《传动系的电子控制》PPT课件.ppt

汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,第五章 传动系控制,5.1 概述变速器+前后、左右动力分配系统动力分配系统转向特性、行驶稳定性重点：自动变速器控制低油耗、舒适性传动系=液力变矩器偶合器+齿轮驱动系齿轮驱动系=多片式离合器、制动器+单向离合器+行星轮系电子控制器ON/OFF或线性电磁阀离合器制动器结合分离变速目的：降低频繁的变速操作液力偶合器使经济性恶化锁止机构和超速驱动来解决变速冲击小、操作异样感少的变速点控制。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,电子控制技术在变速点的自由设定、锁止离合器的滑动控制、与发动机的协调控制更加容易变速冲击小、更加圆滑和低油耗效果。5.2 传动系控制目标低油耗化离合器锁止虽然是降低油耗的有效方法，为了进一步降低油耗，将离合器锁止范围扩展到发动机更低转速，这势必造成震动和紧急制动时发动机熄火。因此，有必要对液力偶合器的输入输出轴的转速差及离合器的结合分离进行更加精细的控制。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,一般情况下，若发动机以较低转速运转，能降低摩擦损失和泵气损失降低油耗。但变速点的选择对加速性能、节气门开大时的加速感、耗油量及噪声有影响，也是决定车辆性格的主要要素，不能仅从低油耗的要求确定变速，还应该综合驾驶员的操作和运行环境等情报。舒适性由于发动机和车辆的力学约束所引起的变速冲击是所有变速器共同的问题。换高速档位时，发动机因转速降低而失去能量，该能量用来使车辆加速；换低速档时，车辆的动能转换为,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,发动机能量而减速，如果在短时间进行变速，车辆将承受强烈的加减速冲击。为了减轻变速冲击，有必要将摩擦要素的结合控制；利用线形电磁阀对油压的精密控制；变速时锁止的解除和发动机的控制进行协调的转矩控制。5.3 自动变速器控制系统电子控制的目的是根据驾驶员的操作、路面滑动及坡度等运行环境，对应发动机暖机状况及转速等，使变速及锁止动作最优化，以达到经济地舒适运行。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,电子控制自动变速器的控制系统,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,滑动控制由于发动机转矩变动的原因，将锁止区域向更低转速扩展比较困难，但通过对输入输出轴间的滑动率进行控制，可降低低转速的油耗57%变速控制变速根据车速和节气门开度所决定的变速曲线进行，电子控制自动变速器通过具有多个变速特性的变速模式选择开关让驾驶员选择所希望的变速模式，同时检测加速踏板全开位置的进一步踏下，来判断驾驶员的变速意图。,5.4 传动系控制逻辑,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,减轻变速冲击,离合器接合和分离的正时控制与变速状态相应的最佳接合油压与发动机协调控制，变速时减小发动机瞬时转矩。多段变速化,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,5.5电子控制自动变速器(ECT),1.由机械系统、液压系统、电气控制系统等三大部分组成。它是通过电子控制系统自动控制各液压(或气压)阀门的通断，并通过执行器改变变速齿轮的工作状态来实现自动变速的。2.自动变速器的类型:按变速器换挡操作的自动化程度分，有半自动变速器和全自动变速器。按控制方式分，有液力控制式(AMT)和电子控制自动变速器(EAT)。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,按照动力传递的方式分,有：液力式、气压式、电磁式和机械式等不同形式。液力式又可分为动压式(液力耦合式和液力变扭式)和静压式两种。按变速是否连续分为无级自动变速器和有级自动变速器。有级式自动变速器根据前进挡位的数量可分为2挡、3挡、4挡自动变速器。现在的自动变速器一般分为4个前进挡，4挡即为超速挡。按齿轮变速器部分的结构可分普通齿轮式和行星齿轮式两种。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,2.电子控制式自动变速器组成与原理,一、基本组成：液力传动装置、辅助变速装置和自动变速控制系统 液力传动装置液力传动装置有液力耦合器和液力变扭器，现代自动变速器液力传动装置都采用液力变扭器。变扭器安装于发动机飞轮上，它通过液力传递动力，并可在一定的范围内实现减速增扭和无级变速。辅助变速装置,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,有行星齿轮式和平行轴齿轮式两种，一般为4个前进挡、1个倒挡。齿轮变速器与液力变扭器相配合，就形成了更大范围内的无级变速。自动变速控制系统 液力控制式通过节气门阀和调速器，将自动变速控制信号节气门开度和车速转变为相对应的控制油压来控制换挡阀的动作，实现自动变速；电子控制式则是将节气门传感器和车速传感器的电信号，输入到电脑，由电脑确定换挡时机，输出换挡电信号，控制换挡电磁阀动作，再通过换挡阀和换挡执行机构实现自动换挡。电子控制自动变速器的控制过程如图2所示,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,二、液力变扭器,其基本元件通常由三轮(泵轮、涡轮和导轮)组成，如图3所示。只有泵轮和涡轮的液力传动机构称为液力耦合器，其输出转矩与输入转矩相等。加了导轮后，作用在涡轮上的转矩是变扭器输入转矩和导轮对液压油的反作用转矩之和，即起到了增扭的作用。比较流行的设有锁止离合器，到一定车速时，锁止离合器接合，泵轮涡轮连成一体，消除了其间的小量滑差，从而提高了传动效率。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,三、行星齿轮变速器,行星齿轮之间，通过选择不同离合器的接合，形成不同的传动组合来获得不同的传动比。见表2 四、自动变速控制系统 由电子控制系统和液压控制系统两部分组成。液压部分有调节压力的液压调节装置和控制换挡执行元件及变扭器锁止离合器工作的液压控制装置。手动阀是一个多位换向阀，由变速器操纵手柄控制，用于设置自动变速器的工作状态。有两柱式和三柱式两种。换挡阀是一个由换挡电磁阀控制的二位换向阀。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,当需要换挡时，由电磁阀提供的控制油压控制其滑阀移动，把要工作的换挡执行元件与主油路接通，使其建立液压而进人工作，而将不工作位执行元件的油路与泄油孔接通，使其泄压而停止工作。见图104个前进挡换挡控制举例：一个二位换挡阀只能控制相邻两挡之间的变换，因此，4个前进挡的自动变速器就有3个换挡阀，3个换挡阀的控制方式有两种：三电磁阀控制方式(即每个换挡阀都单独用一个电磁阀来控制)；二电磁阀控制方式。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,电磁阀通电情况和变速器所处的挡位见表 锁止离合器控制阀，一般由液压控制阀和电磁阀组成，有开关式电磁阀和脉冲式电磁阀。电子控制系统的基本组成如图4-13所示1.传感器与控制开关1)车速传感器2)节气门开度传感器 3)变速器输入轴转速传感器 4)变速器液压油温度传感器 5)超速挡开关(OD)6)模式选择开关:经济、动力、标准,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,7)保持开关8)挡位开关9)降挡开关 2.电子控制器(ECU)：自动变速器电子控制器(ECU)是自动变速器电子控制系统的控制核心，它根据各个传感器及控制开关的信号和其内部设定的控制程序，通过运算和分析，向各个执行元件输出控制信号，从而实现对自动变速器的控制。控制内容主要有如下,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,1)换挡控制：在前进挡位时进行自动换挡控制是自动变速器电脑的最基本的控制内容。自动换挡控制就是要在汽车的行驶过程中，选择最佳的时刻换挡以使汽车的动力性和经济性最佳。过程见图172)主油路液压油压力控制 节气门开度变化时对主油路油压的控制是主油路油压的最基本的控制。挡位变化时对主油路油压的控制 液压油温度变化时对主油路油压的控制，包括低温油压修正和温度过低油压修正控制。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,3)自动模式选择控制 当操纵手柄在前进D挡时，电脑根据加速踏板踩下的速率(节气门开启速率)来确定换挡模式。当操纵手柄在前进低挡(S或L挡)时，电脑只选择动力模式。当操纵手柄在前进D挡，电脑处于动力模式，一旦节气门的开度小于18，电脑就立即由动力模式转换为经济模式。4)锁止离合器控制 5)发动机制动控制 6)发动机转速与转矩控制,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,5.6无级变速(CVT)电子控制系统,CVT是英文“Continuous Variety Transmission”的缩写，即连续变速器。下面介绍V带无级变速传动。无级变速传动的主要优点是：1)最好的燃油经济性和最低的排放污染 2)无级变速传动操作方便性和乘坐舒适性均好，其传动效率却远高于带有液力传动的有级式自动变速器。3)无级变速系统可使发动机工作稳定4)能最好地协调汽车的外界行驶条件与发动机负荷，充分发挥发动机的功率潜力。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,变速原理：变速部分由主动带轮(也称初级轮)、V带和从动带轮(也称次级轮)所组成。当主动带轮的半径r1处于最小半径(两个半轮之间的轴向距离最大)，从动带轮的半径r2处于最大半径(两个半轮间的轴向距离最小)时，传动系统所形成的传动比最大，相当于低档行驶状态。结构如图24，变速过程见图25。无级变速传动的关键部件V带主要是采用钢带(图26),汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,2无级变速传动系统的组成一般无级变速机构所形成的传动比的变化范围在4.690.44，在其后面需增加主减速器，在其前面一般还要配有如电磁离合器，或带锁止离合器的液力变矩器，或机械式变速机构以及为实现前进和倒车的“正倒机构”等，以满足汽车使用的实际需要。图27所示为采用V带传动与液力变矩器相组合的无级变速器，图28所示为与电磁离合器相组合的无级变速器结构，两者均用于前轮驱动汽车。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,二、无级变速传动的控制系统,1控制系统的组成图29所示为普通的控制系统。包括电磁离合器的控制和V带变速控制。变速比由发动机节气门信号和主动带轮转速所决定，ECU根据发动机的转速、车速、节气门位置、换档控制器(一般仅有P、R、N、D选择)信号控制电磁离合器，以及控制V带轮上液压伺服缸的压力，实现无级变速。一般在最高传动比(低档)时控制压力最大，约2.2MPa；在最低传动比(高档)时的控制压力最小，约0.8MPa。由于传动比的改变仅受节气门和主动带轮转速的控制，因而控制的灵活性受到了限制。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,图30所示为利用主、从动带轮转速，以及发动机节气门作为主要输入控制信号，控制电磁离合器、带轮油压和传动比的电子控制无级变速控制系统，其控制的灵活性得到了增强。2控制方法 图31所示是以发动机的输人转速作为反馈信号，以节气门开度等作为控制输入信号，来控制V带轮的压力、调节传动比的闭环电控无级变速传动控制系统。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,3无级变速传动的工作特性,工作特性如图32所示。当换档控制器在“D”的位置，发动机处于怠速工况，前进档离合器刚刚接合产生较小的牵引力(1)点，汽车处于蠕动状态。轻轻使油门开启，离合器全部接合，汽车开始以较小的速度向前行驶(2)点。如果进一步踩下油门踏板，电子控制系统根据发动机的转速、车速和驾驶员的选择，控制带轮得到不同的转速比而使汽车加速。最小的发动机固定油门开度时传动比最大(低档)，对应于发动机转速约为1700rmin(3)点，车速约为65kmh。如果油门开度再增大(4)点时，发动机转速增高，传动比减小。若全部踩下油门，可以快速加速，发动机转速达到约4500rmin(5)点，并保持发动机转速直到获得较高的车速。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,如果发动机转速仍然增加，变速系统将继续减小传动比(升档)到最高档，直到获得最大车速(6)点，此时发动机转速约5000rmin，车速约140kmh。部分地减小油门开度，传动比变化到小于 1，发动机转速有所下降，接近与汽车巡航行驶时的转速(7)点。再进一步减小油门时，控制系。统使传动比达到最小，可使发动机处于制动状态(8)点。再次增大油门则引起降档(9)点，以便得到更大的牵引力来加速，实现超车。当行驶在下坡或弯曲道路上时，通过控制传动比可以最大限度地利用发动机进行制动(10)点，此时发动机的转、速变化范围为 30004000rmin，而车速约在25135kmh范围内变化。图32所示电控无级变速传动系统具有理想的恒功率输出，输出转矩与车速成反比。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,5.7 电控机械式自动变速器,由传统的机械变速器加上微机控制实现自动操纵而成，它除具有一般自动变速器所具有的操纵方便、动力性、经济性好，驾驶舒适，行驶安全等优点外，还具有：(1)部件成熟(2)传动效率高。(3)采用微机控制，易于实现复杂的智能化控制。一、电控机械式自动变速器的组成与原理电子控制的发动机、干式离合器和机械变速器组成的系统，它保持原发动机、离合器和变速器总成，仅少量改变了操纵系统,如图33所示。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,电子控制单元()传感器(1)车速和变速器输入轴转速传感器：(2)发动机转速传感器：(3)加速踏板和节气门开度传感器(4)离合器行程传感器：(5)挡位开关：(6)选挡范围开关与换挡规律开关：(7)温度与压力传感器：,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,3.执行机构(1)离合器控制(2)变速器控制(3)节气门执行机构(4)坡道平稳起步装置二、最佳换挡规律是指变速器的换挡时刻随控制参数而变化的关系。普通手动变速器的“换挡规律”就是凭驾驶员的主观技术经验，而自动变速器为采用最佳换挡规律创造了前提。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,最佳动力性换挡规律反映动力性的从原地起步连续换i挡的加速时间T为 最佳燃油经济性换挡规律 aqun4+bqun3+cqun2+dqun+e=0解出此式的根un，即为加速时保证车辆最佳燃油经济性的相邻两挡n与(n+1)之间的最佳换挡点车速。同理，可求出其他油门开度及挡位的最佳换挡点车速。,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,三、五十铃重型汽车机械式自动变速器,(1)变速器控制 升挡：a)按换挡规律作出升挡的判断；b)换入新的挡位后，行驶阻力低于该挡的驱动力。降挡：a)按换挡规律作出降挡的判断(强制降挡)；b)按现用挡位比较行驶阻力高于汽车驱动力，且在换挡后发动机不得超速运转。换挡实例如图所示。(2)离合器的控制,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,a)离合器接合的起始点记忆 b)汽车起步及换挡时的离合器控 c)离合器的分离控制(3)发动机控制 a)启动发动机 b)加速控制c)换挡期间的发动机控制(4)坡道起步辅助控制(HSA)(5)控制的优先级别,汽车电子控制技术,重庆大学机械学院车辆系 张伟,(6)紧急控制器 a)与主控制器通讯的功能 b)紧急情况下的自动驾驶功能(7)选挡杆 有R、N、D、5、4、3、2、1等8个位置(8)电子控制器有两个控制器：主控制器和紧急控制器其框图如图5-46和5-47所示。,