中心議題：

• CVT的基本結構介紹
• TCU的基本結構介紹
• TCU控製係統程序設計

解決方案：

• CVT采用V形承推鋼帶
• TCU采用美國Microchip公司推出的單片PIC18F452
• A/D轉換是采用單片機內自帶的10位A/D轉換器

為了跟蹤世界汽車技術，發展我國汽車工業，“九五”期qi間jian，汽qi車che電dian於yu控kong製zhi技ji術shu被bei列lie為wei科ke技ji攻gong關guan項xiang目mu。車che輛liang自zi動dong變bian速su是shi汽qi車che電dian控kong技ji術shu的de一yi個ge重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。采cai用yong計ji算suan機ji和he電dian力li電dian子zi驅qu動dong技ji術shu實shi現xian車che輛liang自zi動dong變bian速su，能neng消xiao除chu駕jia駛shi員yuan換huan檔dang技ji術shu的de差cha異yi，減jian輕qing駕jia駛shi員yuan的de勞lao動dong強qiang度du

，提ti高gao行xing車che安an全quan性xing，提ti高gao車che輛liang的de動dong力li性xing和he經jing濟ji性xing。汽qi車che的de無wu級ji變bian速su係xi統tong一yi般ban是shi由you無wu級ji變bian速su箱xiangCVT(Continuously Variable Transmission) 和無級變速箱控製器TCU(Transmission Control Unit)組成。

1 CVT的基本結構

汽車的無級變速係統主要有以下幾種形式：（1）液力機械AT—HMT(Hydrodynamic Mechanical Transmission)廣泛應用於轎車

、公共汽車、重型車輛、商用車和工程車輛上。(2)機械式AT—AMT(Automa ted Mechanical Transmission)在通常機械式變速器基礎上加上微機控製電液伺服操縱自動換檔機構組成

，目前它應用於部分低檔轎車、局部卡車和商用車上。(3)無級式AT—CVT(Continuously Variable Transmission)是目前在小排氣量轎車中使用最多的一種。它的主要結構和工作原理如圖l所示。
 

圖1 無級式AT—CVT主要結構和工作原理

CVT技術的發展
，已經有了一百多年的曆史。德國奔馳公司是在汽車上采用CVT技術的鼻祖，早在1886年就將V型橡膠帶式CVTanzhuangzaigaigongsishengchandeqiyoujiqicheshang。danyouyujiegoushejihexuancaidengfangmiandewenti
，gaichuandongjigoutijiguoda，chuandongbiguoxiao
，wufamanzuqichexingshideyaoqiu。zhexiequedianxianzhiletadeyingyong。zhidao1979年
，通過結構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用的前提條件。從那時起，福特、菲亞特和日產等公司的車型都曾采用過這種變速傳動機構。

CVT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成。它的動力從主動輪輸入，經過V形(xing)鋼(gang)帶(dai)，由(you)從(cong)動(dong)輪(lun)輸(shu)出(chu)。帶(dai)輪(lun)由(you)可(ke)以(yi)相(xiang)對(dui)滑(hua)動(dong)的(de)兩(liang)部(bu)分(fen)構(gou)成(cheng)。鋼(gang)帶(dai)位(wei)於(yu)這(zhe)兩(liang)部(bu)分(fen)間(jian)的(de)凹(ao)槽(cao)內(nei)。當(dang)帶(dai)輪(lun)兩(liang)部(bu)分(fen)靠(kao)緊(jin)時(shi)
，凹(ao)槽(cao)較(jiao)窄(zhai)
，鋼(gang)帶(dai)位(wei)於(yu)帶(dai)輪(lun)外(wai)緣(yuan)，此(ci)時(shi)帶(dai)輪(lun)的(de)工(gong)作(zuo)直(zhi)徑(jing)最(zui)大(da)。隨(sui)著(zhe)這(zhe)兩(liang)部(bu)分(fen)間(jian)的(de)相(xiang)對(dui)滑(hua)動(dong)

，凹(ao)槽(cao)越(yue)來(lai)越(yue)寬(kuan)，鋼(gang)帶(dai)逐(zhu)漸(jian)靠(kao)近(jin)帶(dai)輪(lun)中(zhong)心(xin)，即(ji)工(gong)作(zuo)直(zhi)徑(jing)最(zui)小(xiao)的(de)地(di)方(fang)。汽(qi)車(che)剛(gang)剛(gang)起(qi)動(dong)車(che)速(su)較(jiao)低(di)時(shi)，主(zhu)動(dong)輪(lun)工(gong)作(zuo)直(zhi)徑(jing)較(jiao)小(xiao)，變(bian)速(su)器(qi)可(ke)得(de)到(dao)較(jiao)大(da)的(de)傳(chuan)動(dong)比(bi)，使(shi)汽(qi)車(che)獲(huo)得(de)足(zu)夠(gou)動(dong)力(li)克(ke)服(fu)行(xing)駛(shi)阻(zu)力(li)。隨(sui)著(zhe)車(che)速(su)的(de)升(sheng)高(gao)，主(zhu)動(dong)輪(lun)工(gong)作(zuo)直(zhi)徑(jing)逐(zhu)漸(jian)增(zeng)大(da)，從(cong)動(dong)輪(lun)工(gong)作(zuo)直(zhi)徑(jing)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，變(bian)速(su)器(qi)傳(chuan)動(dong)比(bi)也(ye)相(xiang)應(ying)減(jian)小(xiao)。由(you)於(yu)帶(dai)輪(lun)工(gong)作(zuo)直(zhi)徑(jing)可(ke)連(lian)續(xu)變(bian)化(hua)，因(yin)此(ci)這(zhe)種(zhong)變(bian)速(su)器(qi)的(de)傳(chuan)動(dong)比(bi)也(ye)是(shi)無(wu)級(ji)
、連續變化的
，傳遞動力更平穩，其動力性和經濟性遠遠高於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製是由TCU控製直流電動機自動完成的。

2 TCU的基本結構

TCU的基本結構如圖2所示
，它由單片機、檢測電路、驅動電路、電源電路以及通訊電路等部分組成。
 

圖2 TCU的基本結構

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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
、工作溫度範圍寬，並且可在較低的電壓下正常工作，特別適用於汽車電器。檢測電路分為脈衝檢測
、開關量檢測以及模擬量檢測。脈衝檢測又分為脈衝計數和脈衝寬度檢測。如發動轉速、輸入、輸出軸轉速的測量是采用脈衝計數方式。節氣門開度則是采用脈衝寬度測量的方式。

模擬量的測量主要由濾波電路
、放大電路組成。A/D轉換是采用單片機內自帶的10位A/D轉換器。變速箱的變比控製是由直流電動機驅動的。在TCU中是由4支MOSFET組成的H型電路實現對電動機的正反轉PWM控製。電磁離合器的電流也是通過MOSFET驅動的。在驅動電路中除主開關元件、續流二極管外還有保護電路和電流檢測電路。

通訊接口的作用主要是觀測TCU的工作狀態，對檢測傳感器的故障分析以及傳感器資源的共享。

3 TCU控製係統程序框圖

TCU控製係統主程序框圖如圖3所示。程序首先對內部RAM進行分配
，然後對各功能模塊如Administrator/D轉換器

、定時器
、PWM波(bo)形(xing)發(fa)生(sheng)器(qi)等(deng)進(jin)行(xing)初(chu)始(shi)化(hua)。變(bian)速(su)箱(xiang)的(de)變(bian)比(bi)在(zai)汽(qi)車(che)每(mei)次(ci)時(shi)應(ying)處(chu)於(yu)最(zui)小(xiao)變(bian)比(bi)的(de)位(wei)置(zhi)
，因(yin)此(ci)在(zai)每(mei)次(ci)停(ting)車(che)時(shi)應(ying)將(jiang)變(bian)速(su)箱(xiang)歸(gui)位(wei)

，汽(qi)車(che)起(qi)動(dong)後(hou)首(shou)先(xian)檢(jian)測(ce)各(ge)參(can)數(shu)

，如(ru)檔(dang)位(wei)開(kai)關(guan)、發動機轉速、節氣門開度
、變速箱輸入、輸出軸轉速等。這些參數是控製電磁離合器電流和電動機狀態的依據。當需要增加變速箱的變比時，TCU控製電機正轉，反之控製電機反轉。電磁離合器的控製采用電流增量控製方式。它的控製好壞
，直接影響汽車運行的平穩性和經濟性。
 

圖3 TCU控製係統主程序框圖

4 運行結果

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係曲線。其中圖4為汽車速度從零急加速到120KM/H，到120KM/H後鬆開油門減速到零時的電磁離合器電流與發動機轉速


、jieqimenkaiduheshuruzhouzhuansuzhijiandequxiantu。youtukeyikanchujieqimenjijiadaozuidahoubaochiyiduanshijian
，dianciliheqidianliutongbujingenzhejia，dangjiadaofengzhishi，jixubaochibubian，fadongjizhuansuyejiadaoyigezhibaochibubian，congtuzhonghaikekanchudianciliheqidianliuzaizengjiadeguochengzhong
，buduanzaidoudong，kezhizaishangshengguochengzhongdianciliheqizaibuduanzaidahua
，zaiciduanshijianneifadongjizhuansuyushuruzhouzhuansubuchengbili
，zhidaodianciliheqidaoyigewendingdezhihoucaibaochiyidingdebiliguanxi。dangjieqimenquansongkaihou，dianciliheqidianliusuizhixiajiangdaoyigexiaozhihoubaochibubian，zhidaochesudadaoshibiansuxiangchuyuyouchilunbiansuweizhushi
，dianciliheqidianliujixujianxiao，dangchesuweilingshi，dianciliheqidianliusuizhijianxiaodaoling。youtu4可知，當車速在從零加到120KM/H
，電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)為(wei)零(ling)，輸(shu)入(ru)軸(zhou)轉(zhuan)速(su)也(ye)慢(man)慢(man)減(jian)為(wei)零(ling)。在(zai)整(zheng)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)，我(wo)們(men)可(ke)看(kan)到(dao)，節(jie)氣(qi)門(men)開(kai)度(du)變(bian)化(hua)率(lv)代(dai)表(biao)了(le)駕(jia)駛(shi)員(yuan)的(de)意(yi)圖(tu)，電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)主(zhu)要(yao)由(you)節(jie)氣(qi)門(men)開(kai)度(du)來(lai)決(jue)定(ding)。電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)的(de)打(da)滑(hua)程(cheng)度(du)決(jue)定(ding)了(le)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)和(he)輸(shu)入(ru)軸(zhou)轉(zhuan)速(su)的(de)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)輸(shu)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)。
 

注：深藍—輸入軸轉速，黃—節氣門開度，紫紅—發動機轉速
，淺藍—電磁離合器電流

圖4 電機加速時的電磁離合器電流關係曲線

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圖5為汽車速度從零加到120KM/H後又由120KM/H減到零時，位置傳感器與輸入軸轉速、輸出軸轉速和電機電壓之間的關係曲線。由圖可知
，當汽車速度在從零加到120KM/H過程中，位置傳感器變比由最大開始下調直到變為最小，此時對應電機反轉。當車速由120KM/H開kai始shi下xia降jiang時shi位wei置zhi傳chuan感gan器qi先xian保bao持chi不bu變bian，此ci時shi電dian機ji不bu轉zhuan，同tong時shi輸shu入ru軸zhou轉zhuan速su和he輸shu出chu轉zhuan速su成cheng比bi例li的de下xia降jiang，當dang車che速su達da到dao一yi定ding的de值zhi時shi位wei置zhi傳chuan感gan器qi速su比bi由you最zui小xiao開kai始shi上shang調tiao直zhi到dao為wei最zui大da值zhi

，此ci時shi電dian機ji反fan轉zhuan（因測試時采用的電流傳感器為單方向的，所以圖中沒有反映出反向電流）。輸入軸轉速和輸出軸轉速不成比例的下降直至為零。從圖5可以看到車速在上升時，位置傳感器速比的測試值不斷地減小（對應的轉速比增大）。反之
，車速在下降的過程中
，當車速小於某一值時測試值增加。從而實現了變速箱變比的自動調整。
 

注：黃—位置傳感器
，深藍—輸入軸轉速，紫紅—輸出軸轉速，淺藍—電機電壓

圖5 汽車減速時的變速箱變比——轉速曲線

通過運行結果可以看出所設計的TCU可以實現電磁離合器轉矩和變速箱變比的自動控製。從實際運行感覺看，起動和停止以及加減速過程平穩。並且具有較好的經濟性。