电子控制自动换挡系统结构和工作原理.ppt

第5章电子控制自动换挡系统的结构与工作原理,学习目标：了解电子控制式与液压控制式自动变速器的不同了解电液式自动变速器的电子控制系统功能及作用掌握电子控制式自动变速器的控制原理学会分析各档位的换挡控制回路及锁定控制,5.1电子控制自动变速器与液压控制自动变速器的比较,图5-2液力控制自动变速器控制原理示意图,图5-3电子控制自动变速器控制原理示意图,电子控制自动变速器的优点：1、增进驾驶性能2、降低油耗3、改善维护性能,5.2电液式自动变速器控制系统及其工作原理,5.2.1电子控制系统及其组成,输入装置（传感器）,控制装置（ECU）,执行装置（电磁阀）,输入装置各种开关、传感器，感知车辆速度、节气门开度和其他情况，并将这些信号送至ECU判读。,控制装置自动变速器的电子控制单元。ECU接受传感器的信号，决定换档时机及液力变矩器锁定时间，并控制液压控制组件电磁阀的动作。,执行装置主要是电磁阀，电磁阀根据电子控制单元所发出的指令开启或闭合，相应接通或切断回油通道，从而控制换档和锁止时间,图5-5电子控制自动变速器组成部件,5.2.2输入装置及功能1、节气门位置传感器,节气门位置传感器（TPS）是取代液控液压式自动变速器中的节流阀，电脑通过节气门位置传感器，可以获得对应于节气门由全开的所有开启角度成连续变化的模拟信号，及节气门开度的变化速率，以此作为在不同行驶条件下控制换档的主要依据之一。,1）概念,2）安装位置,在节气门体,图5-6线性可变电阻型节气门位置传感器的结构,2、车速传感器,车速传感器是用来取代液控液压式自动变速器中的速控阀。,车速传感器配合节气门位置传感器（TPS）可以精密地使ECU操作，来决定换档时机。车速传感器与节气门位置传感器的信号是电子控制自动变速器最主要的输入信号。,图5-7车速传感器工作原理示意图,车速越高，输出轴转速就越高，感应电压的脉冲频率也就越高。电脑则按照单位负责人时间内感应出的电压脉冲频率数，计算出输出轴的转速，然后换算成转速。,车速传感器安装位置,3、冷却液温度传感器,热敏电阻式冷却液温度传感器,用以检测发动机冷却液的温度，再将冷却液温度信号由发动机控制晓以大义传给变速器控制电脑，当冷动液温度低于高定温度时，防止变速器将档位挂入超速传动及使液力变矩器的锁定离合器不能作用。,4、自动变速器油温度传感器作用：检测自动变速器油温度，以作为电脑进行换档控制、油压控制、锁止离合器控制的依据。合理控制换挡时刻，避免油温过高型式：热敏电阻式安装位置：油底壳内的液压阀阀体上,自动变速器冷却液温度传感器安装位置,5、发动机转速传感器作用：测量发动机转速及曲轴转角位置,图5-9发动机转速传感器,6、输入轴、输出轴转速传感器作用：检测输入轴和输出轴转速，根据输入轴与输出轴转速控制变速器油压、执行失效保护等,负温度系数电阻的电阻特性,输入轴转速传感器安装位置：,输出轴转速传感器安装位置：,变速器输出轴或与输出轴连接的离合器鼓附近的壳体上。,输入轴和输出轴转速传感器主要用来监控变速器的机械传动机构的工作状态。1）根据信号修正变速器的工作压力，并且在信号超出范围时电脑会执行失效保护模式。2）变速器电脑根据来自发动机电脑的发动机转速信号，计算出发动机的输入转矩，并结合变速器的输入轴转速信号，计算出转矩的传动比。,使油路压力控制过程和锁止离合器的控制过程得到进一步优化，以改善换档感觉，提高汽车的行驶速度。,7、档位开关（空档起动开关）作用：控制起动继电器线圈电路将变速器档位信息传送给计算机防止非空挡（P或N）起动发动机,图5-11档位开关,8、制动灯开关作用：检测制动信号，开关接通时解除锁定信号安装位置：制动踏板支架上,当踩下制动踏板时开关接通，开关通知自动变速器电脑制动已经使用，即解除锁止信号，松开变矩器锁止离合器，同时停车灯亮。这种功能还可防止当后轮制动鼓被抱死时，发动机突然熄火。,9、模式开关作用：供驾驶者根据情况选择不同的换挡规律常见控制模式：1）经济模式2）动力模式3）普通模式4）手动模式5）雪地模式,安装在变速杆箱上,5.2.3控制装置及内容,1、换挡时机控制换挡时机：变速器换挡时刻与车速、节气门开度及其他参数的关系,图5-14自动换挡控制原理图,图5-15换挡时机的控制过程,动力模式换挡规律,经济模式的换挡规律,动力模式的换挡规律,2、变速器锁止控制与锁止有关的信号：档位开关信号、发动机转速信号、车速信号、冷却液温度信号、自动变速器油温信号、节气门开度信号、制动信号、巡航信号,一般在同时具备以下条件时，锁止离合器锁止：冷却液温度65以上，变速器油温20以上无制动信号车速在55km/h以上（不同车型车速设定不同）节气门开启档位信号是D位,3、主油路油压控制利用电磁阀的开关及通断时间控制油路油压和调节压力大小电磁阀的种类：脉冲型,4、换挡品质控制作用：通过控制换挡时管路油压和发动机输出功率来降低换挡振动、使变速器工作柔和，提高部件寿命，改善行驶平顺性及乘坐舒适性控制内容：1）换挡油压控制2）减小转矩控制3）ND换挡控制,5、发动机制动控制变速器电脑按照设定的控制程序，在变速杆位置、车速、节气门开度等满足条件时，控制电磁阀工作，实现发动机制动,6、故障自诊断和失效保护在电子控制装置中电子控制单元能不停地监测所有传感器和部分执行器的工作，一旦发现某个传感器或执行器有故障，工作不正常，它立即采取以下几种保护措施：,在汽车行驶时，仪表盘上的自动变速器故障警告灯亮起将检测到的故障内容以故障代码的形式贮存在电子控制单元的存储器中电子控制单元按设定的失效保护程序控制自动变速器的工作，以保证汽车的基本行驶能力(表5-1）,5.2.4执行装置（电磁阀）作用：接受来自ECU的控制信号并完成档位切换、油压调节和变速器的锁止和切离等按作用分类：换挡电磁阀、油压调节电磁阀、锁止控制电磁阀按结构形式分类：开关型、脉冲型,1、开关型电磁阀,2、脉冲型电磁阀,5.3电子控制系统的工作原理及回路分析,1、换挡控制原理,ECU控制A、B电磁阀来调节换挡阀左右端油压实现换挡操作,2、电液式自动变速器控制阀及其工作原理换挡阀控制方式：加压控制、泄压控制,图5-20电液控制系统换挡阀的工作原理,锁止离合器控制阀,图5-21电控系统锁止离合器控制阀工作原理（开关式电磁阀）,3、双行星排辛普森式自动变速器各档位油路,学习目标：了解自动变速器常用液压元件的结构及工作原理了解自动变速器常用阀组的结构及工作原理了解全液压控制自动变速器组成及工作原理了解全液压控制自动变速器各部件相互作用关系,1、液压控制系统慨述,液压定律(帕斯卡定理)：作用在液体上的力平均地向各个方向传递，并且在容器内各处的平均压力保持不变。液体被封闭并且施加一个力，则产生液体压力。容器稍有泄漏将使压力下降,4.1自动变速器常用液压元件及其工作原理,1、液压控制系统慨述,液压控制系统一般由机油泵、控制元件、执行元件（伺服系统）、管路、油底壳等组成。,1、液压控制系统慨述,机油泵从油底壳抽出工作液并将其压缩，再将它输送到液压管路中，如果机油泵排出的工作液经回油管路回到油底壳，则管路内的压力保持恒定，无作用于活塞的压力。,1、液压控制系统慨述,当需要升高管路内的液压以供操纵活塞时回油管路必须守全关闭。活塞上得到的压力等于机油泵输出的压力活塞的受压面积。此时如果机油泵的转速升高，输出的工作液的流量和压力随之增大，活塞得到的压力就越大。,1、液压控制系统慨述,为使活塞得到的压力保持在所需的范围内，必须在回油管路上加装一个调节阀，使机油泵输出的工作液有一部分回流至油底壳，使管路的液压在目标范围内。,4.1.1油泵作用：使自动变速器油产生一定的压力和流量，并作为动力供给液力变矩器液力操纵系统所需要的压力油，驱动液压执行元件工作。使行星齿轮等运动元件得到润滑,安装位置：变矩器后方,形式：内啮合渐开线齿轮泵(齿轮泵)摆线转子泵叶片泵变量叶片泵,动力源：变矩器壳后端的轴套，只要发动机转动，油泵就运转,1、内啮合渐开线齿轮泵结构与工作原理,大（内）齿轮,小（外）齿轮,月牙形隔板,自动变速器中应用最多的一种油泵，丰田轿车自动变速器基本上都采用这种油泵,齿轮式油泵,结构组成：内啮合式齿轮泵由泵盖、泵壳、小齿轮和内齿轮等组成。泵盖上的花键用于固定液力变矩器单向离合器的内座圈。小齿轮上有两个凸起，液力变矩器泵轮的两个凹槽插到小齿轮的两个凸起上，带动小齿轮转动，小齿轮带动内齿轮转动，泵体上有一个月牙形隔板，将工作腔分成吸油腔和压油腔。,液力变矩器的泵轮带动小齿轮转动，小动齿轮又带动内齿轮转动，齿轮脱离啮合，容积变大产生吸力，将油吸入。当齿轮进入啮合，容积变小，将油泵出。,工作原理,齿轮泵工作原理,变矩器轴套上的凹口与油泵小齿轮上的凸齿结合，变矩器旋转带动油泵小齿轮转动,内啮合渐开线齿轮泵的优点：结构紧凑、尺寸小、质量轻、自吸能力强，流量波动小、噪声低,2、摆线转子泵结构与工作原理,组成：内转子、外转子、泵壳和泵盖,发动机运转时，带动油泵内外转子以相同的方向旋转。内转子为主动齿，外转子的转速比内转子每圈慢一个齿。当转子朝顺时针方向旋转时，内外转子中心线的右侧各个工作腔的容积由小变大，形成局部真空，这时自动变速器油从进油口被吸入，而在内外转子中心线的左侧的各个工作腔的容积由大变小，自动变速器油从出油口被排出。,工作原理,摆线转子泵的排油量由转子的齿数、齿形、齿宽和内外转子的偏心距决定。齿数越多，齿形、齿宽和偏心距越大，排量就越大。,3、叶片泵结构与工作原理,组成：定子、转子、叶片和壳体、泵盖,当转子旋转时，叶片在离心力或叶片底部自动变速器油压力作用下向外张开，紧靠在定子内表面上，并随着旋转，叶片在转子叶片槽内作往复运动，这时在相信两叶片之间形成密封的工作腔。如果转子顺时针旋转，在转子与定子中心连线的左半部工作腔容积逐渐增大，形成一定的真空，把自动变速器油从进油口吸入；而右半部分的工作腔容积逐渐减小，自动变速器油从出油口被挤出。,4.1.2控制元件,概念：在液压系统中能够控制系统液流的压力、流量和流动方向的装置称为控制机构。,作用：控制和调节液压系统中油液的压力、流量和流动方向的控制元件，主要是各种液压控制阀。,压力控制阀,方向控制阀,流量控制阀,比例控制阀,分类：,4.1.2控制元件1、压力控制阀（压力阀或压力调节阀）作用：控制油路中液流压力原理：利用液体压力和弹簧力平衡实现压力控制分类：球阀、活塞、滑阀,球阀,活塞阀,滑阀式压力调节阀滑阀结构,图4-8阶梯式滑阀结构主油路调压阀,车速反馈油压,4.1.2控制元件,2、方向控制阀方向控制阀是用来控制液压系统中液流方向和流经通道的。作用：控制液流方向和流经通道，改变执行机构的运动方向和工作顺序分类：单向阀、换向阀,在自动变速器中常用于控制换档执行元件的充油速度。如果离合器或制动器的充油速度过快，会形成较大的换档冲击，在油路中增加单向阀可以有效地降低换档冲击。,单向阀允许油液向一个方向流动,不能反向流动。,流通,不流通,a,b,c,a,b,c,在液压系统中如果需要同时控制数个油道的接通或封闭来改变液流时，就要采用换向阀，在自动变速器中也称作换档控制阀（简称换档阀）。,换向阀利用阀芯和阀体间的相对运动来变换油液流动的方向以及接通或关闭油路1）手控式换向阀,这种换向阀通过人工方法直接操纵阀芯的移动来实现油路的转换。自动变速器中变速杆的操作就属于手控式。,2）液压和弹簧式换向阀,这种换向阀是利用液压和弹簧强力相互作用使阀芯移动来完成油路转换的，常用作自动操作的机构。,滑阀的一端或被弹簧推动或同时受弹簧和油压作用，而另一端则受到油压作用，在需要对工作液流实现管路转换时，可通过升高或减小油压使阀芯做水平移动来实现，自动变速器的换档阀和锁止换向阀均属于此类。,3）电控换向阀,用电磁铁操纵阀芯移动换向的换向阀叫电磁换向阀。是通过电磁铁的线圈，通过线圈产生磁力，该磁力可吸拉阀芯，实现电磁阀芯的向下移动，接通滑阀左侧与油箱的通路而泄压，滑阀左移。当切断线圈的电源时，磁力消失，阀芯在左侧油压的作用下恢复原位。,流量控制阀（流量阀）,通过流量阀通过改变油液的通道面积来调节流量，从而调节执行机构的运动速度,比例控制阀（比例阀）对于一些自动化程度较高的液压设备，往往要求对系统的参数（如压力、流量）进行连续控制，比例阀就能满足这种要求。比例阀是一种按输入信号（通常为电信号）连续地、按比例地控制液压系统中的流量、压力和方向。,1、油缸（变速器中常用）2、液压马达,4.1.3执行元件,执行元件在自动变速器中常用来控制自动变速器内的离合器、制动器的结合与分离。液压系统中常见的执行元件有油缸、液压马达。,油缸作为执行元件实质上是一种能量转换装置。油缸将输入液体的压力能转换成活塞直线移动的机械能并予以输出,4.1.4辅助装置1、油箱2、滤清器粗滤器精滤器阀前专用滤清器3、冷却系统,4.2液压控制系统的结构与原理,控制系统的主要任务包括：1）控制油泵压力，使油泵的泵油压力符合自动变速器各系统的工作需要2）根据换挡手柄位置和汽车行驶状况实现自动换挡3）控制变矩器中液压油的循环和冷却4）控制变矩器中锁定离合器的工作5）利用油泵产生的液压油的压力控制系统本身的工作,4.2.1主油路系统主油路控制装置的主要任务是控制主油道压力，使油泵的泵油压力经调解后符合自动变速器各系统的工作需要,1、主调压阀变速杆的位置、汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压力（管路油压力），使其与发动机功率相符，以防止液压油泵功率损失,2、次调压阀（辅助调节阀、副调节阀）负责润滑油压的产生,将主油路压力调节为控制液力变矩器的液压，同时保证齿轮变速器内部各摩擦点的润滑。压力的大小随车速和节气门开度的变化而改变。当发动机怠速运转，车辆低速行驶时，为防止功率损失，油压很低，当高速、大负荷时，油压升高。,4.2.2换挡信号系统给自动变速器提供换档操纵的信号：发动机负荷信号、车速信号在液压控制系统中的实现装置：1）发动机负荷：节气门阀2）车速：调速阀,共同作用各种换档阀，实现换档。,1、节气门油压的形成主油压通过节气门阀调节形成，而调节量受节气门开度控制，即受加速踏板控制。作用：1）作用于主调压阀，控制管路油压的高低，使之与节气门开度相适应2）作用于各换挡阀，作为换挡信号3）作用于次调压阀，控制变矩器和润滑油压的高低。,分类：,机械式节气门阀,真空式节气门阀,机械式节气门阀,真空式节气门阀,图4-15真空式节气门阀1真空膜片室；2膜片弹簧3膜片；4推杆；5滑阀A主油路进口；B节气门油压出口；C泄油口；D真空接口,真空式节气门阀调节的节气门油压大小由发动机节气门后方的进气管真空度决定。当节气门开度小时，进气管真空度大，真空膜片对滑阀的推力小，节气门油压也较低；当节气门开度增大时，进气管真空度小，真空膜片对滑阀的推力增大，这时节气门油压也较大。所以真式节气门阀产生的节气门油压随节气门开度的增大而增大。,2、速控油压的形成泄荷式两级调速器,图4-16泄荷式两级调速器1输出轴齿轮；2调速器齿轮；3初级飞块4初级5初级泄油口钢球；6次级飞块7次级调速弹簧；8次级泄油口钢球；9调速器轴；10车速表驱动齿轮；11主油路压力油；12节流口；13调速器压力油,（2）节流式调速器,速控阀（调速器）：产生与车辆行驶速度相对应的油压，即速控油压，作为控制换档和控制液力变矩器锁止的基本信号之一。速控阀的作用是输出一个与车速相关的控制油压，作用于各换档阀，控制换档。,节流式两级调速器,当自动变速器输出轴不转动时，弹簧将滑阀压下，关闭进油口。速控阀无速控油压输出,速控阀,当作用在滑阀上的调速器油压使滑阀关小进油口，一直到调速器油压等于滑阀和重块的离心力之和为止。由于重块的质量大，随车速的提高，高速器的油压升高。,当重块不再外移时，调速器油压只靠滑阀的离心力调节。由于滑阀的质量较小，它的离心力增大随转速的提高较缓慢，所以调速器油压随车速的升高而呈现缓慢增大。,当自动变速器输出轴转动时，速控阀输出油压的高低与车速相对应。车速低，速控阀输出的油压低；车速高，速控阀输出的油压高。,当重块不再外移时，调速器油压只靠滑阀的离心力调节。由于滑阀的质量较小，它的离心力增大随转速的提高较缓慢，所以调速器油压随车速的升高而呈现缓慢增大。,图4-18两级式调速器工作特性曲线,低速区：升档时间短。防止发动机转速过高，油耗增加高速区：由于调速器油压随车速变化比较小，使汽车从中速档升到高速档升之前有足够的加速时间，充分利用发动机动力进行加速，防止升档过早而影响动力发挥。,调速阀的安装位置：发动机前置，后轮驱动的车安装在变速器的输出轴上，随输出轴一起转动。发动机前置，前轮驱动的自动变速器，调速阀通常安装在自动变速器壳体上，通过齿轮与输出轴相连接。这种调速器叫做中间传动式调速器。,4.2.3换挡阀组作用：根据变速器换挡手柄的位置以及汽车行驶时的车速、发动机负荷等因素，按照预先设定的换挡规律，在汽车行驶过程中自动选择挡位，并通过换挡执行元件的工作改变变速器的传动比，实现换挡。组成：手动阀、换挡阀、强制换挡阀等控制阀及相应的油路,1、手动阀当使换挡手柄处在不同位置时，主油路压力油进不同的控制油路，改变自动变速器的工作状态,2、换挡阀换挡阀是一种换向阀，它用来改变油路方向，使主油路压力油进入不同的控制油路，驱动相应的换挡执行元件，如离合器或制动器，从而使自动变速器处在不同挡位工作,换挡延迟：升档与降档发生在不同的信号油压，避免变速器频繁升降档,升档过程,降档过程,换挡信号压力差,滑阀位移量,升降档规律：变速器升降档的时刻与信号油压的关系,降1档,降2档,升2档,升3档,速控油压,节气门油压,图4-22升降档规律,结论：汽车自动变速器的升降挡由油门开度决定，油门开度越大，汽车升降挡车速越高；油门开度越小，汽车升降挡车速就越低,1-2换挡阀,节气门油压,工作油压