汽车电子控制技术（第3版）课件：自动变速器

汽车电子技术汽车电子技术自动变速器目录CONTENT三二四一自动变速器概述自动变速器的结构特点自动变速器的共性技术动力总成综合匹配规律五自动变速器的控制技术一

自动变速器概述

一、自动变速器的优点1、操作便捷无换挡和踩离合的动作2、车辆使用性能更优优化的控制算法结合专业驾驶人经验3、车辆更加平顺、舒适降低传动系统的冲击载荷，提高使用寿命二、自动变速器的种类1、电控机械式自动变速器（AMT）2、液力机械传动自动变速器（AT）3、机械式无级自动变速器（CVT）4、双离合式自动变速器（DCT/DSG）图4.2CVT传动装置结构原理1—主动半可动锥轮；2—行星架；3—双行星齿轮；4—输入轴；5—太阳轮；6—倒挡制动器；7—前进挡离合器；8—主动缸；9—中间减速齿轮；10—半轴；11—从动半固定锥轮；12—从动缸

CVT

为了解决AMT换档过程动力中断的问题，采用双离合器方案，构成DCT，如图4.3所示DCT目录CONTENT三二四一自动变速器概述自动变速器的结构特点自动变速器的共性技术动力总成综合匹配规律五自动变速器的控制技术一、有级机械式自动变速器(AMT)AMT是在MT的基础上，把手动换档机构改造为自动换档机构。

自动换档系统包括起步离合器执行机构、选档执行机构、换档执行机构及电子控制装置等。

电控系统根据汽车的运行状态和驾驶员的操作意图，自动地把变速器的档位切换到合适的位置，并使汽车的经济性、动力性及行驶平顺性达到最佳状态。

电机执行机构具有结构简单、能量消耗低的优点。车辆行驶过程中的非换档时刻电机断电，只有进入选换档过程电机才供电。一般电机驱动方式用于乘用车或者轻型货运车辆，这种驱动方式结构简单，成本较低，且具有较好的环境适应性。由于驱动功率较小，很少在大型货运车辆上使用。目前主要有三种控制方式，即电控液动系统、电控气动系统和电控电动系统。电控液动执行机构和电控气动执行机构的驱动功率较大，控制精度高，响应速度快，但系统的零部件较多且要求较高，因此制造成本较高，一般用于商用车。对某些重型车辆，配备有其它用途的液压系统，则AMT采用电液驱动方式就更为简便。对于拥有气压制动的车辆，则可采用电控气压驱动的换档机构。图4-4电控电动系统结构简图二、双离合式有级自动变速器（DCT）为解决AMT换档过程动力中断的问题将换档过程分为准备、过渡和换档三个阶段，消除了换档过程的不连续问题DCT采用了两个离合器，两根输入轴分别与不同的离合器相连，且换档同步器以及相应的齿轮组分别按照奇、偶数布置在两根输入轴上。二、双离合式有级自动变速器（DCT）二、双离合式有级自动变速器（DCT）当车辆的运行状态达到换档点时，只需将正在工作的离合器A分离，同时将离合器B接合，则车辆进入目标档位运行。DCT既有MT结构简单、加工制造工艺继承性好的特点，又具有AT变速器在换档过程动力不中断的特点。但是双离合器由于结构上的限制，无法跳过两个档位换档，而是只能顺序换档。双离合器自动变速器在换档过程中不存在动力中断，所以换档时没有明显的减速现象，而且两个离合器之间的切换时间非常短，通常在0.3-0.4秒之间，难以被驾驶员感觉到，极大的提高了换档舒适性，同时也保证了车辆具有良好的经济性，对改善车辆的油耗和排放都具有一定的贡献。二、双离合式有级自动变速器（DCT）三、液力机械传动自动变速器（AT）AT变速器由液力变矩器、行星轮机构以及液压系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来变速变扭。采用液力传动方式的液力变矩器可以根据负载的变化实现无级变速，但是其传动效率和速比变化范围都无法达到车辆要求的使用条件，因此需要扩大其传动比和高效传动范围。行星传动易于实现自动化、结构紧凑、质量轻，且可以实现与液力变矩器的功率分流，是目前普遍采用的形式。AT的换档过程也是一个离合器分离而另外一个离合器接合的过程。1234R四、无级自动变速器（CVT）CVT能够在一定范围内实现速比的连续可调，速比的连续可调性给予了发动机更大的“自由度”，可以使其在一定范围内性能达到最优，因此理论上可以优化发动机工作点，改善车辆的经济性和排放性能。无级变速器主要有流体式和机械式两种不同的传动方式。流体式无级变速器在汽车上的主要应用形式是液力变矩器，一般被用来做起步装置和缓冲转矩冲击。金属带式CVT是目前应用最广的一种无级自动变速器，主要用于中小排量的乘用车。它依靠金属带和带轮之间的摩擦力来传递转矩，需要一个稳定持续的压力源来夹紧金属带，因此这种类型变速器的液压系统能耗较高。四、无级自动变速器（CVT）金属带式CVT的速比变化过程是依靠主动油缸和从动油缸压力的变化来实现的，主动压力与从动压力比值降低，则速比增大；相反，主动压力与从动压力比值升高则速比减小。通过压力的变化，金属带沿着带轮的径向滑动，从而速比也随之平滑变化。四、无级自动变速器（CVT）CVT液压系统目录CONTENT三二四一自动变速器概述自动变速器的结构特点自动变速器的共性技术动力总成综合匹配规律五自动变速器的控制技术一、车辆起步装置车辆起步过程，必须首先消除发动机转速与输出轴之间的转速差，这种允许转速差并使前后转速逐渐达到一致的装置被称为车辆起步装置。车辆常用的起步装置有液力变矩器（或者液力耦合器）和起步离合器（湿式离合器、干式离合器或者电磁式离合器等）两种。1、液力变矩器

液力变矩器(HydraulicTorqueConverter，HTC)，依靠流体的循环流动过程的动能变化传递动力。

液力变矩器的优点：（1）衰减振动与吸收冲击，使车辆起步更加平顺，提高车辆的舒适性；（2）使车辆能以更低的车速行驶，提高车辆对坏路面的通过性；（3）自动适应行驶阻力的变化，在一定范围内实现无级变速；（4）以流体为工作介质，大大降低了传动系的动载荷，可以提高传动系零部件的使用寿命。随着泵轮作牵连运动的同时因受离心力作用而作离心运动，从泵轮(输入轴)吸收机械能并转化为动能，高速液流从泵轮冲入涡轮做向心流动释放动能，推动涡轮(输出轴)旋转，带动工作机(负载)做功。

液力变矩器的结构与偶合器的区别是在泵轮P与涡轮T之间增加了一个固定在单向离合器上的导轮D。1、液力变矩器

液力变矩器的性能优越，但液力变矩器的结构复杂，制造加工难度较大，成本较高，专业化程度也较高，且最大的缺陷是效率低。

为了降低装用液力变矩器汽车的油耗，而采用了闭锁，即在液力变矩器的泵轮与涡轮之间，安装一个可控制的离合器1、液力变矩器

闭锁控制

闭锁离合器的工作原理如图所示，当闭锁压力油从油道进入离合器3的左边，而其右边的油液经油道回流。闭锁离合器工作原理1—泵轮；2—涡轮；3—闭锁离合器；4—前盖

闭锁控制

两边的压力差使装于涡轮轴花键上活塞右移，直至变矩器前盖4与闭锁离合器之间的油被排出，使涡轮与泵轮稳定地锁在一起。

闭锁离合器工作原理1—泵轮；2—涡轮；3—闭锁离合器；4—前盖

为了弥补液力变矩器的阻尼作用，吸收发动机扭转振动，在有的闭锁离合器中还装有减振弹簧。离合器分离时，油从油道进入离合器3的右边，而其左边的油液经油道泄油。

闭锁离合器工作原理1—泵轮；2—涡轮；3—闭锁离合器；4—前盖

闭锁控制

闭锁的实质是液力传动与机械传动之间的转换，故有在何点闭锁为佳的问题。

从理论上讲，闭锁点定在转入偶合器工况点为好，该点变矩器系数K＝1，既保证充分利用变矩器的自适应长处，又减少了因闭锁而造成的转矩与转速的突变；

闭锁控制

但也有为了扩大高效率范围在变矩器最高效率对应的速比处闭锁；

还有将闭锁点设在最高效率与偶合器工况点之间的；

另外，也有少数将闭锁点定在大于偶合器工况点的，以缩小闭锁时的转速差。

闭锁控制2．起步离合器车辆的另外一种通用起步装置,有湿式离合器和干式离合器两种。干式离合器省去了相关液压系统，且摩擦片本身的传动效率较高，因此干式离合器可以提高燃油经济性，成本更低。但干式离合器比湿式离合器的热容性差，散热条件不好，在交通拥挤的城市工况，离合器频繁结合，其滑摩状态很容易导致离合器的过热。离合器的自动控制问题首先是控制系统必须工作可靠，能精准地适应发动机的输出动力，避免起步冲击或者发动机异常熄火。其次控制系统要具有对环境的适应性，如交通信号灯、坡道起步、冰雪路面起步等其三控制系统还要满足驾驶员不同的操作意图，比如平稳起步、紧急起步等意图。起步离合器控制常见的问题（1）起步时存在明显的转矩冲击，使得驾乘人员感觉不适；（2）发动机熄火，特别是在坡道起步的工况下，造成起步失败；（3）离合器接合时间过长，使得摩擦片的滑摩功增加，离合器温升过高；（4）离合器操纵的滞后问题，驾驶员挂档并踩下油门后，离合器迟迟不结合；或者档位已经退出后，离合器分离迟缓。评价起步离合器控制的主要指标（1）冲击度（2）离合器的比滑摩功冲击度和滑摩功之间在一定程度上是彼此矛盾的两个参数离合器控制系统，就是要根据车辆的行驶工况、驾驶员的操作意图等，自动控制离合器的结合速度，在滑摩功和冲击度之间找到最佳的平衡点。评价起步离合器控制的主要指标二、执行机构自动变速器的执行机构包括电机执行机构、液压/气压执行机构以及电磁执行机构等多种。1．液压执行机构（1）液压油泵

摆线转子泵

内啮合齿轮泵径向柱塞泵外啮合齿轮泵根据各类变速器的液压系统对流量、压力以及工作特性可以采用发动机直接驱动、链驱动以及电驱动等多种方式。（2）机械阀体、阀芯将实现各种功能的阀芯、蓄能器、弹性元件等集成到一个有限的空间-即阀块内，并借助壳体及各零部件上所设计的流体通道将润滑油引入到各个所需的部位。其特点就是结构紧凑、零件小巧、集成度高。图4-22典型的4AT变速器阀体（帕萨特01N型变速器）（2）机械阀体、阀芯（3）电磁阀电磁阀是连接控制信号与液压驱动机构的媒介，是实现自动变速器主动控制的途径。主要的类型有：电液伺服控制系统、电液比例控制系统及数字液压控制系统。电液伺服控制系统具有控制精度高、重复性好、响应速度快、抵抗干扰能力强的优点，它的核心实现元件为电液伺服阀。但电液伺服阀的加工精度要求高，对油液清洁度有很高的要求，造成其成本很高。电液比例控制系统使用的电液比例阀抗污染能力高，可使用数字驱动电路直接驱动，对电能的消耗少，且其控制精度、重复精度与响应速度已能满足CVT电液控制系统要求，当前已作为先导控制阀大量的应用于自动变速器的电液控制系统当中。（3）电磁阀数字液压控制系统的核心元件是高速开关阀，高速开关阀结构简单，成本低。高速开关阀在阀芯的高速开关动作的同时，根据驱动信号对开启与关断的时间进行调整，控制输出的压力与流量。（3）电磁阀2．电机执行机构电机执行机构一般用于驱动功率较小的场合，具有成本低廉、结构简单、维修容易等特点。对电机执行机构的位置控制（1）对电机旋转的圈数进行测量（2）直接在执行机构上安装传感器（3）设置多圈角位移传感器目录CONTENT三二四一自动变速器概述自动变速器的结构特点自动变速器的共性技术动力总成综合匹配规律五自动变速器的控制技术

动力总成综合匹配规律动力总成综合匹配规律，就是综合考虑发动机、变速器和整车三个子系统之间的参数匹配，并结合驾驶员的操作意图和工况条件，将三个子系统作为整体考虑，并且在整车的经济性和驾驶性之间寻找平衡点。变速器作为传动系统，它在影响动力“传递”路线的同时，也通过改变发动机工作点影响着发动机的动力“产生”过程。车辆的驾驶性能是指车辆满足驾驶员期望的能力，即驾驶员通过对油门、制动踏板、换档杆等的操作输出了其对车辆速度、爬坡能力等方面的期望，而车辆满足这种期望的能力就是车辆的驾驶性能。驾驶员对车辆响应的期望可以描述为“对油门开度的输入响应平稳、快速、符合预期心理预期、具有可重复性”。一、车辆驾驶性能定义二、发动机最佳经济性和动力性曲线发动机输出特性最外为节气门开度全开（100%）时发动机输出转速与转矩的关系。第二条为开度95%，以此类推间隔5%得到其它节气门开度时的发动机输出。到30%节气门开度后，递减间隔降为2%。二、发动机最佳经济性和动力性曲线图4-25发动机燃油消耗图二、发动机最佳经济性和动力性曲线图4-25发动机燃油消耗图图4-26发动机万有特性图二、发动机最佳经济性和动力性曲线图4-26发动机万有特性图三、换档规律换档规律是指根据对车辆运行工况的判断，档位随汽车运行参数的变化规律，它是自动变速器控制的核心问题，直接影响着车辆的经济性和动力性等多项性能指标。换档规律的研究方法一般是从车辆的运行参数（诸如车速、牵引力、发动机转速、发动机节气门开度等）中找到影响其档位变化的主要因素，必要时可建立包含各主要影响因素的数学模型，通过优化方法确定最佳的换档点。一般自动变速器多采用两参数换档规律，两参数分别为节气门开度和车速。换档规律应当满足以下原则：（1）优先考虑驾驶安全。（2）人机协调原则，体现驾驶员的意愿。（3）根据参数对车辆的运行环境进行判定，使换档选择与运行环境相互适应。（4）动力性、经济性、驾驶感觉及零部件的使用寿命等达到综合最佳，即实现各项指标的协调兼顾原则。三、换档规律1．有级变速器的换档规律有级式换档的最佳动力性换档规律即要保持图4-28曲线的下围面积最大。

最佳经济性换档规律：取两档位经济线之间的交点，否则取两档位在同一车速下燃油消耗率差最小的点作为换档点，如图4-29所示。

1．有级变速器的换档规律最佳经济性最佳动力性2．无级变速器的换档规律在E、S模式之间进行折中，就是车上广泛使用的D模式(正常模式)，其动力性和经济性介于E和S两者之间。四换挡曲线对驾驶性能的影响通过对发动机特性曲线以及变速器挡位分布情况分析后得到的最佳经济性和最佳动力性换挡规律，是车辆在稳态工作条件下的理想换挡规律，但实际情况是，发动机和车辆的工况是动态变化的。需要综合考虑其它因素对该曲线进行修正。四换挡曲线对驾驶性能的影响如果孤立地将最佳经济性换挡规律作为换挡的唯一依据，发动机往往工作在低转速大转矩区域，此时发动机后备功率较小。驾驶员增加油门踏板开度意图加速或爬坡时，发动机输出功率的增量不足，而只能借助提升发动机转速来增加功率输出。目录CONTENT三二四一自动变速器概述自动变速器的结构特点自动变速器的共性技术动力总成综合匹配规律五自动变速器的控制技术一、起步离合器控制（1）结合动力平顺，分离动力彻底。（2）结合时发动机不停车、不空转。（3）结合速度能随驾驶员意图变化，并给乘员的感觉保持不变。（4）上坡起步不溜坡，发动机不灭火。（5）可靠的低速爬行功能，帮助车辆平稳越障。（6）限制传递最大的转矩。图4-34多片湿式离合器结合分离过程的基本