电子控制自动变速器

第十四章电子控制自动变速器第一节概述一、自动变速器的发展概况1939年，通用公司，采用液力耦合器与行星齿轮组成的液力变速器；20世纪40年代末50年代初，出现根据车速和节气门开度控制换挡的液力自动变速器；20世纪70年代末，出现电子控制的自动变速器及微处理器控制的自动变速器。二、自动变速器的分类按动力传递和无级变矩的方式分液力传动式自动变速器机械传动式自动变速器电力传动式自动变速器液力变矩器无级变速，机械变速器自动换挡，扩大变速范围（AT）V带无级变速（CVT）电机无级变速（混合动力车上采用）二、自动变速器的分类按自动变速器的控制方式分液压控制的液力传动式自动变速器广泛采用在小排量车上采用电子控制的液力传动式自动变速器电子控制的机械式自动变速器已淘汰液压控制的液力传动式自动变速器电子控制的液力传动式自动变速器二、自动变速器的分类按自动变速器的前进档位分2档广泛采用，最高档为超速档3档4档已淘汰5档按齿轮变速器的结构分普通齿轮式行星齿轮式一般用在前置前驱车辆上（轴向尺寸小）多用三、电子控制液力传动自动变速器的基本组成及特点1.基本组成由液力传动、机械辅助变速、自动控制三部分组成。三、电子控制液力传动自动变速器的基本组成及特点（1）液力传动装置液力变矩器，可在一定范围内无级变速，可通过锁止离合器锁止，以提高效率。（2）机械辅助变速装置行星齿轮变速器或普通齿轮变速器，一般有4、5个前进档，用于扩大变速范围。（3）自控装置包括电子控制系统和液压控制系统两部分。电子控制装置通过电磁阀控制换挡阀，实现油路油压转变，实现换挡功能。三、电子控制液力传动自动变速器的基本组成及特点2.特点（1）简化操作，提高了行车安全性（2）提高了发动机、传动系的使用寿命（3）提高了动力性（4）提高了通过性（适应阻力变化能力强）（5）减少了废气污染（发动机工况稳定）（6）传动效率较低，结构较复杂第二节电子控制液力传动自动变速器的结构与原理一、控制原理一、控制原理1.自动换挡控制自动选择换挡点，使动力性或经济性最佳。（1）最佳换挡点的确定ECU根据节气门开度和车速确定换挡时刻。曲线说明发动机动力性或经济性较好的工作范围：节气门全开，发动机转速在最大功率转速4000－5000转／分范围，动力性最佳。在大约80％以上负荷（功率）时，由于混合气加浓燃油消耗率增大，经济性较差。在40－80％负荷（功率）经济性较好。60％负荷，发动机转速在2000转／分时最省油。在20％负荷以下，机械摩擦损失功率几乎等于发动机有效输出功率，经济性差不宜在这个范围工作。低转速1200转／分大负荷是恶劣工况，发动机工作不稳定，会熄火。节气门关闭时发动机吸收功率，在较高转速时可有效进行发动机制动。升档：设想两个节气门开度不同的驾驶员从原地停车起步，保持一定节气门开度行驶。l号驾驶员保持10％节气门开度，缓慢加速汽车，在较早时间，发动机转速2000转左右换入第二档、三档和四档，保持较好的经济性。2号驾驶员保持50％节气门开度，迅速加速汽车，在较晚时间，发动机转速4500转左右换入第二档、三档和四档，功率大动力性好，保证得到较大的加速度。另一个升档例子，如果2号驾驶员正以时速60公里每小时和节气门50％开度以三档行驶时，将节气门收回到10％开度时，变速器会立即升入第四档。这样使发动机在较低的转速下工作，能节油,并且噪音小。降档作为降档控制的一个例子，假设１号驾驶员正以时速30公里每小时行使，并挂在第二档（由动力传动控制模块所决定的１０％节气门开度时）。如果１号驾驶员要超车，将加速踏板至50％节气门开度，像２号驾驶员那样，变速器就会降到第一档。发生降档是由于变速器按标定在时速30公里每小时时，如果节气门开度传感器读出50％节气门开度，就要操纵变速器换到第一档。1号驾驶员通过增加节气门开度到50%所发出的命令要求的适当的加速性能是由降挡来提供的。(2)自动换挡控制过程(3)换挡模式选择控制一般驾驶员可通过模式选择开关选择换挡模式，有些变速器根据节气门开度变化率自动选择换挡模式。开度变化率大，自动选择动力性换档，反之，选择经济性换挡。2.主油路油压控制ECU通过改变油压调节电磁阀的开关比率，改变油压调节阀的控制油压，达到调节主油路油压的目的。（1）节气门开度变化时的油压控制节气门开度大，转矩大，油压高。（2）档位变化时的油压控制低档、倒档油压高。（3）换挡过程的油压减小控制（减小换挡冲击）（4）油温变化时的油压控制低温时（60度以下），粘度大，目标油压低极低温时（-30度以下），为防止液压执行机构卡滞，提高目标油压。3.液力变矩器锁止离合器控制在变矩器的泵轮、涡轮的转速差小于目标值时，用锁止离合器将两者直接连接到一起，以提高效率。为了改善锁止品质，一般其锁止油压也是可自动调节的。4.其它控制（1）发动机制动控制当节气门关闭、档位置于低档、车速高于10km/h时，变速机构中的强制离合器或制动器动作，使变速器能逆向传动，利用发动机制动。（2）发动机转速与转矩控制1）自动换挡时，减小发动机转矩2）手动改变档位时（N、P位置），改变发动机转矩，稳定转速。二、电子控制液力传动自动变速器部件1.液力变矩器（1）组成泵轮、涡轮、导轮变矩原理从涡轮回到导轮的液流角度随涡轮转速不同而改变。涡轮低速时，液流角度大，对涡轮的反作用力大，增扭。（2）导轮单向离合器在涡轮转速高于泵轮转速时，从涡轮到导轮的液流反作用力与涡轮的旋转方向相反，将使涡轮减扭，为了防止减扭，用单向离合器将导轮固定，在在涡轮转速高于泵轮转速时，导轮自由旋转，无反作用力，也就无减扭作用。（3）锁止离合器在涡轮、泵轮转速接近，且车速高时，将两者连接为一个整体，提高效率。一般采用摩擦盘式。2.齿轮变速器一般采用行星轮式，通过对行星机构的三个元件（太阳轮、行星架、齿圈）任意元件的固定或任意两元件的直接连接，实现速比变换。元件的固定或连接是通过制动器或离合器实现的。制动器或离合器的动作是液压控制的。一般采用辛普森式或拉维奈尔式行星机构，（两个行星机构串联，共用某些元件，扩大传动比）。换挡执行机构1）离合器用于连接行星机构的连个元件，使之能直接传动，一般采用多片湿式摩擦离合器。换挡执行机构2）制动器用于固定行星机构的某一元件，一般采用摩擦片式或制动带式。换挡执行机构3）单向离合器在某些情况下可代替离合器或制动器，利用其单向传动原理实现连接或固定行星机构元件作用。一般采用滚柱式或楔块式。由于采用单向离合器，某些时候，自动变速器不能逆向传动。3.主油路供油及液压调节装置主要由液压泵、液压调节阀、液压调节电磁阀构成。（1）液压泵由变矩器壳体后端的轴套驱动（发动机直接驱动）。作用：1）提供换挡执行元件、变矩器锁止离合器的液压；2）变矩器内液压油的循环冷却；3）机构润滑；4）补充油封泄露。型式：齿轮泵、转子泵、叶片泵。（2）液压调节装置稳定油压，调节油压。1）液压调节阀自动稳定油压通过上下腔的反馈油压，调整油压。2）液压调节电磁阀通过PWM方式调节泄油口开度，控制液压调节阀的反馈腔油压，实现主油路油压调节。4.换挡液压控制装置包括手动阀、换挡阀及相应的控制油路。1）手动阀驾驶员手柄控制，其位置决定了变速器的工作状态。手柄在不同的位置，滑阀位置不同，参与工作的油路不同，变速器的工作状态不同（P、N、D、1、2）2）换挡阀与换挡电磁阀换挡电磁阀控制换挡阀的控制油压，使换挡阀阀芯移动不同位置，实现换挡油路的切换。5.锁止离合器控制装置开关电磁阀控制、脉冲电磁阀控制两种。1）开关电磁阀控制方式电磁阀断电，离合器控制阀将锁止离合器活塞左右两侧相通，离合器分离；电磁阀断电，离合器活塞右侧接泄油，左侧接压力油，离合器结合。5.锁止离合器控制装置2）脉冲电磁阀控制方式ECU通过PWM方式控制泄油口开度，实现离合器结合速度与结合力的大小控制，还可在接近锁止条件时，实现半锁止，提高传动效率。6.传感器与开关（1）传感器1）车速传感器一般是变速器输出轴转速，用于换算车速，是自动变速的重要信号之一；2）节气门位置传感器也是自动变速的重要信号之一，一般与发动机电控系统共用。3）变速器输入轴转速传感器计算变矩器的传动比，用于主油路压力调节与锁止离合器控制；4）变速器油温传感器用于油压控制和变矩器锁止控制。（2）自动变速器控制开关1）超速挡开关（O/D开关）用于断开超速挡控制电路，防止变速器升入超速挡。2）模式选择开关驾驶员用来选择不同的换挡模式（标准、经济、动力）3）保持开关用于向ECU提供变速杆位置信息（P、R、N、D、1、2）；4）降挡开关用于向ECU提供强制降挡信号，当加速踏板位置超过节气门全开位置时，该开关闭合，变速器降挡，用来加速。7.电子控制器ECU根据传感器、开关信号，控制执行机构动作，实现变速器的自动控制。一般变速器ECU与发动机ECU或其它ECU需要协调动作，通过总线互通信息。有的车型发动机和变速器采用一个ECU控制，叫做PCM（动力控制装置）。第三节电子控制机械传动自动变速器原理一、电子控制机械有级传动自动变速器（AMT）二、电子控制机械无级传动自动变速器（CVT）一、电子控制机械有级传动自动变速器（AMT）机械式自动变速器是对传统干式离合器和手动齿轮变速器进行电子控制实现自动换档，其控制过程基本是模拟驾驶员的操作。控制单元(ECU)的输入有：驾驶员的意图-加速踏板、档位选择；汽车的工作状态-发动机转速、节气门开度、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。离合器控制下图是一个电液换档控制系统，离合器由三个电磁阀控制，通过油缸的活塞杆完成离合器的分离或接合。控制单元（ECU）根据离合器行程的信号判断离合器接合的程度，调节接合速度，保证接合平顺，有效。换档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。节气门开度控制在正常行驶时，由驾驶员直接控制加速踏板，其行程通过传感器输入到ECU再根据行程大小，通过步进电机控制发动机节气门开度。在换档过程，踏板行程与节气门开度就不一致，按换档规律要求先收加速踏板，进入空挡，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。二、电子控制机械无级传动自动变速器（CVT）CVT与AMT、AT比较最主要的优点是它的速比变化是无级的，在各种行驶工况下都能选择最佳的速比，其动力性、经济性和排放与AT比较，目前报道大约可以改善5%左右。CVT不能实现换空挡，在倒档和起步时还得有一个自动离合器。有的采用液力变矩器，有的采用模拟液力变矩器起步特性的电控湿式离合器或电磁离合器。CVT采用的金属带无级变速器与AT一般所用的行星齿轮有级变速器比较，结构相对简单，在生产批量相当时成本可能低些。金属带无级传动是摩擦传动，存在效率和磨损问题，它的工程技术还正在发展之中，目前主要用于2.5升以下的轻型车。(播放影片2-3.rm)金属传动带V型金属传动带由许多套在柔性钢带上具有V型侧面金属片组成，这种金属带传动，两个带轮间动力传递是靠作为推力块的金属片的推力实现的。夹紧力控制这是提高CVT传动效率和金属传动带与带轮摩擦副寿命的保证。如夹紧力过小，金属带与带轮间产生滑转，这会降低传动效率并加快金属带与带轮的磨损，缩短使用寿命。金属带与带轮间除带的节圆层外，带与带轮间存在滑动，夹紧力过大时也会增加摩擦损失，降低传动效率，同时金属带的张力过大也会缩短带的使用寿命。所以根据传递转矩和速比的大小来确定夹紧力的最佳值，为了保持金属带在带轮稳定的节圆上啮合，主、被动带轮的转速得到速比，ECU发出指令由脉宽控制的压力控制阀给给被动带轮适当夹紧力，按一定的传动比，控制阀给主动带轮适当夹紧力以保持在一定传递转矩和速比下稳定工作。速比控制为了满足动力性或经济性的要求，传动系的速比应按驾驶员的意图，在汽车行驶阻力和发动机输出功率之