汽车无级变速箱控制器 TCU 的原理.pdf

汽车无级TCU的原变速理箱控制器

为了跟踪，发展我国，世界汽车技术“九五”期间，汽车电于汽车工业控制技术被列为科技攻
关项目。车辆自动变速是汽车电控。采用计算机和电力电子驱技术的一个重要动技组成部分
术实现车，能消除驾辆自动变速，减轻驾驶驶员换档技术的，提高行车员的劳动强度安差异
全性，提高车辆的动力性和经济性。汽车的无级变速系统一般是由无级变速箱
CVT(ContinuouslyVariableTransmission)和无级变速箱控制器TCU(Transmission
ControlUnit)组成。

1CVT的基本结构

汽车的无级变速系统主要有以下几种形式：(1)液力机械AT—HMT(Hydrodynamic
MechanicalTransmission)广泛应用于轿车、公共汽。车、重型车辆、商用车和工程车辆上
(2)机AT—械式AMT(AutomatedMechanicalTransmission)在通常机械式变速器基础上加
上微机控，制电液伺服操纵目前它应、局部卡车用于部分低档轿和商用自动换档机构组车成
车(3)无上。AT—级式CVT(ContinuouslyVariableTransmission)是目前在小排气量轿车
中使用最多的一种。它的l所示。主要结构和工作原理如图
图1无级式AT—CVT主要结构和工作原理

CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的
鼻祖，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。但由于结构设
计和选材等方面的问题，该传动机构体积过大，传动比过小，无法满足汽车行驶的要求。这
些缺点限制了它的应用。直到1979年，通过结构的改进和特殊钢带的使用，CVT的传动比明
显提高，具备了在车辆上广泛应用的前提条件。从那时起，福特、菲亚特和日产等公司的车
型都曾采用过这种变速传动机构。

CVT采用的V形承推钢带由安装在挠性马氏体时效钢圈上的多片楔形钢片构成。它的动
力从主动轮输入，经过V形钢带，由从动轮输出。带轮由可以相对滑动的两部分构成。钢带
位于这两部分间的凹槽内。当带轮两部分靠紧时，凹槽较窄，钢带位于带轮外缘，此时带轮
的工作直径最大。随着这两部分间的相对滑动，凹槽越来越宽，钢带逐渐靠近带轮中心，即
工作直径最小的地方。汽车刚刚起动车速较低时，主动轮工作直径较小，变速器可得到较大
的传动比，使汽车获得足够动力克服行驶阻力。随着车速的升高，主动轮工作直径逐渐增大，
从动轮工作直径越来越小，变速器传动比也相应减小。由于带轮工作直径可连续变化，因此
这种变速器的传动比也是无级、连续变化的，传递动力更平稳，其动力性和经济性远远高于
行星齿轮式自动变速器。汽车在实际运行中变速箱变比的控制是由TCU控制直流电动机自动
完成的。
2TCU的基本结构

TCU的基本结构如图2所示，它由单片机、检测电路、驱动电路、电源电路以及通讯电
路等部分组成。
图2TCU的基本结构

单片机是采用美国Microchip公司2002年3月推出的单片PIC18F452，它在功能上可以
满足TCU的要求，在性能上它具有低功耗、工作温度范围宽，并且可在较低的电压下正常工
作，特别适用于汽车电器。检测电路分为脉冲检测、开关量检测以及模拟量检测。脉冲检测
又分为脉冲计数和脉冲宽度检测。如发动转速、输入、输出轴转速的测量是采用脉冲计数方
式。节气门开度则是采用脉冲宽度测量的方式。

模拟量的测量主要由滤波电路、放大电路组成。A/D转换是采用单片机内自带的10位A/D
转换器。变速箱的变比控制是由直流电动机驱动的。在TCU中是由4支MOSFET组成的H型电
路实现对电动机的正反转PWM控制。电磁离合器的电流也是通过MOSFET驱动的。在驱动电
路中除主开关元件、续流二极管外还有保护电路和电流检测电路。

通讯接口的作用主要是观测TCU的工作状态，对检测传感器的故障分析以及传感器资源
的共享。

3TCU控制系统程序框图

TCU控制系统主程序框图如图3所示。程序首先对内部RAM进行分配，然后对各功能模
块如Administrator/D转换器、定时器、PWM波形发生器等进行初始化。变速箱的变比在汽
车每次时应处于最小变比的位置，因此在每次停车时应将变速箱归位，汽车起动后首先检测
各参数，如档位开关、发动机转速、节气门开度、变速箱输入、输出轴转速等。这些参数是
控制电磁离合器电流和电动机状态的依据。当需要增加变速箱的变比时，TCU控制电机正转，
反之控制电机反转。电磁离合器的控制采用电流增量控制方式。它的控制好坏，直接影响汽
车运行的平稳性和经济性。
图3TCU控制系统主程序框图
4运行结果

图4和图5为汽车实际运行时电磁离合器电流和变速箱变比的关系曲线。其中图4为汽