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1、AMT变速箱的设计收稿日期2010-03-20作者简介高少华(1956-)，男，福建福州人，讲师，研究方向为车辆检测、控制与故障诊断。无锡商业职业技术学院学报Journal of Wuxi Institute of Commerc e2010年6月第10卷第3期Jun.2010Vol10No3AMT 变速箱的设计高少华,陈宁（福建交通职业技术学院汽车运用与工程机械系，福建福州350007）摘要AMT 系统是在保持传统机械式变速箱机械结构基本不变的基础上，要求变速箱具备自动换挡功能，文章设计出变速箱的选换挡执行机构，由电控单元调用换挡程序操纵执行机构完成变速箱的自动换挡工作。关键词AMT ；变速
2、箱；自动换挡中图分类号TH 132.46文献标识码A文章编号1671-4806（2010）03-0098-03汽车电控机械式自动变速器（AMT ）是在手动变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术和自动变速理论，以电子控制单元（ECU ）为核心，通过液压或气动执行机构控制离合器的分离和接合、变速器的选换挡操作以及发动机油门的调节，实现起步、换挡的自动操纵。AMT 控制的基本思想是：根据驾驶员的意图（加速踏板、制动踏板、选择器开关等）和车辆的状态（发动机转速、变速器输入轴转速、车速和档位等），依据设定的控制规律（变速器选换挡规律和离合器控制规律等），借助于相应的执行机构（选换挡执行机构和离合器执行
3、机构），对车辆的动力传动系统进行联合操纵1。AMT 的基本控制思想如图1所示。因此,为完成自动换挡操作,针对传统变速箱的自动化设计成为AMT 系统设计的重点2。本文阐述了基于CA5-75K65型变速箱的电控执行机构的设计及换挡过程的软件实现。图1AMT 控制思想一、变速箱执行机构的设计1.选换挡执行机构的基本要求选换挡执行机构是以一汽哈尔滨变速器厂型号为CA5-75K65的手动变速器为平台，保留其绝大部分机构，只去除原操纵机构中的变速杆总成，代替以自动换挡机构，直接改动而成。自动换挡执行机构有电液、电气和全电3种3。考虑到客车上已有气源，故本方案采用电气执行机构，以气动方式拨动换挡轴，改变变速
4、器档位。为保证变速器在任何情况下都能有序准确地实现所有档位的选换挡动作，如图2所示的各3个位置的选挡和换挡动作，对选换挡执行机构有如下要求。（1）模拟手动换挡机构实现退挡、选挡、挂新挡的动作；（2）要有足够大的力和足够快的速度。所设计的推杆产生的力要大于选挡或换挡阻力，这样才能保证AMT 执行机构动作能顺利完成。反应速度和完成动作的速度要快，当ECU 发出动作指令，执行机构要在较短时间内完成动作。因为在换挡中产生动力传动中断，换挡时间长，会影响到换挡品质和车辆的动力性；（3）要有保护装置，防止强行挂挡。ECU 向执行器发出命令，执行换挡操作，并将执行结果反馈给ECU ，当超载时（挂不上挡）能迅
5、速退出来并重新挂挡，即要求该执行器上有到位、超载的信号反馈。2.设计方案和相关参数98CA5-75K65手动变速器上有两个独立的选挡和换挡拨叉，绕各自的支点可以摆动到三个位置，这两个拨叉合理的动作就可使变速器从当前挡换入目标挡4。选挡和换挡的基本动作是一致的，因此选挡和换挡自动执行机构就可使用同一类设计方案。由于执行机构安装在原有变速器上，所以该设计要参照原变速器的一些参数和结构尺寸。选挡或换挡执行机构的负载是驱动齿轮变速器的拨叉头进行换挡所需要的；换挡行程指的是换挡时拨叉移动的距离。通过试验对原车选挡力或换挡力（作用在拨叉头上的力）进行测量得到数据经圆整为200N，各挡换挡行程为12-15m
6、m之间。考虑到气动元件的系列化设计，选取参数如下：气缸选择标准系列，内径50mm，推杆直径19mm。车上气压为p=0.8Mpa，计算气缸得到推力为1570N，拉力为1343.292N。支承选择TCC形式（铰轴座式），气缸可以绕中间铰轴摆动，使其直线运动转变为拨叉绕支点的圆弧运动。弹簧选择材料直径d=5mm、中径D=35mm、总圈数n=5、刚度P=48Nmm、最小工作载荷P1= 300N、最大工作载荷Pn=700N、工作行程h=8mm。3.换挡执行过程的描述如图3所示，左右两边的弹簧参数都一样，在设计装配时要有一定的预紧力，该预紧力要能克服选（换）挡所需的力，选取300N。当气缸进气推动拨杆8正
7、常拨动选（换）挡拨叉时，弹簧不会变形，此时到位信号杆21相对于到位信号轴17运动，直到轴上的传感器检测到信号说明移动到位，此时应由ECU切换气路，停止气缸进气。根据实测换挡行程在12-15mm之间，到位信号轴17上的左右两个传感器至中位传感器的距离取最大行程值15mm，当行程小于15mm时（例如为12mm），拨杆已将选换挡拨叉拨入挡位，拨杆就停止不动了，由于这时到位传感器没有检测到信号，气缸就会继续向前（向后）运动，气缸的继续运动导致压缩其中一侧弹簧，当弹簧的压缩量为3mm时到位传感器就检测到信号，ECU接受到信号后发出命令停止气缸动作。此时弹簧的作用就是行程补偿，使到位传感器发出信号，但必须
8、保证这时候的弹簧压缩量不会让超载信号轴10上的传感器误报警。图3选（换）挡执行机构装配图1缸体2旋塞3弹簧4滑块5超载信号杆6连接块7、12、18紧定螺钉8拨杆9导套10超载信号轴11直射式光电传感器13、14螺栓15到位信号板16气缸17到位信号轴19超载信号板20螺母21到位信号杆有级齿轮变速器有可能出现齿轮发生干涉现象使变速器挂不上挡，手动换挡时驾驶员可重复执行换挡操作换入目标挡，AMT必须有判断机能来实现反复换挡操作。当执行机构挂不上挡时，气缸推不动拨杆8，气缸动而拨杆8静止不动，超载信号轴10（运动）与超载信号杆5（静止）有相对运动，这时候一侧弹簧被压缩另一侧被释放。当弹簧到达一定压
9、缩量时，超载信号轴10上的传感器发出信号，取弹簧力700N，压缩量为8mm时报警。二、变速箱换挡过程软硬件实现1.换挡电磁阀的驱动与控制如图4所示，电压隔离的功能由4N35来实现，4N35把低压部分的单片机和高压部分的电磁阀驱动电路隔离开，增强系统的抗干扰能力。当P2.5口输出为高电平时，三极管8050截止，+24V经R41加到场效应管IRFZ44栅极，驱动该管饱和，使电磁阀线圈有足够电流流过。当P2.5口输出为低电平时，8050饱和，场效应管栅极G被拉向低电平，场效管截止，电磁阀线圈无电流。99 NYNNY Y!#$%()* +YNU2ST180R3510R427K+5VP1.7图5ST180检测电路图图6换挡程序框图100