汽车电子控制技术自动变速系统控制ppt

汽车电子控制技术第10章自动变速系统控制10.1自动变速器基本组成与工作原理10.2液力变矩器10.3行星齿轮传动机构10.4自动换档控制系统的结构与工作原理10.5无级变速10.0普通变速器简介轿车传动系示意图10.0普通变速器简介离合器发动机变速器传动轴离合器结构及工作原理1.主动部分:

飞轮、压盘结构:3.压紧机构:

压紧弹簧2.从动部分:

从动盘、从动轴4.操纵机构:分离杠杆、分离轴、分离拨叉、踏板1）通过改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应起步、加速、减速、以及克服各种道路阻碍等经常变化的行驶条件，使发动机在较好工况下工作。1.汽车变速器功用2）在发动机旋转方向不变的情况下，使汽车实现倒向行驶。3）利用空挡，中断动力传递，以使发动机能够起动、怠速运转和滑行等。手动变速器(MT)自动变速器(AT)手动/自动变速器无级式变速器汽车变速器分为：汽车变速器n2主动轴齿轮传动原理从动轴z2z1n12.普通齿轮变速器的工作原理3）传动比i>1，n2<n1减速

，n2转矩增大；传动比i<1，n2>n1增速

，n2转矩减小。2）传动比i1）齿数不同的齿轮啮合传动时，转速、转矩改变。n1、n2：轴转速；z1、z2：齿轮齿数4）相啮合的一对齿轮旋向相反。3.三轴式变速器的传动原理2）传动比i1）总传动比等于各级齿轮传动比的乘积。第一轴第二轴中间轴z2z1z3z4n1n2n2n33）相啮合的一对齿轮旋向相反，每经一传动副，其轴方向改变一次。4）档位改变，传动比变化。4.换档原理（三轴式五挡位变速器）三挡换档过程四挡换档过程五挡换档过程一档换档过程倒挡换档过程4.43:12.63:11.61:11:10.87:1

变速器的各当传动比：5.普通齿轮变速器结构和组成变速器传动机构变速器操纵机构变速器壳体6.操纵机构直接操纵式远距离操纵式变速器操纵机构演示1）选档—选拨叉轴2）换档—

移动拨叉轴1）自锁—防自动脱档2）互锁—防同时挂入两个档3）倒档锁—防误挂倒档安全装置:换档装置:拨叉轴自锁与互锁机构手动变速器(MT:ManualTransmission)：需要离合器配合操纵的变速机构，可依车辆行走阻力的变化，变换引擎的扭矩，使车辆正常行驶。10.1自动变速器基本组成与工作原理自动变速器(AT：AutomaticTransmission)：

没有装置操作变速机的离合器机构，操纵机构是没有选择杆，附有P(停车)、R(倒车)、N(空档)、H(高速)、L(低速)等记号。手动/自动变速器：无级变速器(CVT：ContinuouslyVariableTransmission)：

由V形金属钢带与可调半径的带轮得到无级变速。它与发动机之间还要有自动离合器，

采用自动变速器在驾驶时，可以不踩离合器、实现自动换档而且发动机不会熄火，所以能有效的提高驾驶方便性，减轻驾驶员的劳动强度。电控自动变速器

80年代以来随着电子技术的发展，变速器自动控制进一步完善，在各种使用工况下能实现发动机与传动系的最佳匹配，控制更加精确、有效，性能价格比大大提高。目前得到广泛采用，在汽车上安装自动变速器的数量已远超过手动变速器。

自动变速器应用情况1.液力机械式自动变速器：该自动变速器目前技术成熟，广泛应用于轿车、公共汽车、重型车辆、商用车和工程车辆上。在发达国家轿车上的装车率已达80-90%；2.电控机械式自动变速器：

在通常机械式变速器基础上加上微机控制电液伺服操纵自动换档机构组成。它与手动齿轮变速器的另部件有一定通用性，保留了传动效率高的优点，目前应用于部分低档轿车、重型卡车和商用车上选用较多。3.电控机械式无级变速器：由V形金属钢带与可调半径的带轮得到无级变速。它与发动机之间还要有自动离合器，是目前在小排气量轿车中使用最多的一种。1.液力机械式自动变速器—HMT(HydrodynamicMechanicalTransmission)自动变速器主要有三种类型：2.电控机械式自动变速器—AMT(AutomatedMechanicalTransmission)3.电控机械式无级变速器—CVT(ContinuouslyVariableTransmission)本章10.1—10.4节介绍的ECT系统即

HMTECT—ElectroniicControlledTransmission10.1.1ECT系统的基本组成自动变速器主要由以下几个部分组成：1.ECT系统组成液力变矩器1机械变速器2液压控制系统3电子控制系统4油冷却系统21342.ECT系统的基本原理10.1.2ECT系统的控制原理1.普通变速器手动变速过程与程序手动变速过程模拟2.车辆变速过程中的影响因素经济性、动力性、发动机的负荷、路面状况等3.ECT的控制策略

1）预期的控制模式：经济性模式、动力性模式

2）预期的车辆操纵模式：加速、减速

3）相关系统的状况：发动机的负荷、转速、水温等

4）辅助系统的状况：ECT系统自身状况、发动机、空调系统的状况

4）操作的程序与动作。10.1.3ECT系统的换档规律与换档点控制2.典型的换档控制

1）动力型换档规律

2）经济型换档规律

3）普通型换档规律1.换档规律

1）单参数换档规律控制参数：车速

2）两参数换档规律控制参数：车速、发动机负荷

3）三参数换档规律控制参数：车速、发动机负荷、加速度10.1.4ECT系统控制过程1.工作模式确定

P(停车)、R(倒车)、N(空档)、D(前进)、H(高速)、

L(低速)等2.信息集成与传输

3.ECU信息处理并发出控制指令

4.电—液控制系统工作，实施换档过程

10.2液力变矩器液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与手动变速器的的离合器相似。它利用液力传递的原理，将发动机的动力传给自动变速器的输入轴。此外，它还能实现无级变速，并具有一定的减速增扭的功能。

10.2.0液力变矩器直观原理

10.2.1液力变矩器基本结构

1）泵轮：偶合器的主动元件，与曲轴一起旋转。

2）涡轮：偶合器的从动元件，与从动轴相连。主要是工作轮，其包括有泵轮和涡轮。其二者端面有间隙约为3---4mm泵轮叶片与涡轮叶片相对安置，中间有3mm左右的间隙。10.2.2液力变矩器工作原理

泵轮接受发动机传来的机械能，传给工作液，使其动能提高，然后再由于工作液将动能传给涡轮。由于泵轮和涡轮的半径相等的，故当泵轮的转速大于涡轮的转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压，形成压力差，致使工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。1）泵轮与变矩器壳体连成一体

2）内部径向装有许多扭曲的叶片

3）叶片内缘则装有让变速器油液平滑流过的导环1.泵轮2.涡轮1）涡轮叶片的扭曲

2）方向与泵轮叶片的扭曲的方向相反。

3）涡轮中心有花键孔与输入轴相连

1）转速比i：是涡轮转速与泵轮转速之比。2）变矩比K

：

是涡轮输出转矩与泵轮输入转矩之比。3）传动效率：是涡轮输出功率与泵轮输入功率之比10.2.2液力变矩器特性

1.液力变矩器基本特性定义

2）传动效率低速时随涡轮转速增大而增大，而偶合点后传动效率急剧下降

2.液力变矩器基本特性分析

K=1时，涡轮转矩等于泵轮转矩，此时称为偶合点。1）变矩比K随着涡轮转速的减小而增大。

液力变矩器在汽车起步加速时输出更大的扭矩。现代的扭矩转换器能够把发动机的扭矩放大两到三倍。当发动机的转速比变速箱转的快时扭矩转换器能够输出比引擎大的扭矩。高速时，变速箱的速度就渐渐追上发动机的转速。最终两者的速度就很接近。当然最好是相同，若转速不同的话，就有能量损耗。这也就是为什么自动档的车比手动要耗油的原因之一。为了解决这个问题，有些汽车上的扭矩转换器上有一个锁止离合器。当液力变矩器的两半转速相近时，锁止离合器就把它们联起来，这样它们之间就没有滑动。提高了传动效率。10.3行星齿轮传动机构属于自动变速箱内的齿轮组，如太阳系运动状况组成的齿轮。10.3.1行星齿轮系基本结构行星齿轮变速系统是一种常啮合传动，其传动比变换可通过分离与结合离合器或制动器而方便地实现，特别有利于动力换挡或自动换挡。行星齿轮系图片电子控制自动变速器的行星齿轮变速系统一般由双排行星轮或三排行星轮组成，并广泛采用三自由度变速器。1.行星齿轮系结构分解行星齿轮系实物图1.太阳齿轮2.行星齿轮3.齿圈4.行星齿轮架液力变矩器可以将发动机的动力传递给齿圈、太阳轮、行星架三个元件之一。太阳轮齿数：Z1齿圈齿数：Z2行星齿轮系有三种运动：

1.齿圈不转动，太阳轮转动，则行星齿轮、行星架绕太阳轮转动—自转+公转；

2.太阳轮不转动，齿圈转动，则行星齿轮、行星架绕太阳轮旋转—公转；

3.行星架不转动，齿圈转动，则行星齿轮绕轴原地转动—自转，且太阳轮转动。2.行星齿轮系的运动形式和传动比1)若太阳轮输入，行星架输出。则太阳轮带动行星齿轮沿静止的齿圈旋转，从而带动行星架同向旋转。行星架转速比太阳轮慢—减速。传动比：(Zl+Z2)/Zl。

1.齿圈被固定固定2)若行星架输入，太阳轮输出，则与上例相反，输出与输入同向旋转。太阳轮转速比行星架快—加速。传动比：Zl/(Zl+Z2)

ZlZ2

1)若齿圈输入，行星架输出，输出与输入同向旋转。则行星架转速比齿圈慢—减速。传动比：(Z1+Z2)/Z2。2.太阳轮固定

2)若行星架输入，齿圈输出，输出与输入同向旋转。则齿圈转速比行星架快—加速。传动比：Z2/(Z1+Z2)。固定ZlZ21)若太阳轮输入，齿圈输出，则行星齿轮只能自转，输出与输入反向旋转，且齿圈转速比太阳轮慢—减速。传动比：Z1/Z23.行星架被固定2)若齿圈输入，太阳轮输出，输出与输入反向旋转，太阳轮转速比齿圈慢—加速。传动比是Z2／Z1。上述两种情形可以作为倒挡的动力传递路线。1)慢速倒挡2)快速倒挡固定ZlZ24.直接挡若三元件中两个元件被连接在一起转动，则第三元件必然与这两者以相同的转速转动，传动比为1。5.空挡若所有元件均不受约束，都可以自由转动，行星齿轮机构失去传动作用，变速器位于空挡。

除以上六种之外，行星齿轮机构还有两种特殊的工作方式。10.3.2.辛普森行星齿轮系机构分析

辛普森行星齿轮机构，行星齿轮机构共有4个部件，分别为：1.前排太阳轮

——输入太阳轮；2.前排行星架/后排内齿圈

——输入行星架；3.后排太阳轮

——被动太阳轮；4.后排行星架/前排内齿圈

——被动行星架，是动力输出端。

辛普森行星齿轮机构其前、后行星排的太阳轮独立运动；前行星排的行星架与后行星排的齿圈为一体；前行星排的齿圈与后行星排的行星架为一体，是动力输出端。这样，在上述4个部件中，后排行星架/前排内齿圈是动力输出端，所以它既不能驱动，也不能固定。这样，可以驱动或固定的部件只有3个。10.3.3换档执行机构

换挡离合器为湿式多片离合器，由液压来控制其结合与分离，通常由若干交错排列的主从动离合器片组成。行星轮变速器的换挡执行机构包括：

换挡离合器、换挡制动器和单向离合器。

换挡制动器是将行星轮变速器中某一元件(太阳轮、行星轮架或齿圈)固定，使其不能转动，构成不同的动力传递路线，换上不同的挡位，得到新的传动比。换挡离合器和换挡制动器均由液压操纵。

单向离合器的作用是确保平顺地无冲击换挡，内、外圈及两者之间的楔块组成。

1.换挡离合器1.回位弹簧2.输出轴3.卡环4.摩擦片5.钢片6.密封圈7.活塞8.输入轴9.密封圈10.单向阀当控制油液流至活塞缸时，推动单向阀钢球，使其关闭单向阀。活塞克服回位弹簧力的作用将摩擦片与钢片压紧，产生摩擦力。动力从输入轴传递到输出轴。换挡制动器通常有两种形式：2.换挡制动器1.湿式多片制动器2.带式制动器3.单向离合器单向离合器有滚子式（滚柱式）和楔块式两种类型。楔块式单向离合器内、外座圈组成的滚道的宽度是均匀的。用不规则形状的楔块，楔块大端长度大于滚道宽度。在外座圈固定的情况下，内座圈可沿逆时针方向旋转，带动楔块沿顺时针方向转动。若内座圈沿顺时针方向转动，楔块将被卡在内、外座圈之间，单向寓合器内座圈锁止。液力-机械式自动变速器10.4自动换档控制系统的结构与工作原理10.4.1自动变速器电子控制系统电子控制自动变速器一般采用电控液动系统，由于动力源是供油泵和主调压阀，并由其产生液压，因此仍保留液压操纵系统。电子控制系统是将液控液动系统液压操纵装置的换挡控制机构改为电子控制机构，其作用是将车速传感器和节气门开度传感器产生的电信号输入电子控制系统，由电子控制系统经过计算、比较处理后，根据预先编制的换挡程序，确定挡位与换挡点，输出换挡指令，控制电磁阀线圈的通断，改变换挡阀端面的控制液压，导致换挡阀的移动，自动切换执行元件的油路，实现自动换挡。1)节气门位置传感器：提供节气门开度等信号。2)转速传感器：一般有三个转速传感器，提供发动机转速、涡轮转速、输出轴转速。1.传感器电子控制系统组成3)方式选择开关：有经济型、标准型、动力型三种模式。4)空挡起动开关：以便换档。5)超速开关：超速档确认信号。6)停车灯开关和制动开关：确认制动信号，解除“锁止”。1)换挡点控制；2)液力变矩器锁止点控制；3)超速行驶控制；4)发动机扭矩控制；5)自诊断与失效保护控制。2.电子控制单元ECUECT电子控制单元通常与发动机共用。电磁阀有换档电磁阀、变矩器锁止电磁阀、强制降档电磁阀、驻车锁止电磁阀、油压调节电磁阀等。3.执行机构—电磁阀ECU将制信号输送给电磁阀。动力源（油泵）、系统调节压力、冷却润滑系统等。10.4.2液压操纵控制系统换档过程1．液压动力系统2．液压操纵控制系统自动变速器液压系统有液压式和电控液压式两种类型。控制机构由主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统和缓冲安全系统组成。这些系统都由液压控制阀及相关油路构成。

控制阀体是液压系统的控制中心。

主油路系统控制主油路的油压。在不同挡位下，主油路应具有不同的压力。主油路系统将动力源提供的油液的压力准确调节到所需值后再输入主油路。

换挡信号系统测量汽车行驶过程中发动机的负荷与行驶车速的大小，并转换成压力信号引至换挡阀系统。

换挡阀系统根据驾驶员操纵信导（选挡操纵手柄的位置）和换挡信号系统输送的信号接通油道，使执行机构产生相应动作。

缓冲安全系统的主要作用是保证换挡平顺性和舒适性。10.5无级变速CVT

变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。金属带结构图

CVT最大的特点就是无级控制输出速比，其变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，例如奥迪的multitronic可以在2.400到0.395之间连续变化。

CVT变速箱行驶中带来行云流水的感觉，没有了换档的顿挫感，乘员感觉不到换档时的冲击力，动力衔接连贯。奥迪multitronic无级变速箱结构图

CVT它的内部并没有传统变速箱的齿轮传动结构，而是以两个可改变直径的传动轮，中间套上传动带来传动。10.5.2CVT的基本结构与原理CVT的基本结构金属带结构图CVT的基本原理基本原理是将传动带两端绕在一个锥形传动轮上，传动轮的外径大小靠油压大小进行无级的变化。起步时，主动传动轮直径变为最大直径，而被动传动轮变为直径最小，实现较高的传动比。随着车速的增加和各个传感器信号的变化，电脑控制系统来断定控制两个传动轮的控制油压，最终使传动轮直径发生连续变化，从而在整个变速过程中达到无级变速。目前最高科技的代表—电控式无级变速箱ECVT（ElectronicContinuouslyVariableTransmission），就是由计算机控