车辆自动变速器可以使驾驶员在不切断动力的情形下实现自动换档，世界汽车生产大国自30年代就开端不遗余力地对此进行研讨并提出很多计划。其中液力机械式主动变速器(Automatic Transmission简称AT)以其优胜的动力性能、乘坐舒适性和操作简便的特色，在汽车产业中盘踞相当主要的位置。但与手动机械式变速器相比，其构造庞杂，制作精度请求和本钱较高，且传动效力较低。鉴于AT所存在的毛病，人们开端尝试应用现代微盘算机技巧使机械式变速器实现自动化，从而开发出电控机械式自动变速器(Automated MechanicalTransmission，简称AMT)。

    70年代中期，德国奔跑汽车公司采用由电子控制的半自动操纵方法实现换档，这是第一代AMT。该产品没有实现完整的自动化，即换档时驾驶员仍要踩下离合器踏板，电子装置提醒驾驶员何时为最佳的换档时刻，但它具有传动效力高、成本低、易制作等长处，从此成为自动变速器发展的一个主要方向。1984年日本五十铃公司生产降生界上第一种全自动电控机械式自动变速器NAVI-5，到80年代末，全自动AMT进入适用化阶段。从90年代开端，美国、德国生产的重型汽车开始使用AMT，使在复杂多变条件下工作的车辆的换档品质和起步性能进一步提高。

    一、电控机械式自动变速器

    电控机械式自动变速器是在传统固定轴式齿轮变速箱的基本上，把选档、换档、离合器及相应发动机供油操纵用以微处置器为核心的控制器完成、实现的自动变速器。其基础功能：一是依据当前汽车运行状况、路面情形及驾驶者的意图，自动断定变速箱的最佳档位，即档位决策功能；二是自动控制发动机、变速箱、离合器完成换档进程，即换档、起步的自动操纵功效。随着AMT的发展，人们引入了各种最新的监测、控制技巧以改良自动变速器的性能，使档位决策及换档控制对路面环境、使用者特色、使用者意图具有适应性。AMT在离合器控制和档位决策方面采用含混逻辑，模拟熟练司机驾驶车辆中的相应操纵以改良起步、换档、离合器联合控制特征和档位选择的适应性。神经网络办法也被引入AMT的档位决策和控制中，以获取更多路面特点信息，提高AMT对路面的适应性。AMT控制系统与发动机控制系同一体化以增添信息共享、和谐控制才能，并实现整车控制系统网络化。AMT使用性能的好坏和智能化水平的高下主要是由AMT中的控制系统决议的。控制系统将传感器采集到的信号通过电控单元(ECU)进行处置，对相应的执行机构发出指令，完成一系列操作。

    二、三种电控机械式自动变速器的优缺陷

    电控气动机械式自动变速器

    电控液动AMT的换挡体系长处是：工作安稳、操作简便、易于实现安全维护、具有必定的吸振与吸冲击的才能、起步换挡品德好以及便于空间安排；毛病是：结构复杂，它包括液压油油箱，油泵及驱动电机，电磁换向阀(6-10个)，油路比拟复杂的集成阀块，驱动油缸，衔接油管等。它不但本钱高，而且还带来一些节制上的困难，如液压系统传动油特征受气温影响，电机带泵工作对电脑(ECU)发生干扰，换挡停止时活塞对缸体发生撞击等。这些问题可采用油温度传感器，压力传感器在系统中含混控制，自适应掌握等控制方式来解决，但成果是控制更庞杂，成本更高。而且由于零件较多，安装保护艰苦较大，故障点增添。下降了工作地可靠性。

    电控电动AMT的换挡系统的特色是：结构相对简单，重量轻，另外由于直接采用易于控制、精度更高的电动机代替液压执行元件，使得系统的动作的误差减少了，控制方法上也更简单。毛病是：活动部件要进行两个方向的活动实现选、换挡动作，所以要解决运动部件的干预问题，换挡时光也比拟长，另外还须要结构复杂、高精度的凸轮机构。小功率低压直流电机调速艰苦，很难保证高的起步换挡品德，它转速高，须要结构复杂的减速器。现有的汽车上用的直流电机和蜗轮蜗轴减速器种类较少，为了提高离合器分别时的驱动力，还要加装结构复杂的机械助力装置等。这些不但提高了本钱，也使安装、调剂变得复杂。

    电控气动AMT的换挡体系重要利用于带有气压系统的大型客车或重型车辆场所。重型卡车中的气源很丰盛，可以在原有手动换挡的基本上进行简略的改装，便可以实现主动换挡。而且，构造简略、安装调剂便利，工作稳固可靠，起步、换挡性能好。但目前采取这种系统的换挡装备其结构也较为庞杂，切换挡品德不高，换挡时光稍长，未能充足施展这种情势的上风，影响了其正常应用。

    三、电控液动机械式自动变速器控制系统的组成

    AMT根据驾驶员的意图(油门开度与选择开关)和车辆的运动状况(发动机转速、输入轴转速、车速及档位)，根据从众多熟练驾驶员中提炼出的驾驶方法(换档规律、离合器接合规律)，借助于相应的执行机构(油门执行机构、离合器执行机构和选换档执行机构)，对车辆(发动机、离合器和变速器)进行自动操纵。AMT控制系统由下列四部分组成：

    a.被控对象包括发动机、离合器和变速器；

    b.履行机构包含步进电机、电磁阀(普通电磁阀和高速电磁阀)及液压缸(离合器动作缸和选、换档油缸)等；

    c.传感器包含速度传感器(动员机转速传感器、输进轴转速传感器、车速传感器)、油门开度传感器和档位传感器等；

    d.电控单元(ECU)包括CPU、ROM和I/O接口等。

    AMT的执行机构由选、换档执行机构、离合器执行机构和油门执行机构等组成。油门执行机构一般采用步进电机或磁电式电机驱动油门。选、换档和离合器执行机构有气动式和液动式两种,太阳能热水器，现在更常用的是液压操纵系统。

    四、电控机械式自动变速器控制系统的容错方法

    当重型汽车经常在恶劣条件下工作时，AMT常受到这样或那样的干扰，AMT控制系统中的ECU、传感器和履行机构难免会产生故障，假如某部件发生故障，汽车的性能会急剧降落，甚至须要立即停车，这对汽车整体性能的施展和维修工作的进行是非常不利的。为进步AMT系统的可靠性和安全性，在随车诊断系统中应加强容错控制功能，即当有些部件失效时，它们在系统中的功能可用系统中的其他部件完整或部分取代，使系统能够持续坚持规定的性能或不损失最基础的功效。针对不同的故障，AMT控制系统采用了相应的容错方式。重要包括如下几个子系统：①ECU容错系统；②选、换档机构容错系统；③油门操纵机构容错系统；④各转速传感器的容错；⑤离合器控制机构的容错。

    1、 ECU容错系统

    相对于传感器和执行机构来说，ECU的可靠性较高，但一旦发生故障，成果将更加严重，会使全部系统瘫痪和失控。AMT控制系统ECU的容错办法有以下几种：

    a.采取主从机构造，一旦主机出故障可以自动切换至从机进行把持，进步ECU的可靠性；

    b.采用双机结构，把对发动机与离合器、变速箱的控制分离出来单独控制，以改良性能和简化编程，同时降低工作累赘，延伸使用寿命；

    c.采用机械应急系统，一旦ECU失灵，启动机械应急系统，恢复手动把持，以便使车辆驶回车库自检或到维修站检验。

    2、选、换档机构容错系统

    若档位传感器发生故障，则实行选、换档的开环控制，所显示的档位信号由选、换档电磁阀的驱动信号来决议。对于选、换档电磁阀，分下列两种情形：a.若升不到高级位，应保证能以低档位持续行驶，此时需就义经济性与动力性；b.若降不到低档和空档，应保证能控制油门，行驶到目标地。

    3、油门把持机构容错体系

    对于加速踏板传感器和油门传感器，若系统可以对其故障大小进行诊断，则可采用动态补偿技术对故障信号进行修改，此时不影响控制成果；若系统只能定性诊断出是否有故障,玻璃瓶，则无法实行动态补偿，此时只能实施简略的开环控制，同时发动机模型辨识无效。对于步进电机，在中、小油门时若发生故障，则置于一档，迟缓行驶到目标地,玻璃瓶厂，安全停车；在大油门时若发生故障，也同样置于一档，行驶到马路边，安全停车。

    4、各转速传感器的容错

    各转速传感器的功能各不雷同。发动机转速传感器主要用于起步和变速时离合器的接合控制；中间轴转速传感器用于离合器接合点的检测和档位脱离的判定；车速传感器用于检测车辆的活动状况，并断定换档时刻。若某个传感器发生故障时，可根据诊断成果系统对其进举动态补偿，此种情况下并不影响各种控制性能；若系统不能对传感器进行为态补偿，则应采用如降落级办法：

    a.当动员机转速传感器产生故障时，则变离合器起步掌握为恒速接合节制，同时下降发动机把持级别，此时发动机模型辨识无效；

    b.当中间轴转速传感器发生故障时，则降低离合器起步控制、离合器换档控制、变速箱换档同步控制功能；

    c.当车速传感器发生故障时，则下降变速箱换档同步控制功效，整车模型辨识无效。

    5、离合器控制机构的容错

    离合器的把持是机械式主动变速器的难点，在选取优质元器件和实行先进控制的基本上，采用容错掌握的办法,伺服减速机，可以战胜控制性能受应用时光的影响，以及在要害部件呈现故障时采用相应的替换办法，进步离合器控制的适应性和可靠性。离合器控制机构的容错重要包含两方面的内容，即离合器接合用电磁阀的容错和离合器行程传感器的实时标定。由于电源电压不稳、磨损和振动的影响，离合器行程传感器的基准值常产生变更，影响节制性能，采取实时标定的方式，即在每次分离和接合完成时都要记载相应的传感器标定值，以此实施动态标定。若离合器分别电磁阀发生故障，则保持目前档位，以尽可能小油门行驶至目标地，安全停车。

    五、电控电动机械式自动变速器

    LC5T97型汽车变速箱有五个前进档和一个倒档，前进档均带有锁环式同步器，具有结构紧凑、操纵轻便机动等特点，档位分配为1-3-5，R-2-4。选用两部步进电机直接驱动选、换档拨叉转轴的运转，并通过位置传感器实时检测档位并反馈给ECU。由ECU调用换档程序控制电机运转实现自动换档功能。AMT变速箱电控执行机构设计包括对传统变速箱的改装和电机驱动电路设计。

    1、变速箱的改装

    依据LC5T97型变速箱的技巧参数，参照选、换档拨叉的力矩请求。选用57BYGB型选档步进电机X和换档步进电机Y，电机输出轴经蜗轮蜗杆减速后作用于拨叉转轴。地位传感器选用每360度供给10位辨别率的1 024个尽对位置信号的角位置磁编码器(步长为0.35度)，用金属压片固定到拨叉转轴上。改装后变速箱中每个档位准确对应一个地位码范畴，它为软件编写换档程序供给电机位置参数，如图1所示。编码器输出规模如下：

    (1) X电机

    空挡位置时的编码器输出范围X0±5;

    一、三、五档位置的编码器输出范畴X1士5；

    倒、二、四档位置的编码器输出范围X2士5；

    (2)Y电机

    空档位置时的编码器输出规模y0±5；

    一、倒档位置的编码器输出规模yl土5；

    四、五档位置的编码器输出范畴y2±5；

    并据此盘算出各档位间的步数差值。

    2、驱动电路的设计

    斟酌车载环境较为恶劣，电路设计时要充足保证其工作的可靠性。电路设计如图2所示。图中PB0、PB1、PB2、PB3为步进电机驱动信号输进；U20、U21为功率芯片TLE5206-2，用以供给步进电机的功率要求；ERI、ERR为外部故障信号；DATA为电机的位置传感器的输出，CLK为位置传感的时钟输进(两部电机的驱动电路雷同)。

    3、变速箱换档进程的软件实现

    电控机械式自动变速器(AMT)是通过ECU控制电动履行机构，代替本来由驾驶员人工完成的离合器分别与接合、摘档与挂档、以及传动轴与动员机转速的同步调节等操作，终极实现换档进程的把持自动化。所以变速箱换档过程的软件设计就是编写换档程序往控制电机完成换档工作。换档程序就是实现换档拨叉在各档位间移动，如1-2档就是首先摘档(见图1)，换档电机把拨叉从③移到②；然后选档，选档电机再把拨叉从⑥移到⑤；最后挂档，换档电机把拨叉从②移到①。

    4、换档控制方法

    变速箱内部有机械互锁，换档拨叉在各档位之间的移动要非常准确，稍不正确就会导致变速箱换档。另一方面电机堵转会破坏电机，所以换档拨叉在各档位之间的移动控制的要非常精确。为了保证换档的速度和精度，采用开环+闭环的控制方法。

    开环部分：电机依照档位间步数差值表得到的数据运行设定的步数。例如从1-2档，查表得：先使X电机转动b2步(进入闭环部分，使X电机停在X电机的编码器的X。±5之间)拨叉从③移到②，再使y电机转动-α2步(再进入闭环部分，使y电机停在y电机的编码器的y0士5之间)拨叉从⑥移到⑤，最后使X电机转动b1步(进入闭环部分，使X电机停在X电机的编码器的X。士5之间)拨叉从②移到①，完成换档过程。开环部分是为了加快电机的运行速度和电机运行的安稳性。

    闭环部分：由于电机存在失步现象，经过开环部分运行后，不必定能到达要求的准确地位，通过误差补偿调剂电机运行到位。经过试验证实，这种计划完整可以满足控制请求。

    最后针对变速箱内部的机械结构，为了保证电机的安全和运行可靠，在软件上对选档电机x和换档电机y进行了互锁，即在选档电机X运转到位后才许可换挡电机Y工作。同理只有在换档电机运转到位后容许选档电机X工作。

    5、换档程序

    如图3所示换档程序流程图，输入参数有两个当前的实际档位和目的档位，进入换档程序首先断定是否有在刹车中换档，若有则直接退出换档程序，否则进入换档程序；下一步就摘档，摘档时查表得到摘档电机要走的距离，当电机运行了这个间隔时，然后从换档传感器读出换档拨叉位置，判定是否摘档胜利(理论上电机运行查表行到的间隔后，就摘档胜利了)，不胜利就依据差值盘算要补偿的间隔，再次摘档。设置一个最大的补偿次数为5次，补偿次数小于5为正常补偿次数(这里先假定5次以内均能成功)；接着执行选档程序，同样采用如摘档时的查表与补偿的办法；再接着是挂档，将档位挂到准确的档位后退出。若补偿次数大于5次，则以为呈现故障，调用故障诊断程序，故障诊断程序将记载故障发生位置并发生一个熄火停车信号。本AMT系统中电控单元ECU选择了freescale公司生产的MC9S12C32型单片机，应用C语言编程，极大简化了编程的难度，提高了程序的可读性、可保护性和可移植性。

    AMT技术保存了原齿轮变速箱传动效力高、成本低、易制作和保护的长处，且使用便利、简单安全、乘坐舒适，越来越受到人们的欢迎，成为开发合适我国国情的新型汽车自动变速器的热门。