机械式自动变速器概述

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1、AMT 机械式自动变速器的嵌入式系统 、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，已成为现代轿车配置的一种发展方向。而自动变速器中的电 控 机 械 自 动 变 速 器 (AMT)是 嵌 入 式 系 统 的 一 种 应 用 。装有这种自动变速器的汽车能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯注地注视路面交通而不会被换挡搞得手忙脚乱车辆自动变速器可以使驾驶员在不切断动力的情形下实现自动换档，世界汽车生产大国自 30 年代就开端不遗余力地对此进行研讨并提出很多计划。其中液力机械式主动变速器(Automatic Transmission 简称 AT)以其优胜的动力性能、乘坐舒适性和操作简便的特色，在汽车产业

2、中盘踞相当主要的位置。但与手动机械式变速器相比，其构造庞杂，制作精度请求和本钱较高，且传动效力较低。鉴于 AT 所存在的毛病，人们开端尝试应用现代微盘算机技巧使机械式变速器实现自动化，从而开发出电控机械式自动变速器(Automated MechanicalTransmission，简称 AMT)。 70 年代中期，德国奔跑汽车公司采用由电子控制的半自动操纵方法实现换档，这是第一代 AMT。该产品没有实现完整的自动化，即换档时驾驶员仍要踩下离合器踏板，电子装置提醒驾驶员何时为最佳的换档时刻，但它具有传动效力高、成本低、易制作等长处，从此成为自动变速器发展的一个主要方向。1984 年日本五十铃公司

3、生产降生界上第一种全自动电控机械式自动变速器 NAVI-5，到 80 年代末，全自动 AMT 进入适用化阶段。从 90 年代开端，美国、德国生产的重型汽车开始使用 AMT，使在复杂多变条件下工作的车辆的换档品质和起步性能进一步提高。 一、 电控机械式自动变速器 电控机械式自动变速器是在传统固定轴式齿轮变速箱的基本上，把选档、换档、离合器及相应发动机供油操纵用以微处置器为核心的控制器完成、实现的自动变速器。其基础功能：一是依据当前汽车运行状况、路面情形及驾驶者的意图，自动断定变速箱的最佳档位，即档位决策功能；二是自动控制发动机、变速箱、离合器完成换档进程，即换档、起步的自动操纵功效。随着 AMT

4、 的发展，人们引入了各种最新的监测、控制技巧以改良自动变速器的性能，使档位决策及换档控制对路面环境、使用者特色、使用者意图具有适应性。AMT 在离合器控制和档位决策方面采用含混逻辑，模拟熟练司机驾驶车辆中的相应操纵以改良起步、换档、离合器联合控制特征和档位选择的适应性。神经网络办法也被引入 AMT的档位决策和控制中，以获取更多路面特点信息，提高 AMT 对路面的适应性。AMT 控制系统与发动机控制系同一体化以增添信息共享、和谐控制才能，并实现整车控制系统网络化。AMT 使用性能的好坏和智能化水平的高下主要是由 AMT 中的控制系统决议的。控制系统将传感器采集到的信号通过电控单元(ECU)进行处

5、置，对相应的执行机构发出指令，完成一系列操作。 二、电控液动机械式自动变速器控制系统的组成 AMT 根据驾驶员的意图(油门开度与选择开关)和车辆的运动状况( 发动机转速、输入轴转速、车速及档位)，根据从众多熟练驾驶员中提炼出的驾驶方法( 换档规律、离合器接合规律)，借助于相应的执行机构 (油门执行机构、离合器执行机构和选换档执行机构 )，对车辆(发动机、离合器和变速器 )进行自动操纵。AMT 控制系统由下列四部分组成： a被控对象包括发动机、离合器和变速器； b履行机构包含步进电机、电磁阀(普通电磁阀和高速电磁阀) 及液压缸(离合器动作缸和选、换档油缸)等； c传感器包含速度传感器(动员机转速

6、传感器、输进轴转速传感器、车速传感器) 、油门开度传感器和档位传感器等； d电控单元(ECU)包括 CPU、ROM 和 IO 接口等。 AMT 的执行机构由选、换档执行机构、离合器执行机构和油门执行机构等组成。油门执行机构一般采用步进电机或磁电式电机驱动油门。选、换档和离合器执行机构有气动式和液动式两种,太阳能热水器，现在更常用的是液压操纵系统，如图所示： 三、电控机械式自动变速器控制系统的容错方法 当重型汽车经常在恶劣条件下工作时，AMT 常受到这样或那样的干扰，AMT 控制系统中的 ECU、传感器和履行机构难免会产生故障，假如某部件发生故障，汽车的性能会急剧降落，甚至须要立即停车，这对汽车

7、整体性能的施展和维修工作的进行是非常不利的。为进步 AMT 系统的可靠性和安全性，在随车诊断系统中应加强容错控制功能，即当有些部件失效时，它们在系统中的功能可用系统中的其他部件完整或部分取代，使系统能够持续坚持规定的性能或不损失最基础的功效。针对不同的故障，AMT 控制系统采用了相应的容错方式。重要包括如下几个子系统：ECU 容错系统；选、换档机构容错系统；油门操纵机构容错系统；各转速传感器的容错；离合器控制机构的容错。 1、 ECU 容错系统 相对于传感器和执行机构来说，ECU 的可靠性较高，但一旦发生故障，成果将更加严重，会使全部系统瘫痪和失控。AMT 控制系统 ECU 的容错办法有以下几

8、种： a采取主从机构造，一旦主机出故障可以自动切换至从机进行把持，进步 ECU 的可靠性；b采用双机结构，把对发动机与离合器、变速箱的控制分离出来单独控制，以改良性能和简化编程，同时降低工作累赘，延伸使用寿命； c采用机械应急系统，一旦 ECU 失灵，启动机械应急系统，恢复手动把持，以便使车辆驶回车库自检或到维修站检验。 2、选、换档机构容错系统 若档位传感器发生故障，则实行选、换档的开环控制，所显示的档位信号由选、换档电磁阀的驱动信号来决议。对于选、换档电磁阀，分下列两种情形：a若升不到高级位，应保证能以低档位持续行驶，此时需就义经济性与动力性；b若降不到低档和空档，应保证能控制油门，行驶到

9、目标地。 3、油门把持机构容错体系 对于加速踏板传感器和油门传感器，若系统可以对其故障大小进行诊断，则可采用动态补偿技术对故障信号进行修改，此时不影响控制成果；若系统只能定性诊断出是否有故障,玻璃瓶，则无法实行动态补偿，此时只能实施简略的开环控制，同时发动机模型辨识无效。对于步进电机，在中、小油门时若发生故障，则置于一档，迟缓行驶到目标地,玻璃瓶厂，安全停车；在大油门时若发生故障，也同样置于一档，行驶到马路边，安全停车。 4、各转速传感器的容错 各转速传感器的功能各不雷同。发动机转速传感器主要用于起步和变速时离合器的接合控制；中间轴转速传感器用于离合器接合点的检测和档位脱离的判定；车速传感器用

10、于检测车辆的活动状况，并断定换档时刻。若某个传感器发生故障时，可根据诊断成果系统对其进举动态补偿，此种情况下并不影响各种控制性能；若系统不能对传感器进行为态补偿，则应采用如降落级办法： a当动员机转速传感器产生故障时，则变离合器起步掌握为恒速接合节制，同时下降发动机把持级别，此时发动机模型辨识无效； b当中间轴转速传感器发生故障时，则降低离合器起步控制、离合器换档控制、变速箱换档同步控制功能； c当车速传感器发生故障时，则下降变速箱换档同步控制功效，整车模型辨识无效。 5、离合器控制机构的容错 离合器的把持是机械式主动变速器的难点，在选取优质元器件和实行先进控制的基本上，采用容错掌握的办法,伺

11、服减速机，可以战胜控制性能受应用时光的影响，以及在要害部件呈现故障时采用相应的替换办法，进步离合器控制的适应性和可靠性。离合器控制机构的容错重要包含两方面的内容，即离合器接合用电磁阀的容错和离合器行程传感器的实时标定。由于电源电压不稳、磨损和振动的影响，离合器行程传感器的基准值常产生变更，影响节制性能，采取实时标定的方式，即在每次分离和接合完成时都要记载相应的传感器标定值，以此实施动态标定。若离合器分别电磁阀发生故障，则保持目前档位，以尽可能小油门行驶至目标地，安全停车。 四、电控电动机械式自动变速器程序 LC5T97 型汽车变速箱有五个前进档和一个倒档，前进档均带有锁环式同步器，具有结构紧凑

12、、操纵轻便机动等特点，档位分配为 1-3-5，R-2-4。选用两部步进电机直接驱动选、换档拨叉转轴的运转，并通过位置传感器实时检测档位并反馈给 ECU。由 ECU 调用换档程序控制电机运转实现自动换档功能。AMT 变速箱电控执行机构设计包括对传统变速箱的改装和电机驱动电路设计。 1、变速箱的改装 依据 LC5T97 型变速箱的技巧参数，参照选、换档拨叉的力矩请求。选用 57BYGB 型选档步进电机 X 和换档步进电机 Y，电机输出轴经蜗轮蜗杆减速后作用于拨叉转轴。地位传感器选用每 360 度供给 10 位辨别率的 1 024 个尽对位置信号的角位置磁编码器( 步长为 035度)，用金属压片固定

13、到拨叉转轴上。改装后变速箱中每个档位准确对应一个地位码范畴，它为软件编写换档程序供给电机位置参数，如图 1 所示。编码器输出规模如下： (1) X 电机 空挡位置时的编码器输出范围 X05; 一、三、五档位置的编码器输出范畴 X1 士 5； 倒、二、四档位置的编码器输出范围 X2 士 5； (2)Y 电机 空档位置时的编码器输出规模 y05； 一、倒档位置的编码器输出规模 yl 土 5； 四、五档位置的编码器输出范畴 y25； 并据此盘算出各档位间的步数差值。 2、驱动电路的设计 斟酌车载环境较为恶劣，电路设计时要充足保证其工作的可靠性。其中PB0、PB1、PB2、PB3 为步进电机驱动信号输

14、进；U20、U21 为功率芯片 TLE5206-2，用以供给步进电机的功率要求；ERI、ERR 为外部故障信号；DATA 为电机的位置传感器的输出，CLK 为位置传感的时钟输进（两部电机的驱动电路雷同） 。 3、变速箱换档进程的软件实现 电控机械式自动变速器(AMT)是通过 ECU 控制电动履行机构，代替本来由驾驶员人工完成的离合器分别与接合、摘档与挂档、以及传动轴与动员机转速的同步调节等操作，终极实现换档进程的把持自动化。所以变速箱换档过程的软件设计就是编写换档程序往控制电机完成换档工作。换档程序就是实现换档拨叉在各档位间移动，如 1-2 档就是首先摘档，换档电机把拨叉从移到；然后选档，选档

15、电机再把拨叉从移到；最后挂档，换档电机把拨叉从移到。 4、换档控制方法 变速箱内部有机械互锁，换档拨叉在各档位之间的移动要非常准确，稍不正确就会导致变速箱换档。另一方面电机堵转会破坏电机，所以换档拨叉在各档位之间的移动控制的要非常精确。为了保证换档的速度和精度，采用开环+闭环的控制方法。 开环部分：电机依照档位间步数差值表得到的数据运行设定的步数。例如从 1-2 档，查表得：先使 X 电机转动 b2 步(进入闭环部分，使 X 电机停在 X 电机的编码器的 X。5 之间)拨叉从移到，再使 y 电机转动 -2 步(再进入闭环部分，使 y 电机停在 y 电机的编码器的 y0 士 5 之间 )拨叉从移

16、到，最后使 X 电机转动 b1 步 (进入闭环部分，使 X 电机停在X 电机的编码器的 X。士 5 之间)拨叉从移到，完成换档过程。开环部分是为了加快电机的运行速度和电机运行的安稳性。 闭环部分：由于电机存在失步现象，经过开环部分运行后，不必定能到达要求的准确地位，通过误差补偿调剂电机运行到位。经过试验证实，这种计划完整可以满足控制请求。 最后针对变速箱内部的机械结构，为了保证电机的安全和运行可靠，在软件上对选档电机x 和换档电机 y 进行了互锁，即在选档电机 X 运转到位后才许可换挡电机 Y 工作。同理只有在换档电机运转到位后容许选档电机 X 工作。 5、换档程序 在换档程序中，输入参数有两个当前的实际档位和目的档位，进入换档程序首先断定是否有在刹车中换档，若有则直接退出换档程序，否则进入换档程序；下一步就摘档，摘档时查表得到摘档电机要走的距离，当电机运行了这个间隔时，然后从换档传感器读出换档拨叉位置，判定是否摘档胜利(理论上电机运行查表行到的间隔后，就摘档胜利了 )，不胜利