汽车电气技术(XXXX)11.ppt

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1、汽车电气技术（11）哈工大网络与电气智能化研究所刘勇2015（秋）2021/9/151一、概述汽车自动变速器是指在汽车行驶过程中，驾驶员仅根据行驶需要控制加速踏板，变速器即可根据发动机的负荷以及车速等参数的变化，自动换入不同挡位工作的一种变速器。早在20世纪40年代末50年代初，就开始出现根据车速和节气门开度自动控制换挡的液力控制换挡自动变速器。60年代末，法国、日本等国家先后探讨了采用电子元件控制自动变速器的换挡过程。显然，这种以模拟信号为主、硬件以各种复杂的电子元件为主的自动变速器，要想改变其控制规律、改变相关的硬件电路是困难的。第九章汽车自动变速器第一节自动变速器的组成与工作原理2021

2、/9/152由于计算机技术的高速发展，自1981年起，美国、日本、德国等一些汽车公司相继开发出各种微机控制的自动变速系统，如电子控制液力变矩式自动变速器、电子控制多级齿轮变速器等。1982年，丰田公司将微机技术应用于自动变速器电子控制系统，成功实现了自动变速器换挡过程的智能控制，这标致着电子控制自动变速器取得了真正飞跃式发展。尽管自动变速器存在着结构复杂、零件精度要求高、制造难度大、成本较高、相应的维修技术较复杂等缺点，但因其具有一系列优势，使得自动变速器被越来越广泛地应用于各类汽车上。例如，自动变速器可使换挡操作简化并提高行车安全性；液力变矩器的使用能使汽车自动适应驱动轮负荷的变化，提高汽车

3、的通过性；自动变速器的挡位变换快且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性；2021/9/153通过液体传动或微电脑控制换挡，可消除或降低动力传动系统中的冲击和动载，从而大幅度延长发动机和传动系统零部件的寿命；自动变速器可使发动机经常处于经济转速区运转，使整车获得最佳的动力性和燃料经济性，降低排气污染等。二、自动变速器的分类自动变速器按传动比变化的方式分类，主要有：有级式自动变速器、无级式自动变速器以及处于两者之间的综合式自动变速器。1有级式自动变速器有级式自动变速器是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式电子控制机械式自动变速器，简称AMT。它主要包括：自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统等。有级

4、式自动变速器基本思想如图9-1所示。2021/9/154驾驶员通过加速踏板和选择器（包括选挡范围、换挡规律、巡航控制等）向微机表达意图，各种传感器时刻检测车辆的现状，微机接收和处理信号，并输出最佳控制信号（最佳换挡规律、离合器最佳接合规律、发动机节气门的自适应调节规律等），通过电动和液压或气压分别对节气门开度、离合器接合及换挡三者进行控制，以实现最佳匹配，从而获得优良的行驶性能、平稳的起步性能和迅速换挡的能力。图9-1电控机械式自动变速器AMT的基本控制原理2021/9/155有级式机械自动变速器既能使换挡操作简化，又保留了齿轮式机械变速器传动效率高、价廉、易于制造的长处，但其控制系统要求较高

5、的控制精度，使得自动换挡的难度大。2无级式自动变速器无级式自动变速器，简称CVT。它由电子控制部分、液压控制部分、液力变矩器和机械无级变速器等组成。CVT的基本变速原理如下图所示。1-主动轴2-主动轮3-V形钢带4-从动轮2021/9/156两个工作带轮，其中，2为主动轮，4为从动轮。每个带轮均由可以相对滑动的两部分构成，V形钢带3位于两部分间的凹槽内。当带轮两部分紧靠时，凹槽较窄，钢带位于带轮外缘，带轮的工作直径最大。随着带轮两部分间的相对滑动分离，凹槽逐渐变宽，钢带随之靠近带轮中心，工作直径相应变小。因此，CVT的控制是靠两个带轮的轴向夹紧力来实现的，带轮的滑移由电子控制的液压元件来完成。

6、CVT具有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便等特点，真正实现了无级变速。由于CVT可以使发动机始终在其经济转速区域内运行，从而大大改善燃油经济性。此外，CVT在加速时无须切断动力，因此，装备CVT的汽车乘坐舒适，超车加速性能好。但因CVT是采用摩擦传动，如何提高其传动效率及自动控制的可靠性是主要的研究方向。2021/9/1573综合式自动变速器综合式自动变速器具有在一定范围内实现无级变速的能力，即通常所指的液力自动变速器，简称AT。三、自动变速器的组成与工作原理液力自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速机构和自动换挡控制系统组成。液力变矩器和齿轮变速机构组成了液力自动变速器的变速系统，它们是液力

7、自动变速器的必要条件和结构基础，而自动换挡控制系统则是液力自动变速器的控制中枢。除此之外，在自动变速器中还有保证系统运转的供油、冷却、润滑等必备系统。液力变矩器是通过液体动量矩的变化来改变转矩的，但其本身变矩与变速能力有限，因此需与机械式变速机构串连形成综合式液力变矩器。变速机构通常由行星齿轮机构组成。2021/9/158发动机的动力通过液力变矩器输入自动变速器的变速机构，控制系统根据发动机的转速、负荷以及车速的大小，按照既定的程序，通过制动器、离合器使齿轮机构各元件进行不同的组合，从而得到不同的传动比，使自动变速器完成自动变速、变矩及倒车、空挡等输出。液力自动变速器通常有两种形式，即适用于汽

8、车发动机前置后驱动的自动变速器和适用于前置前驱动的变速驱动桥。显然，变速驱动桥的基本结构除了还包括主减速器和差速器外，其他与自动变速器相同。自动变速器的换挡控制系统主要由控制参数信号发生系统、换挡控制系统、换挡执行机构等组成，如图9-3所示。2021/9/1591控制参数信号发生系统用于变速器自动换挡的控制参数虽有多种形式可选择，但较常用的是两参数形式：节气门位置信号与车速信号。当然，自动换挡系统还需要及时了解驾驶员控制的手动变速杆的位置信号、发动机转速与油温信号、变速器油温信号等。图9-3自动换挡系统工作流程简图2021/9/15102换挡执行机构用于换挡的执行机构主要指位于自动变速器中的换

9、挡离合器、制动器、单向离合器等，其功能是接受控制器指令，在液压系统的作用下，具体完成变速器中挡位的变换。3换挡控制系统自动变速器换挡控制系统的主要工作内容是：在给定手动换挡位置信号后，接受来自节气门位置、车速及手动换挡传感元件所传来的信号，进行比较和处理，选择最佳的换挡规律，确定最佳的换挡时刻，保证最佳的换挡品质，发出换挡指令至换挡执行机构，最终实现自动换挡的目的。自动变速器的换挡控制系统主要有液控液压式和电控液压式两种形式，两种控制系统的主要区别见图9-4和图9-5。2021/9/1511图9-4液控液压式自动换挡系统工作简图1-节气门阀2-换挡阀3-液力变矩器4-变速机构5-速控阀2021

10、/9/1512图9-5电控液压式自动换挡系统工作简图1-自动变速器ECU2-节气门位置传感器3-换挡电磁阀A4-液力变矩器5-变速机构6-车速传感器7-换挡阀8-换挡电磁阀B2021/9/1513液控液压式自动换挡系统通过机械与液压的手段，在手动换挡阀选定位置后，接受来自节气门阀所反映的节气门位置、调速阀所反映的车速以及手动换挡阀所传递的换挡位置等液压信号，按照既定的换挡规律，在换挡点由这些液压信号直接控制换挡阀组的液压油流向，并最终作用于换挡执行机构中的换挡离合器、制动器等，实现自动换挡。电控液压式自动换挡系统则是在手动换挡阀选定位置后，通过各个传感器将发动机转速、节气门开度、车速、手动换挡

11、阀位置、发动机温度、自动变速器油温等参数转变为电信号，输入自动变速器电子换挡控制单元ECU，ECU根据这些电信号，通过运算选择换挡规律，确定换挡点，发出换挡控制信号控制相应的换挡电磁阀动作。换挡电磁阀的动作作为控制信号控制液压换挡阀组的液压油流向，并最终作用于换挡执行机构中的换挡离合器、制动器等，实现自动换挡。2021/9/1514与液控液压式自动变速器相比，电控液压式自动变速器的主要优点是：1)计算机能够存储与处理多种换挡规律以及其他多种数据，可以按车辆的行驶需要，对自动换挡过程实现更合理、更复杂、更精确、更快速的控制，从而使车辆获得更理想的燃料经济性和动力性。2)可大大简化液压系统，从而使

12、结构紧凑、重量轻。3)与整车其他电子控制系统（如发动机控制、巡航控制等）比较，该系统兼容性好，并具有自我故障诊断、失效保护等功能。4)自动换挡系统变更换挡规律或参数时，只需改变控制程序和某些电子元件的型号规格就能达到要求，所以适应性强，开发周期短，有利于系列化生产。2021/9/1515第三节自动变速器的液压控制系统一、液压控制系统的组成在液力自动变速器的自动换挡系统中，无论是液控液压式还是电控液压式，其换挡离合器的接合和分离、制动器的制动和释放都最终由液压控制系统的控制动作来完成。除此之外，液力自动变速器的液压控制系统还要具有液力变矩器的锁止、油压补偿、运动零部件的润滑及工作介质的冷却等功能

13、。自动变速器液压控制系统的组成因车型不同而异，但其基本组成与原理是相似的。下页所示图9-9表示了红旗牌CA770轿车自动变速器液控液压式自动换挡系统的基本组成。2021/9/15161-液力变矩器 2-油液冷却器 3-油液细滤器 4-主油路调压阀 5-变矩器压力调节阀6-换挡阀 7-节气门阀 8-强制低挡阀 9-低挡阀片 10-缓冲阀 11-手控制阀 12-液压泵13-油液集滤器14-变速器第二轴15-离心调速阀16-低挡限流阀17-低挡单向阀18-直接挡离合器19-低挡制动器20-倒挡制动器2021/9/1517红旗CA770轿车自动变速器由液力变矩器、双排行星齿轮变速器及液控液压式自动换挡

14、系统组成。它有两个前进挡（直接挡和低挡）、一个倒挡。该系统的供油部分主要由液压泵12、主油路调压阀4等组成。控制参数信号发生装置主要包括离心调速阀15与节气门阀7。换挡执行机构包括直接挡离合器18、低挡制动器19和倒挡制动器20。换挡控制系统由手动换挡阀11、换挡阀6及用于改善换挡品质的缓冲阀10等组成。液压泵经集滤器将变速器油从油底壳中吸入，加压后进入主油路调压阀4，同时，通往离心调速阀15和手控制阀11的油压也被调定。由主油路调压阀输出的一条油路经变矩器压力调节阀5降压后，进入液力变矩器1。液力变矩器中的热油则从管路引至油液冷却器2、油液细滤器3，在完成行星齿轮、轴承的润滑任务后回到油底壳

15、。另一条通往控制系统其他装置及行星齿轮变速器各执行元件的油路，则由手控制阀根据所要求的工况来决定。2021/9/1518二、液压控制系统的主要工作元件1供油和调压部分它是整个液压控制系统各个机构的动力源，向各个机构提供压力足够的液体，且压力的大小根据发动机的负荷、车速及挡位等不同而相应变化，主要由油泵和调压阀等组成。(1)自动变速器油泵其作用是使液压油产生一定的压力，向变矩器、控制机构、齿轮系统、油液冷却器等部件提供足够的油液，以实现传递转矩、控制油路的压力和流向、润滑和降温等目的。(2)主油路调压阀主要用于稳定主油路油压。由于油泵是发动机直接驱动的，因此发动机转速变化使油泵输出的流量和压力随

16、之变化。自动换挡系统也要求主油路在不同工况、不同挡位时能提供不同的油压。2021/9/1519如当自动变速器所传递转矩较小，执行机构中的离合器、制动器不易打滑时，主油路压力可适当降低；反之则需要较高的主油路压力。因此，在主油路中必须设置主油路调压阀，以使主油路油压稳定，并控制在一定范围内。丰田A341E型自动变速器主油路调压阀结构如图9-10所示，由上部的阀心、下部的柱塞以及中部的调压弹簧组成。来自油泵的油压作用到阀心上，给阀心加一个向下的作用力；节气门阀输出的油压力作用到柱塞和阀心上，使阀心受到一个向上的作用力。当节气门开度小时，节气门油压低，阀心下移，泄油缝隙增大，系统油压减小；反之，系统

17、油压增大。2021/9/1520图9-10典型主油路调压阀结构示意图1-阀心2-弹簧3-柱塞2021/9/1521请看视频主油路调压阀2021/9/15222控制参数信号转换装置液控自动换挡系统主要是通过节气门阀和调速阀把节气门开度和车速转换成液压信号，根据这两个信号实现自动换挡。(1)节气门阀受发动机加速踏板所控制，它是随节气门开度大小（即发动机负荷大小）而改变其输出油压力的液压阀，输出油压的高低即为自动换挡的一个信号。在图9-11所示的丰田A341E型自动变速器节气门阀中，节气门阀和降挡柱塞安装在同一阀孔中。节气门阀的上、下两端都有弹簧。降挡柱塞的下端有一滚轮，滚轮与节气门阀凸轮接触，凸轮

18、通过一钢丝拉索与加速踏板相连。因此，节气门阀和降挡柱塞的动作是与加速踏板的位置相对应的。2021/9/1523图9-11节气门阀结构简图1-弹簧A2-节气门阀3-反向阀4-弹簧B5-降挡柱塞6-凸轮节气门阀压力既取决于加速踏板的位置，同时与变速器的工况也有一定的关系。加速踏板越踏到底，节气门阀压力也越大，从而使整个液压油路的压力也增大。2021/9/1524请看视频节气门阀2021/9/1525(2)调速阀又称速控阀、速度调压阀、调速器等，它通常安装在自动变速器的输出轴上，与输出轴一起转动。调速阀的作用是将汽车车速参数转换为相对应的油压信号输出，此压力将作用在换挡阀上。自动变速器常用调速阀有复

19、锤式离心调速阀、双锤式离心调速阀以及中间传动复合式双级调速阀（常用于变速驱动桥中）。图9-12是典型的复锤式调速阀结构简图，它由调速阀轴、离心重块、滑阀、壳体和弹簧等组成。图9-12复锤式调速阀简图1-离心重块2-调速阀轴3-滑阀4-弹簧5-壳体6-变速器输出轴2021/9/1526请看视频复锤式调速阀2021/9/15273换挡控制系统液控液压式自动换挡控制系统由若干个换挡控制阀组成，它们是自动换挡操纵系统中的核心构件。它们接受来自车速、节气门及变速杆位置传来的信号，并按预定的换挡规律选择挡位，选择换挡时刻，同时发出相应的换挡油压指令，使换挡执行机构（换挡离合器和制动器）动作而实现换挡。(1

20、)手控制阀供驾驶员手动选择挡位。装备自动变速器的汽车，在驾驶室内有一挡位选择杆，驾驶员根据各种行驶的需要把选择杆置于各个位置。挡位选择杆的动作带动变速器液压控制系统中换挡阀位置的改变，从而选定不同的自动换挡范围，即手控制阀是一种典型的具有多个位置的滑阀。各种不同形式的自动变速器，虽然挡位数和有些位置的挡位范围不完全相同，但其原理是一致的。2021/9/1528图9-13是某6位手控制阀，其位置为P、R、N、D、2、L。当其中的滑阀处于不同位置时，液控系统通过换挡阀分别接通主油路与各挡的换挡执行机构。图9-13手控制阀结构示意图(2)换挡控制阀是自动换挡操纵系统中的核心构件。其主要任务是：按照换

21、挡规律的要求，随着控制参数（节气门开度、车速）的变化，选择最佳换挡时刻，发出换挡信号操纵换挡执行机构（换挡离合器和换挡制动器）的分离或接合动作。图9-14为丰田A341E自动变速器1-2挡换挡阀的结构与工作原理。它主要由阀心、低倒挡柱塞以及弹簧组成。2021/9/1529图9-14丰田A341E自动变速器1-2挡换挡阀结构与工作原理a）换挡阀结构示意图b）D位1挡油路c）D位2挡油路d）L位1挡油路1-低、倒挡柱塞2-弹簧3-阀心4-柱塞2021/9/1530其工作过程如下：D位1挡：节气门开度大、车速低时节气门油压与弹簧力之和大于速控油压，阀心下移，自动变速器处于1挡。D位2挡：节气门开度小

22、、车速高时节气门油压与弹簧力之和小于速控油压，阀心上移，接通制动器岛油路，自动变速器处于2挡。L位1挡：选挡手柄处于L位时，来自手控制阀的控制油压作用于低、倒挡柱塞上，阀心始终处于下端，不能上移，自动变速器锁止在1挡上，不能升2挡。其他换挡阀的工作原理与此相似，需要说明的是各换挡阀相互连通、组合工作，共同实现挡位的选择及变换功能。4换挡品质控制装置换挡品质控制装置的功用是使换挡执行机构接合柔和、换挡平稳、无冲击，常用的有缓冲阀和蓄能器等。2021/9/1531(1)缓冲阀安装在换挡阀至换挡执行元件之间的油路中，其工作原理是：当换挡执行元件接合时，通过对流入换挡元件的压力油进行节流，来延缓换挡元

23、件接合时油压上升的速度，从而减小换挡冲击；当换挡元件分离时，增大换挡元件中压力油的泄流量，加速泄流过程，使换挡元件迅速分离。图9-15为弹簧式缓冲阀的工作原理，进排液口A连接控制油路，进排液口B连接换挡元件。当控制油路向换挡执行元件的液压缸充油时，在弹簧力作用下，阀心左移将阀门关闭，传动液只能从阀心上的节流口中通过，如图9-15a所示，在节流口的节流效应作用下，液体流量小，油压上升速度慢，使换挡元件接合柔和。当换挡元件的液压缸回油时，液压油液推动阀心右移，阀门开启泄流，如图9-15b所示，泄流量增大，加速回油过程，使换挡元件迅速分离。2021/9/1532(2)蓄能器又称为蓄能减振器。其功用是

24、：防止换挡元件接合时产生冲击现象。在自动变速器中每个前进挡都设有一个蓄能器。蓄能器由活塞和弹簧等组成，其进排液口与换挡阀至换挡执行元件之间的油路相通，如图9-16所示。图9-15弹簧式缓冲阀工作原理a）慢速充油b）快速回油1-节流孔2-阀心3-弹簧2021/9/1533程而开始接合。传动液压力F1既作用到换挡执行元件的活塞A上，也作用到蓄能器的活塞B上。当传动液压力升高到一定程度时，作用力F1就会克服蓄能器弹簧的预紧力使活塞B向下移动，部分传动液随之流入蓄能器的液压缸，使活塞A和活塞B上的油压升高、速度减慢，从而防止换挡元件接合时产生冲击现象。当变速器换挡时，换挡阀输出的主油路液压油既输入到换

25、挡执行元件的液压缸，也输入到蓄能器的液压缸。在换挡元件接合初期，油压迅速升高，使换挡执行元件迅速克服自由行图9-16蓄能器工作原理1-活塞A2-活塞B3-弹簧2021/9/1534三、自动换挡规律换挡规律是指根据车辆的运行工况，变速器应处于的挡位，即应升挡、降挡还是保持当前挡位，也就是挡位随控制参数变化的规律，即换挡时刻与控制参数之间的关系。自动换挡规律是自动换挡系统的基本特性，是按车辆动力性和经济性对自动换挡系统的要求来设计的。较常用的自动换挡规律一般，按节气门开度、车速两个参数来控制。图9-17是按节气门开度与车速信号两个参数控制的换挡规律示意图。它表明换挡时刻与节气门开度和车速之间的关系

26、。图中曲线AA决定了从1挡换入2挡的时刻，曲线BB是从2挡换回1挡的时刻。在这两条曲线之间，升挡时1挡工作，降挡时2挡工作。AA线右边只能用2挡工作，而BB线左方则只能用1挡工作。水平线1表示节气门全开，水平线2相当于发动机怠速时节气门开度。2021/9/1535图9-17两参数换挡规律示意图新换入1挡。车速不变（设为1）：当节气门开度小于1时，用2挡行驶；当行驶阻力增加，节气门开度加大到2时，自动换入1挡行驶。当行驶阻力减小，节气门开度减小到小于l，则又重新自动换回2挡。这就使驾驶员有可能控制节气门开度来干预自动换挡，松加速踏板提前换高挡，猛踩加速踏板强制换低挡。每一个自动换挡系统都有相应的

27、换挡规律，它的曲线形状取决于车辆传动系统的要求，由自动换挡系统的结构和参数来实现。在图9-17所示的例子中，节气门开度不变（设为2）：当车速小于1时，例如在点，则以1挡行驶；当行驶阻力减小，车速增加超过2时，自动换入2挡，例如在b点工作。如果车速2减小，则 当 车 速 降 至1时 才 重2021/9/1536由此可见，在控制参数相同的情况下，升挡和降挡的换挡时刻是不同的，降挡的换挡时刻比升挡的晚，这种现象称为换挡延迟。延迟的程度根据传动性质的要求确定，由换挡机构的结构参数来保证。换挡延迟的设置对自动换挡系统的主要作用是：1)保证自动换挡系统的稳定性。如果升、降挡点重合在一条曲线上，那么车速以此

28、曲线附近的参数行驶时，由于行驶阻力的偶然增减而使车速升降，就不可避免地出现在两相邻排挡之间重复往返换挡的现象。当有了换挡延迟，自动换上新挡后，不会由于加速踏板振动或车速稍降而重新换回原来的排挡。2)使驾驶员可以对自动换挡进行干预，可以提前升挡或强制降挡。3)变化换挡延迟，改变换挡规律，以适应动力性、经济性、使用性等方面的要求。2021/9/1537第四节自动变速器的电子控制系统一、电子控制系统的基本组成在电控液压式自动变速器中，其电子控制系统的信号发生装置由各类传感器组成，换挡控制系统为自动变速器电子控制单元ECU，而执行元件由各类电磁阀组成，如右图所示。2021/9/1538传感器提供车速、

29、节气门开度等信号。电子控制单元以此为根据确定换挡或锁止时机，然后，将相应的控制信号输送给换挡电磁阀。电磁阀作为电子系统的执行元件，同时也作为液压换挡系统的起始信号发生元件，控制液压换挡阀的动作，完成电子控制单元下达的换挡、锁止等命令。电子控制系统还带有自诊断装置，并且具有在发生故障时使车辆继续行驶的失效防护功能。二、电子控制系统的主要工作元件1传感器(1)节气门位置传感器安装在发动机节气门体上并与节气门联动，其作用是测量发动机节气门的开度，使电脑适时了解发动机负荷，以此作为换挡的一个主要依据。电控液压式自动变速器的电子控制系统常用线性节气门位置传感器，在第八章中已经介绍，其结构如图8-15所示

30、。那些反映节气门开度位置及变化速率的电信号是车辆在不同行驶条件下控制换挡的主要依据之一。2021/9/1539此类传感器的工作特点是首先由微机发送一个参考电压给传感器，并且接收该类传感器的反馈电压。微机通过程序进行比较运算，可以重新了解电压的改变所表示的工作状态。即当节气门转动时，电位器的电阻发生改变，节气门开度连续变化，反馈到微机的信号也连续发生变化。(2)车速传感器用于检测自动变速器输出轴转速，检测到的输出轴转速信号被送往微机，处理后成为车速信号，作为控制换挡的另一个主要依据。车速传感器有多种形式，常用的电磁感应式车速传感器主要由永久磁铁和电磁感应线圈两部分组成，一般安装在变速器输出轴附近

31、，如图9-19a所示。当输出轴转动时，其上的停车锁止齿轮或感应转子的齿不断地靠近和离开车速传感器，使感应线圈内的磁通发生变化，从而产生交流感应电压，如图9-19b所示。2021/9/1540车速越高，输出轴转速就越高，感应电压的脉冲频率也就越高。与前述的线性节气门位置传感器工作原理不完全相同，在电磁感应式车速传感器工作过程中，脉冲电压作为电信号直接发送到微机，而微机则把输入的信号与微机本身的时钟或计数器比较，从而把该电信号转换为变速器输出轴转速，再进一步转换为车速。1-电插座2-O形体3-磁电传感器4-变速器 输出轴齿轮图9-19电磁感应式车速传感器a）车速传感器的结构与安装位置b）传感器发生

32、至ECU的电信号2021/9/1541(3)自动变速器控制开关 自动变速器控制开关中常用的有：超速挡开关、模式选择开关、挡位开关、空挡起动开关、强制降挡开关等。超速挡开关打开时，作用在3-4挡换挡阀阀心高挡端的压力油泄荷，此时，只要作用在3-4挡换挡阀低挡端的油压足够高，就可以将3-4挡换挡阀推至4挡位置。即超速挡开关打开，且变速器操纵手柄又处于D位时，自动变速器随着车速的提高最高可升至4挡。而该开关关闭时超速挡电磁阀断电，主油路压力油作用在3-4挡换挡阀阀心高挡端，使阀心不能移动到4挡位置。此时，无论车速怎样提高，自动变速器最多只能升至3挡。模式选择开关用于选择自动变速器的换挡模式，即换挡规

33、律（通常存储于ECU的存储器中）。通常在开关上的标注是：P(动力)、E(经济)、N(普通)、M(手动)等，某些车型还包括S(雪地）模式等。ECU根据模式选择开关的具体位置选择相应的换挡规律。2021/9/1542挡位开关一般装在手控制阀或操纵手柄上，由变速杆控制。选挡手柄的位置信号是利用挡位开关的几条编码线路将信息传给变速器控制系统的，通常还包括倒挡信号灯的开启以及空挡起动开关等。空挡起动开关向自动变速器ECU提供空挡起动信号和选挡杆的位置信号。ECU根据空挡起动开关信号区别变速器是否处于P或N位（停车或空挡）。然后，ECU控制只有在P或N位时，发动机才能起动。强制降挡开关装在加速踏板下方，当

34、踩下加速踏板并使节气门达到全开位置时，强制降挡开关接通并向ECU发送信号。此时，ECU按照急加速的程序控制换挡，一般在车速还不是很高的情况下，ECU会使变速器降一挡，以便使车辆的加速性能更好。2021/9/15431-信号线2-变阻器3-电位器4-开关5-电压发生器6-磁电传感器7-处理器这些开关元件工作时与节气门位置传感器类似，也需要首先由微机发送一个参考电压给开关元件，并且接收该类开关元件的反馈电压。微机通过程序进行比较运算，可以重新了解电压的改变所表示的工作状态。自动变速器各类信号输入元件的线路图如下图所示。2021/9/15442电磁阀在电控液力自动变速器中，电磁阀作为电子控制系统的执

35、行元件，或者说它是液压控制系统的信号发生元件。换挡电磁阀的动作可控制液压系统中换挡阀的油路接通位置，以使相应的换挡离合器、制动器等执行元件工作，从而实现自动换挡、调节主油路压力及液力变矩器的锁止等功能。(1)开关式电磁阀的作用开启和关闭变速器油路，主要用于控制换挡阀。开关式电磁阀通常由电磁线圈、衔铁及阀心等组成(图9-21)。它只有两种工作状态：全开或全关。当线圈不通电时，阀心被油压推开，打开泄油孔，该油路的压力油经电磁阀泄荷，油路压力为零；当线圈通电时，电磁力使阀心左移，关闭泄油孔，油路压力上升。2021/9/1545图9-21开关式电磁阀(2)脉冲式电磁阀如图9-22所示图9-22脉冲式电

36、磁阀1-液压油入口2-泄压口3-接线插座4-衔铁及阀心5-骨架6-电磁线圈7-限流钢球2-液压油入口4-泄压口6-衔铁及阀心7-限流钢球1-液压油出口3-接线插座5-电磁线圈2021/9/1546其结构与开关式电磁阀基本相似，也由电磁线圈、衔铁及阀心等组成，其作用是控制油路中油压的大小。与开关式电磁阀的不同之处在于，控制脉冲式电磁阀工作的电信号不是恒定不变的电压信号，而是一个频率固定的脉冲电信号。电磁阀在脉冲电信号的作用下不断反复地开启和关闭泄油孔，电脑通过改变脉冲的宽度，或者说是每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比例，即所谓占空比（在一个脉冲周期内通电的时长与脉冲时长之比）来改变电磁阀开启和

37、关闭的时间比例，从而达到控制油路压力的目的。占空比越大，经电磁阀泄出的变速器油就越多，油路压力就越低；反之，占空比越小，油路压力就越高。脉冲式电磁阀一般安装在主油路或减振器背压油路中，通过电脑控制，在变速器自动升挡或降挡瞬间，或在闭锁离合器闭锁及解锁动作开始时使油压下降，以减少换挡和闭锁冲击，使车辆行驶更平稳。2021/9/15473自动变速器电子控制单元ECU自动变速器电子控制单元ECU的主要部件有中央处理器(CPU)，用于完成相关的各种运算；随机存储器RAM和只读存储器ROM，用于存储程序和数据等；输入/输出(I/O)接口，用于与外部传感器、控制开关和执行元件进行数据交换。自动变速器的电子

38、控制单元ECU根据各个传感器和控制开关的信号和其他内部设定的控制程序，通过运算与分析，向各个执行元件输出控制信号，从而实现对变速器的自动换挡控制。电子控制单元ECU对自动变速器最基本的控制为换挡控制以及必要的自诊断、安全保护功能。随着电子控制技术的发展，对于自动变速器的控制逐渐增加了模式转换控制、液力变矩器的锁止控制以及主油路压力控制等内容，以改善自动变速器的工作性能，充分发挥汽车的动力性与经济性。ECU主要工作内容如前图9-18所示。2021/9/1548(1)自动变速器换挡时刻控制这是电子控制单元ECU最重要的控制内容之一。汽车在每一特定行驶工况，都应该有一个与之相对应的最佳换挡时刻。微电

39、脑控制可以做到让自动变速器在汽车的任何行驶条件下都按最佳换挡时刻进行换挡，从而使汽车的动力性和经济性等指标综合起来达到最佳。对汽车的使用要求不同，自动变速器在模式开关处于不同位置时，其换挡规律也不同，一般有普通、经济、动力等几种形式的换挡规律。通常，微机将汽车在不同使用要求下的最佳换挡规律以自动换挡图的形式储存在存储器中。当选挡手柄在D位前进挡，且节气门开度相同时，依据动力型换挡模式换挡的各挡升挡车速及降挡车速都要比经济型各挡升挡车速及降挡车速高。升挡车速越高加速性能就越好，反之，升挡车速越低则燃油经济性就越好。图9-23a、b、c分别为某自动变速器在D位时的普通型、经济型和动力型换挡规律。2

40、021/9/1549图9-23选挡手柄在D位时的换挡规律a）普通型换挡规律b）经济型换挡规律c）动力型换挡规律2021/9/1550汽车在行驶过程中（挡位开关的信号给定），电子控制单元ECU根据模式开关信号从存储器中选出相应的自动换挡规律图，再将由车速传感器、节气门位置传感器测得的车速、节气门位置信号与所选的自动换挡规律相比较，如果达到相应的换挡车速，电子控制单元ECU将向换挡电磁阀发出电信号，由电磁阀的动作决定压力油通往各换挡阀元件的流向，直至作用于自动变速器中相应的换挡离合器、制动器等执行元件上，以最终实现挡位的自动变换。通常两个电磁阀可实现四个挡位，见表9-3。表9-3 本田雅阁换挡电磁

41、阀工作状况与挡位对照本田雅阁1挡2挡3挡4挡电磁阀A关（系统供油）开开关电磁阀B开（系统泄油）开关关2021/9/1551最新型的自动变速器电子控制单元ECU，还可以使自动变速器取消模式选择开关而由ECU进行自动模式选择控制。此时，主要参考换挡手柄的位置、车速、节气门的位置及其变化的速率等因素，自动选择控制模式。如当操纵手柄位于前进低挡时，ECU只选择动力模式。在前进D位时，节气门变化速率低，即加速踏板被踩下的速率低时，选择经济模式；反之，节气门的变化速率超过一定范围时，则变换为动力模式（节气门开度过低则换挡规律仍选择经济模式）。(2)电控液压式与液控液压式自动换挡系统它们对于主油路压力控制的

42、目的是一致的，即满足主油路油压应能随发动机的变化而变化，特别是满足自动变速器在传递大功率、大转矩时对换挡离合器、制动器等执行元件液压缸工作压力较大的要求。2021/9/1552两种系统的不同之处在于，电控液压式控制系统取消了液控液压式控制系统中由节气门拉索或节气门真空罐控制的节气门阀，而以一个脉冲式油压电磁阀来产生节气门油压。电子控制单元ECU根据节气门位置传感器测得的节气门开度信号，控制发往油压电磁阀的脉冲信号的占空比，以改变油压电磁阀排油孔的开度，使主油路油压随节气门的开度而变化。一般地，节气门开度越大，主油路油压也越大。除此之外，当主油路压力受到挡位、大气压力、液压油温度等因素的影响时，

43、通过脉冲式电磁阀对其采取进一步的微细控制，还可以达到减少换挡冲击、改善换挡品质的目的。(3)锁止电磁阀采用脉冲式电磁阀，微电脑可以利用脉冲电信号占空比大小来调节锁止电磁阀的开度，以控制作用在闭锁离合器控制阀右端的油压，由此调节闭锁离合器控制阀左移时排油孔的开度，从而控制闭锁离合器活塞右侧油压的大小(图9-24)。2021/9/1553图9-24变矩器锁止控制示意图1-变矩器2-锁止离合器3-脉冲式锁止电磁阀4-锁止离合器控制阀2021/9/1554当作用在锁止电磁阀上的脉冲电信号的占空比为零时，电磁阀关闭，没有油压作用在闭锁离合器控制阀右端，此时闭锁离合器活塞左右两侧的油压相同，闭锁离合器处于

44、分离状态；当作用在锁止电磁阀上的脉冲电信号的占空比较小时，电磁阀的开度和作用在闭锁离合器控制阀右端的油压以及闭锁控制阀左移打开的排油孔开度均较小，闭锁离合器活塞左右两侧油压差以及由此而产生的闭锁离合器接合力也较小，使闭锁离合器处于半接合状态。脉冲信号的占空比越大，闭锁离合器左右两侧的油压差以及闭锁离合器的接合力也越大。当脉冲电信号的占空比达到一定数值时，闭锁离合器即可完全接合。这样，微机在控制闭锁离合器接合时，通过电磁阀调节其接合速度，让接合力逐渐增大，使接合过程更加柔和。2021/9/1555(4)其他控制除了前述的部分控制内容有助于改善换挡品质外，当电控元件ECU判断需要换挡时，ECU会使

45、点火时间暂时延迟少许，用以控制发动机输出转矩，从而可使换挡的动作更加平稳。当ECU判断需要换挡时，在向1号、2号或称为A、B换挡电磁阀发出控制信号的同时，也向蓄能器背压电磁阀输出控制信号，用来调节蓄能器活塞背压，使换挡时离合器、制动器的接合更加柔和，从而使换挡动作更加平稳。(5)自诊断当自动变速器控制系统中各传感器、电磁阀或有关开关发生故障时，ECU通过指示灯的闪烁输出故障码，以指示故障所发生的部位，并将之存储在存储器中。由于有备用电压，即使发动机熄火故障码也不会消失。因此，排除故障后，要进行专门的故障码消除程序，才能将之从存储器中抹去。2021/9/1556失效保护功能的目的是在传感器或电磁

46、阀出现故障时，仍可以使汽车继续行驶。例如，若1号或2号换挡电磁阀出故障，ECU可以通过控制剩下的一个电磁阀使汽车仍能继续行驶。即使1号和2号电磁阀都出故障，仍可以通过手动变速使汽车行驶。三、典型自动变速器电液式控制系统本田雅阁电子控制自动变速驱动桥，有四个前进挡和一个倒挡。该变速器换挡操纵手柄具有P、R、N、D4、D3、2、1七个位置。图9-25为本田雅阁自动变速驱动桥的电子控制系统电路图。该电控液压式自动变速器的各项控制是由电子控制系统和液压控制系统的协调工作共同完成的。图9-26为本田雅阁自动变速驱动桥电控液压系统D位1挡工作时电磁阀、各换挡阀动作及其工作油路示意图。其中1、2、3、4挡离

47、合器，分别控制各挡齿轮的动力传递路线，各挡电磁阀的动作参考表9-3。2021/9/1557图9-25本田雅阁自动变速驱动桥的电子控制系统电路图1-蓄电池2-点火开关3-常火线4-BK灯5-制动开关6-减光自诊电路7-S灯8-仪表板9-挡位开关10-自诊接头11-巡航ECU12-各种传感器信号2021/9/1558图9-26本田雅阁自动变速驱动桥电控液压系统D位1挡工作油路示意图11-手动阀12-倒挡拨叉13-滤油器14-油泵15-主油路调压阀6-12挡换挡阀7-2挡离合器8-电磁阀B9-1挡离合器10-1挡固定离合器1-电磁阀A2-34挡换挡阀3-23挡换挡阀4-4挡离合器5-3挡离合器2021/9/1559思考题与习题1、自动变速器的换挡控制系统主要有哪两种？其组成及工作原理有何异同？2、简述两参数换挡规律的基本原理。3、自动变速器电子控制系统的基本组成部件有哪些？各部件起什么作用？4、电子控制自动变速器的基本控制内容有哪些？简述其控制原理。2021/9/1560