1、北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER4 自動變速系統的電子控制 CHAPTER4.1 概述自動變速箱分類：有級變化和無級變化傳動比兩種。有級傳動比變速箱的變速控制，也稱為換檔控制，傳動比可以連續無級變化的變速箱，稱為無級變速器（CVT）一、變速控制的目標經濟性或動力性最佳AGFHD：最經濟油耗曲線JIDC：發動機輸出轉矩最大 （動力性最好）北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1 二、自動變速的類型 自動變速就是根據汽車的行駛狀態，變速箱自動選擇與發動機相匹配的檔位。 第一臺自動換檔的變速箱于1940年在美國出現，60年代后期，美國轎車已普遍使用，92年美國自動

2、變速箱的裝車率達87%。自動變速箱優點：操作簡單，對駕駛技術要求低，提高安全性；充分發揮動力傳動系統的性能；換檔平穩，提高舒適性和方便性，減少動力傳動系統的沖擊，發動機工作平穩，有利于減少污染排放。自動變速箱缺點：技術要求高，結構復雜、加工難度大，成本高，加速性和經濟性受影響。自動變速的類型：液壓自動變速（AT）、電液自動變速（EAT）、機械自動變速箱（AMT）、無級變速（CVT、ECVT）北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1 三、各類自動變速箱的特點1.電控液壓自動變速器（EAT） 優點 國外有成熟技術，廣泛應用在各種類型的汽車上。 缺點（1）制造工藝復雜，制造成本高，

3、投資規模大（2）油耗大，經濟性差（3）機構復雜，修理困難，維修成本高（4）必須使用指定的耐高溫液壓油（5）國內沒有自主開發能力北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1三、各類自動變速箱的特點2.電控無級變速器（ECVT） 優點 真正無級變速，重量輕，體積小，零部件少，運行效率高，油耗低。 缺點（1）技術含量高，國內基本沒有研究基礎（2）制造復雜，成本高，關鍵零部件必須完全依 賴進，投資規模大（3）傳動帶壽命短，易損壞，維護成本高（4）只適合用于中小排量汽車北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1三、各類自動變速箱的特點3.電控機械自動變速器（AMT） 優點

4、（1）機械變速器生產制造技術非常成熟，可以充分利用現有機械變速器生產設備等各種資源，生產繼承性好，投資少，見效快； （2）生產成本遠低于上述兩種類型變速器，具有明顯價格優勢，特別適合經濟轎車使用； （3）可以方便實現手動/自動兩種模式轉換，可同時滿足追求駕駛樂趣追求和駕駛舒適性的車主的需求； （4）傳動效率高，油耗低，經濟性好； （5）結構簡單，體積小，重量輕； （6）工作可靠，故障率低，維修容易，維修費用低； （7）可以廣泛應用于各種類型的車輛； （8）換檔性能可以達到與電控液壓自動變速器的性能持平。 缺點 （1）換檔效果不如電控無級變速器； （2）換檔過程需要切斷動力北京航空航天大學 汽車

5、工程系 徐向陽四、變速控制系統的輸入信號與執行機構1、油門與車速信號 最基本的輸入控制信號，分別由油門位置和轉速傳感器產生。油門位置傳感器：信號一般連續變化，也有在怠速和全油門之間設幾個電壓信號點。轉速傳感器：電磁型，安裝在變速箱的輸出軸。CHAPTER 4.1北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.12、換檔電磁閥功用：將電子控制信號轉換為液壓控制信號，實際是電控液壓換向閥原理：接受ECU的控制指令，通過電磁鐵的開（通電）與關（斷電），驅動液壓換向閥，實現液壓油路的通與斷，從而控制自動變速箱中換檔離合器或制動器的結合或分離，完成升檔或降檔操作。分類：二位二通電磁閥和二位三通電

6、磁閥 北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.13、電液比例壓力控制閥功用：控制輸出壓力的大小，可用于換檔離合器充油壓力的控制原理：由比例電磁鐵控制一個雙邊節流閥組成，其輸出的控制壓力與輸入的控制電流成比例關系，電流大小的調節，通過調整電磁開關信號的占空比實現。作為換檔離合器壓力控制所采用的電液比例控制閥，最大控制壓力通常在3MPa以下，控制電流小于100mA。實例：福特公司AOD-E自動變速箱用電液比例控制閥北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.14、脈寬調制電磁閥功用：高速響應的二位二通電液換向閥（響應時間在34ms之間），控制壓力小于3 Mpa，可用于直

7、接控制離合器或制動器（通過控制閥的流量較小時），或和換檔閥組合進行控制（流量大時）原理：控制輸出壓力，隨控制輸入與電磁鐵電信號的占空比成比例變化關系。占空比為0時，進油口全閉，0壓輸出，占空比為100%時，輸出壓力最大北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.15、離合器與制動器功用：通過離合器和制動器等摩擦元件的結合與分離，實現升檔或降檔操作。分類：離合器-閉鎖離合器（液力變矩器用）和換檔離合器 制動器-片式制動器（與離合器相同，被動邊固定，重型車）和帶式制動器（輕型車）單向閥型常通空型北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽五、換檔品質與控制規

8、律1、換檔平穩性評價指標：沖擊度（jerk），汽車縱向加速度的變化率CHAPTER 4.1可見，沖擊度可表示為變速箱輸出軸上的轉矩變化率，即轉矩的波動直接影響換檔的平穩性。對于有級式變速箱，換檔過程都是由于不同轉動慣量的旋轉角速度發生變化而帶來的轉矩沖擊過程，轉矩沖擊越小，則換檔過程越平穩，換檔品質越好北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1引起換檔沖擊的原因：（1）換檔機構動作的時序匹配 存在離合器或制動器分離與結合時序上的重疊或間斷。（2）慣性能量所引起的沖擊 升檔，發動機轉速下降，慣性能量釋放，并轉換成轉矩擾動傳給車體，形成換檔沖擊，降檔，則轉速突升。（3）摩擦力矩的變

9、化 摩擦力矩主要與摩擦系數和油壓有關，它們在離合器結合和分離過程中都是變化的。減少換檔沖擊的措施：緩沖控制，通過控制油壓的變化，對換檔過程結合與分離進行特殊控制，控制換檔品質北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽2 2、油壓的緩沖控制、油壓的緩沖控制 油壓上升過程分5個階段：（1）充油開始（線段12）（2）初始升壓階段（線段23） 快速充油階段（3）自由行程（線段34）（4）升壓結合階段（線段45）（5）充油結束（線段56）CHAPTER 4.1北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽3、換檔緩沖控制方法主要有三種方法：使用液壓緩沖控制閥、電液比例控制閥、脈寬調制電磁閥（1）使用液壓緩沖控制閥d發動

10、機油門開度液壓信號H回油口G回油路C通離合器CHAPTER 4.1北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1（2）電液比例電磁閥控制 通過調節輸入到比例電通過調節輸入到比例電磁閥的開關電信號的占空比磁閥的開關電信號的占空比來實現輸出壓力值大小的任來實現輸出壓力值大小的任意調節，控制離合器平穩結意調節，控制離合器平穩結合與分離。可實現閉環控制合與分離。可實現閉環控制（3）脈寬調制電磁閥控制 ECUECU通過控制占空比在通過控制占空比在0100%0100%之間變化，來控制電之間變化，來控制電磁鐵的快速開和關的周期，磁鐵的快速開和關的周期，從而可以得到不同的控制壓從而可以得到不同的控

11、制壓力。利用轉速反饋來控制離力。利用轉速反饋來控制離合器主、被動邊的轉速差，合器主、被動邊的轉速差，即相當于通過控制離合器的即相當于通過控制離合器的結合與分離的壓力來控制滑結合與分離的壓力來控制滑磨速度，從而得到良好的換磨速度，從而得到良好的換檔品質檔品質北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.14、自動換檔控制規律 自動變速的控制參數：車速、發動機油門、發動機轉速、液力變矩器渦輪轉速、汽車加速度等 自動換檔點隨控制參數的變化規律稱為換檔規律。按照參與換檔控制的參數，目前主要有：單參數和雙參數兩種。單參數換檔規律：參數可是油門開度、車速或發動機轉速。結構簡單，動力性經濟性難以兼

12、顧；雙參數換檔規律：控制參數一般為車速和發動機油門。控制相對復雜，但可選擇最優的動力性或經濟性進行換檔或兩者兼顧。換檔延遲：自動變速的降檔點比升檔點晚。作用：（1）保證換檔的穩定性；（2）有利于減少循環換檔；（3）駕駛員可以干預換檔；（4）通過改變換檔延遲，可以改變換檔點，以適應動力性、經濟性等方面的不同需要。北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.1換檔規律：等延遲型、收斂延遲型、發散型和組合型。等延遲型：換檔延遲與油門無關。單參數換檔規律中常用，換檔次數少，主要用于城市公共交通車輛收斂延遲型：換檔延遲隨油門信號增大而減少。大油門動力性好，小油門減少換檔次數，可改善經濟性。用

13、于常在大油門工作的重型汽車上。發散型：換檔延遲隨油門信號增大而增大。適用于行駛阻力不大，經常在小油門下工作的輕型汽車。組合型：不同油門下得到不同的換檔規律。汽車上實際采用的都是組合型動力性換檔規律（P或S）經濟性換檔規律（E）北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.2 電液自動變速控制 一、系統組成 離合器、制動器取代手動變速箱的滑動齒套和同步器等；電液換檔機構取代手動變速箱的手動連桿操作機構。 北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.2ECUECU的輸入與輸出信號關系的輸入與輸出信號關系選檔控制器：手柄式、臺式（按鍵式）和拉桿式。北京航空航天大學 汽車工程系

14、徐向陽CHAPTER 4.2二、換檔方法1、電液換檔控制電液換檔控制是通過電磁閥控制液壓油來驅動換檔閥，實現升檔或降檔。二位二通電磁閥控制二位三通換檔閥實例二位三通電磁閥同時控制兩個離合器實例北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.22、換檔閥邏輯控制通常采用串聯或并聯兩種液壓油路控制邏輯（1）并聯控制 分別由一個換檔電磁閥控制一個檔位的換檔閥，所控制離合器的分離不受其他檔位影響。特點：通用性強，增加或減少檔位方便，需ECU來保證防止掛雙檔和順序換檔（2）串聯控制 同一時刻只能結合上一個離合器，從油路邏輯上防止了掛雙檔的可能。增加或減少檔位都需重新設計換檔閥，通用性差，順序換檔

15、也需ECU保證。北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.2三、液力變矩器的閉鎖控制 EAT均采用帶閉鎖離合器的液力變矩器，有解鎖工況（液力傳動工況）和閉鎖工況（機械傳動工況）兩種工作狀態。 轎車上常用的帶閉鎖離合器的液力變矩器，由二位二通電磁閥、閉鎖閥、離合器壓力調節閥組合完成解鎖與閉鎖控制過程。 液力變矩器的閉鎖與解鎖和換檔過程相似，通過控制閉鎖離合器的緩慢結合，來改善閉鎖與解鎖品質。 北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.2 在換檔期間為了減少換檔對動力傳動系統的沖擊，需要進行解鎖控制，通過控制換檔控制閥啟閉的時序來實現。北京航空航天大學 汽車工程系 徐向

16、陽CHAPTER 4.3 手動換檔變速箱的電子控制 換檔控制過程模擬駕駛員的操作，具有電液自動變速箱的優點，又保留了手動機械式變速箱效率高、易于控制、生產工藝成熟、成本低等優點。目前主要應用在中、重型汽車上。一、系統組成 換檔控制器、ECU、離合器控制、選檔與換檔控制機構、發動機油門控制機構、傳感器及電源組成。北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.3二、離合器控制 ECU控制M1和M2通電，實現離合器分離操作；通過聯合控制M1M5，推動伺服缸向左移動，實現離合器的結合操作。 離合器的結合分三個階段：無轉矩傳遞區（AB）、轉矩傳遞區（BC）和轉矩不再增長區（CD）。北京航空航天

17、大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.3離合器分離結合控制要點：1、部分結合點檢測B點部分結合點。檢測方法：當換檔控制器在空擋位置時，啟動發動機時檢測此點位置，并存于ECU的存儲器中。2、起步和換檔時的離合器控制通過確定油缸行程和速度的最優控制規律來控制離合器的結合。控制參數包括：（1）反映駕駛員意愿的信號-油門踏板的壓縮量（2）反映汽車運行狀態信號-發動機轉速、變速箱輸入軸轉速、離合器傳遞轉矩特性。慢起步：利用油門踏板操作來控制離合器的結合正常起步：利用發動機轉速、和變速箱輸入軸轉速來控制離合器的結合北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.33、制動時離合器控制普通制動

18、：ECU控制離合器保持結合，直到發動機達到怠速，以利用發動機制動緊急制動：立即分離離合器，以防止發動機熄火三、換檔與選檔控制 利用兩組液壓控制油缸：選檔控制油缸和換檔控制油缸實現，為保證正確選檔和換檔，利用傳感器檢測兩組控制油缸活塞桿的位移來確定其工作位置北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.3升檔和降檔的控制策略：直接利用動力傳動系統的牽引特性曲線，按以下原則來進行1、升檔 僅以下兩個條件同時滿足時：（1）通過換檔控制規律判斷，滿足升檔條件；（2）比較新檔位的行駛阻力和牽引力，牽引力大于行駛阻力2、降檔 滿足以下兩個條件中的一個：（1）通過換檔控制規律判斷，滿足降檔條件；（

19、2）當前檔位牽引力小于行駛阻力北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.3四、油門控制 與發動機控制形式有關。發動機沒有采用電子控制，需增加一套控制發動機油門的機構，一般采用步進電機。控制中應考慮：（1）發動機啟動工況：步進電機有足夠驅動轉矩（2）發動機油門控制：根據油門踏板的壓縮量和所要結合的檔位來確定并控制油門的開度；（3）換檔過程中發動機的控制：通過油門調整發動機轉速，以便換檔平穩發動機采用電子控制：通過傳動ECU與發動機ECU進行通訊，或采用動力總成總體ECU控制北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.4 無級變速的電子控制（ECVT）一、CVT的基本概念

20、 理想的汽車變速箱應該是 具有無級變化的傳動比：V形帶傳動（輕型車，發動機輸出功率在40120kW）、液壓傳動和液壓機械傳動（重型車）1、CVT變速原理（1）CVT傳動的優點無級變速傳動能使發動機工作在最高效率區，達到最佳的燃油經濟性。主要優點： 最大的燃油經濟性和最低的排放污染。 集電子控制有級自動變速箱操作方便性與舒適性和手動變速箱的高效率優點 可控制發動機的轉速在最小的范圍內變化，而使車速在較寬范圍內變化 能最好地協調汽車外界行駛條件與發動機符合，充分發揮發動機的功率潛力，北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.4（2）變速原理變速部分構成：主動帶輪（初級輪）、被動帶輪（

21、次級輪）和V形帶變速原理：兩個帶輪軸距不變，V形帶長度不變，改變半輪間的軸向相對位置。北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.4V形帶：采用鋼帶，由一層層帶有V形斜面的金屬片通過柔性的鋼帶組成，靠V形金屬片傳遞力，柔性的鋼帶只起支撐與保持作用。上帶為緊帶，下帶為松帶。2、CVT變速系統的組成 一般無級變速的傳動比為4.690.44，故其后需要加主減速器，其前需配合電磁離合器或帶閉鎖離合器的液力變矩器，或機械式變速機構以及實現前進和倒車的“正倒機構”北京航空航天大學 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 4.4二、CVT的控制系統1、控制系統組成 普通CVT電子控制系統： 電磁離合器控制：根據發動機轉速、車速、油門位置、換檔控制器信號 V帶變速控