电子控制机械式自动变速器

电子控制机械式自动变速器主要内容•第一节概述•第二节离合器的自动控制•第三节变速器换档及发动机供油的控制•第四节电子控制单元•第五节特殊控制装置第一节概述•传统的固定轴式齿轮变速器•优点：效率高、成本低、结构简单，获得广泛应用•缺点：换档困难、换档时动力中断、驾驶水平对汽车行驶性能有较大影响•能够改进的：–同步器的使用；–微型计算机的发展与应用，提供了对机械自动变速器进行合理地自动控制、完成汽车起步、换档等功能的可能性；–用先进的电子技术改造传统的手动机械式变速器使其自动化，不仅能保留原齿轮变速器效率高、成本低等长处，而且还具有液力自动变速器因自动换档带来的优点。•目前的电子机械式自动变速器是在手动机械变速器和干式离合器的基础上实现自动化而产生的。其控制过程基本是模拟驾驶员的操作。•这种变速器被一些专家称为第三代变速器。国外不少汽车公司都在致力开发，我国吉林工大在这方面也做了较多研究工作。•控制单元(ECU)的输入有：发动机转速、油门加速踏板、档位选择、车速等。•控制单元(ECU)根据换档规律、离合器控制规律、发动机节气门自适应调节规律产生的输出，对节气门开度、离合器、换档操纵三者进行综合控制，有效配合。与液力自动变速器相比，这种自动变速器在控制上的难度较大，主要体现在以下几个方面：•需切断动力换档，但又没有液力变矩器在起步、换档过程中起缓冲和减振作用。•固定轴式变速器采用拨叉换档比用液压制动器和离合器换档冲击大。•单、双片干式离合器与湿式多片离合器相比，不允许长时间打滑，否则会烧坏摩擦片，因此对起步、换档过程的控制要求更高。•机械式自动变速器需在换档时变化节气门，而液力自动变速器是在定节气门状态下换档。•液力变矩器具有自动适应性，坡上起步很容易。而机械式自动变速器要靠驾驶员使制动器、离合器和发动机节气门三者协调工作，才能实现起步。因此进行自动化时，需增加坡道辅助起动装置。•起步和换档是机械自动变速器控制功能的关键。•电子控制机械式自动变速器主要由干式离合器、带同步器的齿轮式变速器、ECU及其电子控制系统组成。•与液力自动变速器类似，机械式自动变速器除自动变速功能外，还具有自动巡航控制、故障自我诊断及失效保护功能。•驾驶员通过加速踏板和选档手柄（包括选档范围、换档规律、巡航控制等）的操纵，选定变速器功能和节气门状态，传感器监测汽车的各工作参数，ECU根据存储器中储存的程序（最佳换档规律、离合器最佳结合规律、发动机节气门调节规律等）对节气门开度、离合器接合及换档进行控制，以实现最佳匹配，从而获得良好的行驶性能、平稳的起步性能和迅速的换档能力。主要内容•第一节概述•第二节离合器的自动控制•第三节变速器换档及发动机供油的控制•第四节电子控制单元•第五节特殊控制装置第二节离合器的自动控制•机械式自动变速器不再有离合器踏板，离合器的工作需与发动机节气门及换档操纵配合协调，控制系统对这种配合的要求很高。•只有实现离合器的最佳接合规律，才能保证汽车起步、换档过程的质量，减少对传动系统零部件的冲击，延长这些部件的使用寿命和提高乘坐舒适性。一、离合器最佳接合规律•在起步换档过程中，离合器操纵不仅受车辆载荷、坡度、发动机转速、车速及档位等因素的影响，也受驾驶员的人为因素和一些偶然因素影响。•（一）主要影响因素–离合器结合行程–节气门开度–发动机转速–档位与车速–坡度与载荷1.离合器结合行程•从离合器分离到结合其行程大致分三个阶段：1）零转矩传递2）转矩传递急速增长3）恒转矩传递–因第一阶段无转矩传递，故结合速度较快，可实现快速起步或减少换档时功率中断的时间；–第二阶段速度较慢，以获得平稳起步或换档，提高乘坐舒适性和减少传动系冲击载荷；但过慢的速度又会造成滑磨时间长，影响离合器寿命，故需控制在一定时间内完成。–第三阶段速度也较快，以使压紧力尽快达到最大值，并保留分离轴承与分离叉之间的间隙。2.节气门开度•节气门开度的操纵反映了驾驶员的意图，被用于控制离合器的接合速度。–在离合器接合的前阶段，离合器接合速度正比于节气门开度；–在离合器结合的后阶段，因发动机与变速器输入轴已接近同步，接合速度不需再受节气门控制。•汽车起步时离合器接合的速度分缓慢、正常和急速等不同程度，主要由节气门开度来控制。•中、高车速范围内的离合器控制，除受节气门大小的影响外，还与节气门开度的变化率有关。•离合器结合时，发动机转速ne会出现变化。接合的速度越快，转速ne的波动量越大。•为防止发动机输出转矩小于离合器从动轴转矩，使发动机转矩ne下降过低而引起爆震，造成车身振动甚至发动机熄火，控制系统需先计算发动机的目标转速ne0，如果发现该节气门开度下的nene0,则离合器分离，停止结合。3.发动机转速4.档位与车速•变速器输出转矩的大小与档位（传动比）有关，低档传动比大，后备牵引力大，从而使汽车的加速度也大，传动系可能产生的动载荷也越大。•因此从提高离合器结合平顺性、乘坐舒适性及减少动载考虑，在同一节气门开度下，低档行驶时应放慢离合器结合速度vc，故低档时换档时间长。•此外，由于车速间接地反映了外界的负荷大小，在同一节气门开度下行驶时，车速越高说明外部阻力越小，所以离合器结合速度可以加快。5.坡度与载荷•道路坡度与汽车载荷的增加，均会引起发动机转速的峰值及输出转矩的明显变化。•为了降低动载荷与提高接合平稳性，在道路坡度与汽车载荷的增加时，离合器的接合速度被适当放慢。（二）最佳结合规律•根据影响离合器接合的因素及使用性能对离合器提出的基本要求，经数学处理和优化后即能确定在各种节气门开度、发动机转速、道路坡度、传动比、车重及车速等条件下的离合器最佳接合规律。•离合器就按此规律工作。二、离合器执行机构•离合器执行机构有液动和气动两种。•如果从使用性能上来看，液动要优于气动，但对已有气压系统的汽车而言，使用气动方案可降低成本。•图所示的液压控制系统，操纵离合器动作的是一个单作用液压缸，系统由电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4控制，这些阀有直径各不相同的节流孔，以满足不同接合速度的要求。•该系统的工作模式有四种：1）分离2）保持分离3）接合4）保持接合•2.离合器的执行机构•离合器的执行机构有液动和气动两种。如果从使用性能来看，液动要优于气动，但对已有气压系统的汽车而言，使用气动方案可降低成本。•图9.11所示的液压系统，操纵离合器动作的是一个单作用液压缸，系统由电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4控制，这些阀有直径各不相同的节流孔，以满足不同接合速度的要求。图9.11机械式自动变速器的液压系统1-液压泵；2-压力继电器；3-蓄压气；4-电磁阀；5-离合器操纵液压缸•1.系统的工作模式有四种：•1）分离•电磁阀Y1接通，Y2、Y3和Y4关闭，压力油进入液压缸，离合器分离，用于防止发动机熄火及换档。•2）保持分离•保持分离Y1、Y2、Y3和Y4均关闭，缸内液压油被封闭，活塞不动，离合器保持分离。•3）接合•Y1关闭，Y2、Y3和Y4由驱动电磁阀的脉冲电流的脉冲幅值控制，分别或同时接通，脉冲越宽，活塞运动速度越快。•4）保持接合•离合器接合后，除Y2外所有电磁阀全部关闭，汽车进入正常行驶。•2.变速器换档的自动控制•变速器换档自动控制有换档和换位两种执行机构，如图9.11所示，采用的是双作用液压缸，分别由电磁阀Y5、Y6和Y7、Y8操纵。液压缸在空间的布置相互正交，故称x-y换档器，它们各自有三个工作位置，运动范围组成“王”字型。活塞工作的三个位置，两端的两个由缸壁或档板限位，中间位置由液压压力差自动定位。换档操纵与手动变速器相同。•3.发动机节气门开度的自动控制•节气门控制的方法通常是用步进电动机代替机械传动，节气门踏板的行程通过传感器传至微电脑，电脑再按对应的开度控制步进电动机。在正常行驶时，加速踏板踩下行程与步进电动机驱动的节气门开度是一致的。但在换档过程中，步进电动机按换档规律要求先松节气门，以便挂空档，在挂上新档并接合离合器的同时，按微电脑中设置的自适应调节规律供油。然后再回到的正常节气门开度。主要内容•第一节概述•第二节离合器的自动控制•第三节变速器换档及发动机供油的控制•第四节电子控制单元•第五节特殊控制装置第三节变速器换档及发动机供油的控制•一、变速器换档自动控制•二、发动机节气门开度的自动控制一、变速器换档自动控制•一般在变速器上交叉的安装两个控制油缸。图中显示的是5个前进档、一个倒档的双轴式变速器的换档执行机构。选档与换档由四个电磁阀根据ECU发出指令进行控制二、发动机节气门开度的自动控制•节气门控制的方法通常是用步进电机代替机械传动，节气门踏板的行程通过传感器传至ECU，ECU再按对应的开度控制步进电机。•在正常行驶时，加速踏板踩下行程与步进电机驱动的节气门开度是一致的。•但在换档过程中，在换档过程，踏板行程与节气门开度就不一致。步进电机按换档规律要求先松开节气门，以便挂空档，在挂上新的档位后，接合离合器，随着传递发动机扭矩增大的同时，节气门按自适应调节规律加到新的开度。主要内容•第一节概述•第二节离合器的自动控制•第三节变速器换档及发动机供油的控制•第四节电子控制单元•第五节特殊控制装置第四节电子控制单元ECU•电子控制单元是电控机械式自动变速器的核心部分，它能在汽车行驶的各种条件下工作。–ECU组成及特点–控制功能及原理一、ECU组成及特点•电子控制单元由电源、中央处理器（CPU）、存储器、输入及输出电路等几部分组成。•输入电路连接各类传感器，输出电路则连接各执行机构。•图为具有一个控制单元的单机系统，现阶段实际应用的已逐步发展成双机系统，也就是使用两个控制单元的主从结构。这样，一旦主机出现故障，就可以自动切换到从机继续进行控制。•双机控制单元，一个ECU用于控制发动机，另一个ECU控制离合器和变速器（传动系）。•汽车起步时，传动系ECU通过发动机ECU限制发动机转速，使离合器接合，离合器接合速度根据节气门踏板被踩下的程度和速度决定；•开始换档时，发动机ECU依传动系ECU指令，通过加大节气门或操纵排气制动来控制发动机；换档过程中，加速踏板与喷油量控制装置间的对应关系中断，但换档结束后恢复正常。•发动机ECU也把发动机负荷和转速的信息传给传动系ECU，使其能控制离合器和变速器平稳、快速的换档。二、控制功能及原理•变速控制•离合器控制•发动机节气门控制1.变速控制•各种工况下的最佳换档规律被存储于传动系ECU中，在汽车行驶时根据发动机负荷及车速两参数即可控制换档。•驾驶员如果需进行人为干预换档，主要是依靠踩加速踏板的操作，必要时也可通过选档手柄。2.离合器控制•离合器控制主要是汽车起步与换档时离合器接合的控制。其关键是接合速度，即根据离合器最佳接合规律确定的接合行程和时间，它是由节气门开度、发动机转速、输入轴转速及离合器传递的转矩等参数控制。•如果ECU通过传感器发现操纵液压缸所要求的接合行程与实际接合行程之间有误差时，则采用电路调节器对电磁阀进行脉冲宽度校正，以减少或消除误差。3.发动机节气门控制•发动机节气门控制是通过步进电机实现的，它包括三个方面内容：–发动机起动–加速控制–换档时刻控制•重点是换档时刻控制。•换档时刻发动机的控制主要是对转速的控制，目的是使其适应新的输入轴转速，从而减小换档后离合器接合时的冲击。–如升档时，发动机需降速，此时可通过放松节气门来实现，若转速相差仍很大，则要依靠同步器或发动机制动等方法来达到同步；–在降档时，如果超过变速器同步转速范围，就需要进行两次离合器的操纵，使发动机升速，以提高离合器主动片的转速，达到快速、无冲击换档的目的。•节气门调节还可保证在换档前后不出现牵引力突变，以提高换档平顺性。第五节特殊控制装置•电子控制机械式自动变速器为保证其正常、可靠地工作，设置有一些特殊控制装置或系统，如坡道辅助起步装置、电控应急系统等。主要内容•第一节概述•第二节离合器的自动控制•第三节变速器换档及发动机供油的控制•第四节电子控制单元•第五节特殊控制装置一、坡道辅助起步装置•为使汽车在坡道上起步时，节气门踏板和制动踏板之间的操纵配合变得容易