AMT機(jī)械式自動(dòng)變速器概述

1、減速器 AMT機(jī)械式自動(dòng)變速器概述 車輛自動(dòng)變速器可以使駕駛員在不切斷動(dòng)力的情形下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，世界汽車生產(chǎn)大國(guó)自30年代就開端不遺余力地對(duì)此進(jìn)行研討并提出很多計(jì)劃。其中液力機(jī)械式主動(dòng)變速器(Automatic Transmission簡(jiǎn)稱AT)以其優(yōu)勝的動(dòng)力性能、乘坐舒適性和操作簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)械式變速器相比，其構(gòu)造龐雜，制作精度請(qǐng)求和本錢較高，且傳動(dòng)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(dòng)化，從而開發(fā)出電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated MechanicalTransmission，簡(jiǎn)稱AMT)。 7

2、0年代中期，德國(guó)奔跑汽車公司采用由電子控制的半自動(dòng)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(dòng)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(dòng)效力高、成本低、易制作等長(zhǎng)處，從此成為自動(dòng)變速器發(fā)展的一個(gè)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(dòng)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器NAVI-5，到80年代末，全自動(dòng)AMT進(jìn)入適用化階段。從90年代開端，美國(guó)、德國(guó)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。 一、 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器是在傳統(tǒng)固定軸式齒輪變速箱的基本上，把選檔

3、、換檔、離合器及相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)供油操縱用以微處置器為核心的控制器完成、實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)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(dòng)斷定變速箱的最佳檔位，即檔位決策功能；二是自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、離合器完成換檔進(jìn)程，即換檔、起步的自動(dòng)操縱功效。隨著AMT的發(fā)展，人們引入了各種最新的監(jiān)測(cè)、控制技巧以改良自動(dòng)變速器的性能，使檔位決策及換檔控制對(duì)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

4、特點(diǎn)信息，提高AMT對(duì)路面的適應(yīng)性。AMT控制系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)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(hào)通過電控單元(ECU)進(jìn)行處置，對(duì)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(dòng)變速器的優(yōu)缺陷 電控氣動(dòng)機(jī)械式自動(dòng)變速器 電控液動(dòng)AMT的換擋體系長(zhǎng)處是：工作安穩(wěn)、操作簡(jiǎn)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(dòng)電機(jī)，電磁換向閥（6-10個(gè)），油路比擬復(fù)雜的集成閥塊

5、，驅(qū)動(dòng)油缸，銜接油管等。它不但本錢高，而且還帶來一些節(jié)制上的困難，如液壓系統(tǒng)傳動(dòng)油特征受氣溫影響，電機(jī)帶泵工作對(duì)電腦（ECU）發(fā)生干擾，換擋停止時(shí)活塞對(duì)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(dòng)AMT的換擋系統(tǒng)的特色是：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，重量輕，另外由于直接采用易于控制、精度更高的電動(dòng)機(jī)代替液壓執(zhí)行元件，使得系統(tǒng)的動(dòng)作的誤差減少了，控制方法上也更簡(jiǎn)單。毛病是：活動(dòng)部件要進(jìn)行兩個(gè)方向的活動(dòng)實(shí)現(xiàn)選、換擋動(dòng)作，所以要解決運(yùn)動(dòng)部件的干預(yù)問題，

6、換擋時(shí)光也比擬長(zhǎng)，另外還須要結(jié)構(gòu)復(fù)雜、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(dòng)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(dòng)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(chǎng)所。重型卡車中的氣源很豐盛，可以在原有手動(dòng)換擋的基本上進(jìn)行簡(jiǎn)略的改裝，便可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)換擋。而且，構(gòu)造簡(jiǎn)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(zhǎng)，未

7、能充足施展這種情勢(shì)的上風(fēng)，影響了其正常應(yīng)用。 三、電控液動(dòng)機(jī)械式自動(dòng)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(dòng)狀況(發(fā)動(dòng)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(duì)車輛(發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器)進(jìn)行自動(dòng)操縱。AMT控制系統(tǒng)由下列四部分組成： a被控對(duì)象包括發(fā)動(dòng)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(dòng)作缸和選、換檔油缸)等； c傳感器包含速度傳感器(動(dòng)員機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸進(jìn)軸轉(zhuǎn)速

8、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IO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(dòng)油門。選、換檔和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)式和液動(dòng)式兩種,太陽(yáng)能熱水器，現(xiàn)在更常用的是液壓操縱系統(tǒng)，如圖所示： 四、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)的容錯(cuò)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(huì)產(chǎn)生故障，假如某部件發(fā)生故障，汽車的性能會(huì)急劇降落，甚至須要立即停車，這對(duì)汽車整體性能的施展和維修工作的進(jìn)行是非常

9、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)容錯(cuò)控制功能，即當(dāng)有些部件失效時(shí)，它們?cè)谙到y(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(duì)不同的故障，AMT控制系統(tǒng)采用了相應(yīng)的容錯(cuò)方式。重要包括如下幾個(gè)子系統(tǒng)：ECU容錯(cuò)系統(tǒng)；選、換檔機(jī)構(gòu)容錯(cuò)系統(tǒng)；油門操縱機(jī)構(gòu)容錯(cuò)系統(tǒng)；各轉(zhuǎn)速傳感器的容錯(cuò)；離合器控制機(jī)構(gòu)的容錯(cuò)。 1、 ECU容錯(cuò)系統(tǒng) 相對(duì)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(huì)使全部系統(tǒng)癱瘓和失控。AMT控制系統(tǒng)ECU的容錯(cuò)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(dòng)切換至從

10、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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器、變速箱的控制分離出來單獨(dú)控制，以改良性能和簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)械應(yīng)急系統(tǒng)，恢復(fù)手動(dòng)把持，以便使車輛駛回車庫(kù)自檢或到維修站檢驗(yàn)。 2、選、換檔機(jī)構(gòu)容錯(cuò)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(hào)由選、換檔電磁閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來決議。對(duì)于選、換檔電磁閥，分下列兩種情形：a若升不到高級(jí)位，應(yīng)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(dòng)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(cuò)體系 對(duì)于加速踏板傳感器和油門

11、傳感器，若系統(tǒng)可以對(duì)其故障大小進(jìn)行診斷，則可采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行修改，此時(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(dòng)態(tài)補(bǔ)償，此時(shí)只能實(shí)施簡(jiǎn)略的開環(huán)控制，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)模型辨識(shí)無效。對(duì)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(cuò) 各轉(zhuǎn)速傳感器的功能各不雷同。發(fā)動(dòng)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(cè)和檔位脫離的判定；車速傳感器用于檢測(cè)車輛的活動(dòng)狀況，并斷定換檔時(shí)刻。若某個(gè)傳感器發(fā)生故障時(shí)

12、，可根據(jù)診斷成果系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)舉動(dòng)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(duì)傳感器進(jìn)行為態(tài)補(bǔ)償，則應(yīng)采用如降落級(jí)辦法： a當(dāng)動(dòng)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(dòng)機(jī)把持級(jí)別，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)模型辨識(shí)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(shí)無效。 5、離合器控制機(jī)構(gòu)的容錯(cuò) 離合器的把持是機(jī)械式主動(dòng)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(cuò)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

13、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(cuò)重要包含兩方面的內(nèi)容，即離合器接合用電磁閥的容錯(cuò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)械式自動(dòng)變速器 LC5T97型汽車變速箱有五個(gè)前進(jìn)檔和一個(gè)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(dòng)等特點(diǎn)，檔位分配為1-3-5，R-2-4。選用兩部步

14、進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)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(cè)檔位并反饋給ECU。由ECU調(diào)用換檔程序控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔功能。AMT變速箱電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括對(duì)傳統(tǒng)變速箱的改裝和電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(qǐng)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1 024個(gè)盡對(duì)位置信號(hào)的角位置磁編碼器(步長(zhǎng)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(gè)檔位準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)一個(gè)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

15、示。編碼器輸出規(guī)模如下： (1) X電機(jī) 空擋位置時(shí)的編碼器輸出范圍X0±5; 一、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(jī) 空檔位置時(shí)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(dòng)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PB0、PB1、PB2、PB3為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)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、

16、ERR為外部故障信號(hào)；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(dòng)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(dòng)變速器(AMT)是通過ECU控制電動(dòng)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(dòng)軸與動(dòng)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(dòng)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(dòng)，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，

17、換檔撥叉在各檔位之間的移動(dòng)要非常準(zhǔn)確，稍不正確就會(huì)導(dǎo)致變速箱換檔。另一方面電機(jī)堵轉(zhuǎn)會(huì)破壞電機(jī)，所以換檔撥叉在各檔位之間的移動(dòng)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(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(dòng)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(dòng)-2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y0士5之間)撥叉從移到，最后使X電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)b1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)

18、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(qǐng)求。 最后針對(duì)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(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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)(這里先