新型车辆电控电执行机构自动变速器

摘 要：随着自动变速技术的广泛应用，对农用运输车来说自动换挡的控制已是关键的技术，而对换挡品质的研究也越来越被关注。本文提出了电磁离合器在自动变速器中的应用技术，研制了车辆电控电执行机构自动变速器。简要介绍了其结构组成，工作原理和电执行机构的控制分析。

关键词：自动变速器；电执行机构；电子控制装置；控制分析

目前，车辆上使用的自动变速器大都采用电控液压执行机构的自动变速器，结构不够灵活而复杂，制造成本高，由于采用电控液压执行系统，控制频响特性不好。为此，笔者对传统的自动变速器进行了改进，发明了一种车辆电控电执行机构自动变速器，在齿轮变速箱中设置有一系列电执行机构，组成一套能够自动变换挡位的自动变速器，一系列电执行机构均由电磁离合器组成。

1.结构组成

车辆电控电执行机构自动变速器有电执行机构自动变速器和电子控制装置组成。

1.1 电执行机构自动变速器

电执行机构自动变速器以定轴或动轴轮系齿轮变速箱为基础[1，2]，在齿轮变速箱中设置有一系列电执行机构，组成一套车辆电控电执行机构自动变速器，一系列电执行机构均由电磁离合器组成。挡位变换依靠电执行机构完成，齿轮变速机构实现变速，电磁离合器实现挡位变换。电磁离合器包括电磁离合器主动部件、电磁离合器左右从动部件、工作线圈，电磁离合器主动部件分别与电磁离合器左右从动部件相接触，电磁离合器左、右从动部件分别与齿轮变速箱中相应的齿轮联接，工作线圈均安装在齿轮变速箱的箱体内相应位置上。

如图1所示，发动机1通过联轴器2与变速器输入轴3联接，变速器输入轴3与输入轴齿轮4铸造成为一体，变速器输出轴16通过滚针轴承与输入轴3相联接，同时3和16分别通过轴承装入箱体29的二个轴承孔内。变速器输出轴16的端头部位以及尾头部位分别通过花键联接电磁离合器主动部件6和14，中间部位分别用键联接输出轴齿轮（2）10与输出轴齿轮（3）11，同时此部位又空套装有输出轴齿轮（1）9与输出轴齿轮（4）12。电磁离合器主动部件6左侧与电磁离合器左从动部件5接触，5与输入轴齿轮4 联接；6的右侧与电磁离合器右从动部件8接触，8与输出轴齿轮（1）9联接； 6外围装有工作线圈7，工作线圈7安装在箱体29上。电磁离合器主动部件14左侧与电磁离合器左从动部件13接触，13与输出轴齿轮（4）12联接；14的外围装有工作线圈15，工作线圈15安装在箱体29上。中间轴28两端通过轴承分别装入箱体29另外两个轴承孔内；在中间轴28左端分别用键联接中间轴齿轮（5）27和中间轴齿轮（4）26，（5）27与输入轴齿轮4啮合，（4）26与输出轴齿轮（1）9啮合；在中间轴28中部位空套装有中间轴齿轮（2）20和中间轴齿轮（3）25，在中间轴28中部位还装有电磁离合器主动部件22通过花键联接，22外围装有工作线圈23，23安装在箱体29上。电磁离合器主动部件22左侧与电磁离合器左从动部件24接触， 22右侧与电磁离合器右从动部件21接触，24与中间轴齿轮（3）25联接，21与中间轴齿轮（2）20联接，中间轴齿轮（3）25与输出轴齿轮2（10）啮合。中间轴齿轮（2）20与输出轴齿轮（3）11啮合。在中间轴28右部位装有中间轴齿轮17，17与安装在倒档齿轮轴18上的倒档齿轮19啮合，倒档齿轮轴18安装在箱体29上，倒档齿轮19又与输出轴齿轮（4）12啮合。

1.2 电子控制装置

电子控制装置[3]是一个单片机控制系统，其输入接口电路与发动机转速传感器、变速器输出转速传感器、档位控制开关相连，输出接口电路与发动机转速控制机构及换挡执行机构电磁离合器驱动装置相连。

电执行器自动变速器采用电源电控系统，由于是电流提供动力，所以此操作系统称为电压、电流操作系统。电子控制系统的作用是将输出轴转速传感器和发动机转速传感器产生的电信号输入电子控制系统，由电子控制系统经过计算、比较处理后，根据预先编制的换挡程序确定挡位和换挡点。改变电磁离合器的结合和分离，实现自动换挡电执行器换挡控制原理如图2。

变速器换挡控制也就是通过改变速比，充分发挥发动机和自动变速器的潜力，使汽车能在合适的牵引力和车速下工作，以适应道路情况和行驶工况的要求，使汽车获得良好的动力性和经济性。

2. 工作原理

图1中发动机1通过联轴器2直接与变速器输入轴3相连接，提高了发动机的功率利用。图中6、14、22均为电磁离合器的主动部分，7、15、23为主动部分配套的通电工作线圈，离合器又有左右从动部分与之主动部分相互配合使用。电磁离合器的从动部分与变速齿轮固定联结在一起，在变速换挡过程中，只有一个离合器接合其余均处于分离状态。在接合的离合器中，主动部分也是只和其中的一个从动元件相接合，或左从动元件或右从动元件不能同时接合。

当需要一挡时，电磁离合器工作线圈23左线圈通电，其他电磁离合器工作线圈断电，电磁离合器主动部件22与电磁离合器左从动部件24结合，这时动力传递线路为：发动机1→变速器输入轴3→输入轴齿轮4→中间轴齿轮（5）27→中间轴28→电磁离合器主动部件22→电磁离合器左从动部件24→中间轴齿轮（3）25→输出轴齿轮（2）10→变速器输出轴16；

当需要二挡时，电磁离合器工作线圈23右线圈通电，其他电磁离合器工作线圈断电，电磁离合器主动部件22与电磁离合器右从动部件21结合，这时动力传递线路为：发动机1→变速器输入轴3→输入轴齿轮4→中间轴齿轮（5）27→中间轴28→电磁离合器主动部件22→电磁离合器右从动部件21→中间轴齿轮（2）20→输出轴齿轮（3）11→变速器输出轴16；

当需要三挡时，电磁离合器工作线圈7右线圈通电，其他电磁离合器工作线圈断电，电磁离合器主动部件6与电磁离合器右从动部件8结合，这时动力传递线路为：发动机1→变速器输入轴3→输入轴齿轮4→中间轴齿轮（5）27→中间轴28→中间轴齿轮（4）26→输出轴齿轮（1）9→电磁离合器右从动部件8→电磁离合器主动部件6→变速器输出轴16；

当需要四挡时，电磁离合器工作线圈7左线圈通电，其他电磁离合器工作线圈断电，电磁离合器主动部件6与电磁离合器左从动部件5结合，这时动力传递线路为：发动机1→变速器输入轴3→输入轴齿轮4→电磁离合器左从动部件5→电磁离合器主动部件6→变速器输出轴16；

当需要倒挡时，电磁离合器工作线圈15左线圈通电，其他电磁离合器工作线圈断电，电磁离合器主动部件14与电磁离合器左从动部件13结合，这时动力传递线路为：发动机1→变速器输入轴3→输入轴齿轮4→中间轴齿轮（5）27→中间轴28→中间轴齿轮（1）17→倒挡齿轮19→输出轴齿轮（4）12→电磁离合器左从动部件13→电磁离合器主动部件14→变速器输出轴16。

如果增加电磁离合器的数量，可以增加挡位数量，反之相反。

3.结束语

车辆电控电执行机构自动变速器以定轴或动轴轮系齿轮变速箱为基础，装备若干个电执行机构，挡位变换依靠电执行机构电磁离合器完成，具有结构简单、构成灵活（可用于定轴或动轴轮系）、变挡控制方式软件化、生产成本低、控制频响特性好等优点。

参考文献

[1]陈德阳，王林超.《自动变速器图册》[M]，人民交通出版社，2007.

[2]黄纵益.现代轿车自动变速器原理和设计[M]同济大学出版社，2005.

[3]柏军玲.电控机械式自动变速器的开发研究[J].中国制造业信息化，2007，36（5）：75-82.

[4]吴晓刚，王旭东.电磁离合器电流的神经网络整定PID控制[J].电机与控制学报，2007，11（4）：335-339.

[5]杨庆，张德明.HCS12单片机PWM功能在汽车自动变速器中的应用[J].微型电脑应用，2007，23（11）：34-36.

作者简介

杜迎慧（1983-），女，河南商丘，新乡职业技术学院，硕士研究生，研究方向：车辆工程。