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作者简介：李建楠（1981－），山东枣庄人，博士研究生，2007年毕业于山东科技大学机械电子工程专业，主要从事采矿刀具研究，：86057505@163.
责任编辑：武伟民收稿日期：2012－09－08
前言
自动变速技术无法满足工程车辆动力性和经济性的要求，造成能源浪费，因此，对工程车辆自动变速技术进行深入研究，具有重要的理论和现实意义。
1自动变速器换挡工作原理
自动变速器的主要作用是变速，通过变速齿轮
组机构，由控制机构控制，实现变速的功能，满足不
*国家自然科学基金（51077096）
工程车辆自动变速技术及研究现状*
黄永晶
1，2
，姚进1，韩嘉骅1，伍迪
1
（1.四川大学制造科学与工程学院，成都610065；2.成都纺织高等专科学校，成都611731）
摘要：介绍了自动变速器换挡过程的工作原理，通过对国内外工程车辆自动变速技术研究
现状的分析，指出自动变速技术在工程车辆实际应用中存在的关键问题，为国内对该技术的研究及应用提出见解。
关键词：工程车辆；自动变速；换挡策略中图分类号：U415.51
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2013）01－0010－03
Status of Research on Automatic Transmission Technology of
Engineering Vehicles
HUANG Yong-jing 1，2，YAO Jin 1，HAN Jia-hua 1，WU Di 1
(1.College of Manufacturing Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China ；2.Chengdu Textile
College,Chengdu 611731,China)
Abstract ：The working principle of automatic transmission shift was introduced.Through analyzing status of research on automatic transmission technology of engineering vehicles at home and abroad ，this paper points out key problems of research and puts forward some opinions for research of automatic transmission technology of engineering vehicles
Key words ：engineering vehicles;automatic transmission ；shifting schedule !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.34No.01Jan.2013
第34卷第01期2013年01月
10
同工况条件对牵引力需要的同时，又使发动机尽量工作在高效区，实现节能。车辆行驶性能很大程度上依赖于变速器与发动机的匹配情况，自动变速器的换挡过程，通过一个结合元件接合，另一个结合元件分离来实现，其动力学分析模型可简化如图1
所示。
图1动力学分析模型
ωi 、ωo .变速器输入输出构件的角速度T i 、T o .发动机扭矩和车辆阻力矩J i 、J o .发动机转动惯量和整车等效转动惯量P 1、P 2.输入轴至接合元件K 1和K 2的传动比P 3、P 4.结合元件K 1和K 2至输出轴的传动比
自动变速器的挡位变换平稳，可消除或降低动力传动系统中的冲击和动载，提高车辆的乘坐舒适性。在工程车辆的换挡过程中，要使冲击度很小，就要保证在换挡过程中离合器对车辆的输出扭矩基本稳定，即车辆的加速度在换挡过程中基本保持不变。如图1所示，当变速器处于j 挡位时，结合元件K 1接合，结合元件K 2分离，有
i j =ωi /ωo =P 1P 3
（1）当变速器处于k 挡位时，结合元件K 1分离，结合元件K 2接合，有
i k =ωi /ωo =P 2P 4
（2）则动力学方程为
J i a i =T i -T cA /P 1-T cB /P 2
（3）J o a o =-T o +T cA i j /P 1+T c B i k /P 3
（4）式中
i j 、i k ———
变速器处于j 挡和k 挡时的传动比；T cA 、T c B ———
结合元件K 1、K 2的传递力矩；a i 、a o ———
输入、输出构件的角加速度。2工程车辆自动变速技术国内外研究现状
（1）国外研究现状
欧美、日本等发达国家于20世纪80年代开始率先在工程车辆上使用自动变速技术，同时对工程车辆的机械传动系统进行了深入研究，取得良好效果，研究主要集中在换挡策略的开发和换挡品质的改善：Yasushi Narita 和Hiroshi Yamaguchi 利用模糊控制技术对工程车辆自动变速进行控制；Kohei
Kusaka 和Yasunori Ohkura 改造换挡执行机构，使变速过程更加平顺；Dennis N.Assanis 和Andrew W.Phillips 对机械传动系统进行仿真试验，提出改进燃油经济性和车辆动力性能的方案；Gamal Ahmed El -nashar 对工程车辆自动变速模糊和神经网络控制器进行仿真研究；Oliver Nelles 利用自学习控制策略
研究自动换挡控制技术。
（2）国内研究现状
在国内，吉林大学、北京理工大学、同济大学等多所高校和徐工集团、柳工集团等多家单位对工程车辆自动变速控制技术的应用进行了研究，主要集中在控制技术和换挡决策方法，取得一定成果。吉林大学赵丁选教授1998年开始对工程车辆的自动变速与节能技术进行研究，提出基于油门开度、泵轮与涡轮转速的工程车辆三参数自动变速原理，随后又在比较汽车自动变速特性与工程车辆自动变速特性的基础上，继续对该问题进行深入研究，于2003年首次提出基于四参数的工程车辆自动变速技术，即在三参数的基础上增加工作油泵压力p 作为第4个参数。
以赵丁选教授为核心的吉林大学对工程车辆自动变速技术进行了深入系统的研究，率先将智能控制技术应用到工程车辆中：卢新田和张勇先后在履带推土机上应用模糊控制技术进行自动换挡，通过试验，证明方法的可行性；王学峰在模糊控制技术的基础上增加神经网络，通过对输入参数和驾驶员操作的“训练”、“学习”，达到对实际工况的自适应，实现自动换挡；龚捷针对提高系统传动效率进行研究，到液力变矩器工作在高效区的换挡规律，并进行了试验验证；陈宁对工程车辆节能换挡规律进行研究，建立了工程车辆自动变速智能控制系统，使车辆自动变速具有了智能化特征，能够适应外界载荷和环境工况的变化；王康建立自动换挡的动力学模型，并用逻辑法对液压系统进行了分析和设计；韩顺杰结合工程车辆挡位决策输入和输出参数的特点，提出一种基于二叉树的支持向量机多类分类方法，有效地解决目前支持向量机多类分类方法存在的不可分区域的问题，具有较为理想的训练和决策速度。
（3）自动变速技术在工程车辆上的应用
自动变速技术最早应用于汽车，1904年
Sturtvent 发明了第1台自动变速器，而世界上第1
台用于大规模生产的全自动变速器则是通用公司在1940年生产的Hydra-Matic ，这台变速器使用液力耦合器，最初被装于奥兹莫比尔，而后被凯迪拉克和庞蒂克采用。
自动变速技术在工程车辆上的应用始于1945年的美国通用汽车公司，该公司在公共汽车上首次使用全自动变速器，推动了自动变速技术的应用。
德国ZF 公司研发的WG200动力换挡变速器通过设置KD 键使工程车辆快速降入一挡，增大推进力，使操作过程简化，降低了工人的劳动强度，但仍然需要人的参与，只能叫作半自动变
K 1K 2
P 2
P 4P 1
P 3
ωi
J i
T i ωo
J o
T o
11黄有龙司机
速。
此后几十年，各国陆续对工程车辆上使用自动变速技术又进行了深入研究：卡特比勒公司研制的电子控制变速器通过监控发动机转速、油门开度、油液高度等实现自动变速控制；日本小松公司研制的装载机根据工作方式和操纵杆位置的不同在一定范围内实现自动变速；日本川崎重工公司的KLD97Z型轮式装载机由微型计算机判断车速与发动机匹配的最佳速度范围，实现自动变速或制动控制；瑞典VOLVO公司研发的装载机首次采用电子控制自动换挡，大大推进了自动变速技术在工程车辆中的应用，随后该公司的轮式装载机上配备了APSII全自动换档控制器，大大提高动力性。最新研究表明，日本小松公司已经开始着手研制无人驾驶装载机，所有操作过程无需人的参与，是真正意义上的自动变速，代表了世界工程机械的最高水平。
我国自动变速技术在工程车辆上的应用起步较晚，主要以消化吸收国外工程车辆自动变速技术为主，与发达国家相比有很大的差距。“八五”期间我国从美国卡特彼勒公司引进的轮式装载机仍是动力换挡变速器，而美国已经装备了自动变速箱，技术上远远落后。“九五”期间，在国家的政策要求和项目计划下，我国的工程车辆为了达到世界先进技术水平要求才开始采用自动变速器，但是核心技术仍是从美国CLA
RK公司引进，严重制约着我国工程车辆的生产和企业的发展。国内其他一些主要的工程车辆生产厂家如柳州工程机械股份有限公司、大连叉车总厂、山东工程机械集团有限公司等生产的工程车辆，自动变速要么全部依赖国外进口，要么与国外公司联合开发，我国没有自主知识产权，不仅价格昂贵，而且维修不便。在工程车辆上使用自动变速技术，代表了一个国家制造业水平的高低，我国迫切需要加强对国产品牌的工程车辆自动变速器的研究，加强具有自主知识产权的技术研发，降低成本，提高国产工程车辆的市场竞争力。
3工程车辆自动变速技术研究存在的问题及建议（1）主要问题
随着自动变速技术在工程车辆上的广泛应用，国内在研究中虽然取得了一些进展，并获得了一些研究成果，但与国外相比还存在差距。目前我国所有的研究基本都集中于理论，处于试验阶段，而且
主要集中在控制技术的研究上，没有过多考虑换挡品质的因素，虽然能在试验台上验证原理的可行性，但是，试验与实际应用有着较大的差异，在负载施加、油泵消耗方面具有很大的局限性，直接导致了我国生产的工程车辆自动变速器主要依赖进口，没有自主知识产权，对工程车辆的生产造成很大的制约，耗费大量资金的同时维修也很不方便，直接影响了我国工程机械的进一步发展。
（2）建议
工程车辆自动变速技术的发展与传感器技术、半导体技术和通信技术等相关技术的发展密切相关，在自动变速控制的过程中实现完全智能化的同时，追寻更高的控制要求和换挡品质，使变速技术更加完善，实现节能是自动变速技术的发展方向。
我国在今后对自动变速技术的研究中，可采取以下措施：①在消化吸收国外工程车辆自动变速技术的同时，加大研究经费的投入和研究力度，促进高校科研工作者与企业合作，联合开发，优势互补，缩短开发周期；②寻求最优的控制策略和控制方法，可尝试将多种控制技术结合使用，实现更加合理和有效的换挡控制，并且开发应在实车上进行调试，以满足实际工况的要求；③在研究中优先考虑应用于农业工程车辆，提高农业生产的现代化程度，在开发设计时还应充分考虑新材料的应用，从而提高自动变速系统的整体效率；④加强应用推广力度，一旦技术成熟，立即加快工程车辆的生产转型，早日研制出具有自主知识产权的自动变速器，逐步改造或淘汰原有的工程车辆。
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作者简介：黄永晶（1982-），四川成都人，讲师，在读博士，成都纺织高等专科学校，研究方向：工程机械自动变速器换挡控制，：15935243@qq.
责任编辑：武伟民收稿日期：2012－08－25 12
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