第五章 自动变速器及电子控制

第五章自动变速器及电子控制49%11%16%18%6%MTAMTDCTATCVT2010TOTALABCDEF/GSUVMPVTOTALS%18.128570.94.94.92.72.20.60.61.3AT0%10%0%30%58%23%50%8%3.117%MT48%40%30%17%2%30%5%22%4.927%AMT50%35%15%0%0%15%0%15%3.218%DCT5%30%35%35%30%35%35%4.324%(C)VT2%10%25%18%5%2%10%20%2.715%18.485711.15.75.72.01.50.50.71.3AT0%0%3%30%63%23%50%14%2.3613%MT48%55%30%17%2%30%5%26%6.2635%AMT50%20%12%0%0%15%0%10%2.5814%DCT10%30%35%30%30%35%30%4.2123%(C)VT2%15%25%18%5%2%10%20%3.0717%MTAMTDCTATCVT35%14%23%13%17%2003-2010欧洲变速器市场分析A,BC,DBudgetSimplicity,LowCostSportyResponsive,HighFeatureELuxuriousRefined,LowVolume,HighFeatureMEDIUMSECTORATgrowthfollowedbyDCT&CVTgrowthdrivenbyefficiencyaswellasfunctionalityAMTRestrictedtoleftsideduetoshiftquality0001020304050607080910Prediction:IncreaseinautomatedshiftingTechnologyRationalisationbymarketandsectorInfluencesMarketTechnologiesVAGDSGZF6HP26CAFECO2penalty?165g/km140g/kmEUACEACO2ReductioninMTvolumesEurope150NmAMTandCVT150NmDCTand6ATJapan250NmCVT250NmStepped6ATUS6ATCO2WideratioautomatedtransmissionsCustomerAcceptanceShiftQualityCostUtiliseexistingplantManualTransmissionAMT-1(TorqueInterrupt)AMT-2(DualClutchTransmission)CVTCVT-2(Split-Path)AT-4speedAT-5speedAT-6speedCVT-3(ElectricVariator)SeriesEV/HybridTransmissionsParallelHybridTransmissionsNissanXTronic350NmCapacityGM-FordFWD车辆变速器技术展望3•减少驾驶员劳动强度•降低油耗、减少排放为什么要发展自动变速器100020003000400050006000050100200300400500600发动机转矩Nm发动机转速rpm燃油消耗率g/kw.h100020003000400050006000020406080100120140300280270260254254330360400500(1)燃油经济性万有特性图发动机转速（rpm）转矩（Nm）33.544.555.50.511.5(3)HC排放万有特图转矩Nm100020003000400050006000020406080100120140发动机转速（rpm）26.626.626.624.219.517.1(4)NOx排放万有特图转矩Nm100020003000400050006000020406080100120140发动机转速（rpm）1501002503003504504505050(2)CO排放万有特图转矩Nm100020003000400050006000020406080100120140发动机转速（rpm）02000400060000501001500100200300400500发动机转速rpm发动机转矩NmCO排放率g/kw.h02000400060000501001500102030发动机转速rpm发动机转矩NmNOx排放率g/kw.h一、自动变速器的分类1)液力式自动变速器（AT,automatictransmission）2)无级自动变速(CVT,ContinuouslyVariableTransmission)3)机械式自动变速器（AMT，AutomatedMechanicalTransmission)4）双离合自动变速器（DCT,DualClutchTransmission）自动变速器概述•液控自动变速器•电控自动变速器•电控液动•电控电动优势电子控制与液压控制相比具有明显的◊实现的更复杂多样的控制功能，提高变速器的性能◊简化液压控制结构◊借助于软硬结合实现产品具有适应结构参数变化的特性◊汽车传动系的电子控制可以与发动机、制动系、安全气囊等系统通过总线，资源共享，实现整体控制，进一步简化控制结构。◊容易实现集手动——自动于一体控制的自动变速器机械式自动变速器AMTAutomatedMechanicalTransmission1.基本原理：•在手动变速箱的基础上发展而来，保留了原来手动变速箱的换挡机构与离合器。操作手动变速器需要踩离合，选择适当挡位等动作，而AMT则是通过电脑控制的自动操作机构去完成。•AMT的核心技术是计算机控制。•与AT最大的区别在于AMT具有干式摩擦离合器，AT则是通过液力变矩器连接。AMT执行机构电机弹簧螺母滚子分离杠杆干式离合器AMT执行机构丝杠螺母、齿轮传动方案•丝杠螺母将旋转运动转化为直线运动：电机旋转带动丝杠转动，驱动螺母向下移动，同时带动和螺母联接的滚子向下移动。•分离杠杆相当于一个杠杆机构，弹簧和分离轴承分别对这个杠杆的两端施加作用力，•滚子起着一个支点的作用，滚子向下移动，使得杠杆的传动比不断的变化，•当压缩弹簧的力足够大的时候，分离轴承开始被推动，来实现离合器的分离与结合。电机2传动机构电机1•蜗轮蜗杆、齿轮齿条传动方案该传动方案是通过蜗轮蜗杆传动和齿轮齿条啮合传动来实现变速器的选、换挡的工作过程。3.AMT的缺点：•换挡时由于是齿轮、离合器接合，平顺性没有普通的AT液力接合好；•MT类似，控制油门与离合需要较高的熟练度，控制不好会出现换挡时抖动（尤其在低速时）和斜坡起步溜车现象，因此AMT对ECU的控制能力要求很高。机械式自动变速器AMTAutomatedMechanicalTransmission2.AMT的优点：•结构简单•成本低廉4.AMT的控制原理：•离合器控制•起步控制*坡道起步*急加速起步•换挡控制•爬行控制•选换挡控制•经济性换挡•动力性换挡020040060080010001200050100150时间t车速km/h010020030040050060070001020自动变速器控制系统主要包括以下几个部分：驾驶员杆位选择自动巡航开关换挡规律选择制动踏板信号手/自动选择状态参数及报警信息TCU发动机控制单元变速器加速踏板信号(行程、速率)离合器发动机换挡执行机构离合器执行机构电子油门执行机构CAN总线转速和档位信号转速和转矩信号等油泵被控对象执行机构和传感器信号电控单元传感器信号离合器压力，油温等信号压力信号起步过程控制：起步过程离合器动力学模型TeJe、beTcTLcωeωcJv、bvTeTLcJe+Jv、be+bvωa.离合器滑摩阶段传动系统动力学模型b.离合器接合后传动系统动力学模型离合器ceeeeeTbTJLCcvccvTbTJ滑摩阶段离合器动力学方程为：接合合阶段离合器动力学方程为：LCveeveTbbTJJ)()(00.20.40.60.810200040006000050100150200节气门开度β发动机转速ne（rpm）发动机转矩Te(N.m)发动机稳态输出扭矩00.511.522.53-2-101234500.511.522.53050010001500200025003000时间/(s)时间/(s)冲击度/(m/s3)转速/(rpm)发动机转速离合器从动盘转速00.511.522.5302468101200.511.522.53-101234567离合器位移/(mm)时间/(s)时间/(s)离合器接合速度/(mm/s)目标接合速度实际接合速度00.511.522.5300.050.10.150.20.25时间/(s)节气门开度20%定油门起步仿真结果00.511.522.53-2-10123456700.511.522.530500100015002000250030003500转速/(rpm)时间/(s)发动机转速离合器从动盘转速冲击度/(m/s3)时间/(s)00.511.522.5302468101200.511.522.53-101234567离合器接合速度/(mm/s)目标接合速度实际接合速度时间/(s)离合器位移/(mm)时间/(s)00.511.522.5300.050.10.150.20.250.30.35节气门开度时间/(s)30%定油门起步仿真结果起步过程控制仿真换挡过程控制仿真05010015020000.10.20.30.40.50.60.70.80.91车速（km/h）节气门开度（%）1-22-33-44-52-13-24-35-4升挡规律降挡规律动力性换挡规律的制定最佳经济性的换档原理最佳动力性的换档原理最佳动力性换档规律计算方法换挡过程车辆传动系统动力学模型Je离合器第一轴同步器车轮JcCcmkcmigJs1Js2idJtctwktwJwJmwngdcwwLwdngtwtwt)()()()()()()()]([1)],([wngdccwwLwdngctwtwt)()()()()()()()]([1)()],([)(离合器完全接合时车辆传动系统动力学方程为：离合器滑摩阶段时车辆传动系统动力学方程为：离合器断开时车辆传动系统动力学方程为：换挡过程控制wngdccwwLwdngctwtwt)()()()()()()()]([1)],([00.10.20.30.40.50.60.72400260028003000320034003600380040004200转速/(rpm)发动机转速变速器输出轴转速*i2时间/(s)00.10.20.30.40.50.60.7-101234567时间/(s)离合器接合速度/(mm/s)目标接合速度实际接合速度00.10.20.30.40.50.60.701234567离合器位移/(mm)时间/(s)一档升二档控制过程仿真（20%油门开度，车速31.57km/h）00.20.40.60.811.21.41.620002500300035004000450050005500转速/(rpm)发动机转速变速器输出轴转速*i1时间/(s)00.20.40.60.811.21.41.6-10123456