电控机械式自动变速器(AMT)电控系统硬件设计

研究生课程考试答题册

得分：

考试课程汽车电子及电气传动技术

题目 AMT电控系统的硬件设计

姓名张荣臻

学号 2013200787 学院机电学院

指导老师李声晋

西北工业大学研究生院

电控机械式自动变速器（AMT）电控系统硬件设计

一、自动变速器概述

1.自动变速器的汽车具有的优点

1）操作简化且提高了行车安全性

自动变速器无需离合器操作和手动换挡操作，减少了驾驶员操作的劳动强度，因此，行车的安全性得以提高。

2）提高了发动机和传动系统的使用寿命

由于自动变速器在自动换挡过程中无动力中断、换挡平稳、减小了发动机和传动系统零件的动载荷。

3）提高了汽车的动力性

换挡时动力不中断，发动机可维持在一稳定的转速，因此可使汽车平稳起步、加速性能和平均车速提高。

4）提高了汽车的通过性

液力变矩器可以在一定的范围内自动变速来适应汽车行驶阻力的变化，在必要时又可自动换挡以满足牵引力的需要，因此显著提高了汽

车的通过性能。

5）减少了排气污染

自动变速器由于有液力传动和自动换挡，在换挡过程中发动机可保持在稳定的转速，发动机的燃烧条件不会恶化，因此可减少发动机排

气污染。

6）可降低燃料消耗

尤其是现代汽车自动变速器采用电子控制换挡，可按照最佳油耗规律控制换挡，加之采用了超速挡和锁止离合器等，使自动变速器汽车

的油耗有了明显的下降。

2.电控自动变速器的发展历程：

图1 电控自动变速器的发展历程

3. 自动变速器的分类

汽车自动变速器基本可以分为三类：机械无级式变速器CVT

（Continuously Variable Transmission 、液力自动变速器AT （Automatic Transmission ）、电控机械式自动变速器AMT （Automated Mechanical Transmission ）。

电控机械式自动变速器AMT 的工作原理是在机械变速箱（手动档）原

有基础上进行改造，主要改变手动换挡操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离与结合摘挡与挂档等操作。AMT 实际上是一个由电脑来控制一个机器人系统来完成换挡过程的操作。因此，AMT 的核心技术是微机控制。

二、 AMT 控制系统分析

1. AMT 控制的基本思想

AMT 是在传统的手动齿轮式变速器基础上，运用汽车理论、微电子技

术、计算机控制技术、传感器技术和自动控制理论的典型机电一体化产品。AMT 系统以电控单元（Electronic Control Unit ，简称ECU ）为核心，通过液压执行系统控制离合器的分离与结合、选换挡操作以及发动机的供断油，来实现起步、换挡的自动操纵。系统根据驾驶员的意图（操纵杆、制动踏板、加速踏板）和车辆的状态（发动机转速、输入轴转速、车速、档位），根据适当的控制规律（换挡规律、离合器结合规律等），借助于相应的执行机构（供油控制执行机构、离合器执行机构、选换挡执行机构）对车辆的动力传动系统（发动机、离合器、变速器）进行联合操纵。

车上

变速器

件

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器共用

产的轿

图2 AMT控制系统的基本思想

2.AMT控制系统分析：

驾驶员在驾驶车辆的过程中，不断感知车辆的外界环境（如上坡、下坡、粗糙路面、湿滑路面、弯道等）和车辆本身的工作状态，通过对操纵加速踏板、制动踏板和操纵杆等，将起步、停车、倒车、强制档等意图以电信号的方式传递给电控单元ECU。ECU采集输入信号后，经过运算、判断和决策等信息加工处理后，发出控制命令驱动执行机构完成相应的控制动作。汽车正在行驶过程中，驾驶员对加速踏板的控制通过加速踏板位移传感器传给ECU，ECU通过所测加速踏板位移以及当前车辆行驶的速度等车辆参数，再根据自动换挡规律判断车辆应处的最佳档位。决定升档、降档或者保持原档位不变，从而达到增速或减速的目的。

AMT系统组成和各部分之间的信息流及控制关系：

图3 AMT系统组成和各部分之间的信息流及控制关系

3.AMT系统的功能设计

AMT系统的主要功能是车辆起步过程和换档过程的自动控制。驾驶员通过操纵手柄和选择开关，将起步、停车、倒车等意图以电信号的方式传递给ECU，ECU发出控制指令给执行机构完成相应的动作。车辆行驶过程中，驾驶员的意图通过加速踏板和制动踏传递给ECU，ECU根据驾驶员意图、当前车辆的行驶状态和行驶环境，以及ECU中存储好的换档规律，决定升档、降档或者保持原来档位不变。如果升档或者降档，则由ECU控制执行机构完成离合器的分离与结合、选档、换档、发动机供油控制等操作。AMT系统的主要功能如下：

1）离合器的控制

离合器的工作模式有四种：分离、保持分离、结合、保持结合。在离合器的结合过程中，不仅要控制离合器的行程，还要控制离合器的结合速度。离合器结合速度根据离合器主从动盘未接触、滑动摩擦传递扭矩和主从动盘已同步三个阶段，以快一慢一快的控制规律进行控制。在刹车、起步及换档工况开始阶段，需要以一定速度快速分离离合器，达到及时切断动力传递的目的，在上述工况结束后要平稳地结合离合器，均匀增加离合器传递动力的摩擦力矩，既提高了车辆的平稳性，又减少了对离合器的滑

摩。

2）变速器的控制

能够根据发动机负荷和车速等情况自动变换传动比，使车辆获得良好的动力性和燃料经济性。选档和换档控制有严格的时序要求，只有换档到

位后才可以进行选档操作。要快速平稳地实现换档，变速器的选换档控制

需要与发动机控制和离合器控制进行协调配合。

3）发动机的控制

车辆正常行驶时（非换档过程中），系统对节气门开度的控制跟踪驾驶员踩下的加速踏板位移，实现节气门随动控制。当系统正在分离离合器时，驱动节气门到收油位置；换档过程中通过节气门控制发动机的输出转速，升档时降低发动机转速，而降档时调高发动机转速使其与离合器从动盘转

速一致，防止离合器控制和节气门控制的不协调和，同时保证离合嚣主从

动片转速差很小，减少离合器结合磨损和换档冲击。起步过程中通过节气

门控制发动机的输出扭矩和转速，保证车辆按驾驶员的要求平稳起步。三、系统所使用的传感器

AMT系统所使用的传感器相当于AMT系统的感觉器官，车辆行驶中的很多信息都是通过传感器来传递给ECU的。

1.转速传感器

控制系统一共使用了3个转速传感器，分别用来采集车速、发动机转速和输入轴转速。其中车速传感器安装在变速器的输出轴处，主要用于确

定自动换档时刻；发动机转速传感器一般为装在发动机飞轮齿圈旁，它被

用作离合器的控制参数，或用于计算行驶阻力；输入轴转速传感器是一个

装在变速器输入轴上，它被用作离合器的控制参数，或在车速传感器失效

时作为备用传感器。

系统使用5V霍尔式转速传感器S-HC，其工作电压5～24V，测量范围0～20Hz，工作温度-30～+130°C，工作原理如下图。它的感应对象为磁钢，被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的

脉冲信号，达到测速的目的。齿轮线速度与脉冲输出频率成正比，通过检

测单位时间的脉冲数，即可确定齿轮的转速。

该传感器采用钢铁材质导磁体触发，传感器内置电路对信号进行放大、整形，输出稳定的方波信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，安装简单，防水防油，能实现远距离传输。