1 引言

　　目前在汽車上廣泛使用的自動(dòng)變速技術(shù)是將液力變矩器和行星齒輪系組合的自動(dòng)變速器技術(shù)，在主要汽車制造商生產(chǎn)的轎車中的平均裝車率已經(jīng)達(dá)到70%。但是液力變矩器和行星齒輪系的組合有著明顯的缺點(diǎn)：傳動(dòng)比不連續(xù)，只能實(shí)現(xiàn)分段范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速；液力傳動(dòng)的效率較低，影響了整車的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性。所以汽車行業(yè)早就開(kāi)始研究其它新型變速技術(shù)，無(wú)級(jí)變速（CVT）技術(shù)就是其中有前景的一種。

　　2 無(wú)級(jí)變速器的使用特性

　　2.1 經(jīng)濟(jì)性

　　CVT可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，從而獲得傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。德國(guó)的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進(jìn)行ECE市區(qū)循環(huán)和ECE郊區(qū)循環(huán)測(cè)試，證明CVT能夠有效節(jié)約燃油。

　　2.2 動(dòng)力性

　　汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大，汽車的動(dòng)力性愈好。由于CVT的無(wú)級(jí)變速特性，能夠獲得后備功率的傳動(dòng)比，所以CVT的動(dòng)力性能明顯優(yōu)于機(jī)械變速器（MT）和自動(dòng)變速器（AT）。

　　2.3 排放污染雜物

　　無(wú)級(jí)變速的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)以工況工作，從而改善了燃燒過(guò)程，降低了廢氣的排放量。公司將自已生產(chǎn)的無(wú)級(jí)變速裝車進(jìn)行測(cè)試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。

　　2.4 成本

　　CVT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一旦汽車制造商開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，CVT的成本將會(huì)比AT小。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油，隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)，材料的革新，CVT零部件（如傳動(dòng)帶或傳動(dòng)鏈，主動(dòng)輪，從動(dòng)輪和液壓泵）的生產(chǎn)成本，將降低20%-30%。

　　3 CVT工作原理介紹

　　CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3-1所示，該系統(tǒng)主要包括主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶有兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組都有可動(dòng)盤(pán)和固定盤(pán)組成，遇有工作靠近一側(cè)的輪上滑動(dòng)，另一側(cè)則固定。可動(dòng)盤(pán)與固定盤(pán)都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來(lái)與V型金屬傳動(dòng)帶主動(dòng)輪齒合。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸輸出的動(dòng)力首先傳遞到CVT的主動(dòng)輪，然后通過(guò)V型傳動(dòng)帶傳動(dòng)到從動(dòng)輪，經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。工作通過(guò)主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的可動(dòng)盤(pán)軸向移動(dòng)來(lái)改變主動(dòng)輪、從動(dòng)輪錐面與V型傳動(dòng)帶齒合的工作半徑，從而改變傳動(dòng)比?？蓜?dòng)盤(pán)的軸向移動(dòng)量是有駕駛者根據(jù)需要通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪、從動(dòng)輪液壓泵油缸壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的工作半徑可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)自動(dòng)變速。

　　在金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)中，從動(dòng)油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力高效、可靠的傳遞。主動(dòng)油缸控制主動(dòng)錐輪的位置沿軸向移動(dòng)，在主動(dòng)輪組金屬帶沿V型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長(zhǎng)度不變，在從動(dòng)輪組上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。

　　汽車開(kāi)始起步時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動(dòng)比，從而保證驅(qū)動(dòng)橋能夠有足夠的扭矩來(lái)保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動(dòng)輪的工作半徑逐漸減小，從動(dòng)輪的工作半徑相應(yīng)增大，CVT的傳動(dòng)比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。

　　4 現(xiàn)代無(wú)級(jí)變速器汽車動(dòng)力傳動(dòng)系的控制應(yīng)用

　　4.1 汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一體化智能控制

　　4.1.1 一體化控制思想

　　汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一體化控制是指應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)變速理論，以電子控制單元（ECU）為，通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制離合器的分離和結(jié)合、選換擋操作，并通過(guò)電子裝置控制發(fā)動(dòng)機(jī)的供油實(shí)現(xiàn)起步、換擋的自動(dòng)操作。其基本的控制思想是：根據(jù)駕駛員的意圖（加速踏板、制動(dòng)踏板、操縱手柄等）和車輛的狀態(tài)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、檔位），依據(jù)適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律（換擋規(guī)律、離合器結(jié)合規(guī)律），借助與相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)）和電子裝置（發(fā)送機(jī)供油控制電子裝置）對(duì)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系（發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器）進(jìn)行聯(lián)合操縱。

　　4.1.2 一體化控制方式

　　控制系統(tǒng)的功能是依據(jù)駕駛員的意圖和車輛行駛環(huán)境的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)傳動(dòng)部件的傳動(dòng)比和工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系效率的和車輛整體性能的。一般來(lái)說(shuō)，車輛控制系統(tǒng)主要有車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感部分）、電子控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成。

　　a 車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（傳感部分）的組成控制系統(tǒng)中，車輛按照駕駛員的意圖形式和工作，車輛控制系統(tǒng)必須能夠正確識(shí)別和實(shí)現(xiàn)駕駛員的操縱。駕駛員意識(shí)的識(shí)別是通過(guò)傳感器對(duì)車輛控制機(jī)構(gòu)的變化進(jìn)行檢測(cè)，并經(jīng)過(guò)分析獲得。

　　在汽車上使用的傳感器主要有以下幾種：磁電式傳感器、磁阻式傳感器、光電式傳感器、霍爾式傳感器、熱敏式傳感器、變阻式傳感器、壓電晶體式傳感器等。在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中變速器部分使用的傳感器有：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器、離合器位移傳感器等。其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器和霍爾式傳感器等利用信號(hào)原理的傳感器，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器和離合器位移傳感器均使用變阻式傳感器。

　　除傳感器以外，其它信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)和控制器或其他方式進(jìn)行信號(hào)傳遞。常用的開(kāi)關(guān)有多功能開(kāi)關(guān)、強(qiáng)制抵擋開(kāi)關(guān)等。開(kāi)關(guān)也是很重要的信息輸入手段。

　　b 電子控制單元，電子控制單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的。其功能是依據(jù)駕駛員意圖和車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)與提供的信號(hào)，進(jìn)行檔位轉(zhuǎn)換或工作狀態(tài)改變。電子控制單元的主要功能有：信號(hào)采集和預(yù)處理、駕駛員操縱意識(shí)識(shí)別、車輛狀態(tài)識(shí)別、換擋決策（換擋規(guī)律）、換擋品質(zhì)控制、故障診斷功能、輸出和顯示等功能。

　　新一代的控制其功能很全面，控制性能也很好，使用高性能的16位或32位微處理器，有些甚至試用了定制的微處理器，包含了控制需要的大部分功能，簡(jiǎn)化了控制電路而且增強(qiáng)了電路的功能和可靠性。比如日本的JATCQ公司的產(chǎn)品均使用NEC和摩托羅拉16位和32位微處理器；德國(guó)的ZF使用摩托羅拉32位POWERPC微處理器開(kāi)發(fā)了5檔自動(dòng)變速器--SHP19的換擋控制器。由于控制器的微處理更新?lián)Q代，使換擋控制比較復(fù)雜，而且由于處理器的外圍電路擴(kuò)展，使輸入輸出功能更加強(qiáng)勁。為了使控制性能獲得跟大的提高，在這些控制器中不僅使用了控制程序，還使用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

　　c 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)以后，送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理結(jié)束以后，電子控制單元的控制信號(hào)將通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變，保證對(duì)車輛性能的控制。同時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保證換擋品質(zhì)的控制。實(shí)現(xiàn)檔位切換的執(zhí)行結(jié)構(gòu)一般都使用電磁閥。

　　4.2 智能控制技術(shù)及其在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　4.2.1 智能控制技術(shù)

　　智能控制的產(chǎn)生來(lái)源于被控制系統(tǒng)的高度復(fù)雜性、不確定性及人們對(duì)控制性能越來(lái)越高的要求。這種被控系統(tǒng)難以用的數(shù)學(xué)模型（微分方程和差分方程）來(lái)描述。而作為智能控制方法之一的模糊控制與傳統(tǒng)控制相比，具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：可以從行為上模擬人的模糊推理和決策過(guò)程；不需要建立數(shù)學(xué)模型即可實(shí)現(xiàn)較好的控制；可以實(shí)現(xiàn)非線性控制任務(wù)，而常規(guī)控制器對(duì)非線性特性通常難以實(shí)現(xiàn)控制要求。

　　智能控制技術(shù)作為自動(dòng)控制技術(shù)的前沿，以智能控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、運(yùn)籌學(xué)為基礎(chǔ)，適用于被控對(duì)象和環(huán)境具有未知或不確定因素、數(shù)學(xué)模型難以建立、運(yùn)行環(huán)境和工況發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化等場(chǎng)合。一個(gè)好的智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多目標(biāo)與多性能指標(biāo)要求，能利用知識(shí)進(jìn)行推理和學(xué)習(xí)，能適應(yīng)對(duì)象特性和運(yùn)行條件的變化，具有較好的魯棒性、適應(yīng)性、容錯(cuò)性、實(shí)時(shí)性和多樣性。

　　4.2.2 智能控制技術(shù)在汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　汽車是一個(gè)復(fù)雜的多自由度系統(tǒng)，在外界不確定因素的作用下，其動(dòng)態(tài)特性會(huì)發(fā)生很大變化甚至失穩(wěn)。許多都在尋求一種有效方法控制汽車的動(dòng)態(tài)特性，使之滿足要求。由于智能控制的性能優(yōu)于傳統(tǒng)控制，因而在汽車領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　a 發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)決定和影響著整車基本技術(shù)的發(fā)展。由于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和新的燃油排放標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)己從單純追求功率和可靠性轉(zhuǎn)移到追求良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和降低廢氣排放。發(fā)動(dòng)機(jī)的控制包括：燃油噴射控制、點(diǎn)火時(shí)刻控制、爆震控制、怠速轉(zhuǎn)速控制、廢氣再循環(huán)控制和空燃比閉環(huán)控制等。

　　90年代初，菲亞特公司成功地實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的模糊控制。隨后，三菱公司也不甘落后，提出了相關(guān)計(jì)劃。90年代中期，Martinez和Jamshidi將模糊控制運(yùn)用到發(fā)動(dòng)機(jī)中，控制發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速和空燃比，其結(jié)構(gòu)原理如圖4-1所示

　　該模糊控制器輸人速度和加速度的誤差，經(jīng)模糊運(yùn)算得出一個(gè)合適油門(mén)開(kāi)度值u。不久，Ma-jors等人成功地運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)燃料空氣比的控制。

　　b 傳動(dòng)系統(tǒng)控制，90年代初，福特公司和宏達(dá)公司已經(jīng)就神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯系統(tǒng)在汽車的動(dòng)態(tài)特性與控制中的應(yīng)用進(jìn)行了許多研究，日產(chǎn)公司率先用模糊控制器控制汽車傳動(dòng)系的變速規(guī)律和防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的壓力調(diào)制器。許多都在尋求一種有效方法控制汽車的動(dòng)態(tài)特性，其原理如圖4-2所示。該模糊控制器以汽車速度、加速度、油門(mén)開(kāi)度、道路阻力、制動(dòng)時(shí)間和當(dāng)前變速情況為輸入，經(jīng)模糊運(yùn)算后得出合適的換檔值。

　　5 總結(jié)

　　汽車動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制系統(tǒng)是采用高性能微控制器對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)賣施一體化控制的產(chǎn)物。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)汽車性能的要求也越來(lái)越高，依靠微控制器對(duì)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整體控制已成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。同時(shí)，智能控制技術(shù)在汽車控制領(lǐng)域被日益廣泛應(yīng)用，使得智能控制技術(shù)也成為汽車整體控制的重要發(fā)展方向之一。