汽车电子技术电子教案--CHAPTER4

1、北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER4 自动变速系统的电子控制 CHAPTER4.1 概述自动变速箱分类：有级变化和无级变化传动比两种。有级传动比变速箱的变速控制，也称为换档控制，传动比可以连续无级变化的变速箱，称为无级变速器（CVT）一、变速控制的目标经济性或动力性最佳AGFHD：最经济油耗曲线JIDC：发动机输出转矩最大 （动力性最好）北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1 二、自动变速的类型 自动变速就是根据汽车的行驶状态，变速箱自动选择与发动机相匹配的档位。 第一台自动换档的变速箱于1940年在美国出现，60年代后期，美国轿车已普遍使用，92年美国自动

2、变速箱的装车率达87%。自动变速箱优点：操作简单，对驾驶技术要求低，提高安全性；充分发挥动力传动系统的性能；换档平稳，提高舒适性和方便性，减少动力传动系统的冲击，发动机工作平稳，有利于减少污染排放。自动变速箱缺点：技术要求高，结构复杂、加工难度大，成本高，加速性和经济性受影响。自动变速的类型：液压自动变速（AT）、电液自动变速（EAT）、机械自动变速箱（AMT）、无级变速（CVT、ECVT）北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1 三、各类自动变速箱的特点1.电控液压自动变速器（EAT） 优点 国外有成熟技术，广泛应用在各种类型的汽车上。 缺点（1）制造工艺复杂，制造成本高，

3、投资规模大（2）油耗大，经济性差（3）机构复杂，修理困难，维修成本高（4）必须使用指定的耐高温液压油（5）国内没有自主开发能力北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1三、各类自动变速箱的特点2.电控无级变速器（ECVT） 优点 真正无级变速，重量轻，体积小，零部件少，运行效率高，油耗低。 缺点（1）技术含量高，国内基本没有研究基础（2）制造复杂，成本高，关键零部件必须完全依 赖进，投资规模大（3）传动带寿命短，易损坏，维护成本高（4）只适合用于中小排量汽车北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1三、各类自动变速箱的特点3.电控机械自动变速器（AMT） 优点

4、（1）机械变速器生产制造技术非常成熟，可以充分利用现有机械变速器生产设备等各种资源，生产继承性好，投资少，见效快； （2）生产成本远低于上述两种类型变速器，具有明显价格优势，特别适合经济轿车使用； （3）可以方便实现手动/自动两种模式转换，可同时满足追求驾驶乐趣追求和驾驶舒适性的车主的需求； （4）传动效率高，油耗低，经济性好； （5）结构简单，体积小，重量轻； （6）工作可靠，故障率低，维修容易，维修费用低； （7）可以广泛应用于各种类型的车辆； （8）换档性能可以达到与电控液压自动变速器的性能持平。 缺点 （1）换档效果不如电控无级变速器； （2）换档过程需要切断动力北京航空航天大学 汽车

5、工程系 徐向阳四、变速控制系统的输入信号与执行机构1、油门与车速信号 最基本的输入控制信号，分别由油门位置和转速传感器产生。油门位置传感器：信号一般连续变化，也有在怠速和全油门之间设几个电压信号点。转速传感器：电磁型，安装在变速箱的输出轴。CHAPTER 4.1北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.12、换档电磁阀功用：将电子控制信号转换为液压控制信号，实际是电控液压换向阀原理：接受ECU的控制指令，通过电磁铁的开（通电）与关（断电），驱动液压换向阀，实现液压油路的通与断，从而控制自动变速箱中换档离合器或制动器的结合或分离，完成升档或降档操作。分类：二位二通电磁阀和二位三通电

6、磁阀 北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.13、电液比例压力控制阀功用：控制输出压力的大小，可用于换档离合器充油压力的控制原理：由比例电磁铁控制一个双边节流阀组成，其输出的控制压力与输入的控制电流成比例关系，电流大小的调节，通过调整电磁开关信号的占空比实现。作为换档离合器压力控制所采用的电液比例控制阀，最大控制压力通常在3MPa以下，控制电流小于100mA。实例：福特公司AOD-E自动变速箱用电液比例控制阀北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.14、脉宽调制电磁阀功用：高速响应的二位二通电液换向阀（响应时间在34ms之间），控制压力小于3 Mpa，可用于直

7、接控制离合器或制动器（通过控制阀的流量较小时），或和换档阀组合进行控制（流量大时）原理：控制输出压力，随控制输入与电磁铁电信号的占空比成比例变化关系。占空比为0时，进油口全闭，0压输出，占空比为100%时，输出压力最大北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.15、离合器与制动器功用：通过离合器和制动器等摩擦元件的结合与分离，实现升档或降档操作。分类：离合器-闭锁离合器（液力变矩器用）和换档离合器 制动器-片式制动器（与离合器相同，被动边固定，重型车）和带式制动器（轻型车）单向阀型常通空型北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳五、换档品质与控制规

8、律1、换档平稳性评价指标：冲击度（jerk），汽车纵向加速度的变化率CHAPTER 4.1可见，冲击度可表示为变速箱输出轴上的转矩变化率，即转矩的波动直接影响换档的平稳性。对于有级式变速箱，换档过程都是由于不同转动惯量的旋转角速度发生变化而带来的转矩冲击过程，转矩冲击越小，则换档过程越平稳，换档品质越好北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1引起换档冲击的原因：（1）换档机构动作的时序匹配 存在离合器或制动器分离与结合时序上的重叠或间断。（2）惯性能量所引起的冲击 升档，发动机转速下降，惯性能量释放，并转换成转矩扰动传给车体，形成换档冲击，降档，则转速突升。（3）摩擦力矩的变

9、化 摩擦力矩主要与摩擦系数和油压有关，它们在离合器结合和分离过程中都是变化的。减少换档冲击的措施：缓冲控制，通过控制油压的变化，对换档过程结合与分离进行特殊控制，控制换档品质北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳2 2、油压的缓冲控制、油压的缓冲控制 油压上升过程分5个阶段：（1）充油开始（线段12）（2）初始升压阶段（线段23） 快速充油阶段（3）自由行程（线段34）（4）升压结合阶段（线段45）（5）充油结束（线段56）CHAPTER 4.1北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳3、换档缓冲控制方法主要有三种方法：使用液压缓冲控制阀、电液比例控制阀、脉宽调制电磁阀（1）使用液压缓冲控制阀d发动

10、机油门开度液压信号H回油口G回油路C通离合器CHAPTER 4.1北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1（2）电液比例电磁阀控制 通过调节输入到比例电通过调节输入到比例电磁阀的开关电信号的占空比磁阀的开关电信号的占空比来实现输出压力值大小的任来实现输出压力值大小的任意调节，控制离合器平稳结意调节，控制离合器平稳结合与分离。可实现闭环控制合与分离。可实现闭环控制（3）脉宽调制电磁阀控制 ECUECU通过控制占空比在通过控制占空比在0100%0100%之间变化，来控制电之间变化，来控制电磁铁的快速开和关的周期，磁铁的快速开和关的周期，从而可以得到不同的控制压从而可以得到不同的控

11、制压力。利用转速反馈来控制离力。利用转速反馈来控制离合器主、被动边的转速差，合器主、被动边的转速差，即相当于通过控制离合器的即相当于通过控制离合器的结合与分离的压力来控制滑结合与分离的压力来控制滑磨速度，从而得到良好的换磨速度，从而得到良好的换档品质档品质北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.14、自动换档控制规律 自动变速的控制参数：车速、发动机油门、发动机转速、液力变矩器涡轮转速、汽车加速度等 自动换档点随控制参数的变化规律称为换档规律。按照参与换档控制的参数，目前主要有：单参数和双参数两种。单参数换档规律：参数可是油门开度、车速或发动机转速。结构简单，动力性经济性难以兼

12、顾；双参数换档规律：控制参数一般为车速和发动机油门。控制相对复杂，但可选择最优的动力性或经济性进行换档或两者兼顾。换档延迟：自动变速的降档点比升档点晚。作用：（1）保证换档的稳定性；（2）有利于减少循环换档；（3）驾驶员可以干预换档；（4）通过改变换档延迟，可以改变换档点，以适应动力性、经济性等方面的不同需要。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.1换档规律：等延迟型、收敛延迟型、发散型和组合型。等延迟型：换档延迟与油门无关。单参数换档规律中常用，换档次数少，主要用于城市公共交通车辆收敛延迟型：换档延迟随油门信号增大而减少。大油门动力性好，小油门减少换档次数，可改善经济性。用

13、于常在大油门工作的重型汽车上。发散型：换档延迟随油门信号增大而增大。适用于行驶阻力不大，经常在小油门下工作的轻型汽车。组合型：不同油门下得到不同的换档规律。汽车上实际采用的都是组合型动力性换档规律（P或S）经济性换档规律（E）北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.2 电液自动变速控制 一、系统组成 离合器、制动器取代手动变速箱的滑动齿套和同步器等；电液换档机构取代手动变速箱的手动连杆操作机构。 北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.2ECUECU的输入与输出信号关系的输入与输出信号关系选档控制器：手柄式、台式（按键式）和拉杆式。北京航空航天大学 汽车工程系

14、徐向阳CHAPTER 4.2二、换档方法1、电液换档控制电液换档控制是通过电磁阀控制液压油来驱动换档阀，实现升档或降档。二位二通电磁阀控制二位三通换档阀实例二位三通电磁阀同时控制两个离合器实例北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.22、换档阀逻辑控制通常采用串联或并联两种液压油路控制逻辑（1）并联控制 分别由一个换档电磁阀控制一个档位的换档阀，所控制离合器的分离不受其他档位影响。特点：通用性强，增加或减少档位方便，需ECU来保证防止挂双档和顺序换档（2）串联控制 同一时刻只能结合上一个离合器，从油路逻辑上防止了挂双档的可能。增加或减少档位都需重新设计换档阀，通用性差，顺序换档

15、也需ECU保证。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.2三、液力变矩器的闭锁控制 EAT均采用带闭锁离合器的液力变矩器，有解锁工况（液力传动工况）和闭锁工况（机械传动工况）两种工作状态。 轿车上常用的带闭锁离合器的液力变矩器，由二位二通电磁阀、闭锁阀、离合器压力调节阀组合完成解锁与闭锁控制过程。 液力变矩器的闭锁与解锁和换档过程相似，通过控制闭锁离合器的缓慢结合，来改善闭锁与解锁品质。 北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.2 在换档期间为了减少换档对动力传动系统的冲击，需要进行解锁控制，通过控制换档控制阀启闭的时序来实现。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向

16、阳CHAPTER 4.3 手动换档变速箱的电子控制 换档控制过程模拟驾驶员的操作，具有电液自动变速箱的优点，又保留了手动机械式变速箱效率高、易于控制、生产工艺成熟、成本低等优点。目前主要应用在中、重型汽车上。一、系统组成 换档控制器、ECU、离合器控制、选档与换档控制机构、发动机油门控制机构、传感器及电源组成。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.3二、离合器控制 ECU控制M1和M2通电，实现离合器分离操作；通过联合控制M1M5，推动伺服缸向左移动，实现离合器的结合操作。 离合器的结合分三个阶段：无转矩传递区（AB）、转矩传递区（BC）和转矩不再增长区（CD）。北京航空航天

17、大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.3离合器分离结合控制要点：1、部分结合点检测B点部分结合点。检测方法：当换档控制器在空挡位置时，启动发动机时检测此点位置，并存于ECU的存储器中。2、起步和换档时的离合器控制通过确定油缸行程和速度的最优控制规律来控制离合器的结合。控制参数包括：（1）反映驾驶员意愿的信号-油门踏板的压缩量（2）反映汽车运行状态信号-发动机转速、变速箱输入轴转速、离合器传递转矩特性。慢起步：利用油门踏板操作来控制离合器的结合正常起步：利用发动机转速、和变速箱输入轴转速来控制离合器的结合北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.33、制动时离合器控制普通制动

18、：ECU控制离合器保持结合，直到发动机达到怠速，以利用发动机制动紧急制动：立即分离离合器，以防止发动机熄火三、换档与选档控制 利用两组液压控制油缸：选档控制油缸和换档控制油缸实现，为保证正确选档和换档，利用传感器检测两组控制油缸活塞杆的位移来确定其工作位置北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.3升档和降档的控制策略：直接利用动力传动系统的牵引特性曲线，按以下原则来进行1、升档 仅以下两个条件同时满足时：（1）通过换档控制规律判断，满足升档条件；（2）比较新档位的行驶阻力和牵引力，牵引力大于行驶阻力2、降档 满足以下两个条件中的一个：（1）通过换档控制规律判断，满足降档条件；（

19、2）当前档位牵引力小于行驶阻力北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.3四、油门控制 与发动机控制形式有关。发动机没有采用电子控制，需增加一套控制发动机油门的机构，一般采用步进电机。控制中应考虑：（1）发动机启动工况：步进电机有足够驱动转矩（2）发动机油门控制：根据油门踏板的压缩量和所要结合的档位来确定并控制油门的开度；（3）换档过程中发动机的控制：通过油门调整发动机转速，以便换档平稳发动机采用电子控制：通过传动ECU与发动机ECU进行通讯，或采用动力总成总体ECU控制北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.4 无级变速的电子控制（ECVT）一、CVT的基本概念

20、 理想的汽车变速箱应该是 具有无级变化的传动比：V形带传动（轻型车，发动机输出功率在40120kW）、液压传动和液压机械传动（重型车）1、CVT变速原理（1）CVT传动的优点无级变速传动能使发动机工作在最高效率区，达到最佳的燃油经济性。主要优点： 最大的燃油经济性和最低的排放污染。 集电子控制有级自动变速箱操作方便性与舒适性和手动变速箱的高效率优点 可控制发动机的转速在最小的范围内变化，而使车速在较宽范围内变化 能最好地协调汽车外界行驶条件与发动机符合，充分发挥发动机的功率潜力，北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.4（2）变速原理变速部分构成：主动带轮（初级轮）、被动带轮（

21、次级轮）和V形带变速原理：两个带轮轴距不变，V形带长度不变，改变半轮间的轴向相对位置。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.4V形带：采用钢带，由一层层带有V形斜面的金属片通过柔性的钢带组成，靠V形金属片传递力，柔性的钢带只起支撑与保持作用。上带为紧带，下带为松带。2、CVT变速系统的组成 一般无级变速的传动比为4.690.44，故其后需要加主减速器，其前需配合电磁离合器或带闭锁离合器的液力变矩器，或机械式变速机构以及实现前进和倒车的“正倒机构”北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 4.4二、CVT的控制系统1、控制系统组成 普通CVT电子控制系统： 电磁离合器控制：根据发动机转速、车速、油门位置、换档控制器信号 V带变速控