AMT機(jī)械式自動變速器

1、AMT機(jī)械式自動變速器車輛自動變速器可以使駕駛員在不切斷動力的情形下實(shí)現(xiàn)自動換檔，世界汽車生產(chǎn)大國自30年代就開端不遺余力地對此進(jìn)行研討并提出很多計(jì)劃。其中液力機(jī)械式主動變速器(AutomaticTransmission簡稱AT)以其優(yōu)勝的動力性能、乘坐舒適性和操作簡便的特色，在汽車產(chǎn)業(yè)中盤踞相當(dāng)主要的位置。但與手動機(jī)械式變速器相比，其構(gòu)造龐雜，制作精度請求和本錢較高，且傳動效力較低。鑒于AT所存在的毛病，人們開端嘗試應(yīng)用現(xiàn)代微盤算機(jī)技巧使機(jī)械式變速器實(shí)現(xiàn)自動化，從而開發(fā)出電控機(jī)械式自動變速器(AutomatedMechanicalTransmission，簡稱AMT)。70年代中期，德國奔跑

2、汽車公司采用由電子控制的半自動操縱方法實(shí)現(xiàn)換檔，這是第一代AMT。該產(chǎn)品沒有實(shí)現(xiàn)完整的自動化，即換檔時(shí)駕駛員仍要踩下離合器踏板，電子裝置提醒駕駛員何時(shí)為最佳的換檔時(shí)刻，但它具有傳動效力高、成本低、易制作等長處，從此成為自動變速器發(fā)展的一個主要方向。1984年日本五十鈴公司生產(chǎn)降生界上第一種全自動電控機(jī)械式自動變速器NAVI-5，到80年代末，全自動AMT進(jìn)入適用化階段。從90年代開端，美國、德國生產(chǎn)的重型汽車開始使用AMT，使在復(fù)雜多變條件下工作的車輛的換檔品質(zhì)和起步性能進(jìn)一步提高。電控機(jī)械式自動變速器電控機(jī)械式自動變速器是在傳統(tǒng)固定軸式齒輪變速箱的基本上，把選檔、換檔、離合器及相應(yīng)發(fā)動機(jī)供油

3、操縱用以微處置器為核心的控制器完成、實(shí)現(xiàn)的自動變速器。其基礎(chǔ)功能：一是依據(jù)當(dāng)前汽車運(yùn)行狀況、路面情形及駕駛者的意圖，自動斷定變速箱的最佳檔位，即檔位決策功能；二是自動控制發(fā)動機(jī)、變速箱、離合器完成換檔進(jìn)程，即換檔、起步的自動操縱功效。隨著AMT的發(fā)展，人們引入了各種最新的監(jiān)測、控制技巧以改良自動變速器的性能，使檔位決策及換檔控制對路面環(huán)境、使用者特色、使用者意圖具有適應(yīng)性。AMT在離合器控制和檔位決策方面采用含混邏輯，模擬熟練司機(jī)駕駛車輛中的相應(yīng)操縱以改良起步、換檔、離合器聯(lián)合控制特征和檔位選擇的適應(yīng)性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辦法也被引入AMT的檔位決策和控制中，以獲取更多路面特點(diǎn)信息，提高AMT對路面的適

4、應(yīng)性。AMT控制系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)控制系同一體化以增添信息共享、和諧控制才能，并實(shí)現(xiàn)整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。AMT使用性能的好壞和智能化水平的高下主要是由AMT中的控制系統(tǒng)決議的?？刂葡到y(tǒng)將傳感器采集到的信號通過電控單元（ECU）進(jìn)行處置，對相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，完成一系列操作。二、三種電控機(jī)械式自動變速器的優(yōu)缺陷電控氣動機(jī)械式自動變速器電控液動AMT的換擋體系長處是：工作安穩(wěn)、操作簡便、易于實(shí)現(xiàn)安全維護(hù)、具有必定的吸振與吸沖擊的才能、起步換擋品德好以及便于空間安排；毛病是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它包括液壓油油箱，油泵及驅(qū)動電機(jī)，電磁換向閥（6-10個），油路比擬復(fù)雜的集成閥塊，驅(qū)動油缸，銜接油管等。它不但本錢高

5、，而且還帶來一些節(jié)制上的困難，如液壓系統(tǒng)傳動油特征受氣溫影響，電機(jī)帶泵工作對電腦（ECU）發(fā)生干擾，換擋停止時(shí)活塞對缸體發(fā)生撞擊等。這些問題可采用油溫度傳感器，壓力傳感器在系統(tǒng)中含混控制，自適應(yīng)掌握等控制方式來解決，但成果是控制更龐雜，成本更高。而且由于零件較多，安裝保護(hù)艱苦較大，故障點(diǎn)增添。下降了工作地可靠性。電控電動AMT的換擋系統(tǒng)的特色是：結(jié)構(gòu)相對簡單，重量輕，另外由于直接采用易于控制、精度更高的電動機(jī)代替液壓執(zhí)行元件，使得系統(tǒng)的動作的誤差減少了，控制方法上也更簡單。毛病是：活動部件要進(jìn)行兩個方向的活動實(shí)現(xiàn)選、換擋動作，所以要解決運(yùn)動部件的干預(yù)問題，換擋時(shí)光也比擬長，另外還須要結(jié)構(gòu)復(fù)雜、

6、高精度的凸輪機(jī)構(gòu)。小功率低壓直流電機(jī)調(diào)速艱苦，很難保證高的起步換擋品德，它轉(zhuǎn)速高，須要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的減速器?，F(xiàn)有的汽車上用的直流電機(jī)和蝸輪蝸軸減速器種類較少，為了提高離合器分別時(shí)的驅(qū)動力，還要加裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械助力裝置等。這些不但提高了本錢，也使安裝、調(diào)劑變得復(fù)雜。電控氣動AMT的換擋體系重要利用于帶有氣壓系統(tǒng)的大型客車或重型車輛場所。重型卡車中的氣源很豐盛，可以在原有手動換擋的基本上進(jìn)行簡略的改裝，便可以實(shí)現(xiàn)主動換擋。而且，構(gòu)造簡略、安裝調(diào)劑便利，工作穩(wěn)固可靠，起步、換擋性能好。但目前采取這種系統(tǒng)的換擋裝備其結(jié)構(gòu)也較為龐雜，切換擋品德不高，換擋時(shí)光稍長，未能充足施展這種情勢的上風(fēng)，影響了其正常應(yīng)

7、用。三、電控液動機(jī)械式自動變速器控制系統(tǒng)的組成AMT根據(jù)駕駛員的意圖（油門開度與選擇開關(guān)）和車輛的運(yùn)動狀況（發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速及檔位），根據(jù)從眾多熟練駕駛員中提煉出的駕駛方法（換檔規(guī)律、離合器接合規(guī)律），借助于相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)），對車輛（發(fā)動機(jī)、離合器和變速器）進(jìn)行自動操縱。AMT控制系統(tǒng)由下列四部分組成：a被控對象包括發(fā)動機(jī)、離合器和變速器;b履行機(jī)構(gòu)包含步進(jìn)電機(jī)、電磁閥（普通電磁閥和高速電磁閥）及液壓缸（離合器動作缸和選、換檔油缸）等;c傳感器包含速度傳感器（動員機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸進(jìn)軸轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器）、油門開度傳感器和檔位傳感器等

8、;d電控單元（ECU）包括CPU、ROM和I/O接口等。AMT的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由選、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般采用步進(jìn)電機(jī)或磁電式電機(jī)驅(qū)動油門。選、換檔和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動式和液動式兩種,太陽能熱水器，現(xiàn)在更常用的是液壓操縱系統(tǒng)。四、電控機(jī)械式自動變速器控制系統(tǒng)的容錯方法當(dāng)重型汽車經(jīng)常在惡劣條件下工作時(shí)，AMT常受到這樣或那樣的干擾，AMT控制系統(tǒng)中的ECU、傳感器和履行機(jī)構(gòu)難免會產(chǎn)生故障，假如某部件發(fā)生故障，汽車的性能會急劇降落，甚至須要立即停車，這對汽車整體性能的施展和維修工作的進(jìn)行是非常不利的。為進(jìn)步AMT系統(tǒng)的可靠性和安全性，在隨車診斷系統(tǒng)中應(yīng)加強(qiáng)容

9、錯控制功能，即當(dāng)有些部件失效時(shí)，它們在系統(tǒng)中的功能可用系統(tǒng)中的其他部件完整或部分取代，使系統(tǒng)能夠持續(xù)堅(jiān)持規(guī)定的性能或不損失最基礎(chǔ)的功效。針對不同的故障，AMT控制系統(tǒng)采用了相應(yīng)的容錯方式。重要包括如下幾個子系統(tǒng)：ECU容錯系統(tǒng)；選、換檔機(jī)構(gòu)容錯系統(tǒng)；油門操縱機(jī)構(gòu)容錯系統(tǒng)；各轉(zhuǎn)速傳感器的容錯；離合器控制機(jī)構(gòu)的容錯。1、ECU容錯系統(tǒng)相對于傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來說，ECU的可靠性較高，但一旦發(fā)生故障，成果將更加嚴(yán)重，會使全部系統(tǒng)癱瘓和失控。AMT控制系統(tǒng)ECU的容錯辦法有以下幾種：a采取主從機(jī)構(gòu)造，一旦主機(jī)出故障可以自動切換至從機(jī)進(jìn)行把持，進(jìn)步ECU的可靠性；b采用雙機(jī)結(jié)構(gòu)，把對發(fā)動機(jī)與離合器、變速箱

10、的控制分離出來單獨(dú)控制，以改良性能和簡化編程，同時(shí)降低工作累贅，延伸使用壽命；c.采用機(jī)械應(yīng)急系統(tǒng)，一旦ECU失靈，啟動機(jī)械應(yīng)急系統(tǒng)，恢復(fù)手動把持，以便使車輛駛回車庫自檢或到維修站檢驗(yàn)。2、選、換檔機(jī)構(gòu)容錯系統(tǒng)若檔位傳感器發(fā)生故障，則實(shí)行選、換檔的開環(huán)控制，所顯示的檔位信號由選、換檔電磁閥的驅(qū)動信號來決議。對于選、換檔電磁閥，分下列兩種情形：a.若升不到高級位庖保證能以低檔位持續(xù)行駛，此時(shí)需就義經(jīng)濟(jì)性與動力性；b.若降不到低檔和空檔，應(yīng)保證能控制油門，行駛到目標(biāo)地。3、油門把持機(jī)構(gòu)容錯體系對于加速踏板傳感器和油門傳感器，若系統(tǒng)可以對其故障大小進(jìn)行診斷，則可采用動態(tài)補(bǔ)償技術(shù)對故障信號進(jìn)行修改，此

11、時(shí)不影響控制成果；若系統(tǒng)只能定性診斷出是否有故障,玻璃瓶，則無法實(shí)行動態(tài)補(bǔ)償，此時(shí)只能實(shí)施簡略的開環(huán)控制，同時(shí)發(fā)動機(jī)模型辨識無效。對于步進(jìn)電機(jī)，在中、小油門時(shí)若發(fā)生故障，則置于一檔，遲緩行駛到目標(biāo)地,玻璃瓶廠，安全停車；在大油門時(shí)若發(fā)生故障，也同樣置于一檔，行駛到馬路邊，安全停車。4、各轉(zhuǎn)速傳感器的容錯各轉(zhuǎn)速傳感器的功能各不雷同。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器主要用于起步和變速時(shí)離合器的接合控制；中間軸轉(zhuǎn)速傳感器用于離合器接合點(diǎn)的檢測和檔位脫離的判定；車速傳感器用于檢測車輛的活動狀況，并斷定換檔時(shí)刻。若某個傳感器發(fā)生故障時(shí)，可根據(jù)診斷成果系統(tǒng)對其進(jìn)舉動態(tài)補(bǔ)償，此種情況下并不影響各種控制性能；若系統(tǒng)不能對傳感

12、器進(jìn)行為態(tài)補(bǔ)償，則應(yīng)采用如降落級辦法：a當(dāng)動員機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生故障時(shí)，則變離合器起步掌握為恒速接合節(jié)制，同時(shí)下降發(fā)動機(jī)把持級別，此時(shí)發(fā)動機(jī)模型辨識無效；b當(dāng)中間軸轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生故障時(shí)，則降低離合器起步控制、離合器換檔控制、變速箱換檔同步控制功能；c當(dāng)車速傳感器發(fā)生故障時(shí)，則下降變速箱換檔同步控制功效，整車模型辨識無效。5、離合器控制機(jī)構(gòu)的容錯離合器的把持是機(jī)械式主動變速器的難點(diǎn)，在選取優(yōu)質(zhì)元器件和實(shí)行先進(jìn)控制的基本上，采用容錯掌握的辦法,伺服減速機(jī)，可以戰(zhàn)勝控制性能受應(yīng)用時(shí)光的影響，以及在要害部件呈現(xiàn)故障時(shí)采用相應(yīng)的替換辦法，進(jìn)步離合器控制的適應(yīng)性和可靠性。離合器控制機(jī)構(gòu)的容錯重要包含兩方面的

13、內(nèi)容，即離合器接合用電磁閥的容錯和離合器行程傳感器的實(shí)時(shí)標(biāo)定。由于電源電壓不穩(wěn)、磨損和振動的影響，離合器行程傳感器的基準(zhǔn)值常產(chǎn)生變更，影響節(jié)制性能，采取實(shí)時(shí)標(biāo)定的方式，即在每次分離和接合完成時(shí)都要記載相應(yīng)的傳感器標(biāo)定值，以此實(shí)施動態(tài)標(biāo)定。若離合器分別電磁閥發(fā)生故障，則保持目前檔位，以盡可能小油門行駛至目標(biāo)地，安全停車。五、電控電動機(jī)械式自動變速器LC5T97型汽車變速箱有五個前進(jìn)檔和一個倒檔，前進(jìn)檔均帶有鎖環(huán)式同步器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操縱輕便機(jī)動等特點(diǎn)，檔位分配為1-3-5,R-2-4。選用兩部步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動選、換檔撥叉轉(zhuǎn)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過位置傳感器實(shí)時(shí)檢測檔位并反饋給ECU。由ECU調(diào)用換檔程

14、序控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動換檔功能。AMT變速箱電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括對傳統(tǒng)變速箱的改裝和電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)。1、變速箱的改裝依據(jù)LC5T97型變速箱的技巧參數(shù)，參照選、換檔撥叉的力矩請求。選用57BYGB型選檔步進(jìn)電機(jī)X和換檔步進(jìn)電機(jī)Y，電機(jī)輸出軸經(jīng)蝸輪蝸桿減速后作用于撥叉轉(zhuǎn)軸。地位傳感器選用每360度供給10位辨別率的1024個盡對位置信號的角位置磁編碼器（步長為035度），用金屬壓片固定到撥叉轉(zhuǎn)軸上。改裝后變速箱中每個檔位準(zhǔn)確對應(yīng)一個地位碼范疇，它為軟件編寫換檔程序供給電機(jī)位置參數(shù)，如圖1所示。編碼器輸出規(guī)模如下：X電機(jī)空擋位置時(shí)的編碼器輸出范圍X05;一、三、五檔位置的編碼器輸出范疇X1士5；

15、倒、二、四檔位置的編碼器輸出范圍X2士5；(2)Y電機(jī)空檔位置時(shí)的編碼器輸出規(guī)模y05；一、倒檔位置的編碼器輸出規(guī)模yl土5；四、五檔位置的編碼器輸出范疇y25；并據(jù)此盤算出各檔位間的步數(shù)差值。2、驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)斟酌車載環(huán)境較為惡劣，電路設(shè)計(jì)時(shí)要充足保證其工作的可靠性。電路設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中PBO、PB1、PB2、PB3為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動信號輸進(jìn)；U20、U21為功率芯片TLE5206-2，用以供給步進(jìn)電機(jī)的功率要求；ERI、ERR為外部故障信號；DATA為電機(jī)的位置傳感器的輸出，CLK為位置傳感的時(shí)鐘輸進(jìn)(兩部電機(jī)的驅(qū)動電路雷同)。3、變速箱換檔進(jìn)程的軟件實(shí)現(xiàn)電控機(jī)械式自動變速器(AMT)是通

16、過ECU控制電動履行機(jī)構(gòu)，代替本來由駕駛員人工完成的離合器分別與接合、摘檔與掛檔、以及傳動軸與動員機(jī)轉(zhuǎn)速的同步調(diào)節(jié)等操作，終極實(shí)現(xiàn)換檔進(jìn)程的把持自動化。所以變速箱換檔過程的軟件設(shè)計(jì)就是編寫換檔程序往控制電機(jī)完成換檔工作。換檔程序就是實(shí)現(xiàn)換檔撥叉在各檔位間移動，如1-2檔就是首先摘檔（見圖1），換檔電機(jī)把撥叉從移到；然后選檔，選檔電機(jī)再把撥叉從移到；最后掛檔，換檔電機(jī)把撥叉從移到。4、換檔控制方法變速箱內(nèi)部有機(jī)械互鎖，換檔撥叉在各檔位之間的移動要非常準(zhǔn)確，稍不正確就會導(dǎo)致變速箱換檔。另一方面電機(jī)堵轉(zhuǎn)會破壞電機(jī)，所以換檔撥叉在各檔位之間的移動控制的要非常精確。為了保證換檔的速度和精度，采用開環(huán)+閉

17、環(huán)的控制方法。開環(huán)部分：電機(jī)依照檔位間步數(shù)差值表得到的數(shù)據(jù)運(yùn)行設(shè)定的步數(shù)。例如從1-2檔，查表得：先使X電機(jī)轉(zhuǎn)動b2步（進(jìn)入閉環(huán)部分，使X電機(jī)停在X電機(jī)的編碼器的X。5之間）撥叉從移到，再使y電機(jī)轉(zhuǎn)動-a2步（再進(jìn)入閉環(huán)部分，使y電機(jī)停在y電機(jī)的編碼器的yO士5之間）撥叉從移到，最后使X電機(jī)轉(zhuǎn)動bl步（進(jìn)入閉環(huán)部分，使X電機(jī)停在X電機(jī)的編碼器的X。士5之間）撥叉從移到，完成換檔過程。開環(huán)部分是為了加快電機(jī)的運(yùn)行速度和電機(jī)運(yùn)行的安穩(wěn)性。閉環(huán)部分：由于電機(jī)存在失步現(xiàn)象，經(jīng)過開環(huán)部分運(yùn)行后，不必定能到達(dá)要求的準(zhǔn)確地位，通過誤差補(bǔ)償調(diào)劑電機(jī)運(yùn)行到位。經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)，這種計(jì)劃完整可以滿足控制請求。最后針對

18、變速箱內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)，為了保證電機(jī)的安全和運(yùn)行可靠，在軟件上對選檔電機(jī)X和換檔電機(jī)y進(jìn)行了互鎖，即在選檔電機(jī)X運(yùn)轉(zhuǎn)到位后才許可換擋電機(jī)Y工作。同理只有在換檔電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到位后容許選檔電機(jī)X工作。5、換檔程序如圖3所示換檔程序流程圖，輸入?yún)?shù)有兩個當(dāng)前的實(shí)際檔位和目的檔位，進(jìn)入換檔程序首先斷定是否有在剎車中換檔，若有則直接退出換檔程序，否則進(jìn)入換檔程序；下一步就摘檔，摘檔時(shí)查表得到摘檔電機(jī)要走的距離，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行了這個間隔時(shí)，然后從換檔傳感器讀出換檔撥叉位置，判定是否摘檔勝利（理論上電機(jī)運(yùn)行查表行到的間隔后，就摘檔勝利了），不勝利就依據(jù)差值盤算要補(bǔ)償?shù)拈g隔，再次摘檔。設(shè)置一個最大的補(bǔ)償次數(shù)為5次，補(bǔ)償次數(shù)小于5為正常補(bǔ)償次數(shù)（這里