AMT機械式自動變速器概述

1、AMT機械式自動變速器的嵌入式系統(tǒng) 、駕駛舒適、能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點，已成為現(xiàn)代轎車配置的一種發(fā)展方向。而自動變速器中的電控機械自動變速器(AMT)是嵌入式系統(tǒng)的一種應用。裝有這種自動變速器的汽車能根據(jù)路面狀況自動變速變矩，駕駛者可以全神貫注地注視路面交通而不會被換擋搞得手忙腳亂車輛自動變速器可以使駕駛員在不切斷動力的情形下實現(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行研討并提出很多計劃。其中液力機械式主動變速器(Automatic Transmission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)中盤踞相當主要的位置。但與手動機械式變速器相比，其

2、構造龐雜，整理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，人們開端嘗試應用現(xiàn)代微盤算機技巧使機械式變速器實現(xiàn)自動化，從而開發(fā)出電控機械式自動變速器(Automated MechanicalTransmission，簡稱AMT)。 70年代中期，德國奔跑汽車公司采用由電子控制的半自動操縱方法實現(xiàn)換檔，這是第一代AMT。該產(chǎn)品沒有實現(xiàn)完整的自動化，即換檔時駕駛員仍要踩下離合器踏板，電子裝置提醒駕駛員何時為最佳的換檔時刻，但它具有傳動效力高、成本低、易整理等長處，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械式自動變速器NAVI-5，到8

3、0年代末，全自動AMT進入適用化階段。從90年代開端，美國、德國生產(chǎn)的重型汽車開始使用AMT，使在復雜多變條件下工作的車輛的換檔品質(zhì)和起步性能進一步提高。 一、 電控機械式自動變速器 電控機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、離合器及相應發(fā)動機供油操縱用以微處置器為核心的控制器完成、實現(xiàn)的自動變速器。其基礎功能：一是依據(jù)當前汽車運行狀況、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、變速箱、離合器完成換檔進程，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

4、檔控制對路面環(huán)境、使用者特色、使用者意圖具有適應性。AMT在離合器控制和檔位決策方面采用含混邏輯，模擬熟練司機駕駛車輛中的相應操縱以改良起步、換檔、離合器聯(lián)合控制特征和檔位選擇的適應性。神經(jīng)網(wǎng)絡辦法也被引入AMT的檔位決策和控制中，以獲取更多路面特點信息，提高AMT對路面的適應性。AMT控制系統(tǒng)與發(fā)動機控制系同一體化以增添信息共享、和諧控制才能，并實現(xiàn)整車控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化。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)進行處置，對相應的執(zhí)行機構發(fā)出指令，完成一系列操作。 二、電控液動機械式自動變速器控制系統(tǒng)的組成 AMT

5、根據(jù)駕駛員的意圖(油門開度與選擇開關)和車輛的運動狀況(發(fā)動機轉(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)，借助于相應的執(zhí)行機構(油門執(zhí)行機構、離合器執(zhí)行機構和選換檔執(zhí)行機構)，對車輛(發(fā)動機、離合器和變速器)進行自動操縱。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、離合器和變速器； b履行機構包含步進電機、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(動員機轉(zhuǎn)速傳感器、輸進軸轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器)、油門開度傳感器和檔位傳感器等； d電控單元(ECU)包括CPU、ROM和I

6、O接口等。 AMT的執(zhí)行機構由選、換檔執(zhí)行機構、離合器執(zhí)行機構和油門執(zhí)行機構等組成。油門執(zhí)行機構一般采用步進電機或磁電式電機驅(qū)動油門。選、換檔和離合器執(zhí)行機構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)，如圖所示： 三、電控機械式自動變速器控制系統(tǒng)的容錯方法 當重型汽車經(jīng)常在惡劣條件下工作時，AMT常受到這樣或那樣的干擾，AMT控制系統(tǒng)中的ECU、傳感器和履行機構難免會產(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行是非常不利的。為進步AMT系統(tǒng)的可靠性和安全性，在隨車診斷系統(tǒng)中應加強容錯控制功能，即當有些部件失效時

7、，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)堅持規(guī)定的性能或不損失最基礎的功效。針對不同的故障，AMT控制系統(tǒng)采用了相應的容錯方式。重要包括如下幾個子系統(tǒng)：ECU容錯系統(tǒng)；選、換檔機構容錯系統(tǒng)；油門操縱機構容錯系統(tǒng)；各轉(zhuǎn)速傳感器的容錯；離合器控制機構的容錯。 1、 ECU容錯系統(tǒng) 相對于傳感器和執(zhí)行機構來說，ECU的可靠性較高，但一旦發(fā)生故障，成果將更加嚴重，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采取主從機構造，一旦主機出故障可以自動切換至從機進行把持，進步ECU的可靠性； b采用雙機結構，把對發(fā)動機與離合器、變速箱的控制分離出來單獨控

8、制，以改良性能和簡化編程，同時降低工作累贅，延伸使用壽命； c采用機械應急系統(tǒng)，一旦ECU失靈，啟動機械應急系統(tǒng)，恢復手動把持，以便使車輛駛回車庫自檢或到維修站檢驗。 2、選、換檔機構容錯系統(tǒng) 若檔位傳感器發(fā)生故障，則實行選、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，應保證能以低檔位持續(xù)行駛，此時需就義經(jīng)濟性與動力性；b若降不到低檔和空檔，應保證能控制油門，行駛到目標地。 3、油門把持機構容錯體系 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行診斷，則可采用動態(tài)補償技術對故障信號進行修改，此時不影響控制成

9、果；若系統(tǒng)只能定性診斷出是否有故障,玻璃瓶，則無法實行動態(tài)補償，此時只能實施簡略的開環(huán)控制，同時發(fā)動機模型辨識無效。對于步進電機，在中、小油門時若發(fā)生故障，則置于一檔，遲緩行駛到目標地,玻璃瓶廠，安全停車；在大油門時若發(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)動機轉(zhuǎn)速傳感器主要用于起步和變速時離合器的接合控制；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，并斷定換檔時刻。若某個傳感器發(fā)生故障時，可根據(jù)診斷成果系統(tǒng)對其進舉動態(tài)補償，此種情況下并不影響各種控制性能；若系統(tǒng)不能對傳感器進行為態(tài)

10、補償，則應采用如降落級辦法： a當動員機轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生故障時，則變離合器起步掌握為恒速接合節(jié)制，同時下降發(fā)動機把持級別，此時發(fā)動機模型辨識無效； b當中間軸轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生故障時，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當車速傳感器發(fā)生故障時，則下降變速箱換檔同步控制功效，整車模型辨識無效。 5、離合器控制機構的容錯 離合器的把持是機械式主動變速器的難點，在選取優(yōu)質(zhì)元器件和實行先進控制的基本上，采用容錯掌握的辦法,伺服減速機，可以戰(zhàn)勝控制性能受應用時光的影響，以及在要害部件呈現(xiàn)故障時采用相應的替換辦法，進步離合器控制的適應性和可靠性。離合器控制機構的容錯重要包含兩方面的

11、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時標定。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值常產(chǎn)生變更，影響節(jié)制性能，采取實時標定的方式，即在每次分離和接合完成時都要記載相應的傳感器標定值，以此實施動態(tài)標定。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地，安全停車。 四、電控電動機械式自動變速器程序 LC5T97型汽車變速箱有五個前進檔和一個倒檔，前進檔均帶有鎖環(huán)式同步器，具有結構緊湊、操縱輕便機動等特點，檔位分配為1-3-5，R-2-4。選用兩部步進電機直接驅(qū)動選、換檔撥叉轉(zhuǎn)軸的運轉(zhuǎn)，并通過位置傳感器實時檢測檔位并反饋給ECU。由ECU調(diào)

12、用換檔程序控制電機運轉(zhuǎn)實現(xiàn)自動換檔功能。AMT變速箱電控執(zhí)行機構設計包括對傳統(tǒng)變速箱的改裝和電機驅(qū)動電路設計。 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型選檔步進電機X和換檔步進電機Y，電機輸出軸經(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1 024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確對應一個地位碼范疇，它為軟件編寫換檔程序供給電機位置參數(shù)，如圖1所示。編碼器輸出規(guī)模如下： (1) X電機 空擋位置時的編碼器輸出范圍X0±5; 一

13、、三、五檔位置的編碼器輸出范疇X1士5； 倒、二、四檔位置的編碼器輸出范圍X2士5； (2)Y電機 空檔位置時的編碼器輸出規(guī)模y0±5； 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y2±5； 并據(jù)此盤算出各檔位間的步數(shù)差值。 2、驅(qū)動電路的設計 斟酌車載環(huán)境較為惡劣，電路設計時要充足保證其工作的可靠性。其中PB0、PB1、PB2、PB3為步進電機驅(qū)動信號輸進；U20、U21為功率芯片TLE5206-2，用以供給步進電機的功率要求；ERI、ERR為外部故障信號；DATA為電機的位置傳感器的輸出，CLK為位置傳感的時鐘輸進（兩部電機的驅(qū)動電路雷同）。

14、3、變速箱換檔進程的軟件實現(xiàn) 電控機械式自動變速器(AMT)是通過ECU控制電動履行機構，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轉(zhuǎn)速的同步調(diào)節(jié)等操作，終極實現(xiàn)換檔進程的把持自動化。所以變速箱換檔過程的軟件設計就是編寫換檔程序往控制電機完成換檔工作。換檔程序就是實現(xiàn)換檔撥叉在各檔位間移動，如1-2檔就是首先摘檔，換檔電機把撥叉從移到；然后選檔，選檔電機再把撥叉從移到；最后掛檔，換檔電機把撥叉從移到。 4、換檔控制方法 變速箱內(nèi)部有機械互鎖，換檔撥叉在各檔位之間的移動要非常準確，稍不正確就會導致變速箱換檔。另一方面電機堵轉(zhuǎn)會破壞電機，所以換檔撥叉在各檔位之間的移

15、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)+閉環(huán)的控制方法。 開環(huán)部分：電機依照檔位間步數(shù)差值表得到的數(shù)據(jù)運行設定的步數(shù)。例如從1-2檔，查表得：先使X電機轉(zhuǎn)動b2步(進入閉環(huán)部分，使X電機停在X電機的編碼器的X。±5之間)撥叉從移到，再使y電機轉(zhuǎn)動-2步(再進入閉環(huán)部分，使y電機停在y電機的編碼器的y0士5之間)撥叉從移到，最后使X電機轉(zhuǎn)動b1步(進入閉環(huán)部分，使X電機停在X電機的編碼器的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的運行速度和電機運行的安穩(wěn)性。 閉環(huán)部分：由于電機存在失步現(xiàn)象，經(jīng)過開環(huán)部分運行后，不必定能到達要求的準確地位，通過誤差補償調(diào)劑電機運行到位。經(jīng)過試驗證實，這種計劃完整可以滿足控制請求。 最后針對變速箱內(nèi)部的機械結構，為了保證電機的安全和運行可靠，在軟件上對選檔電機x和換檔電機y進行了互鎖，即在選檔電機X運轉(zhuǎn)到位后才許可換擋電機Y工作。同理只有在換檔電機運轉(zhuǎn)到位后容許選檔電機X工作。 5、換檔程序 在換檔程序中，輸入?yún)?shù)有兩個當前的實際檔位和目的檔位，進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，否則進入換檔程序；下一步就摘檔，摘檔時查表得到摘檔電機要走的距離，當電機運行了這個間隔時，然后從換檔傳感器讀出換檔撥叉