無級變速器原理

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1、為了跟蹤世界技術(shù)，發(fā)展我國汽車工業(yè)，“九五”期間，汽車電于控制技術(shù)被列為科技攻關(guān)項目。車輛自動變速是汽車電控技術(shù)的一個重要組成部分。采用計算機和電力電子驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)車輛自動變速，能消除駕駛員換檔技術(shù)的差異，減輕駕駛員的勞動強度，提高行車安全性，提高車輛的動力性和經(jīng)濟性。汽車的無級變速系統(tǒng)一般是由無級CVT(ContinuouslyVariableTransmission)和無級變速箱控制器(Transmission?Control?Unit)組成。??????1?CVT的基本結(jié)構(gòu)??????汽車的無級變速系統(tǒng)主要有以

2、下幾種形式：（1）液力機械A(chǔ)T—HMT(HydrodynamicMechanicalTransmission)廣泛應(yīng)用于轎車、公共汽車、重型車輛、商用車和工程車輛上。(2)機械式AT—AMT(AutomatedMechanicalTransmission)在通常機械式變速器基礎(chǔ)上加上微機控制電液伺服操縱自動換檔機構(gòu)組成，目前它應(yīng)用于部分低檔轎車、局部卡車和商用車上。(3)無級式AT—CVT(ContinuouslyVariableTransmission)是目前在小排氣量轎車中使用最多的一種。它的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如

3、圖l所示。圖1?無級式AT—CVT主要結(jié)構(gòu)和工作原理???????CVT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了一百多年的歷史。德國奔馳公司是在汽車上采用CVT技術(shù)的鼻祖，早在1886年就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產(chǎn)的汽油機汽車上。但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材等方面的問題，該傳動機構(gòu)體積過大，傳動比過小，無法滿足汽車行駛的要求。這些缺點限制了它的應(yīng)用。直到1979年，通過結(jié)構(gòu)的改進和特殊鋼帶的使用，CVT的傳動比明顯提高，具備了在車輛上廣泛應(yīng)用的前提條件。從那時起，福特、菲亞特和日產(chǎn)等公司的車型都曾采用過這種變速傳動機構(gòu)。??????C

4、VT采用的V形承推鋼帶由安裝在撓性馬氏體時效鋼圈上的多片楔形鋼片構(gòu)成。它的動力從主動輪輸入，經(jīng)過V形鋼帶，由從動輪輸出。帶輪由可以相對滑動的兩部分構(gòu)成。鋼帶位于這兩部分間的凹槽內(nèi)。當(dāng)帶輪兩部分靠緊時，凹槽較窄，鋼帶位于帶輪外緣，此時帶輪的工作直徑最大。隨著這兩部分間的相對滑動，凹槽越來越寬，鋼帶逐漸靠近帶輪中心，即工作直徑最小的地方。汽車剛剛起動車速較低時，主動輪工作直徑較小，變速器可得到較大的傳動比，使汽車獲得足夠動力克服行駛阻力。隨著車速的升高，主動輪工作直徑逐漸增大，從動輪工作直徑越來越小，變速器傳動比也相應(yīng)減

5、小。由于帶輪工作直徑可連續(xù)變化，因此這種變速器的傳動比也是無級、連續(xù)變化的，傳遞動力更平穩(wěn)，其動力性和經(jīng)濟性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于行星齒輪式自動變速器。汽車在實際運行中變速箱變比的控制是由TCU控制直流電動機自動完成的。??????2?TCU的基本結(jié)構(gòu)??????TCU的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由單片機、檢測電路、驅(qū)動電路、電源電路以及通訊電路等部分組成。圖2?TCU的基本結(jié)構(gòu)??????單片機是采用美國Microchip公司2002年3月推出的單片PIC18F452，它在功能上可以滿足TCU的要求，在性能上它具有低功耗、工作溫度范

6、圍寬，并且可在較低的電壓下正常工作，特別適用于汽車電器。檢測電路分為脈沖檢測、開關(guān)量檢測以及模擬量檢測。脈沖檢測又分為脈沖計數(shù)和脈沖寬度檢測。如發(fā)動轉(zhuǎn)速、輸入、輸出軸轉(zhuǎn)速的測量是采用脈沖計數(shù)方式。節(jié)氣門開度則是采用脈沖寬度測量的方式。??????模擬量的測量主要由濾波電路、放大電路組成。A/D轉(zhuǎn)換是采用單片機內(nèi)自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器。變速箱的變比控制是由直流電動機驅(qū)動的。在TCU中是由4支MOSFET組成的H型電路實現(xiàn)對電動機的正反轉(zhuǎn)PWM控制。電磁離合器的電流也是通過MOSFET驅(qū)動的。在驅(qū)動電路中除主開關(guān)元件、

7、續(xù)流二極管外還有保護電路和電流檢測電路。??????????3?控制系統(tǒng)程序框圖??????TCU控制系統(tǒng)主程序框圖如圖3所示。程序首先對內(nèi)部RAM進行分配，然后對各功能模塊如Administrator/D轉(zhuǎn)換器、定時器、PWM波形發(fā)生器等進行初始化。的變比在每次時應(yīng)處于最小變比的位置，因此在每次停車時應(yīng)將變速箱歸位，汽車起動后首先檢測各參數(shù)，如檔位開關(guān)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、變速箱輸入、輸出軸轉(zhuǎn)速等。這些參數(shù)是控制電磁離合器電流和電動機狀態(tài)的依據(jù)。當(dāng)需要增加變速箱的變比時，TCU控制電機正轉(zhuǎn)，反之控制電機反轉(zhuǎn)。電

8、磁離合器的控制采用電流增量控制方式。它的控制好壞，直接影響汽車運行的平穩(wěn)性和經(jīng)濟性。圖3?TCU控制系統(tǒng)主程序框圖???????4?運行結(jié)果??????圖4和圖5為汽車實際運行時電磁離合器電流和變速箱變比的關(guān)系曲線。其中圖4為汽車速度從零急加速到120KM/H，到120KM/H后松開油門減速到零時的電磁離合器電流與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度和輸入軸