1、,自动变速器,模块6 无级变速器(CVT)的结构、工作原理及手自一体变速器的工作情况,【学习目标】 掌握无级变速器的基本概念，熟悉无级变速器的工作原理，掌握手自一体变速器的工作情况。,6.1无级变速器(CVT)的发展及优点 【本节目标】 了解无级变速器的发展，了解无级传动的优点。,【基本理论知识】 6.1.1无级变速器的发展 无级变速器CVT(Continuously Variable Transmission)主要有以下几种形式： (1)机械式有多种形式，目前常见的是锥块金属V形带式传动，使用在轿车上。 (2)液压传动式(Hydrostatic Transmission，简称HST)应用于工
2、程车辆和农业机械中。 (3)电力式用于电动汽车(Electric Vehicle，简称EV)。,用于电动汽车(Electric Vehicle，简称EV)。 德国奔驰公司是在汽车上采用无级变速器技术的鼻祖，早在1886年就将V形橡胶带式无级变速器安装在公司生产的汽油机汽车上。但是由于橡胶材料受到本身特点的约束，传递的转矩比较小，没有什么实际应用价值。1958年，荷兰的DAF公司H.Van Doorne博士研制成功了名为Variomatic的双V形橡胶带式无级变速器，并装备于DAF公司制造的Daffodil轿车上，其销量超过了100万辆。但是由于橡胶带式无级变速器存在一系列的缺陷：如功率有限(转
3、矩在135Nm以下)；离合器工作不稳定；油泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大。因而没有被汽车行业普遍接受。然而提高传动带性能和无级变速器传递功率极限的研究一直在进行，主要包括以下一些研究方面：将液力变矩器集成到无级变速器系统中；主、从动带轮的夹紧力实现电子化控制；在无级变速器中采用节能泵；传动带用金属带代替传统的橡胶带等。,新技术克服了原有无级变速器系统的技术缺陷，促进了传递转矩容量更大、性能更优良的第二代无级变速器的问世。进入20世纪90年代，汽车行业对无级变速器技术的研究开发日益重视，特别是在微型汽车中，无级变速器被认为是关键技术。随着全球科技的迅速发展，许多新的电子技术和自动控制技术不断
4、地被应用到无级变速器中。 日产公司在世界上首次实现了将无级变速器应用在2.0L排量的轿车上，这种技术称为Hyper 无级变速器。它可以使车辆在完全没有自动变速器换挡冲击的同时获得强有力的加速性，而油耗与自动变速器车辆相比减少了20%，减轻了对环境的污染。由于无级变速器首次使用了能增大发动机转矩的传动装置液力变矩器，因此能使车辆迅速起步，加速并平稳地行驶，即使在斜坡起步、超低速行驶，倒车入库和纵向停车时也能够获得令人满意的驾驶感受。,日本富士重工具有15年开发无级变速器的经验。1997年5月，富士重工在Vistro微型汽车上装配了计算机控制式E-无级变速器(含有六挡手动换挡模式的无级变速器)。驾
5、驶员无须操作离合器就可以进行六挡变速。富士重工在Pleo微型汽车上采用了一种具有锁止功能的电控无级变速器。通过小范围锁止可以使液力变矩器的滑动保持在最小值，同时利用行星齿轮可以实现前进挡/倒挡的切换。,1999年上半年，美国的福特公司和德国ZF公司合作，为福特公司的轿车和轻型载货汽车生产无级变速器。主要产品是带有电子管理功能的CFT23型无级变速器。福特公司正在设计一种与公司内所有轻型载货车匹配的牵引驱动无级变速器，包括后轮驱动和全轮驱动载货车。牵引驱动使用沿特殊滑液运动的可移动滑件代替传动带和传动轮。滑动部分的相对位置决定传动比，通过各个部件之间一层非常薄的油膜来传递动力。另外的一种机械传动
6、无级变速器(Extroid 无级变速器)是滚轮转盘式。日产公司把它装在概念车XVL上首次于去年东京车展展示，新款公爵(Cedric)车也装备了这种无级变速器，实现与3.0L以上排量的大功率内燃机(XVL发动机输出为330Nm/194kW)搭配使用，是汽车变速器发展史上又一项重要进步。,从V形橡胶带无级变速器到V形金属带无级变速器，再到滚轮转盘式无级变速器，机械传动无级变速器研究已持续了整整一个世纪。这说明各大汽车厂商对于无级变速器的研究都具有很高的热情，极度重视无级变速器在汽车领域的实用化进程。 汽车传动系统的目的，就是要匹配发动机的特性来适应行驶系的需要。因此传动系的作用是： 1)改变传动比
7、。 2)实现倒车行驶。 3)中断动力传递。 为充分利用发动机的功率，减少燃料的消耗以及改善发动机的排放性能，理想的汽车变速器具有无级变化的传动比。 在实际的应用中变速器的发展经历了简单的减速器、手动的变速器、手动多级变速器、液压控制自动变速器、电子控制自动变速器的过程。,人们在满足动力传动的同时，在不断地追求提高经济性、舒适性和排放净化的水平。 随着电子控制自动变速器技术的发展，无级变速器技术得到了实际的应用和发展。在汽车车速的一定变化范围内，变速器的传动比保持不变，这样的变速器是有级变速器，有级变速器不仅仅在手动变速器中有，在常见的自动变速器中也有。手动变速器在从低挡到高挡的有级变速过程中，
8、不能使发动机总是工作在高效区域。当传动比发生变化时，需要发动机时而加速，时而减速，这种发动机在换挡过程中的加速与减速，使工作处于不稳定的状态，导致动力传动系统的冲击加大，发动机的排放污染增加。为了减少对传动系统的冲击，改善汽车的操作安全性、舒适性，汽车工程师作了不懈的努力。从手动变速器开始，先后开发了液压控制自动变速器、电子控制自动变速器、CVT自动变速器(无级变速器)等。 其换挡控制和传动比的情况见表6-1。,汽车采用无级变速器从理论上说是能使发动机处于稳定的工作状态，并且是在最高效的工作区域。如图6-1所示，理想的发动机工作状态应该在最经济的A线，这是人们追求的目标，它能使燃油经济性提高1
9、0%15%，而且使排出的废气污染物大大地降低。,实际上，许多国际大汽车生产商，如福特、通用、菲亚特、德国ZF等公司经过努力，克服了过去技术上存在的问题，先后开发出了无级变速的自动变速器，并结合汽车电子技术的应用，形成了可使用的产品，其价格与普通的4挡电子控制自动变速器基本相当。 目前，为了更好的开发汽车发动机与变速器的功能，各汽车制造商基本上是将发动机和汽车传动系统一起作为动力总系统来研究，使得汽车的各项性能达到最好的指标，即：汽车的动力性、经济性和降低排放的水平同时都得到提高。大众汽车公司用奥迪A6 2.8L配备三种变速器，按照国家有关标准做过试验，其测定数据如图6-2和图6-3所示。,随着
10、汽车电子化程度的进一步提高和微电子技术的迅速发展，ECU的控制功能也在不断增强，并逐渐地由单一控制向集中控制方向发展，可产生新的控制功能。动力传动总成的整体控制就是这样一个集中控制系统。为了使发动机和变速器控制系统的功能达到最优协调与匹配，减少传感器的使用数量，已经开始采用系统工程向机电一体化的设计方法，一种是制订协议，通过数据总线将ECU连接在一起，在控制变速器的ECU与控制发动机的ECU之间进行通信，另一种是控制变速器与控制发动机采用同一个ECU。这种整体控制更易于实现换挡过程中的闭环控制，提高动力传动系统的综合动力性能和经济性能，不仅降低了成本，更重要的是提高了控制系统的可靠性和一致性。
11、这一方面的研究与应用越来越多，已经成为当前汽车电子技术发展的一个重要方向。,6.1.2汽车采用无级传动的主要优点是： 1)最大的燃油经济性和最低的排放污染。这是因为发动机工作在较高的效率区，较有级变速器而言，动力的中断情况有了大幅度的改善，基本上没有了动力的中断，传动比的变化比较平滑，动力系统的冲击小，从而使乘客乘坐舒适性得到了进一步的提高。据有关资料介绍，在装备有CVT的汽车与5挡手动变速器的汽车在道路上作对比试验时，前者的燃油消耗少11.5，碳氢化合物的排放量少33%，CO的排放量少20。 2)无级变速传动和其他传动相比，其操纵方便性和乘坐舒适性均可与电子控制的有级自动变速器相比美，而传动
12、效率却远高于液力传动的有级自动变速器。在变速过程中由于没有动力的中断，提高了行驶的动力性能。这些都是有级变速器无法相比的。与装备4挡自动变速器的汽车相比，0100kmh的加速性能提高10。,3)无级变速系统可以控制发动机的转速在最小的范围内变化，而使车速在较大的范围内变化(目前传动比范围可达到5.0以上)。有级式变速只能是一挡一挡地升或降，而发动机的转速随着每个相应的挡位不断地交替变化，造成发动机的工作状态不稳定。 4)能较好地协调汽车的外界行驶条件与发动机负荷，充分发挥发动机的功率潜力，提高整车燃料经济性。随着行驶阻力的上升，CVT可以沿着恒功率曲线变化，因而充分地利用了有级变速器所无法利用
13、的功率。,5)CVT的最大优点是可以实现全程无级变速。电子控制机构可以使CVT在各种工作状态下保持最佳的传动比和圆滑的过渡。手动变速器的汽车上，只有技术极佳的少数驾驶员在换挡时能兼顾汽车的动力性和经济性，但电子控制的CVT则可使普通的驾驶员也能轻易做到这点。即使是在突然加速或下坡制动时也能及时而平稳地选择最佳传动比，使汽车永远在最佳状态下行驶。因此，对于内燃式发动机汽车而言，CVT可以算作是迄今为止最为理想的变速器。如果说从手动变速器到液力变矩器自动变速器是第一次飞跃，那么从液力变矩器自动变速器到CVT可以称之为第二次飞跃。CVT的出现使汽车的动力性、经济性和操纵性具体表现在工作质量上，的确是
14、发生了一个质的变化。,6.2 无级变速器的工作原理与结构,【本节目标】 熟悉无级变速器的工作原理与结构。,【基本理论知识】 6.2.1无级变速器的工作原理 目前，在轻型汽车特别是轿车上应用得最多的是V带传动的无级变速器。图6-4所示为V带传动的无级变速器原理图。变速部分由主动带轮(也称初级轮)、V带和从动带轮(也称次级轮)所组成。每个带轮都由两个带有斜面的半个带轮组成一体，其中一个半轮是固定的，另一个半轮是可以通过液压伺服油缸控制其移动的，半轮间的轴向相对位置可以通过控制机构来改变。两个带轮轴之间的距离是固定的，传动带的周长是固定不变的，所以形成的传动比为i=r1/r2。,当主动带轮的半径r1
15、处于最小半径(两个半轮之间的距离最宽)，从动带轮的r2处于最大半径时(两个半轮间的距离最窄)，传动系统所形成的传动比最小，相当于汽车低挡行驶状态；当通过液压伺服油缸控制改变r1与r2的大小时，如果使r1逐渐增大，由于两个带轮轴之间的距离和传动带的周长是固定的，为了保证正常传动而相应使r2的值减小，则所形成的传动比也相应增大，直至r1达到最大值而r2达到最小值时，传动比达到最大，相当于汽车高挡行驶状态。由于r1和r2可以连续不断地变化，因而所形成的传动比也是连续无级变化的。,图6-5表示了CVT的变速过程。当主动带轮与从动带轮之间的传动比为11时，传动效率最高(约0.92)；当在其他传动比下工作
16、时，传动效率将下降(如传动比2.61时，传动效率为0.86)。,6.2.2无级变速器的结构与工作过程 无级变速机构一般所形成的传动比的变化范围是在0.444.69。无级变速器的结构是由液力变矩器或电磁离合器或机械式变速机构、为实现前进和倒车的“正倒机构”、液压控制单元以及电子控制单元等组成。图6-6所示为采用V带变速与液力变矩器相组合的无级变速器，图6-7所示为与电磁离合器相组合使用的无级变速器结构，两者均用于前轮驱动。 以奥迪01J型无级变速器为例来说明无级变速器的结构与工作过程。奥迪01J 型无级变速器主要由飞轮减振装置、倒挡离合器、辅助减速齿轮、主链轮装置、副链轮装置、行星齿轮系、前进挡
17、离合器、电子液压控制单元和变速器控制单元组成。电子液压控制单元和变速器控制单元集成为一体，位于变速器壳体内。其零部件如图6-8所示，结构图如图6-9所示。,1.动力传递及起动控制系统 (1)飞轮减振装置飞轮减振装置和双质量飞轮可减缓因发动机与变速器之间动力连接而产生的扭振，从而保证发动机无噪声运转。,(2)前进挡离合器、倒挡离合器及行星齿轮系在奥迪的CVT设计原理中，前进挡和倒挡离合器相当于其他变速器中的变矩器或离合器，其作用是滑动起步和传递转矩，将发动机的转矩传递给行星齿轮。在起步和转矩的传递过程中，由电子液压控制单元来控制和调整。由于前进挡离合器、倒挡离合器的工作是由自动变速器油驱动的，也
18、称它们为“湿式钢片”的离合器。它们配合行星齿轮完成前进挡和倒挡的功能。前进挡离合器、倒挡离合器及行星齿轮系在电子液压控制单元的控制和调整下具有以下特点： 1)质量轻。 2)安装空间小。 3)起动特性适应驾驶状态。 4)爬行转矩适应驾驶状态。 5)在过载或非正常使用情况下具有保护功能。,(3)传递路线 1)P/N位时行星齿轮系的动力传递路线。发动机的转矩通过输入轴连接太阳轮传递到行星齿轮系并驱动行星齿轮1，行星齿轮1驱动行星齿轮2，行星齿轮2与内齿圈啮合，如图6-10所示。 在车辆尚未行驶时，作为辅助减速挡输入部分的行星齿轮架(行星齿轮系的输出部分)是静止的。内齿圈以发动机转速的一半的速度运转，
19、旋转的方向与发动机相同。这时的前进挡离合器和倒挡离合器中的离合器片没有接合，其动力传递路线如图6-11所示。,2)前进挡的动力传递路线。前进挡离合器的离合器片，在自动变速器油的作用下接合，太阳轮与行星齿轮架连接，行星齿轮系成为一个整体，其旋转方向与发动机相同，传动比为1，其动力传递路线如图6-12所示。,3)倒挡的动力传递路线。倒挡制动器摩擦片与内齿圈相连接，钢片与变速器壳体相连。当倒挡制动器工作时，内齿圈被固定，太阳轮(输入轴)主动，力矩被传递到行星齿轮架。由于是双行星齿轮(其中一个为惰轮)，行星齿轮架以与发动机旋转方向相反的方向运转，车辆向后行驶，其动力传递路线如图6-13所示。由于受空间
20、限制，转矩通过辅助减速挡齿轮传递到变速器，使得变速器适应发动机的转速变化，在其最佳转矩范围内工作。,2.带传动的变速器 发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动带轮，然后通过V带传递到从动带轮，经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。CVT 的主动带轮和从动带轮都由可动盘和固定盘组成，可动盘与固定盘都是锥面结构，可动盘与固定盘的锥面形成V形槽，与V带啮合。工作时通过主动带轮与,从动带轮的可动盘作轴向移动来改变主动带轮、从动带轮锥面与V带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动带轮、从动带轮油缸压力来实现的。 发动机通过辅助减速挡内轮驱动，发动机
21、转矩通过传动链传递到链轮装置2并由此传给主减速器。每组链轮装置中的一个链轮可沿轴线移动，调整传动链的跨度尺寸和改变传动比。因此主动带轮和从动带轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。汽车开始起步时，主动带轮的工作半径较大，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的转矩来保证汽车具有较高的加速度。随着车速的增加，主动带轮的工作半径逐渐减小，从动带轮的工作半径相应增大，CVT 的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。带传动的变速器结构如图6-14所示。,3.液压控制系统和电子控制系统 (1)奥迪Multitronic CVT的液压,控制系统奥迪Multitronic CV
22、T的液压控制系统主要控制离合器的起动、冷却以及锥面链轮接触压力变化、传动比变化等 。 液压控制系统由手控阀、9个液压阀和3个电磁控制阀组成。液压控制系统和变速器控制单元连接在一起，通过“旋入螺钉(导油管)” 的零件直接与链轮装置1或链轮装置2(图6-14)相连接。,液压控制系统可完成下列功能： 1)前进挡/倒挡离合器控制。 2)调节离合器压力。 3)冷却离合器。 4)为接触压力控制提供压力油。 5)传动控制。 6)为飞溅润滑油罩盖供油。 为保护系统工作压力，限压阀DBV1将油泵产生的最高压力限制在0.82MPa，并通过输导压力阀VSTV向三个压力调节电磁阀提供一个横定的0.25MPa的输导控制
23、压力。系统油路如图6-15所示。 压力阀MDV防止起动时油泵吸入空气。当油泵输出功率高时，MDV打开，允许自动变速器油从油管流到油泵吸入侧，提高油泵的效率。油阀的位置如图6-15所示。施加阀VSPV控制系统压力，在特定功能下，始终提供足够的油压。,(2)奥迪Multitronic CVT的电子控制系统奥迪Multitronic CVT的电子控制系统主要用来监测变速器的所有输入信息，根据自身系统具有的动态控制程序(DRP)，来实现经济模式与动力模式的转换、离合器的上坡控制、过载保护控制以及手动模式控制等。 电子控制系统由三部分组成： 控制单元、输入装置和输出装置。 奥迪Multitronic C
24、VT的电子控制系统的特点是电控单元集成在变速器内，直接由螺栓固定在液压控制单元上。3个压力调节电磁阀与控制单元间直接通过插接件连接(S形接头)，没有连接线。控制单元用一个25针脚的小型插头与汽车相连。,电控单元的底座为一个坚固的铝板，壳体材料为塑料，用铆钉固定在底座上。壳体容纳全部的传感器，因此不再用线束和插接件。这种结构大大地提高了可靠性和工作效率。此外，发动机转速传感器和多功能开关设计成霍尔传感器，没有机械磨损，信号不受电磁干扰，这使得可靠性有了进一步的提高。 1)控制单元J217。控制单元J217位于变速器内部，并用3个螺钉直接固定在液压控制阀体上。3个压力调节电磁阀与控制单元之间用一个
25、坚固的插件接头连接，汽车外部线束直接与控制单元的25针插头相连接。J217的底座为铝壳，所有的传感器都集成在此铝壳板上，该铝壳板具有隔热作用。传感器与控制单元之间不再用线束和接头，大大提高了J217的可靠性。,控制单元J217具有16个功能，简介如下： 动态控制程序。动态控制程序(DRP)是用于计算变速器目标输入转速的，此程序应用在CVT动态换挡过程中，且有升级的版本。动态控制程序(DRP)的目的是将操纵性能尽可能的与驾驶员输入相适应，以达到最佳的组合，让驾驶员有驾驶机械手动变速器一样的感觉。 为了达到以上目的，控制单元J217结束驾驶员动作、车辆实际运行状态和路面状况等信息，计算加速踏板动作
26、频率和加速踏板角度位置(驾驶员掌握)、车速和车辆加速情况，控制单元利用所得信息和逻辑组合，在发动机转速范围内，通过改变传动比，将变速器输出转速设定在最佳动力性和最佳经济性之间，使汽车的操纵性、驾驶性能与驾驶员输入信号尽可能匹配。, 强制降挡功能。当驾驶员把加速踏板踩到底时，激活强制降挡开关，并把该信息提供给控制单元，告知控制单元要求最大加速度。为了满足这样要求，必须快速提供发动机最大输出功率，为此，发动机转速被调整到最大功率处的转速，并保持到节气门开度最小为止。 发动机转速开始增加，但不会立即表现出加速的现象，这种情况被称为“香蕉反应”或称有“离合器打滑”的感觉。这可通过在获得最大发动机转速之
27、前，短时“阻止”发动机转速上升来缓解。, 根据行驶阻力自适应控制。与负荷有关的动力被控制单元计算出来以测定行驶阻力，例如上坡、下坡和车辆处于被牵引状态等。将该行驶阻力与在路面上行驶(空载)时的牵引阻力作比较，指示是否需要提高或降低所需功率。在下坡时，情况稍有不同。若驾驶员想利用发动机的制动效果，必须通过踩制动踏板来实现。若发动机处于超速阶段，并且踩下制动踏板后车速依然提高，但传动比会向减速比方向调节，从而更有利于控制发动机制动效果。若下坡坡度减小，传动比在次向超速方向调节，车速稍有提高。这里应该注意：若驾驶员在下坡时才踩下制动踏板，并保持住制动踏板，上述的“下坡功能”并不立即执行；若通过施加制
28、动车速保持恒定，这时控制单元不能识别驾驶员的意图，无法帮助驾驶员提高发动机制动效果；若汽车超过标定的加速度，“下坡功能”将被自动激活。, 与车辆巡航控制系统(CCS)协调工作。如果巡航控制系统开关打开，当汽车下坡行驶时，由于巡航控制时传动比经常是很低的，导致发动机制动效果不足。在这种情况下，控制单元J217通过增加变速器目标输入转速来增强发动机制动效果。若达到最大超速转速，传动比不再向减速方向调节；这时如果发动机制动效果不足，车速自然上升，驾驶员必须踩下制动踏板。 车辆巡航控制系统控制发动机在超速模式下工作的安全要求，决定了一般设定的车速总是要稍高于车辆巡航控制系统设定车速。, 升级程序。控制
29、单元可以通过软件进行升级。控制单元的程序、特性参数和数据以及对输出信号进行的计算值，都永久性地存储于EEPROM中，并实时提供给控制单元。 以前的EEPROM在给定的安装条件下是不能被编程的，若程序不能满足要求，可通过修改软件来排除，但必须更换变速器控制单元。现在控制单元J217有一个可编程的存储器，它在安装条件下是可以被编程的，此过程为“故障码编程”或“升级程序”，它必须用配备的新软件版本和最新故障码进行编程。升级设备必须采用大众最新专用检测仪VAS5051，升级程序存储在CD光盘内，升级时通过VAS5051连接自诊断接口进行编程的。, 起步和转矩传递过程由电子-液压控制单元监控和调节。起步
30、过程：变速器控制单元根据起动特性，识别出发动机标定转速，控制离合器压力并调整发动机转速。驾驶员输入信息和变速器控制单元内部要求是决定起动特性的参数。 在经济行驶模式下起步时，节气门开度小，离合器打滑时间短，发动机怠速到起步是在高转速下完成，提高了汽车的加速性能。 对离合器或制动器的控制。控制单元通过接收发动机转速、变速器输入转速、加速踏板位置、发动机转矩、制动力及变速器油温度等信号来控制离合器或制动器的工作。,变速器控制单元通过这些参数计算出离合器或制动器所需要的额定压力，确定压力调节电磁阀N215的控制电流，这样离合器压力和离合器传递的发动机转矩相应地随控制电流的变化而变化。 最佳舒适模式的
31、控制。在自动换挡模式下，在传动比变化范围内可获得任意传动比，传动比可完全无抖动地调节，换挡平滑如丝，而且牵引力传输不会中断。 在手动模式下，选择手动换挡时有6个或7个确定的挡位。其中当汽车在以5挡或6挡行驶时，可达到高动力的最高车速；以6挡或7挡行驶时，可获得最佳的经济性。,同时，驾驶员可通过选择不同的低挡，以获得不同的发动机制动效果，这一点在坡路上行驶非常重要。 最大动力特性。变速器输入转速的控制将发动机保持在最大功率输出状态。汽车加速时牵引力传递不会中断，并可获得最佳加速特性。 最佳燃油经济性。在经济模式行驶下，通过对传动比的连续调节，使发动机总是处于最佳工作模式，这样就提高了燃油经济性。
32、利用内部控制程序，变速器控制单元计算出离合器打滑温度，若检测到的离合器温度因离合器过载而超出标定界限，发动机转矩将被减小。当发动机转矩减小到发动机怠速上限时，在一段时间内，发动机对加速踏板信号无反应，离合器冷却控制系统确保短时间内使离合器降温，降温后又迅速重新提供发动机最大转矩。一般情况下离合器过载是很少发生的。,爬坡控制。若汽车停在坡道上，当制动力不足导致车辆回溜时，离合器压力将增大，使汽车停住，即坡道停车功能。该功能是通过两个变速器输出转速传感器G195和G196来区分汽车向前行驶还是向后行驶来实现的。 微量打滑控制。微量打滑控制适应离合器控制，能够减缓发动机产生的扭转振动。在部分负荷下，
33、离合器特性被调整到发动机输出转矩为160Nm时的状态。当发动机转速上升到大约188r/min时，转矩可达到大约220Nm，此时离合器进入微量打滑模式下工作。在此模式下，变速器输入轴和链轮装置1之间的打滑率(转速差别)保持在520r/min。,离合器转矩匹配控制。离合器的摩擦系数经常发生变化，为了能在任何工作状态下和其寿命内，使离合器控制舒适性能保持不变，压力调节电磁阀的控制电流及离合器转矩之间的关系必须不断地优化。离合器的摩擦系数主要取决于变速器挡位、变速器油温度、离合器温度、离合器打滑率等。为了弥补这些影响和优化离合器的控制，在上坡控制模式和部分负荷状态下，压力调节电磁阀N215的控制电流及
34、离合器转矩要相互匹配。,在匹配模式中有一个额定的离合器传递转矩，变速器控制单元检测控制电流(来自N215)和来自压力传感器G194的数据(接触压力)间的关系，并且将这些数据存储起来，实际数据用于计算新的特性参数。部分负荷状态的匹配是在微量打滑控制模式下完成的，其控制力矩图如图6-16所示。在此模式下变速器控制单元比较发动机转矩(来自发动机控制单元)与N215的控制电流的关系并存储此数据，将实际数据用于计算新的特性参数。离合器匹配控制功能的作用是保持恒定的离合器控制质量，控制合适的离合器压力，提高效率。,故障自诊断控制。该变速器故障在很大程度上可通过自诊断功能识别。根据故障对驾驶安全性的影响程度
35、，可通过仪表板上的变速杆位置指示灯显示给驾驶员。对故障自诊断识别的结果会有3种不同显示状态。 换挡控制。换挡控制是通过变速器控制单元和液压控制系统以及驾驶员的输入信息，结合发动机输入转矩来共同完成传动比转换的。根据边界条件，变速器控制单元中的动态控制程序计算出变速器额定输入转速，变速器输入转速传感器G182是监测主动带轮处的变速器实际输入转速。变速器控制单元根据实际值与设定值之间的比较，计算出压力调节电磁阀N216的控制电流，N216控制电流的变化就会产生换挡阀的控制压力，该压力与控制电流几乎是成正比的。,2)输入装置。奥迪Multitronic电控系统的输入装置主要包括各个传感器和信息开关。
36、 变速器输入转速传感器G182。变速器输入转速传感器G182用来监测主动带轮1的实际转速。变速器控制单元根据实际转速与设定转速进行比较并计算出N216的控制电流，从而控制换挡以实现不同传动比。另外，变速器输入转速还与发动机转矩一起用于离合器的控制和作为变速控制的输入变化参考量。 G182电磁线圈匝数为40。如果G182损坏，起步加速过程可利用固定参数来完成。这时微量打滑控制和离合器匹配功能将失效，发动机转速作为替代值并无故障码显示。当电磁线圈受到严重污染(因磨损产生金属碎屑)时，会影响G182的正常工作。 变速器输出转速传感器G195和G196。G195和G196用来监测从动带轮的转速，通过它
37、识别出变速器的输出转速。其中来自G195的信号用,于监测实际输出转速，来自G196的信号用来监测输出轴旋转方向，因此可区别出汽车是向前行驶还是向后行驶。 变速器输出转速信号用于变换控制、上坡控制、坡道停车功能和仪表组件提供车速信号。, 变速器压力传感器G193。变速器压力传感器G193是监控前进挡离合器和倒挡制动器实际压力的，用来监控离合器功能。离合器压力监控有很高的优先权，在大多数情况下，G193失效都会使安全阀被激活。若测得实际压力超出设定压力时，会激活安全保护功能。 多功能开关F125。多功能开关F125由4个霍尔传感器组成，霍尔传感器由换挡轴上的电磁阀通道控制。来自霍尔传感器的信号编排
38、方式与手动开关位置方式相同。 每个传感器可产生两个信号，即传感器有两种状态，也就是高电位和低电位，且用二进制1和0表示。4个传感器信号可以产生16种工作组合，其中4个换挡组合用于变速杆位置的识别，2个换挡组合用于监测中间位置(P-R,R-N-D),10个换挡组合用于故障分析。,变速器控制单元需要变速杆位置信号完成以下功能： a.起动机锁止控制。 b.倒车控制。 c.P/N内部锁止控制。 3)输出装置。输出装置主要是指执行电磁阀。在奥迪Multitronic变速器里只有三个电磁阀，它们分别是N88、N215和N216，其位置和工作原理如图6-17所示，它们将控制电流转变为相应的控制电压，以实现不
39、同的工作目的。 电磁阀N88有两个功能：控制离合器冷却阀KKV和安全阀SIV，实现离合器的冷却控制和安全模式控制。 电磁阀N215(离合器压力调节阀)激活离合器控制阀KSV,通过离合器压力控制实现坡道停车功能和离合器转矩匹配功能。 电磁阀N216(压力换挡调节阀2)激活离合器减压阀UV,通过传动比转换控制实现升降挡功能。,(3)离合器的控制 1)离合器的电子控制。用于离合器电子控制的参数有： 发动机转速。 变速器输入转速。 加速踏板位置。 制动力。 变速器油温。 发动机转矩。 变速器控制单元对这些参数进行逻辑分析，计算出离合器的额定压力，确定压力调节电磁阀N215的控制电流，从而确定离合器的压
40、力。离合器传递的发动机转矩也相应地随控制电流的变化而变化。压力传感器G193检测液压控制系统中离合器的实际压力，实际压力与变速器控制单元计算出的额定压力不断进行比较(实际压力与额定压力通过模糊理论被持续监控)，若两者差值超过一定范围，便需进行修正。,2)离合器的液压控制。离合器压力与发动机转速成正比，与系统压力无关。液压控制阀体的输导压力阀VSTV始终为压力调节电磁阀N215提供一个5kPa的压力。压力调节电磁阀N215 根据变速器控制单元计算的控制电流值，调节出一个控制压力，该压力的大小决定离合器控制阀KSV的位置。离合器控制阀KSV控制离合器的压力，同时也调整待传递的发动机转矩。离合器控制
41、阀KSV的压力由系统压力提供。KSV根据N215的触发信号(电流的大小)产生离合的控制压力，控制压力产生离合器压力。离合器压力通过安全阀SIV传到手控阀，手控阀的位置改变，就会将转矩传到前进挡(D位)离合器或倒挡(R位)制动器。当变速杆位于P位和N位时，手控阀切断油路，前进挡离合器和倒挡制动器的油路都与油底壳相通。离合器的液压控制流程图如图6-18所示。,3)离合器系统保护。奥迪Multitronic CVT的离合器，起着一般自动变速器的变矩器的作用。因此，离合器的工作比较频繁、负荷的工作压力大。所以设置了安全切断控制和过载控制的系统保护。, 离合器的安全切断控制。当压力传感器G193检测到实
42、际离合器压力明显高于电脑所计算出的额定压力时，变速器就会进入安全紧急故障状态。在这种情况下，无论手控阀所处的位置以及其他系统状态如何，离合器压力都会泄掉。这种安全切断是由安全阀SIV来实现的，确保离合器快速分离。SIV是由压力调节电磁阀N88激活的。当离合器控制压力上升到约4kPa时，离合器控制阀KSV的供油被切断，油底壳与手控阀的连接通道被打开。 离合器的过载控制。根据变速器实际工作状态，变速器控制单元计算出打滑温度、发动机转矩以及变速器油温，当控制单元通过变速器油温传感器测得离合器温度因离合器过载而超出标定限值时，发动机转矩将减小。减小发动机转矩的目的是降低离合器的工作温度，为了防止过热，
43、离合器需要被冷却。离合器温度由控制单元监控，通过变速器油温传感器来监测实际温度。,4)离合器冷却控制。为了保护离合器不经常在高温状态下工作，离合器有单独的冷却控制装置(特别是在恶劣路况下行驶时)。为减少离合器冷却时的动力损失，自动变速器油由集成在阀体上的冷却控制单元在需要时接通。自动变速器油量可通过吸气泵来增加，对油泵的容量没有过高的要求。为了优化离合器冷却性能，自动变速器油仅传递到链轮装置中。前进挡离合器的起冷却和压力作用的自动变速器油通过变速器输入轴的中间空道流通，两条油路由内部钢管彼此分开。变速器输入轴出油孔上安有润滑油分配器，将自动变速器油引导至前进挡离合器或倒挡离合器。其工作原理如图
44、6-19所示。, 冷却前进挡离合器。当前进挡离合器接合，离合器在过载或非正常使用情况下时，具有保护功能的钢筒(压盘)将润滑油分配器压回。在此位置，自动变速器油流经润滑油分配器前段再流入前进挡离合器。 冷却倒挡离合器。当前进挡离合器不工作，发动机怠速运转或倒挡离合器工作时，润滑油分配器回到其初始位置。在这种情况下，自动变速器油流到润滑油分配器后，通过分配器盘回流到倒挡离合器。分配器带轮油道内的部分自动变速器油流到行星齿轮系，为其提供必要的润滑。 离合器的冷却控制。变速器控制单元通过油温传感器，监测到离合器的温度过高信号时，离合器冷却系统被接通。变速器控制单元向压力调节电磁阀N88提供一个额定电流
45、，该电流产生一个控制压力，控制离合器冷却阀KKV，KKV将压力从冷却回油管传到吸气泵，如图6-17所示。,5)离合器爬行控制和转矩匹配控制。 车辆静止时离合器控制(爬行控制)。当选择前进挡，发动机怠速运转时，爬行控制功能将离合器设定到一个额定的打滑转矩(离合器转矩)。这样，爬行控制有如下意义： a.当车辆处于静止状态选择前进挡时，爬行控制允许不踩加速踏板，而车辆缓慢移动，因此增强了驾驶舒适性。 b.当车辆停于坡路上，制动力不足车辆回溜时，离合器压力将增大，使汽车停住(“坡路停住”功能)，提高驾驶的安全性。 c.在爬行控制模式下，实现了离合器控制匹配，优化了离合器控制。 带有无级变速器的汽车运行
46、状态与带有变矩器的自动变速器汽车相同。选择的离合器压力与输入转矩相互协调，使汽车处于爬坡功能。根据车辆行驶状态和车速，输入转矩在额定范围内变化。,锥面链轮与发动机的接触压力传感器(G194)控制(用于精确控制离合器转矩)，接触压力与主动链轮处的发动机输入转矩成正比。利用压力传感器G193可以精确地计算和控制离合器转矩。 爬行控制的特点是当车辆静止制动功能起作用时，可减少上坡转矩，发动机不必产生很大的转矩(离合器片间隙也增加)，降低了汽车的运转噪声(车辆静止时发动机怠速运转产生的声音)，只需要稍加制动即可停车，从而改善了燃油经济性和舒适性。当汽车停于坡道上时，制动力不足，车辆回溜时(或未踩制动踏
47、板)，离合器压力将增大，同时也产生很大的转矩，可以使汽车停住。通过变速器两个输出转速传感器G195和G196,可以区分汽车是向前还是向后行驶的，使坡道停车功能可以实现。, 离合器的转矩匹配控制在前面已叙述。 4. CAN-BUS信息交换 变速器控制单元要通过与发动机控制单元及其他控制单元进行通信交换信息。 动力系统CAN总线连接的控制单元一般有：发动机控制单元、变速器控制单元和ABS控制单元等。 变速器控制单元发送的信息有：额定发动机转矩、额定发动机转速、可执行怠速、转速控制调节、超速切断支持、离合器保护、离合器状态、离合器转矩、挡位变换、动作/不动作、压缩机切断、变速杆位置/行驶位置、汽车车
48、速、挡位指示、当前挡位或目标挡位、发动机控制单元编码、应急运行程序(自诊断信息)和车载诊断状态等。,6.3 Tiptronic技术和CAN数据传输系统,【本节目标】 了解Tiptronic技术和CAN数据传输系统。,【基本理论知识】 【技能训练】 口述Tiptronic技术和CAN数据传输系统的原理。 6.3.1Tiptronic技术 Tiptronic是一种以自动变速器的技术为基础，另外加了电子和液压控制装置，允许自动变速器有手动换挡的技术，可在D位转到手动操作模式的同时，所选挡位又能在仪表上清晰显示。与传统的自动变速器一样，它们的共同点是没有离合器踏板，只有制动和加速两个踏板。换挡过程由电
49、子液压阀来控制，而驾驶者可以在手动和全自动换挡模式中任选。,在全自动模式时，处理器监视着许多参数，如加速踏板的移动、发动机转速、车速、加速情况、转向力、制动信号，以及发动机的温度。每经过一个极短的瞬间，它就会根据驾驶者的操作状态，从系统存储的几个图谱中或者程序中，找出一个与之相匹配的方案，然后进一步调节汽车的一些状态，调整换挡，避免诸如在进入弯道时进行换挡等不该发生的情况。 在手动模式时，可以通过在转向盘上的按键或变速杆手动操作来控制加、减挡位。Tiptronic在手动模式时的工作原理如下：,当Tiptronic变速器处于手动模式时，自动变速系统仍然随时处于控制状态：如果驾驶者忘了加挡，它会自动执行；如果驾驶者在车速很快时强制挂入低挡，它会不执行；起步时，如果车子在任一挡位，它会自动地将挡位挂入1或2挡；当它检测到车辆有打滑迹象时，它会自动转到“恶劣性天气模式”，并且提升挡位以降低转矩，防止车轮打滑。保时捷、奥迪所选装的Tiptronic变速系统既可利用转向盘上的按键进行手动加减挡，也可用变速杆手动加减挡位；这类变速器系统相当复杂，造价也不低，而且手动模式的换挡响应比较缓慢。,
