【检修知识】电子把持主动变速器

本篇文章9345字，读完约23分钟

电子控制自动变速器 一、前言 汽车自动变速器是指自动改变传动比，调节或changing/きだよよ0/动力输出性能，经济方便地传递动力，更好地满足外部负载和路况的需要。自1939年通用汽车公司首次将自动变速器应用于汽车以来，自动变速器发展迅速。特别是在电子技术和微处理器应用于换挡之后，人们长期追求的目标——自动变速器技术进入了一个全新的快速发展时期。从1981年开始，美国和日本的一些汽车公司相继研制出各种微机控制的自动变速系统，如电控液力变矩自动变速器、电控多级齿轮变速器等。日本丰田公司生产的电控变速器(ect)首次应用于豪华皇冠轿车。这种微机控制四速变速器的优点是:能保证最佳的换挡规律，达到良好的换挡精度，获得良好的燃油经济性和满意的动力性，减少污染；换挡灵活，换挡过程平稳，无冲击和振动，换挡品质好，驾驶舒适，换挡动作准确及时；控制系统工作稳定可靠，能在高低温、强湍流、冲击振动、强磁场和电子干扰下正常工作；驾驶员可以干预自动换挡，以适应复杂的交通状况和地形条件；控制系统具有自动纠偏和高灵敏度的自诊断功能；操作简单，在交通繁忙时能大大提高车辆的安全性和可靠性。基于以上原因，自动变速器在轿车、客车、大型客车、越野车、重型拖拉机上得到了广泛应用，装载率迅速提高。特别是在美国、日本、德国等国家生产的汽车中，电控变速器的比例越来越大。当然，电控自动变速器与手动挡变速器相比也存在结构复杂、零件精度高、制造难度大、成本高、维修技术复杂、传动效率低等缺点。 目前电控自动变速器发展的主要特点是实现一机多参数多规则控制，并在此基础上将控制变速器的微机和微机controlling/きだよよ0/结合在一起，实现其综合控制。所谓一台发动机由单台微机控制，多参数是指输入微机的控制参数的多样化，即控制参数不仅有as/きだよよ0/转速、车速、节气门开度等信号，但也有信号reflecting/きだよよよよ
12多规则意味着控制微机同时存储多种换档规则，如最佳经济和动态换档规则等。，驾驶员可以根据需要调用相应的规则，实现最优的换挡控制。所谓综合控制就是while/きだよよ0/和变速器微机处理信号，点火时间of/きだよよよよよよよよよよ
1 图1-1综合控制框图 1-发动机;2-自动变速器；3-发动机控制信号；4-变速控制信号；5-发动机控制微型计算机 6-发动机控制信号；7-发动机速度状态控制信号；8-用于变速控制的微型计算机；9-发动机和速度变化 控制单元ecu；10-节气门位置传感器；11-速度传感器(变速器中)；12速传感器 (在车速表中)；13-水温开关；14档变速模式选择开关；15-空档启动开关；16-停车灯 开关；17档变速控制开关 其次，为了提高传动效率和燃油经济性，电控自动变速器一般采用锁止式液力变矩器。为了减轻质量，缩短动力传递路线，在前置/前轮驱动汽车(ff)中，通常将自动变速器与驱动桥集成在一起，形成自动驱动桥。为了拓宽传动范围，减小传动比区间，自动变速器正在向多挡发展，四挡变速器已经成为轿车的标准结构，五挡自动变速器也已经投放市场。为了使用和维护的方便，控制系统的诊断功能不断增强。另外，世界各大汽车公司对CVT的研究都很积极，估计电控CVT会在短时间内应用到现代汽车上。 二、电控自动变速器的组成 电子自动变速器通常由五部分组成:液力变矩器、行星齿轮传动系统、换档执行器、液力自动控制系统和电子控制系统。图2-1是汽车四速自动变速器的典型结构图。 图2-1四速自动变速器的结构 1.液压扭矩变换器 变矩器是电控自动变速器不可或缺的核心部件。它可以连续自动地将扭矩从输入轴传递到输出轴。它是一种典型的液压传动装置。目前，由泵叶轮、涡轮和导轮组成的单级集成液力变矩器广泛应用于汽车上(图2-2)。其优点是结构简单，运行可靠，性能良好。液力变矩器实际上是一种液力自动变速器，可以自动连续不断地改变扭矩。除了上述三个主要部件之外，一些变矩器还具有锁止离合器。锁止离合器位于汽轮机的前部，它是由液压直接控制的全自动离合器。它的工作由计算机控制系统控制，即计算机控制系统根据the/きだよよよよよよよよよよよよよ
1242424输入的信号控制电磁阀 图2-2液力变矩器的组成 变矩器加注自动变速器油，自动变速器油由供油泵提供。供油泵还恒压定量地为自动变速器各系统提供工作液，完成扭矩传递、控制、润滑、冷却等任务。供油泵通常由变矩器泵轮套筒的卡爪驱动。 液力变矩器具有自动适应和变矩能力，其主要工作特点是变矩比k(k=涡轮输出转矩/泵轮输入转矩)随着涡轮转速和泵轮转速的相对变化而变化(泵轮转速等于to/きだよよ0/转速)，即随着速比i(i=涡轮转速/泵轮转速)的变化而自动无级变化。当车速低时，变矩器可以输出大扭矩，但当车速高时，它可以利用联轴器的高效率。因此，它结合了液压元件的双重优点，被称为集成变矩器。这个特性正好适合汽车行驶阻力变化的特点。 2.换档系统 液力变矩器虽然可以传递和increase/きだよよ0/扭矩，但是扭矩比不大，转速范围不宽，远远不能满足汽车使用工况的需要。因此，在变矩器后面安装一个辅助传动装置——齿轮传动系统，多为行星齿轮传动系统或平行轴(定轴)齿轮传动系统，以进一步增大扭矩，扩大其变速范围。行星齿轮传动系统是一种常啮合传动，其传动比可以很容易地通过离合器或制动器的分离和组合来实现，特别适用于动力换挡或自动换挡。控制电子自动变速器的行星齿轮传动系统一般由双排星轮或三排星轮组成，三自由度变速器应用广泛。图2-3是双排星轮变速器的示意图。变速器在同一轴上有前后两个单排星轮。两排行星轮由一个共同的空心太阳轮连接，太阳轮与两排行星轮啮合。这种双排星轮变速器有一个前进档和一个倒档，通常安装在前/后驱(fr)汽车上。 图2-3三速行星齿轮变速器示意图 C1-前离合器；C2-后离合器；B1、b2、b3-制动；F1、f2-单向离合器 如果在上述三速自动变速器上增加一个超速行星齿轮，就构成了四速自动变速器，可以进行超速传动，使传动比小于1。在fr车辆中，超速行星齿轮安装在变矩器和三档行星齿轮变速器之间，而在前/前轮驱动(ff)车辆中，超速行星齿轮安装在三档行星齿轮变速器之后。超速行星齿轮主要由一个行星齿轮组成，用来夹持太阳轮的超速制动器bo和连接太阳轮和行星架的超速离合器C。超速单向离合器fo，动力从超速行星排的内齿圈输入，传递给超速行星架。图2-4是四速行星齿轮变速器的原理。 图2-4四速行星齿轮变速器的传动原理 C0-超速离合器；B0-超速制动器；F0-超速单向离合器 3.换档执行器 行星变速器的换档执行机构包括换档离合器、换档制动器和单向离合器。 换挡离合器是湿式多片离合器，其结合和分离是由液压控制的，通常由几个交错的从动离合器片组成。 换挡制动是将行星齿轮变速器中的某个部件(太阳轮、行星架或齿圈)固定，使其不能转动，形成新的动力传递路线，换上新的档位，获得新的传动比。它像换档离合器一样通过液压操作。换挡制动器通常有两种:一种是湿式多片制动器，与上面提到的湿式多片离合器结构相同。不同的是，离合器连接两个转动部件并传递动力，而制动器连接一个转动部件，另一个是固定的变速器壳体，用来停止转动部件的驱动。另一种形式的换档制动器是带式制动器。 单向离合器在行星变速器中的作用是保证换挡平稳无冲击。它与液力变矩器中的单向离合器结构相同，由内外圈和它们之间的楔块组成。 4.液压自动控制系统 自动液压控制系统通常由供油、手动档位选择、参数调整、换档时机控制和换档质量控制组成。供油部分包括供油泵、滤油器、主油压调节阀、第二压力调节阀、油冷却器等。主油路的供油泵和调压阀是液压自动控制系统的动力源，第二调压阀也叫变矩器补偿调压阀。 手动档位选择部分包括手动控制阀和手动控制阀刻度盘。手动控制阀由变速杆操纵，其作用是通过滑阀的运动实现控制油路的转换，即根据变速杆的档位将液压油转换为“P”、“R”、“N”、“D”、“2”或“L”的油路。 参数调整主要有两个方面:一是利用节气门调压阀(简称节气门)根据节气门开度产生油门踏板的控制液压，这个控制液压作用在1-2档、2-3档、3-4档三个换挡阀(变速阀)的一端，当节气门开度变大时，油门踏板的控制液压会增加；第二个是速度控制调压阀(也叫调速器)，用来根据车速产生车速控制的液压力，将速度控制液压力加到每个换挡阀的另一端。当车速增加时，速度控制液压增加。换档阀根据以上两个参数改变档位。电控自动变速器中，节气门开度和车速由节气门位置传感器和车速传感器采集为电信号，送入计算机，计算机通过电磁阀操作换挡阀自动改变档位。 换档控制部分主要是换档阀。电控自动变速器中，换挡阀根据电子控制器确定的换挡点和换挡信号工作，自动换挡。 换挡质量控制机构的作用是控制换挡过程，使提升齿轮更加平稳、柔和、无冲击，防止大的动载荷。一般在液压通道中增加储能减振器、缓冲阀、定时阀、执行力调节阀等。 5.电子控制系统 一般用电控液压系统来控制电子自动变速器。因为动力源是产生液压的供油泵和主调压阀，所以仍然保留了液压控制系统。电子控制系统将液控液压系统的液压控制装置的换挡控制机构改为电子控制机构。它的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。电控系统经过计算比较，根据预先编制的换挡程序确定档位和换挡点，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，使换挡阀动作，自动切换执行器油路，实现自动换挡。 此外，系统还具有自诊断功能和故障安全保护功能。 电子控制系统由传感器、电子控制器和执行器组成。图2-5是丰田a140e四速自动变速器的电子控制系统框图。 图2-5丰田a140e自动变速器电子控制系统框图 三、电控自动变速器的控制原理 电子自动变速器的控制原理如图3-1所示。 图3-1液控液压(液控)自动变速器控制原理 与液控液压(液控)自动变速器的控制原理明显不同(图3-2)。 图3-2液控液压(液控)自动变速器控制原理 在液控液压自动变速器中，输入控制阀(液压控制装置)的液压信号有两种，一种是由调速阀转换而来的液压信号，另一种是由节气门由节气门开度转换而来的液压信号，两种信号分别作用在换挡阀的两端。电控自动变速器是将车速和节气门开度的电信号输入电子控制系统。经过电控系统处理后，电控系统向电磁阀输入指令，电磁阀控制液压回路。液控液压(液控)自动变速器的对比如图3-3所示。目前，电子自动变速器已经得到了广泛的应用，而液力自动变速器的应用越来越少，因为电子自动变速器利用车速传感器可以更精确地测量车速，微电脑可以控制换挡时机，精细控制车速。 图3-3电控自动变速器和液控液压自动变速器的比较 所以电控自动变速器自动控制的特点是:利用车速传感器和节气门位置传感器将车速和节气门开度转换成电信号，输入电子控制器ecu。根据存储在存储器rom中的预编程换档程序，ecu进行比较计算，确定变矩器锁止离合器的换档点和锁止时间，并向电磁阀发送控制信号，控制电磁阀线圈电流的通断。然后，电磁阀控制液压换档阀、换档阀运动和换档执行器(换档离合器和制动器)。换句话说，每个换挡阀的运动方向由电磁阀控制，电磁阀线圈是否通电由电控系统控制。电控系统根据反映负载的节气门位置传感器和反映车速的车速传感器输入电控系统的电信号向电磁阀发送控制指令。 电子控制自动变速器 一、前言 汽车自动变速器是指自动改变传动比，调节或changing/きだよよ0/动力输出性能，经济方便地传递动力，更好地满足外部负载和路况的需要。自1939年通用汽车公司首次将自动变速器应用于汽车以来，自动变速器发展迅速。特别是在电子技术和微处理器应用于换挡之后，人们长期追求的目标——自动变速器技术进入了一个全新的快速发展时期。从1981年开始，美国和日本的一些汽车公司相继研制出各种微机控制的自动变速系统，如电控液力变矩自动变速器、电控多级齿轮变速器等。日本丰田公司生产的电控变速器(ect)首次应用于豪华皇冠轿车。这种微机控制四速变速器的优点是:能保证最佳的换挡规律，达到良好的换挡精度，获得良好的燃油经济性和满意的动力性，减少污染；换挡灵活，换挡过程平稳，无冲击和振动，换挡品质好，驾驶舒适，换挡动作准确及时；控制系统工作稳定可靠，能在高低温、强湍流、冲击振动、强磁场和电子干扰下正常工作；驾驶员可以干预自动换挡，以适应复杂的交通状况和地形条件；控制系统具有自动纠偏和高灵敏度的自诊断功能；操作简单，在交通繁忙时能大大提高车辆的安全性和可靠性。基于以上原因，自动变速器在轿车、客车、大型客车、越野车、重型拖拉机上得到了广泛应用，装载率迅速提高。特别是在美国、日本、德国等国家生产的汽车中，电控变速器的比例越来越大。当然，电控自动变速器与手动挡变速器相比也存在结构复杂、零件精度高、制造难度大、成本高、维修技术复杂、传动效率低等缺点。 目前电控自动变速器发展的主要特点是实现一机多参数多规则控制，并在此基础上将控制变速器的微机和微机controlling/きだよよ0/结合在一起，实现其综合控制。所谓一台发动机由单台微机控制，多参数是指输入微机的控制参数的多样化，即控制参数不仅有as/きだよよ0/转速、车速、节气门开度等信号，但也有信号reflecting/きだよよよよ
12多规则意味着控制微机同时存储多种换档规则，如最佳经济和动态换档规则等。，驾驶员可以根据需要调用相应的规则，实现最优的换挡控制。所谓综合控制就是while/きだよよ0/和变速器微机处理信号，点火时间of/きだよよよよよよよよよよ
1 图1-1综合控制框图 1-发动机;2-自动变速器；3-发动机控制信号；4-变速控制信号；5-发动机控制微型计算机 6-发动机控制信号；7-发动机速度状态控制信号；8-用于变速控制的微型计算机；9-发动机和速度变化 控制单元ecu；10-节气门位置传感器；11-速度传感器(变速器中)；12速传感器 (在车速表中)；13-水温开关；14档变速模式选择开关；15-空档启动开关；16-停车灯 开关；17档变速控制开关 其次，为了提高传动效率和燃油经济性，电控自动变速器一般采用锁止式液力变矩器。为了减轻质量，缩短动力传递路线，在前置/前轮驱动汽车(ff)中，通常将自动变速器与驱动桥集成在一起，形成自动驱动桥。为了拓宽传动范围，缩小传动比区间，自动变速器正在向多挡发展，四挡变速器已经成为轿车的标准结构，五挡自动变速器也已经投放市场。为了使用和维护的方便，控制系统的诊断功能不断增强。另外，世界各大汽车公司对CVT的研究都很积极，估计电控CVT会在短时间内应用到现代汽车上。 二、电控自动变速器的组成 电子自动变速器通常由五部分组成:液力变矩器、行星齿轮传动系统、换档执行器、液力自动控制系统和电子控制系统。图2-1是汽车四速自动变速器的典型结构图。 图2-1四速自动变速器的结构 1.液压扭矩变换器 变矩器是电控自动变速器不可或缺的核心部件。它可以连续自动地将扭矩从输入轴传递到输出轴。它是一种典型的液压传动装置。目前，由泵叶轮、涡轮和导轮组成的单级集成液力变矩器广泛应用于汽车上(图2-2)。其优点是结构简单，运行可靠，性能良好。液力变矩器实际上是一种液力自动变速器，可以自动连续不断地改变扭矩。除了上述三个主要部件之外，一些变矩器还具有锁止离合器。锁止离合器位于汽轮机的前部，它是由液压直接控制的全自动离合器。它的工作由计算机控制系统控制，即计算机控制系统根据the/きだよよよよよよよよよよよよよ
1242424输入的信号控制电磁阀 图2-2液力变矩器的组成 变矩器加注自动变速器油，自动变速器油由供油泵提供。供油泵还恒压定量地为自动变速器各系统提供工作液，完成扭矩传递、控制、润滑、冷却等任务。供油泵通常由变矩器泵轮套筒的卡爪驱动。 液力变矩器具有自动适应和变矩能力，其主要工作特点是变矩比k(k=涡轮输出转矩/泵轮输入转矩)随涡轮转速和泵轮转速的相对变化而变化(泵轮转速等于to/きだよよ0/转速)，即随速比i(i=涡轮转速/泵轮转速)的变化而自动无级变化；当车速低时，变矩器可以输出大扭矩，但当车速高时，它可以利用联轴器的高效率。因此，它结合了液压元件的双重优点，被称为集成变矩器。这个特性正好适合汽车行驶阻力变化的特点。 2.换档系统 液力变矩器虽然可以传递和increase/きだよよ0/扭矩，但是扭矩比不大，转速范围不宽，远远不能满足汽车使用工况的需要。因此，在变矩器后面安装一个辅助传动装置——齿轮传动系统，多为行星齿轮传动系统或平行轴(定轴)齿轮传动系统，以进一步增大扭矩，扩大其变速范围。行星齿轮传动系统是一种常啮合传动，其传动比可以很容易地通过离合器或制动器的分离和组合来实现，特别适用于动力换挡或自动换挡。控制电子自动变速器的行星齿轮传动系统一般由双排星轮或三排星轮组成，三自由度变速器应用广泛。图2-3是双排星轮变速器的示意图。变速器在同一轴上有前后两个单排星轮。两排行星轮由一个共同的空心太阳轮连接，太阳轮与两排行星轮啮合。这种双排星轮变速器有一个前进档和一个倒档，通常安装在前/后驱(fr)汽车上。 图2-3三速行星齿轮变速器示意图 C1-前离合器；C2-后离合器；B1、b2、b3-制动；F1、f2-单向离合器 如果在上述三速自动变速器上增加一个超速行星齿轮，就构成了四速自动变速器，可以进行超速传动，使传动比小于1。在fr车辆中，超速行星齿轮安装在变矩器和三档行星齿轮变速器之间，而在前/前轮驱动(ff)车辆中，超速行星齿轮安装在三档行星齿轮变速器之后。超速行星齿轮主要由一个行星齿轮组成，用来夹持太阳轮的超速制动器bo和连接太阳轮和行星架的超速离合器C。超速单向离合器fo，动力从超速行星排的内齿圈输入，传递给超速行星架。图2-4是四速行星齿轮变速器的原理。 图2-4四速行星齿轮变速器的传动原理 C0-超速离合器；B0-超速制动器；F0-超速单向离合器 3.换档执行器 行星变速器的换档执行机构包括换档离合器、换档制动器和单向离合器。 换挡离合器是湿式多片离合器，其结合和分离是由液压控制的，通常由几个交错的从动离合器片组成。 换挡制动是将行星齿轮变速器中的某个部件(太阳轮、行星架或齿圈)固定，使其不能转动，形成新的动力传递路线，换上新的档位，获得新的传动比。它像换档离合器一样通过液压操作。换挡制动器通常有两种:一种是湿式多片制动器，与上面提到的湿式多片离合器结构相同。不同的是，离合器连接两个转动部件并传递动力，而制动器连接一个转动部件，另一个是固定的变速器壳体，用来停止转动部件的驱动。另一种形式的换档制动器是带式制动器。 单向离合器在行星变速器中的作用是保证换挡平稳无冲击。它与液力变矩器中的单向离合器结构相同，由内外圈和它们之间的楔块组成。 4.液压自动控制系统 自动液压控制系统通常由供油、手动档位选择、参数调整、换档时机控制和换档质量控制组成。供油部分包括供油泵、滤油器、主油压调节阀、第二压力调节阀、油冷却器等。主油路的供油泵和调压阀是液压自动控制系统的动力源，第二调压阀也叫变矩器补偿调压阀。 手动档位选择部分包括手动控制阀和手动控制阀刻度盘。手动控制阀由变速杆操纵，其作用是通过滑阀的运动实现控制油路的转换，即根据变速杆的档位将液压油转换为“P”、“R”、“N”、“D”、“2”或“L”的油路。 参数调整主要有两个方面:一是利用节气门调压阀(简称节气门)根据节气门开度产生油门踏板的控制液压，这个控制液压作用在1-2档、2-3档、3-4档三个换挡阀(变速阀)的一端，当节气门开度变大时，油门踏板的控制液压会增加；第二个是速度控制调压阀(也叫调速器)，用来根据车速产生车速控制的液压力，将速度控制液压力加到每个换挡阀的另一端。当车速增加时，速度控制液压增加。换档阀根据以上两个参数改变档位。电控自动变速器中，节气门开度和车速由节气门位置传感器和车速传感器采集为电信号，送入计算机，计算机通过电磁阀操作换挡阀自动改变档位。 换档控制部分主要是换档阀。电控自动变速器中，换挡阀根据电子控制器确定的换挡点和换挡信号工作，自动换挡。 换挡质量控制机构的作用是控制换挡过程，使提升齿轮更加平稳、柔和、无冲击，防止大的动载荷。一般在液压通道中增加储能减振器、缓冲阀、定时阀、执行力调节阀等。 5.电子控制系统 一般用电控液压系统来控制电子自动变速器。因为动力源是产生液压的供油泵和主调压阀，所以仍然保留了液压控制系统。电子控制系统将液控液压系统的液压控制装置的换挡控制机构改为电子控制机构。它的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。电控系统经过计算比较，根据预先编制的换挡程序确定档位和换挡点，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，使换挡阀动作，自动切换执行器油路，实现自动换挡。 此外，系统还具有自诊断功能和故障安全保护功能。 电子控制系统由传感器、电子控制器和执行器组成。图2-5是丰田a140e四速自动变速器的电子控制系统框图。 图2-5丰田a140e自动变速器电子控制系统框图 三、电控自动变速器的控制原理 电子自动变速器的控制原理如图3-1所示。 图3-1液控液压(液控)自动变速器控制原理 与液控液压(液控)自动变速器的控制原理明显不同(图3-2)。 图3-2液控液压(液控)自动变速器控制原理 在液控液压自动变速器中，输入控制阀(液压控制装置)的液压信号有两种，一种是由调速阀转换而来的液压信号，另一种是由节气门由节气门开度转换而来的液压信号，两种信号分别作用在换挡阀的两端。电控自动变速器是将车速和节气门开度的电信号输入电子控制系统。经过电控系统处理后，电控系统向电磁阀输入指令，电磁阀控制液压回路。液控液压(液控)自动变速器的对比如图3-3所示。目前，电子自动变速器已经得到了广泛的应用，而液力自动变速器的应用越来越少，因为电子自动变速器利用车速传感器可以更精确地测量车速，微电脑可以控制换挡时机，精细控制车速。 图3-3电控自动变速器和液控液压自动变速器的比较 所以电控自动变速器自动控制的特点是:利用车速传感器和节气门位置传感器将车速和节气门开度转换成电信号，输入电子控制器ecu。根据存储在存储器rom中的预编程换档程序，ecu进行比较计算，确定变矩器锁止离合器的换档点和锁止时间，并向电磁阀发送控制信号，控制电磁阀线圈电流的通断。然后，电磁阀控制液压换档阀、换档阀运动和换档执行器(换档离合器和制动器)。换句话说，每个换挡阀的运动方向由电磁阀控制，电磁阀线圈是否通电由电控系统控制。电控系统根据反映负载的节气门位置传感器和反映车速的车速传感器输入电控系统的电信号向电磁阀发送控制指令。