汽车电子技术:变速器的电子控制

　　车用变速器

　　内燃机在它的整个转速范围内不是等转矩和等功率运转的。其最佳的“弹性”转速范围是在标定转速和最大转矩对应的转速之间。变速器实质上是转速-力矩变换器。为了在上坡和加速行驶，变速器将发动机转矩变换为相应的、汽车所需的力矩。变速器能最佳的利用发动机功率和优化发动机燃油消耗。在变速器上有一个汽车起步部件。它是汽车从静止状态到运动状态所必须的。

　　三轴五当变速器传动简图

　　1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环 5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴常啮合齿轮

　　变速器是传动系统效率的主要影响者。汽车变速器在最佳工作点的传动功率损失约为1.5%。在汽车的日常行驶工况下，由于驱动汽车的各种行驶状态，其功率损失约为8%。变速器的电子控制通过自行选择最佳挡位可以减少功率损失。

　　对变速器的要求

　　各汽车都对变速器提出一些具体的要求，所以各种型式的变速器在结构和性能方便都是不一样的。开发变速器的目标和重点集中在以下几个方面：

　　两轴五当变速器传动简图

　　1-输入轴 2-接合套 3-里程表齿轮 4-同步环 5-半轴 6-主减速器被动齿轮 7-差速器壳 8-半轴齿轮 9-行星齿轮 10、11-输出轴 12-主减速器主动齿轮 13-花键毂

　　一、舒适性：

　　对舒适性的一些重点要求则是：1、换当中没有冲击，没有转速的阶跃。2、换挡方便，不受发动机负荷和工作条件的影响。3、噪声小。4、在整个使用寿命内不会牺牲舒适性。

　　变速器远距离外操纵机构

　　1-变速杆 2-纵向拉线 3-横向拉线

　　二、燃油经济型：

　　从变速器方面有效降低燃油消耗的条件为：1、传动比大。2、机械效率高。3、智能的换挡策略。4、控制功率小。5、质量轻。6、有备用的控制。7、有液力偶合器。8、小的搅油功率损失（齿轮转动时的搅动变速器内的阻力）等。

　　三、可操控性：

　　变速器的下列功能可保证变速器良好的操控性：1、换挡点与汽车行驶状况协调。2、能识别汽车行驶状态和驾驶员的类型。3、较好的酵素能力。4、山区下坡时的发动机制动作用。5、弯道较快行驶时防止换挡。6、能识别冬季路况。

　　四、结构尺寸：

　　按照驱动方式，对变速器的体积有不同的规定。对后驱的变速器而言，变速器的直径应尽可能的小，而对前驱得得变速器来说，变速器的长度应尽量短。在冲击试验时，为满足这些要求还有详细的规定。

　　五、制造成本：

　　制造成本地的条件是：大批量生产、简单的控制结构以及可自动化装配。

　　在1886年第一批准备行驶的动力车上，驱动力直接传递到车轮上，而没有起步离合器。所以必须推动车辆或用手转动飞轮才能起步。为了将驱动力传到路面，奔驰公司采用了下列机械部件。发动机曲轴端部装上飞轮。因为发动机卧式地装在后轴上，垂直安装的锥齿轮传动将发动机的驱动力传到皮带传动机构上，皮带传动使中间轴的转速降低，并进一步通过链传动传到驱动轴上。

　　基本上，变速器的类型分为：手动换挡变速器、自动换挡变速器（AST）、双离合变速器（DKG）、自动变速器（AT）、无级自动变速器（CVT）、环形变速器。我们将分别为大家走出介绍。

　　手动换挡变速器

　　手动换挡变速器是最简单和最便宜的变速器，至今在全世界还广泛使用。由于发动机功率的不断增大、汽车质量有所增加和汽车风阻系数不断减小，自20世纪80年代以来5挡手动换挡变速器替代了占压倒优势的4挡变速器。这一措施一方面可使汽车可靠起步和良好的加速，另一方面在较高的车速时，发动机可在较低转速范围工作，使油耗降低。

　　手动换挡工作原理图

　　手动换挡变速器结构可以分为下面几个部分：1、装在两根轴上的齿轮组。2、作为汽车起步部件的单片干式离合器，并在换挡时切断驱动力。3、由惯性力同步操纵的离合器部件（作为换挡部件）。手动换挡变速器最大的优点是：1、效效率高。2、结构紧凑，简单。3、制造成本低。缺点为：相对不易操纵（换挡时要先踩离合器再手动换挡）。2、换挡时机取决于驾驶员。3、换挡时牵引力中断。

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　　自动换挡变速器（AST）

　　自动换挡变速器（AST，Automatic Step Transmission），也称自动机械变速器（AMT，Automatic Manual Transmission）可假话变速器的操纵和提高燃油经济性。以前的手动换挡变速器的换挡过程现在通过气动、液压或电动来实现。

　　离合器电子管理（EKM）用于自动换挡变速器（AST），并补充了两个选挡和换挡的伺服电机。带有AST的伺服电机在不需要更多费用时，可实现自动化和提高方便性。所需的电子控制信号，按系统情况可直接来自驾驶员操纵的换挡杆或来自串接的电子控制。

　　在最简单的AST系统中，遥控代替机械拉杆。换挡杆（轻击杆或H换挡图的换挡杆）只送出信号，起步过程和离合器结合如同手动换挡变速器那样操纵。在全自动的AST系统中，变速器和汽车起步部件是自动化的。驾驶员的操纵部件是换挡杆或按键开关。为了对常用的变速器实现自动控制，需要有一个综合性的换挡策略，包括考虑汽车当前的行驶阻力，如负载和路面情况，在换挡牵引力中断时，为保证变速器的同步，电控发动机要短时、自动地端由。

　　其结构特点为：1、基本结构同手动换挡变速器。2、通过（启动、液压或电机）控制器和电子控制，操纵离合器和换挡。

　　优点：传动效率高、结构紧凑、可适应现有的手动换挡变速器、操纵简单、有效的换挡策略以达到最佳的燃油经济型、比有级自动变速器或无级自动变速器更便宜。而其缺点就是在换当中会发生牵引力中段。

　　之前我们已经介绍过手动换挡变速器以及自动换挡变速器（AST），今天继续介绍另外两种变速器的类型，他们分别是：双离合器变速器（DKG）和自动变速器（AT）。这两种是较为常见的变速器，下面我们来简单的介绍一下它们。

　　双离合变速器

　　双离合器变速器（DKG）

　　双离合器变速器是自动换挡变速器（AST）的发展，它没有AST变速器在换挡时牵引力中断的主要缺点。并且比AST变速器省油是DKG的一大优点。在换挡舒适性和功能性方面相当于AST。DKG变速器主要用于高档汽车。

　　DKG同样满足汽车制造厂家按模块化设计要求。模块化设计理念就是手动换挡变速器和自动换挡变速器可以再同一生产线上生产。其主要结构特点有基本结构与手动换挡变速器一样。齿轮组支承在三根轴上。两个离合器。通过变速器控制和执行机构操纵离合器和换挡机构。

　　液力变矩器

　　其工作原理是将排列各挡的齿轮分为偶数挡齿轮和奇数挡齿轮两组。尽管与常规的中间轴换挡变速器的基本排列相似，但它们间的根本区别是DKG的主轴是分开的，一根是实心轴，一根是套在实心轴外的空心轴。实心轴与空心轴靠齿轮组连接在一起。在变速器输入端的实心轴和空心轴都装有离合器。因为在换挡时嵌入两个档位（即主动挡和预选的相邻挡位），所以能在两个挡位间迅速换挡，如同自动变速器那样而没有牵引力中断。

　　在性能方面，DKG的优点主要表现为：工作效率高、有与AST相近的舒适性、换挡时没有牵引力中断、能跳过一个挡位。缺点则是体积要比AST大并且支承力大、结构粗实。

　　行星齿轮

　　自动变速器（AT）

　　自动换挡变速器（AT Automatic Transmission）起着起步、选择速比和自动换挡的功能。利用简单的换挡，自动变速器可以通过接通和切断换挡机构实现跳挡。自动变速器的起步部件为液力变矩器。

　　在结构上，许多4挡自动变速器基于大家熟知的拉维尼亚（Ravigneaux）行星齿轮组。多于4个前进挡的自动变速器无法换挡。5挡自动变速器则是需要另一个基本变速器，或者需要在4挡自动变速器前面或后面再接上一个行星排。发过工程师莱普迪尔发现了5挡或更多挡换挡的巧妙办法。他在双轴拉维尼亚行星齿轮组上加了一个前行星排，以便用另一个驱动转速来驱动该行星排。起步部件的数目不变。对增加的挡只是多次使用。该方案的优点在于体积小，质量轻，成本低。

　　液力变矩器

　　刚才提到变矩器，而变矩器的作用是帮助汽车起步，它在汽车起步过程中起着附加挡的作用。在要求舒适性的大多数自动变速器上采用液力变矩器作为起步部件。由于液力变矩器是液体机构，所以 它是理想的起步部件并可以吸收震动。为提高液力变矩器在高速比工况下的传动效率，在变矩器的泵轮和涡轮上跨接了一个离合器，从而构成一个带锁止离合器的液力变矩器。避免由于液力变矩器的滑动转而造成功率损失并增加油耗。

　　片式离合器可保证换挡时不会出现牵引力中段现象而仍能传递发动机转矩。在换挡过程，离合器衬片和钢片以及换挡制动器承受了动态转矩，并在换挡以后传递负载力矩。

　　行星变速器是自动变速器的核心部件，其功能是调整传动比和保证不间断传递动力。行星变速器是由布置在中心的一个齿轮，即太阳轮。多个行星轮。一个内啮合齿轮共同组成的。