置傳統(tǒng)的手動(dòng)擋機(jī)動(dòng)車,齒輪變速,動(dòng)力性好,無動(dòng)能流失,是其他變速裝置無法匹敵的,但因?yàn)槭怯屑?jí)變速,換擋時(shí)速度階躍變化,有頓挫感,不適合高級(jí)轎車,即具優(yōu)良的動(dòng)力傳輸性能,又具有無級(jí)變速特性的變速裝置,是一百多年來世界眾多汽車廠商一直追求的夢(mèng)想,也因此開發(fā)出了眾多的變速裝置:機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT,液力耦合變速器AT、雙離合變速器DCT/DSG、皮帶式及金屬鏈條式無級(jí)變速器CVT等,但或多或少存在著不盡人意的缺陷,不是變速不夠平順,就是動(dòng)力顯得不足,也正是這樣的缺陷、矛盾與追求才是事物發(fā)展的真正動(dòng)力,促使汽車變速裝置不斷地向前發(fā)展,在遭遇諸多困境后,人們又掉過頭來顧望機(jī)械式齒輪變速裝置,迷惑于它的優(yōu)良動(dòng)力特性,競(jìng)相開發(fā)齒輪式無級(jí)變速裝置,20世紀(jì)60年代首先出現(xiàn)了ASG變速箱,接著相繼出現(xiàn)電動(dòng)式、液力式、氣動(dòng)式,根據(jù)機(jī)動(dòng)車所具有的資源優(yōu)勢(shì),選擇動(dòng)力方案,但不足之處仍然是換擋不平順問題,鑒于此,齒輪式變速裝置即使自動(dòng)化了,也被列入低擋行列,久久沉冤于地下,不登大雅之堂。齒輪變速箱速度的階躍變化主要來自于以下幾個(gè)方面,換擋時(shí)車速與新?lián)跷坏刃к囁僦顜碥囁俚耐蝗蛔兓?換擋后自動(dòng)控制節(jié)氣門的供油量與踏板控制節(jié)氣門的行程開度對(duì)應(yīng)的供油量之間的差異帶來發(fā)動(dòng)機(jī)供油量的突然變化,崎嶇坎坷路況帶來的踏板難以控制、失控帶來的發(fā)動(dòng)機(jī)供油量的變化。剎車、事故等帶來的頓挫感不在論述、討論范圍?；谏鲜鲈蚍治?筆者提出了針對(duì)性的解決方案、控制程序,先進(jìn)的人機(jī)對(duì)話HMI任意設(shè)置界面,以及為了保留轎車手動(dòng)撥桿的真實(shí)感、可操控感與動(dòng)力感而設(shè)計(jì)的手自一體式變速桿。2u2004結(jié)語u2005由于上述前后兩個(gè)速度階躍擾動(dòng)量比較容易理解,計(jì)算機(jī)程序也比較容易實(shí)現(xiàn),筆者重點(diǎn)介紹中間一個(gè)擾動(dòng)量以及部分主控邏輯程序,其他2、3擋及任意擋啟車等功能詳細(xì)分析及計(jì)算機(jī)程序請(qǐng)參見發(fā)明專利《手自一體機(jī)械式無級(jí)變速裝置201210014010ue0101》。2.1u2009jp3與q0ue0103圖1為PLC內(nèi)部邏輯,實(shí)現(xiàn)剎車踏板與油門踏板對(duì)機(jī)動(dòng)車的啟、停及低速運(yùn)行的操作。當(dāng)有嚙合命令Q0ue0103時(shí),使POS0_RUN有效,在上升沿脈沖P啟動(dòng)下,存有motionprofiles的POS0_RUN讀取VB228中的包絡(luò)表,該表可以包含兩步運(yùn)動(dòng)曲線:離合片接觸前以最快速度運(yùn)動(dòng),開始接觸后以一個(gè)合適的速度運(yùn)動(dòng)直至完全嚙合,此速度主要保證動(dòng)力的傳輸及離合片的壽命。在符合條件時(shí)Q0ue0103命令通過Aclth實(shí)數(shù)寄存器輸出實(shí)數(shù)控制離合伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)到位,嚙合到位信號(hào)END2結(jié)束POS0_RUN對(duì)電機(jī)的控制,伺服電機(jī)應(yīng)具有斷信號(hào)、斷電保位功能。該段Aclth寄存器與下述兩個(gè)Acltht共用同一個(gè)寄存器,通過D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出4~20mA、1~5DCV、pulse等標(biāo)準(zhǔn)工程量控制離合伺服電機(jī)。該段主要用于非啟車階段及車速大于X0ue0101的換擋動(dòng)作。該段用于啟車及低速時(shí)的離合器嚙合速度曲線的控制。VB388存儲(chǔ)的包絡(luò)表主要包括嚙合速度較快而時(shí)間較短的第一段、速度較慢而時(shí)間較長(zhǎng)的第二段,以及速度較快而時(shí)間較短的第三段,總的嚙合時(shí)間約2~8s,根據(jù)車輛啟動(dòng)時(shí)及低速(<X0ue0101蠕動(dòng))時(shí)所需動(dòng)力性能和平穩(wěn)性取舍時(shí)間長(zhǎng)短。較長(zhǎng)時(shí)間的半聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生液力耦合效應(yīng),使啟車平穩(wěn),不易熄火。通過變量QXBLD用戶可選擇半聯(lián)動(dòng)或全聯(lián)動(dòng)啟車。通過變量DSRD用戶可選擇低速蠕動(dòng)或低速全聯(lián)動(dòng)。2.23換擋控制回路在自動(dòng)、手動(dòng)模式調(diào)節(jié),loop2用于克服踏板給油與loop1ue011PID調(diào)節(jié)輸出給油切換銜接時(shí)的偏差,從而克服人為的頓挫感,即在換擋完并不馬上將油門切換為“腳動(dòng)”,而是用PID調(diào)節(jié)節(jié)氣門使供油量跟蹤并平穩(wěn)盡快地與油門踏板行程對(duì)應(yīng)的供油量相同,在達(dá)到誤差限值后將節(jié)氣門控制權(quán)交由手動(dòng),注意此PID參數(shù)設(shè)置應(yīng)該取消微分調(diào)節(jié),比例帶設(shè)定1,積分時(shí)間適中,盡量使節(jié)氣門開度按單值斜率曲線盡快接近油門踏板行程對(duì)應(yīng)的節(jié)氣門開度,避免供油震蕩,以使換擋平順,這個(gè)調(diào)節(jié)時(shí)間主要取決于司機(jī)對(duì)油門的操控程度,如果換擋后油門踏板抖動(dòng)比較激烈,這個(gè)時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng),但沒關(guān)系,因?yàn)橐呀?jīng)換擋完畢,不存在動(dòng)力不足問題,環(huán)路PID的存在相當(dāng)于濾波器(穩(wěn)壓器),平滑、優(yōu)化了踏板供油的階躍、抖動(dòng)等的擾動(dòng),不存在換擋延時(shí)與動(dòng)力流失的概念。圖2為換擋后油門PID控制回路,該回路設(shè)定值為油門踏板行程電阻值Rfuel對(duì)應(yīng)的供油量Ls,過程量PV為實(shí)際供油量Lp,通過測(cè)量得到,在loop1調(diào)節(jié)完畢馬上介入,其輸出M2用于調(diào)節(jié)節(jié)氣門。當(dāng)然變速比的變化同樣的油門車速將發(fā)生變化,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與供油量單值呈遞增關(guān)系,某些段落的特性曲線接近線性,所以在向高擋位換擋時(shí)應(yīng)當(dāng)收點(diǎn)油,在向低擋位換擋時(shí)應(yīng)該加點(diǎn)油,低擋位多點(diǎn)、高擋位少點(diǎn)(變速比落差大小不同),無論自動(dòng)手動(dòng)換擋,都不應(yīng)該怠速,與沒換擋時(shí)的加減速一樣操作油門即可,性能可直逼AT、CVT,換擋將相當(dāng)平順,實(shí)際無論自動(dòng)手動(dòng)模式,換擋時(shí)油門是由PID控制的,保持加油姿勢(shì)并非真加油,只是感覺并保持供油量以減少頓挫感。即使純手動(dòng)擋MT按此操作油門,如果把握得好,同樣可以克服換擋頓挫感。2.3啟車半聯(lián)動(dòng)與全聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)該裝置設(shè)有用戶維護(hù)(參數(shù)設(shè)置)人機(jī)接口HMI子程序,在駕駛室設(shè)置觸摸屏,或與導(dǎo)航儀等設(shè)備共用,在任何時(shí)候可輸入密碼對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置:密碼修改,啟車半聯(lián)動(dòng)與全聯(lián)動(dòng)選擇,低速剎車強(qiáng)制分?jǐn)嚯x合車速設(shè)值,低速蠕動(dòng)功能選擇,啟車選擋及啟車后擋位強(qiáng)制在4、5擋使能及強(qiáng)制鎖定時(shí)間設(shè)定,換擋車速及其確認(rèn)時(shí)間設(shè)置,換擋車速同步PID使能,嚙合跟蹤PID使能,供油穩(wěn)壓濾波PID使能,自動(dòng)跳擋選擇及其加速度閾值以及供油加速度閾值設(shè)定,跳高擋或跳低擋后擋位鎖定時(shí)間設(shè)置,停車掛空擋時(shí)間設(shè)置,手動(dòng)開關(guān)啟車選擇,恢復(fù)出廠值;即時(shí)生效即時(shí)運(yùn)行,重新啟動(dòng)微機(jī)將讀取上次設(shè)置參量。2自動(dòng)換擋切換圖3為該裝置的蓮花換擋手柄,端部3~4個(gè)蓮花瓣式微動(dòng)電氣離合開關(guān)形成半封閉殼體覆蓋手柄上端,調(diào)節(jié)微動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作力度,使之適手、不誤動(dòng)不惰動(dòng);此開關(guān)用于換擋和模式切換,在計(jì)算機(jī)程序中使用其邏輯“或”信號(hào),具有脈沖保持功能,直到分?jǐn)嗷驀Ш系轿粸橹?并可相互閉鎖,在無低速?gòu)?qiáng)制分?jǐn)嚯x合信號(hào)時(shí)手動(dòng)模式下按下開關(guān)離合分?jǐn)?松開離合嚙合,在換擋過程中離合器將無法嚙合,自動(dòng)狀態(tài)下可換擋但不能操縱離合。該變速桿形態(tài)、功能及其手動(dòng)狀態(tài)下的操作與手動(dòng)波一樣,在自動(dòng)狀態(tài)失去換擋功能,手柄以硬質(zhì)彈簧與變速叉