奥迪Q7自动变速系统分析汽车电子控制技术论

1、.奥迪Q7自动变速系统分析 学 院： 班 级： 姓 名: 学 号：引言随着电子技术及微处理器技术的发展，自动变速技术发展迅速。电子控制自动变速器正实现一机多参数多规律控制，并在此基础上将发动机ECU和变速器ECU合并，实现综合控制。ECU中同时存储多种换档规律，如最佳经济性和最佳动力性换档规律等，可根据需要进行选择。电子控制自动变速器为加宽变速范嗣，缩小传动比问隔，自动变速器向多档化发展；为提高传动效率，改善燃油经济性，普遍采用了带锁止机构的液力变矩器；为减轻质量，缩短动力传递路线，前置发动机前轮驱动的车辆将变速器与驱动桥结合为一体构成自动驱动桥；为便于使用维修，控制系统的诊断功能也不断增强。

2、现代汽车变速器的发展趋势是向着可调自动变速器或无级变速器方向发展。采用无级变速器可以节约燃油，使汽车单位油耗的行驶里程提高。通过选择最佳传动比，能够使发动机保持在很窄的转速范围内运转，从而获得最有利的功率输出，无级变速器传动比传统的自动变速器结构更简单、紧凑。近年来，随着微电子技术的飞速发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来了更理想的传动系统。机电一体化技术进入汽车领域，推动了汽车变速装置的重大变革。自动变速器装置出现了电子化的趋势。电控自动变速技术使换档时间更精确、换档更平稳，而且操纵自如灵活，提高了行车安全性。目前，自动变速器的装车率也越来越高，下面以例德国的奥迪为例做具体介绍。奥迪Q

3、7自动变速器简介奥迪Q7是一款强调舒适性的全尺寸SUV，将运动性、功能性、高科技和豪华品质巧妙地融为一体。在公路上，它凭借无限动感的操控性与运动特性脱颖而出；在越野道路面，它强劲的驱动力更令人惊叹。 其中Q74.2FSI的tiptronic自动排挡已很卓越。tiptronic变速器的6个挡位分布很广，充分发挥扭矩潜能。tiptronic自动排挡变速器有极佳效率，能将扭矩增加至750Nm水平，任何路况都得心应手。 此外， Q7还有个独特的“S档位”运动模式，提供特别的运动驾驶感受。使用这个模式，换档时机被延后，可获取更高的速度感。变速系统则是配置Tiptronic六速手自排，而并非DSG-II双

4、离合器系统。驱动系统方面则沿用Audi傲人的Quattro四驱系统，配上前后双A臂与主动式气压悬吊，可因应速度与地形的不同自动调整底盘高度。Q7先天即已拥有极为出色造型，车头盾形水箱护罩俨然已成为家族最大特色，车尾更采用了啄型尾灯设计，搭配左右双出排气管，拥有极为剽悍的整体气势。车侧部份，高腰线的设计搭配前后外张轮拱与19吋大轮圈，当然也为车体更增几许动感风格。随着汽车拥有量和使用频率的增加，安全、简便、舒适的操作技术，正成为人们追求的驾驶时尚，自动变速器的推广使用，满足了人们的这一驾驶需求。大家知道，装有机械式变速器的汽车，在驾驶时，要频繁的操纵离合器、制动器和换档，使驾驶员易于疲劳，极不利

5、于安全行车。因此，自动变速器越来越适应用于中高档轿车、高通过性军用越野车、起重自卸汽车以及城市公交大客车上。一、 概念 自动变速就是自动变换汽车驱动车轮的转速与转矩，使其适应道路条件和汽车负载变化的要求。 电子控制变速系统的主要功用是自动改变驱动车轮的转速和转矩，使车轮向前行驶、倒退行驶和停止行驶。二、基本结构组成电子控制自动变速系统ECT(Electronic Controlled Transmission)又称为自动变速器AT(Automatic Transmission),主要由变速系统、液压控制系统和电子控制系统3个子系统组成。 液力变矩器变速系统 换挡执行机构 齿轮变速机构 液压传动

6、装置（油泵、自动传动液）自动变速器 液压控制系统 阀体（电磁阀、换挡阀、锁止阀、调压阀） 油道 传感器与各种控制开关 电子控制系统 电子控制自动变速电控单元 执行器奥迪Q7的自动变速器的结构图如下：奥迪Q7电子控制自动变速器组成奥迪Q7双离合器自动变速器DCT采用了2个离合器,将原平行轴式手动变速器档位与2个离合器重新进行了配置,当车辆以某一档运行时,将下一个档位实行预先啮合挂档,车辆达到换档点后只需切换2个离合器的动作即可完成换档。双离合器自动变速器DCT拥有手动变速器传动效率高、成本低及自动变速器良好的燃油经济性、动力性与乘坐的舒适性的特点,可提供无间断的动力输出。其自动变速器箱里的各个结

7、构功能不同。扭力转换器，动力的传输者，扭力转换器的元件主要有 与引擎飞轮相连的泵轮（主动轮）与变速箱内各齿轮相连的涡轮（被动轮）负责调节自排油流动方向的导轮，前两者都呈碗形，内部各有一些称为轮叶的分隔体，两个碗型部件面面相对，中间留有容纳自排油与导轮的空间，两者永远不会产生摩擦现象，并都装在盛满自排油的金属外壳里边。引擎的动力传进变速箱内的过程就像用两把风扇互相对吹，两轮内的轮叶就像风扇的扇叶，前边主动的风扇透过风力吹动被动的风扇，风力越强，转动就越快，动力就传输过去了。这就是扭力转换器的传递原理。扭力转换器只是将传动的介质由空气变成密度更高，传动效率更佳的液体（自排油），也因为泵轮与涡轮之间

8、没有直接摩擦，因此当汽车静止时，引擎才不会熄火。至于位于泵轮与涡轮之间的导轮，则是控制自排油在高低转速时的流向，使两者间的动力传输更有效率。值得一提的是，经常听到的在高速时自动变速箱直接传动的现象，主要是透过一组位于涡轮与扭力转换器外壳间的摩擦式离合器片来完成，在低速时，涡轮与外壳间的动力传递是透过液压来完成，高速时锁在外壳上的离合器便与涡轮接合，直接将来自飞轮的动力传到变速箱内，就像手动变速箱一样，这样就能大大减少动力传输的消耗问题。油路阀体与电磁阀，换档动作的执行者，手动的车进行换档动作，主要透过排挡杆与拨*来决定使用那一组档位齿轮，那没有拨*设计的自排车呢？于是油路阀体与电磁阀便应运而生

9、。油路阀体是一个金属壳，里边有复杂的沟槽，这些沟槽就是提供自排油流动的油道，每组油道的终点就是自动变速箱内的各档离合器片或制动带，其功能就像电路板上的电路一样，负责将自排油引导到正确的目的地，而油路导通与否的开关，就是所谓的电磁阀，设计如此复杂的油路阀体原因在于各自动变速箱内各档位齿轮的接合就是透过各油道内的油压来驱动，就像手动变速箱的拨叉一样，而换档电磁阀就相当于档位连杆一样用来切换各档位所属的油道。至于该用那一档位的时机，则交由自动变速箱电脑下达指令给电磁阀来决定。多片式离合器片，档位衔接的执行者，很多自排车主都曾遇到过车辆使用一段时间后发现换档震动变大，甚至发生滑档及锁档的情况，到了维修

10、厂后，就说变速箱离合片打滑，到底什么式离合片打滑呢？与手动变速箱的打滑是否相同道理呢？这就要从自动变速箱各档位衔接的作用说起。不论是手动还是自动变速箱，其功能都在于转换引擎输出的扭力与转速，使车辆在低速或上坡时有足够的扭力，在高速时降低引擎转速，达到节油和宁静的效果，因此需要多组齿比不同的齿轮组配合来完成。在手动变速箱里档位衔接通过同步齿轮来完成，同步齿轮套进各档位的齿轮后，动力才完成衔接且每次只接合一组同步齿轮，自动变速箱则透过油压驱动的多片式离合器片与压板来达到同样的功效，每一档位都有一组离合器片与之对应。自动变速箱的离合器片虽然采用多片式设计，但由于厚度薄，接触面小，因此本身是难以承受太

11、大的扭力，属于消耗性零件，如果经常大脚踩油门，很高转速才换档，离合器片寿命自然无法维持长久而发生打滑现象。其外形图如下：自动变速器电子控制系统，其结构特征在于：（一）传感器输入由驾驶操作传感器和变速器工作状态传感器组成；驾驶操作传感器包括档位选择器、模式选择开关、油门踏板位移传感器、方向盘转角传感器、制动状态传感器、应急档传感器；变速器工作状态传感器包括发动机转速传感器、涡轮转速传感器、车速传感器、油温传感器、油压传感器、油压差传感器、油压差传感器；（二）输出控制由显示器、安全启动连锁控制电路、高速响应电磁阀组组成；显示器包括排档显示、故障代码显示、动力型模式指示灯、经济型模式指示灯、手动型模

12、式指示灯、应急指示灯、温度指示灯、压力指示灯、压差指示灯、压差指示灯；安全启动连锁控制电路由个继电器开关及其驱动电路构成；高速响应电磁阀组包括个变矩器闭锁控制高速响应电磁阀和个自动换档控制高速响应电磁阀；（三）电子控制器由中央处理器、程序存储器、故障诊断电路、显示器驱动电路、电磁阀组驱动电路、档位选择器接口电路、油温传感器接口电路、转速传感器接口电路、位移量传感器接口电路、开关量传感器接口电路组成；（四）各部分间的主要连接关系如下：程序存储器与中央处理器相连；显示器的排档显示、故障代码显示、动力型模式指示灯、经济型模式指示灯、手动型模式指示灯、应急指示灯、温度指示灯均经过显示器驱动电路与中央处

13、理器相连；高速响应电磁阀组的各个高速响应电磁阀均经过电磁阀组驱动电路与中央处理器相连，同时电磁阀组驱动电路输出端还经过故障诊断电路与中央处理器相连；安全启动连锁控制电路的继电器开关经过其驱动电路与中央处理器相连；模式选择开关、档位选择器经档位选择器接口电路与中央处理器相连；发动机转速传感器、涡轮转速传感器、车速传感器均经过转速传感器接口电路与中央处理器相连；油门踏板位移传感器、方向盘转角传感器均经位移量传感器接口电路与中央处理器相连；制动状态传感器、应急档传感器均经开关量传感器接口电路与中央处理器相连；油温传感器经过油温传感器接口电路与中央处理器相连；10油压传感器与显示器的压力指示灯相连，油

14、压差传感器与显示器的压差指示灯相连，油压差传感器与显示器的压差指示灯相连；11电源与各部分的电源端相连。 下面介绍奥迪Q7自动变速器的工作原理：三、控制原理奥迪Q7是越野车的一种，其自动机械变速系统的系统结构如下图所示，以电子控制器(ECU)为核心，对车辆传感器信息(发动机转速、变速箱输入轴转速，车速)和驾驶员意愿 (油门踏板位置、选挡手柄信号、行车制动信号、驻车制动信号)进行采集，对系统状态进行评估后，做出既适合车辆状态又符合驾驶员意愿的判断结果，进行加(减)挡、分离(结合)离合器、控制驻车制动气路等操作，并通过传感器对操作结果进行实时检测，做到闭环控制，保证系统操作的正确性。通过CAN总线

15、通信，变速箱ECU可以与发动机电控系统和驾驶员终端系统保持信息共享，实现了动力传动一体化控制，并且也实现了车辆信息网络化，使得驾驶员能够得到更加全面和准确的车辆信息，有利于驾驶员根据车辆状况做出及时准确的反应。系统的油路气路结构如图一所示，系统加装了一个独立油源，以连接车辆电瓶的直流电机作为油源动力，将高压油液储存到蓄能器中，为系统选换挡机构和离合器操纵机构提供动力油路上装有压力传感器，ECU通过检测油路压力的高低来控制电机间断性工作，将系图一 系统油路及气路结构统油压保持在合适的范围之内。液顶气式离合器改造前的操纵机构如图二所示，它由离合器踏板、离合器主泵、离合器分泵、车辆储气瓶以及联结各个

16、部件的油管、气管组成，其中离合器踏板及离合器主泵安装在方向盘下方驾驶员在手动操纵换挡时，踩踏离合器踏板，带动离合器主泵活塞压缩主泵内的工作液，油管将压力传递到离合器分泵内部，由离合器分泵实现离合器分离设计AMT离合器自动操纵系统的要求是：系统能够自动分离和结合；保留驾驶员人工干预的能力。图二 改造前的离合器踏板结构离合器踏板机构改造后示意图如图三所示，仍保留离合器踏板的安装位置不变，在原始机构基础上加装一个液压油缸，通过控制油缸的充、放油实现离合器踏板的分离和结合油缸流量的设计能够满足离合器快速分离的要求，另外离合器踏板设计成折叠式，在系统处于正常自动操纵工作时，离合器踏板保持折叠状态液压缸活

17、塞杆与离合器踏板采用活动连接，活塞杆伸出时，离合器踏板被踩下，带动离合器分离；活塞杆收回时，离合器踏板被抬起，离合器结合活塞与离合器踏板的活动连接，应保证在AMT出现故障时，驾驶员能将折叠的离合器踏板迅速伸开，以便能够人为地控制离合器的结合与分离。通过加装坡道起步辅助控制阀对车辆驻车制动气路进行改造，借以实现车辆在坡道起步过程中的辅助控制，由系统根据车辆状况自动控制驻车制动的释放时机，通过离合器、驻车制动及油门的合理配合实现车辆在坡道上的平稳起步。多挡式机械变速箱的换挡操纵分为主箱和副箱两个部分。通过在主箱部分的换挡轴上加装选位油缸和换挡油缸，替换了原变速箱的换挡操纵软轴部分，通过4个2位3通

18、电磁阀S。s4实现选位缸、换挡缸的动作。副箱部分取消了原变速箱换挡轴上的控制副箱及高低挡转换的凸轮机构及高低挡换向阀，高低挡气缸的转换改由2个2位3通电磁阀Q。，Q。实现，电磁阀由ECU控制，通过副箱部分的高低挡开关可以检测高低挡转换情况，实现高低挡转换的闭环控制。图三 改造后的离合器踏板结构而就其根本而言，自动变速器的升挡和降挡完全由节气门阀产生的节气门油压和调速器产生的调速器油压的大小来控制。节气门阀由发动机油门拉索操纵，因此节气门油压取决于发动机的油门开度；油门开度越大，节气门油压也越大；调速器油压取决于车速，车速越高，调速器油压也就越高。若汽车行驶中，油门开度保持不变，则当车速较低时，

19、换挡阀右端的调速器油压较小，低于左端节气门油压和弹簧弹力之和，此时换挡阀保持在右端低挡位置；随着车速的提高，调速器油压逐渐增大，当车速提高到某一车速时，换挡阀右端的调速器油压增大至超过左端节气门油压和弹簧弹力之和，此时换向阀将移向左端高挡位置，让自动变速器升高一个挡位；若汽车在高挡位行驶中因上坡或阻力增大而使车速下降时，调速器油压也随之降低，当车速下降到某一数值时，换挡阀右端的调速器油压将降低至小于左端节气门油压和弹簧弹力之和，此时换挡阀移向右端低挡位置，使自动变速器降低一个挡位。由此可知，当节气门开度不变时，汽车升挡和降挡时刻完全取决于车速。若汽车行驶中保持较大的油门开度，则换挡阀左端的节气

20、门油压也较大，调速器油压必须在较高的车速下才能达到节气门油压和弹簧弹力之和，使自动变速器升挡，因而相应的升、降挡车速都较高；反之，若汽车行驶中保持较小的油门开度，则换挡阀左端节气门油压也较小，调速器油压在较低的车速下就能达到节气门油压和弹簧弹力之和，因而相应的升、降挡车速都较低。由此可知，汽车的升挡和降挡车速取决于油门的开度，油门的开度越大，汽车升挡和降挡的车速就越高；反之，油门开度越小，汽车升挡和降挡的车速也就越低。这种换挡车速随节气门开度变化的规律十分符合汽车的实际使用要求。当汽车行驶阻力较大时，驾驶员必须将油门保持在较大的开度才能保证汽车的加速，此时汽车的换挡车速也应比平路行驶时稍高一些

21、，以防止过早换挡而导致“拖挡”现象。相反，当汽车平路行驶或载重较小时，油门保持在较小的开度，换挡车速也可以低一些，以节省燃油。 另外在一些自动变速器中还装有强制降挡阀。强制降挡阀用于节气门全开或接近全开时，强制性地将自动变速器降低一个挡位，以获得良好的加速性能。强制性降挡阀主要有两种类型，一种类似于节气门阀，由控制节气门阀的节气门拉索和节气门阀凸轮控制其工作。在节气门接近全开时，节气门拉索通过节气门阀凸轮推动强制降挡阀，使之打开一个通往各个换挡阀的油路。该油路的压力油作用在换挡阀上，迫使换挡阀移至低挡位置，使自动变速器降低1个挡位。另一种强制降挡阀是一种电磁阀，由安装在加速踏板上的强制降挡开关

22、控制，当加速踏板踩到底时，强制降挡开关闭合，使强制降挡电磁阀通电，电磁阀作用在阀杆上的推力消失，阀心在弹簧弹力的作用下右移，打开油路，主油路压力油进入换挡阀的左端（作用着节气门油压的一端），强迫换挡阀右移，让自动变速器降低1个挡位。四、换挡品质控制装置的结构与工作原理1、换挡品质换挡品质是指换挡过程的平顺性，即换挡过程能平稳而无颠簸或冲击地进行。换挡品质控制是自动换挡液压控制系统中的基本组成部分之一。对换挡过程的具体要求有两个：一是换挡过程应尽量迅速地完成，以减少由于换挡时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换挡期间输入功率低或中断而引起的速度损失；其二是换挡过程应尽量缓慢平稳过渡，以使车速过

23、渡圆滑，没有过高的瞬时加速度或瞬时减速度，避免颠簸和冲击，以提高乘坐舒适性，减小传动系的冲击载荷，延长机件寿命。以上两个要求是互相矛盾的。换挡过程快，就不可避免地产生较大的冲击和动载荷，换挡过程的平稳性就不好。而如果为了提高换挡过程的平稳性而延长过渡时间，则摩擦元件的滑转时间延长，累计滑摩功增加，导至摩擦元件温度升高、磨损增加。所以，在一般情况下，根据经验，最小滑摩时间在0.4s1s较为合适，在此前提下再设法提高换挡过程的平稳性。2、换挡品质控制换挡过程品质控制的实质就是限制发生过于剧烈的扭矩扰动，改善换挡质量。自动变速器是通过各种液压多片离合器和制动闸限制或接通行星齿轮组中的某些齿轮得到不同

24、的传动比的。所以换挡品质的好坏与这些离合器和制动器有直接关系。（1）自动变速器执行机构的缓冲控制缓冲控制可从换挡执行机构本身结构 着手，如采用单向离合器代替摩擦元件，采用分阶段作用的液压缸活塞，或采用带缓冲垫的伺服液压缸。当采用可闭锁的液力变矩器时，在换挡过程中可通过断流解锁阀使它解锁成液力工况。缓冲控制也可从换挡执行机构外部进行，如在液压控制系统内采用蓄能器、缓冲阀、限流阀、节流阀以及节流孔等。断流解锁阀断流解锁阀的功能是在换挡瞬间切断向锁止离合器的供油，使变矩器在换挡过程及随后一段时间内保持在液力工况下工作，以便利用液力元件的减振缓冲作用，改善换挡过程品质。换挡期间断流的时间与车辆的诸多因

25、素有关。在有些重型自动变速器中，完成换挡后保持液力工况的时间为0.3s0.8s。限流阀它实际上是一种可控制调节的节流阀，串联在供油通道中。缓冲阀缓冲阀在有的自动变速器中称软接合阀，主要由滑阀芯、阀体和弹簧等组成。在阀体上，有个油道，油道是主压力油进油道，并通过内部油道以及节流孔和油道相通，油道为主压力油的出油道，通往换挡执行机构，使换挡执行机构接合，为节气门调节压力输入油道。经节流后的主压力作用在滑阀芯的左端，节气门调节压力作用在滑阀芯的右端。在换挡时，主压力油经油道进入滑阀的中间。同时也经节流孔进入左端，并克服变化着的节气门调节油压的作用力和弹簧力使滑阀芯右移，使出油孔开度减小，节制和缓冲了

26、换挡执行机构油压的升高。蓄能器蓄能器又称蓄压器或储能器。自动变速器控制系统中采用的一般是弹簧式蓄能器，它由缸筒、活塞和弹簧组成，蓄能器用于储存少量压力油液，其作用是在换挡时，使压力油液迅速流到换挡执行机构的油缸，并吸收和平缓所输送油压的压力波动。当弹簧被压缩时，储存能量，而当弹簧伸长时，释放能量。单向节流阀单向节流阀布置在换挡阀至换挡执行元件之间的油路中，其作用是对流向换挡执行元件的液压油产生节流作用，在换挡执行元件接合时延缓油压增大的速率，以减小换挡冲击。在换挡执行元件分离时，单向节流阀对换挡执行元件的泄油不产生节流作用，以加快泄油过程，使换挡执行元件迅速分离。倒挡顺序动作阀倒挡顺序动作阀的

27、作用是降低挂倒挡时通往第三制动器B3前活塞上的油压，使倒挡接触平稳、无冲击。倒挡顺序动作阀由柱塞和弹簧组成。倒挡离合器用顺序动作阀倒挡离合器用顺序动作阀的作用是降低挂倒挡时通往后离合器内活塞上的油压，使倒挡结合平稳、无冲击。低压随动阀是自动变速器中所用的低压随动阀，它主要由柱塞和弹簧组成，随动阀的进油口压力油来自于手动阀的管路压力油，并经随动阀减压后由随动阀出油口至低压滑动换挡阀后，再送到第三制动器的后活塞。低压随动阀的作用是降低通往自动变速器的第三制动器的油压，减少制动器后活塞的冲击，使制动器接合平稳。中间随动阀中间随动阀的作用是选挡杆在第二挡工作时，利用发动机制动作用，调整第一制动器活塞上

28、的油压，防止活塞受到冲击。进油口的油压来自换挡阀的管路压力，出油口油压除流向外，另一部分作用在随动阀阀体的端部。出油压力大时，柱塞移动，关小进油口，减少进油量，使出油压力降低。（2）自动变速器执行机构的定时控制换挡过程实际上是摩擦元件的摩擦力交替的过程，在常见的摩擦式离合器离合器或离合器制动器换挡中，若摩擦力矩替换过程的定时不当，将会引起输出扭矩的急剧变动。两个离合器之间或离合器与制动器之间摩擦力矩的替换，总会有或多或少的中断间隔或重叠。重叠不足或重叠过多，都会产生不应有的换挡冲击。重叠不足是指待分离的离合器过快地泄油分离，待结合的离合器未能建立足够的油压，因而出现两个离合器传递扭矩间断的现象

29、。在这个重叠不足的时间内，输出扭矩先是下降过多，随后又急剧上升，形成较大的扭矩扰动。与此同时，发动机转速也得不到平稳地过渡，先是因负荷减小而增速，后又因负荷急剧增大而降速。重叠过多是指在待结合的离合器已经能够传递很大的扭矩时，应分离的离合器还没有很好地泄油分离，因而出现两个执行机构同时工作的情况。在一个短暂时间内，两个挡位重叠工作，使发动机和输出轴都受到制动作用，因而输出轴有很大的扭矩扰动。随后又因应分离的离合器分离，使变速器输出轴的扭矩又急剧升高。重叠过多的扭矩扰动比重叠不足时更严重，同时发动机的转速先是急降，后在回升，表现出不稳的情况，重叠过多的升挡过程最不平稳。四、总结自动变速汽车对于使用者的意义，已从最初的操纵方便扩展到今天的节能、环保、舒适、安全与方便并重。用户需求的不断增加和传动、电子及自动控制等相关技术的进步，推动了各种自动变速技术的发展。随着车辆信息化、电子化程度的不断提高，例如发动机电控系统及驾驶员终端信息系统的应用和车载CAN通信技术的不断成熟，为自动机械变速器在车辆上的应用创造了更加优越的外部条件，也为动力传动一体化控制铺平了道路。车辆在进行自动变速操纵改造时。充分考虑了保留