汽車電子控制技術自動變速系統控制ppt

汽車電子控制技術第10章自動變速系統控制10.1自動變速器基本組成與工作原理10.2液力變矩器10.3行星齒輪傳動機構10.4自動換檔控制系統的結構與工作原理10.5無級變速10.0普通變速器簡介轎車傳動系示意圖10.0普通變速器簡介離合器發動機變速器傳動軸離合器結構及工作原理1.主動部分:

飛輪、壓盤結構:3.壓緊機構:

壓緊彈簧2.從動部分:

從動盤、從動軸4.操縱機構:分離杠桿、分離軸、分離撥叉、踏板1）通過改變傳動比，擴大驅動輪轉矩和轉速的變化范圍，以適應起步、加速、減速、以及克服各種道路阻礙等經常變化的行駛條件，使發動機在較好工況下工作。1.汽車變速器功用2）在發動機旋轉方向不變的情況下，使汽車實現倒向行駛。3）利用空擋，中斷動力傳遞，以使發動機能夠起動、怠速運轉和滑行等。手動變速器(MT)自動變速器(AT)手動/自動變速器無級式變速器汽車變速器分為：汽車變速器n2主動軸齒輪傳動原理從動軸z2z1n12.普通齒輪變速器的工作原理3）傳動比i>1，n2<n1減速

，n2轉矩增大；傳動比i<1，n2>n1增速

，n2轉矩減小。2）傳動比i1）齒數不同的齒輪嚙合傳動時，轉速、轉矩改變。n1、n2：軸轉速；z1、z2：齒輪齒數4）相嚙合的一對齒輪旋向相反。3.三軸式變速器的傳動原理2）傳動比i1）總傳動比等于各級齒輪傳動比的乘積。第一軸第二軸中間軸z2z1z3z4n1n2n2n33）相嚙合的一對齒輪旋向相反，每經一傳動副，其軸方向改變一次。4）檔位改變，傳動比變化。4.換檔原理（三軸式五擋位變速器）三擋換檔過程四擋換檔過程五擋換檔過程一檔換檔過程倒擋換檔過程4.43:12.63:11.61:11:10.87:1

變速器的各當傳動比：5.普通齒輪變速器結構和組成變速器傳動機構變速器操縱機構變速器殼體6.操縱機構直接操縱式遠距離操縱式變速器操縱機構演示1）選檔—選撥叉軸2）換檔—

移動撥叉軸1）自鎖—防自動脫檔2）互鎖—防同時掛入兩個檔3）倒檔鎖—防誤掛倒檔安全裝置:換檔裝置:撥叉軸自鎖與互鎖機構手動變速器(MT:ManualTransmission)：需要離合器配合操縱的變速機構，可依車輛行走阻力的變化，變換引擎的扭矩，使車輛正常行駛。10.1自動變速器基本組成與工作原理自動變速器(AT：AutomaticTransmission)：

沒有裝置操作變速機的離合器機構，操縱機構是沒有選擇桿，附有P(停車)、R(倒車)、N(空檔)、H(高速)、L(低速)等記號。手動/自動變速器：無級變速器(CVT：ContinuouslyVariableTransmission)：

由V形金屬鋼帶與可調半徑的帶輪得到無級變速。它與發動機之間還要有自動離合器，

采用自動變速器在駕駛時，可以不踩離合器、實現自動換檔而且發動機不會熄火，所以能有效的提高駕駛方便性，減輕駕駛員的勞動強度。電控自動變速器

80年代以來隨著電子技術的發展，變速器自動控制進一步完善，在各種使用工況下能實現發動機與傳動系的最佳匹配，控制更加精確、有效，性能價格比大大提高。目前得到廣泛采用，在汽車上安裝自動變速器的數量已遠超過手動變速器。

自動變速器應用情況1.液力機械式自動變速器：該自動變速器目前技術成熟，廣泛應用于轎車、公共汽車、重型車輛、商用車和工程車輛上。在發達國家轎車上的裝車率已達80-90%；2.電控機械式自動變速器：

在通常機械式變速器基礎上加上微機控制電液伺服操縱自動換檔機構組成。它與手動齒輪變速器的另部件有一定通用性，保留了傳動效率高的優點，目前應用于部分低檔轎車、重型卡車和商用車上選用較多。3.電控機械式無級變速器：由V形金屬鋼帶與可調半徑的帶輪得到無級變速。它與發動機之間還要有自動離合器，是目前在小排氣量轎車中使用最多的一種。1.液力機械式自動變速器—HMT(HydrodynamicMechanicalTransmission)自動變速器主要有三種類型：2.電控機械式自動變速器—AMT(AutomatedMechanicalTransmission)3.電控機械式無級變速器—CVT(ContinuouslyVariableTransmission)本章10.1—10.4節介紹的ECT系統即

HMTECT—ElectroniicControlledTransmission10.1.1ECT系統的基本組成自動變速器主要由以下幾個部分組成：1.ECT系統組成液力變矩器1機械變速器2液壓控制系統3電子控制系統4油冷卻系統21342.ECT系統的基本原理10.1.2ECT系統的控制原理1.普通變速器手動變速過程與程序手動變速過程模擬2.車輛變速過程中的影響因素經濟性、動力性、發動機的負荷、路面狀況等3.ECT的控制策略

1）預期的控制模式：經濟性模式、動力性模式

2）預期的車輛操縱模式：加速、減速

3）相關系統的狀況：發動機的負荷、轉速、水溫等

4）輔助系統的狀況：ECT系統自身狀況、發動機、空調系統的狀況

4）操作的程序與動作。10.1.3ECT系統的換檔規律與換檔點控制2.典型的換檔控制

1）動力型換檔規律

2）經濟型換檔規律

3）普通型換檔規律1.換檔規律

1）單參數換檔規律控制參數：車速

2）兩參數換檔規律控制參數：車速、發動機負荷

3）三參數換檔規律控制參數：車速、發動機負荷、加速度10.1.4ECT系統控制過程1.工作模式確定

P(停車)、R(倒車)、N(空檔)、D(前進)、H(高速)、

L(低速)等2.信息集成與傳輸

3.ECU信息處理并發出控制指令

4.電—液控制系統工作，實施換檔過程

10.2液力變矩器液力變矩器位于自動變速器的最前端，安裝在發動機的飛輪上，其作用與手動變速器的的離合器相似。它利用液力傳遞的原理，將發動機的動力傳給自動變速器的輸入軸。此外，它還能實現無級變速，并具有一定的減速增扭的功能。

10.2.0液力變矩器直觀原理

10.2.1液力變矩器基本結構

1）泵輪：偶合器的主動元件，與曲軸一起旋轉。

2）渦輪：偶合器的從動元件，與從動軸相連。主要是工作輪，其包括有泵輪和渦輪。其二者端面有間隙約為3---4mm泵輪葉片與渦輪葉片相對安置，中間有3mm左右的間隙。10.2.2液力變矩器工作原理

泵輪接受發動機傳來的機械能，傳給工作液，使其動能提高，然后再由于工作液將動能傳給渦輪。由于泵輪和渦輪的半徑相等的，故當泵輪的轉速大于渦輪的轉速時，泵輪葉片外緣的液壓大于渦輪葉片外緣的液壓，形成壓力差，致使工作液在泵輪和渦輪之間有循環流動。1）泵輪與變矩器殼體連成一體

2）內部徑向裝有許多扭曲的葉片

3）葉片內緣則裝有讓變速器油液平滑流過的導環1.泵輪2.渦輪1）渦輪葉片的扭曲

2）方向與泵輪葉片的扭曲的方向相反。

3）渦輪中心有花鍵孔與輸入軸相連

1）轉速比i：是渦輪轉速與泵輪轉速之比。2）變矩比K

：

是渦輪輸出轉矩與泵輪輸入轉矩之比。3）傳動效率：是渦輪輸出功率與泵輪輸入功率之比10.2.2液力變矩器特性

1.液力變矩器基本特性定義

2）傳動效率低速時隨渦輪轉速增大而增大，而偶合點后傳動效率急劇下降

2.液力變矩器基本特性分析

K=1時，渦輪轉矩等于泵輪轉矩，此時稱為偶合點。1）變矩比K隨著渦輪轉速的減小而增大。

液力變矩器在汽車起步加速時輸出更大的扭矩。現代的扭矩轉換器能夠把發動機的扭矩放大兩到三倍。當發動機的轉速比變速箱轉的快時扭矩轉換器能夠輸出比引擎大的扭矩。高速時，變速箱的速度就漸漸追上發動機的轉速。最終兩者的速度就很接近。當然最好是相同，若轉速不同的話，就有能量損耗。這也就是為什么自動檔的車比手動要耗油的原因之一。為了解決這個問題，有些汽車上的扭矩轉換器上有一個鎖止離合器。當液力變矩器的兩半轉速相近時，鎖止離合器就把它們聯起來，這樣它們之間就沒有滑動。提高了傳動效率。10.3行星齒輪傳動機構屬于自動變速箱內的齒輪組，如太陽系運動狀況組成的齒輪。10.3.1行星齒輪系基本結構行星齒輪變速系統是一種常嚙合傳動，其傳動比變換可通過分離與結合離合器或制動器而方便地實現，特別有利于動力換擋或自動換擋。行星齒輪系圖片電子控制自動變速器的行星齒輪變速系統一般由雙排行星輪或三排行星輪組成，并廣泛采用三自由度變速器。1.行星齒輪系結構分解行星齒輪系實物圖1.太陽齒輪2.行星齒輪3.齒圈4.行星齒輪架液力變矩器可以將發動機的動力傳遞給齒圈、太陽輪、行星架三個元件之一。太陽輪齒數：Z1齒圈齒數：Z2行星齒輪系有三種運動：

1.齒圈不轉動，太陽輪轉動，則行星齒輪、行星架繞太陽輪轉動—自轉+公轉；

2.太陽輪不轉動，齒圈轉動，則行星齒輪、行星架繞太陽輪旋轉—公轉；

3.行星架不轉動，齒圈轉動，則行星齒輪繞軸原地轉動—自轉，且太陽輪轉動。2.行星齒輪系的運動形式和傳動比1)若太陽輪輸入，行星架輸出。則太陽輪帶動行星齒輪沿靜止的齒圈旋轉，從而帶動行星架同向旋轉。行星架轉速比太陽輪慢—減速。傳動比：(Zl+Z2)/Zl。

1.齒圈被固定固定2)若行星架輸入，太陽輪輸出，則與上例相反，輸出與輸入同向旋轉。太陽輪轉速比行星架快—加速。傳動比：Zl/(Zl+Z2)

ZlZ2

1)若齒圈輸入，行星架輸出，輸出與輸入同向旋轉。則行星架轉速比齒圈慢—減速。傳動比：(Z1+Z2)/Z2。2.太陽輪固定

2)若行星架輸入，齒圈輸出，輸出與輸入同向旋轉。則齒圈轉速比行星架快—加速。傳動比：Z2/(Z1+Z2)。固定ZlZ21)若太陽輪輸入，齒圈輸出，則行星齒輪只能自轉，輸出與輸入反向旋轉，且齒圈轉速比太陽輪慢—減速。傳動比：Z1/Z23.行星架被固定2)若齒圈輸入，太陽輪輸出，輸出與輸入反向旋轉，太陽輪轉速比齒圈慢—加速。傳動比是Z2／Z1。上述兩種情形可以作為倒擋的動力傳遞路線。1)慢速倒擋2)快速倒擋固定ZlZ24.直接擋若三元件中兩個元件被連接在一起轉動，則第三元件必然與這兩者以相同的轉速轉動，傳動比為1。5.空擋若所有元件均不受約束，都可以自由轉動，行星齒輪機構失去傳動作用，變速器位于空擋。

除以上六種之外，行星齒輪機構還有兩種特殊的工作方式。10.3.2.辛普森行星齒輪系機構分析

辛普森行星齒輪機構，行星齒輪機構共有4個部件，分別為：1.前排太陽輪

——輸入太陽輪；2.前排行星架/后排內齒圈

——輸入行星架；3.后排太陽輪

——被動太陽輪；4.后排行星架/前排內齒圈

——被動行星架，是動力輸出端。

辛普森行星齒輪機構其前、后行星排的太陽輪獨立運動；前行星排的行星架與后行星排的齒圈為一體；前行星排的齒圈與后行星排的行星架為一體，是動力輸出端。這樣，在上述4個部件中，后排行星架/前排內齒圈是動力輸出端，所以它既不能驅動，也不能固定。這樣，可以驅動或固定的部件只有3個。10.3.3換檔執行機構

換擋離合器為濕式多片離合器，由液壓來控制其結合與分離，通常由若干交錯排列的主從動離合器片組成。行星輪變速器的換擋執行機構包括：

換擋離合器、換擋制動器和單向離合器。

換擋制動器是將行星輪變速器中某一元件(太陽輪、行星輪架或齒圈)固定，使其不能轉動，構成不同的動力傳遞路線，換上不同的擋位，得到新的傳動比。換擋離合器和換擋制動器均由液壓操縱。

單向離合器的作用是確保平順地無沖擊換擋，內、外圈及兩者之間的楔塊組成。

1.換擋離合器1.回位彈簧2.輸出軸3.卡環4.摩擦片5.鋼片6.密封圈7.活塞8.輸入軸9.密封圈10.單向閥當控制油液流至活塞缸時，推動單向閥鋼球，使其關閉單向閥。活塞克服回位彈簧力的作用將摩擦片與鋼片壓緊，產生摩擦力。動力從輸入軸傳遞到輸出軸。換擋制動器通常有兩種形式：2.換擋制動器1.濕式多片制動器2.帶式制動器3.單向離合器單向離合器有滾子式（滾柱式）和楔塊式兩種類型。楔塊式單向離合器內、外座圈組成的滾道的寬度是均勻的。用不規則形狀的楔塊，楔塊大端長度大于滾道寬度。在外座圈固定的情況下，內座圈可沿逆時針方向旋轉，帶動楔塊沿順時針方向轉動。若內座圈沿順時針方向轉動，楔塊將被卡在內、外座圈之間，單向寓合器內座圈鎖止。液力-機械式自動變速器10.4自動換檔控制系統的結構與工作原理10.4.1自動變速器電子控制系統電子控制自動變速器一般采用電控液動系統，由于動力源是供油泵和主調壓閥，并由其產生液壓，因此仍保留液壓操縱系統。電子控制系統是將液控液動系統液壓操縱裝置的換擋控制機構改為電子控制機構，其作用是將車速傳感器和節氣門開度傳感器產生的電信號輸入電子控制系統，由電子控制系統經過計算、比較處理后，根據預先編制的換擋程序，確定擋位與換擋點，輸出換擋指令，控制電磁閥線圈的通斷，改變換擋閥端面的控制液壓，導致換擋閥的移動，自動切換執行元件的油路，實現自動換擋。1)節氣門位置傳感器：提供節氣門開度等信號。2)轉速傳感器：一般有三個轉速傳感器，提供發動機轉速、渦輪轉速、輸出軸轉速。1.傳感器電子控制系統組成3)方式選擇開關：有經濟型、標準型、動力型三種模式。4)空擋起動開關：以便換檔。5)超速開關：超速檔確認信號。6)停車燈開關和制動開關：確認制動信號，解除“鎖止”。1)換擋點控制；2)液力變矩器鎖止點控制；3)超速行駛控制；4)發動機扭矩控制；5)自診斷與失效保護控制。2.電子控制單元ECUECT電子控制單元通常與發動機共用。電磁閥有換檔電磁閥、變矩器鎖止電磁閥、強制降檔電磁閥、駐車鎖止電磁閥、油壓調節電磁閥等。3.執行機構—電磁閥ECU將制信號輸送給電磁閥。動力源（油泵）、系統調節壓力、冷卻潤滑系統等。10.4.2液壓操縱控制系統換檔過程1．液壓動力系統2．液壓操縱控制系統自動變速器液壓系統有液壓式和電控液壓式兩種類型。控制機構由主油路系統、換擋信號系統、換擋閥系統和緩沖安全系統組成。這些系統都由液壓控制閥及相關油路構成。

控制閥體是液壓系統的控制中心。

主油路系統控制主油路的油壓。在不同擋位下，主油路應具有不同的壓力。主油路系統將動力源提供的油液的壓力準確調節到所需值后再輸入主油路。

換擋信號系統測量汽車行駛過程中發動機的負荷與行駛車速的大小，并轉換成壓力信號引至換擋閥系統。

換擋閥系統根據駕駛員操縱信導（選擋操縱手柄的位置）和換擋信號系統輸送的信號接通油道，使執行機構產生相應動作。

緩沖安全系統的主要作用是保證換擋平順性和舒適性。10.5無級變速CVT

變速比不是間斷的點，而是一系列連續的值，主要靠主、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化。金屬帶結構圖

CVT最大的特點就是無級控制輸出速比，其變速比不是間斷的點，而是一系列連續的值，例如奧迪的multitronic可以在2.400到0.395之間連續變化。

CVT變速箱行駛中帶來行云流水的感覺，沒有了換檔的頓挫感，乘員感覺不到換檔時的沖擊力，動力銜接連貫。奧迪multitronic無級變速箱結構圖

CVT它的內部并沒有傳統變速箱的齒輪傳動結構，而是以兩個可改變直徑的傳動輪，中間套上傳動帶來傳動。10.5.2CVT的基本結構與原理CVT的基本結構金屬帶結構圖CVT的基本原理基本原理是將傳動帶兩端繞在一個錐形傳動輪上，傳動輪的外徑大小靠油壓大小進行無級的變化。起步時，主動傳動輪直徑變為最大直徑，而被動傳動輪變為直徑最小，實現較高的傳動比。隨著車速的增加和各個傳感器信號的變化，電腦控制系統來斷定控制兩個傳動輪的控制油壓，最終使傳動輪直徑發生連續變化，從而在整個變速過程中達到無級變速。目前最高科技的代表—電控式無級變速箱ECVT（ElectronicContinuouslyVariableTransmission），就是由計算機控