某车载CVT变速器电控系统分析

周 峰，杨三军，王龙波，张震华

（1.鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030；2.河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

某车载CVT变速器电控系统分析

周 峰1，杨三军2，王龙波2，张震华2

（1.鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030；2.河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

介绍CVT无级自动变速器的发展背景，从TCU电控单元、变速器内电器部件阐述CVT变速器电控系统的构成。

变速器；无级变速；CVT；自动挡

变速器的作用就是改变传动比、控制车辆的前行和后退以及动力的传递与断开，而自动变速器是在实现这些功能的前提下增加了燃油经济性、可操控性和驾驶的舒适型。主流的自动变速器分为液力自动变速器（AT）、机械自动变速器（AMT）、无级自动变速器（CVT）以及双离合器变速器（DCT）。液力自动变速器和机械自动变速器为有级自动变速器，而CVT则为无级自动变速器，其动力性能、燃油经济性能、可操控性能和舒适性方面都优于手动变速器和有级自动变速器。故CVT变速器是未来乘用车市场发展的主流变速器。下文针对某款车CVT无级变速器的电控单元和电器部件进行分析。

1 TCU电控单元

TCU电控单元为CVT系统的控制装置，进行信号指令的接收、分析计算并将控制指令发出给执行装置，是CVT的主要组成部分，被形象地比喻为CVT的大脑。传感器将系统当前的状态信息传递给TCU，TCU根据信息来判断驾驶员的意图，判断系统的运行工况，并通过一系列算法发出相应的控制指令，对系统的输出进行修正，使系统按照一定的方式运行［1］。如图1所示，其工作原理是通过接收主动轮速度传感器、从动轮速度传感器、压力传感器、挡位传感器、变速器油温等传感器信号，并通过CAN线与发动机控制单元、ABS控制单元等模块信号进行接收后分析计算，根据分析计算的结果对电磁阀等执行元件发出相应的指令来操控变速器的工况。

图1 TCU信号示意图

TCU对信号的接收和指令的发出都是通过连接电路来实现的，TCU的电路连接端接口内每个不同的针脚传递着不同作用的信号。图2为某车CVT电控单元模块针脚位置示意图。

图2 TCU针脚位置示意图及针脚定义

2 变速器内电器部件

变速器内的电器部件主要有轮速传感器、驾驶模式传感器、压力传感器、油温传感器、挡位开关、电磁控制阀等。传感器将检测到的信号反馈给TCU进行分析计算，然后将策略指令下达给电磁阀执行元件，通过对压力的调节来改变主、从动轮的带轮直径，实现转速比的调节。图3为某车的变速器电路接口的针端位置示意图，16根针脚分别传递着不同的信号。导线束通过此针脚接口将变速器内的各电器部件与TCU连接在一起。

图3 变速器电路接口的针脚示意图及针脚定义

2.1 油温传感器

油温传感器的作用就是将变速器内油液温度反馈给TCU，便于TCU对冷却装置进行控制，通过对冷却器开关阀的打开或关闭，对箱体内的油液进行加热或冷却，保持油液的最佳工作温度。传感器以电阻信号输出，作为TCU进行油压调节控制的输入参数。油温传感器属于热敏电阻，随着温度的升高呈现降低的趋势明显。油温传感器的电路原理图如图4所示。

图4 油温传感器电路原理图

2.2 压力传感器

压力传感器是测量液压油系统的压力值，以电压信号值输出，TCU接收到信号后进行分析计算，然后根据策略对油压控制阀和油泵进行管控，达到调节速比的目的。图5为压力传感器电路原理图。

图5 压力传感器电路原理图

2.3 轮速传感器

轮速传感器分为初级轮速传感器、次级轮速传感器，其作用为检测主、从动轮的转速，以脉冲信号提供给TCU计算速比及当前的车速。图6为轮速传感器电路原理图。

图6 轮速传感器电路原理图

2.4 驾驶模式传感器

TCU要求获得精确的换挡机构位置，用于控制换挡机构实现挡位变换。换挡拨叉上的换挡产生信号，传感器将捕获的信号输送给TCU，使TCU时刻都掌握执行机构的精确位置。驾驶模式传感器由4个霍尔传感器来检测挡杆位置信息，每个传感器均有高电位和低电位2种状态，共有16种组合，其中的4个组合来识别P挡、R挡、N挡、D挡，2个换挡组合用于检测中间位置（P-R，R-N-D），其余10个组合进行故障分析。TCU根据挡杆位置信息完成起动锁止控制、倒车灯控制、离合器控制等。驾驶模式传感器电路原理如图7所示。

图7 驾驶模式传感器电路原理图

2.5 电磁控制阀

主动轮压力调节器是根据主动轮的油路压力来调节主动轮油缸压力，实现对速比的控制。从动轮压力调节器是通过对从动轮油路压力的调节保障变速器能正常传递扭矩和动力。离合器压力调节器控制换向机构前进离合器和倒挡离合器的开合。TCU与电磁控制阀之间的线路连接如图8所示。

图8 电磁控制阀原理图

2.6 挡位开关

挡位开关装在变速器壳体的手动阀摇臂轴或换挡杆上，由换挡杆进行控制，相应的挡位显示在仪表板上，它由几个触点组成，当选挡杆拨于不同的位置时，接通相应的触点，TCU根据被接通的触点测得选挡杆的位置，以便按不同的程序控制自动变速器的工作。挡位开关接口如图9所示。控制原理如图10所示。

图9 挡位开关接口及针脚定义

图10 挡位开关原理图

2.7 发动机电控单元

发动机电控单元将发动机转速传感器、节气门位置传感器、油门踏板位置、发动机扭矩、冷却液温度、进气温度等信息通过CAN等线及时提供给变速器的TCU，变速器的TCU将接收到的信息进行分析处理后输出相应的控制策略。同时，TCU也会将挡位变换信息、挡位位置、汽车车速、目标挡位、离合器状态等信息反馈给发动机电控单元，便于发动机工况的调节。图11为某车发动机电控单元模块电路端与TCU相关的针脚功能定义。

图11 发动机电控单元接口针脚图

3 结语

目前CVT在中国乘用车市场上的占比较少，但由于CVT变速器具有体积小、质量小以及技术成熟等优势，在国内外市场上将快速兴起。2016年全球装有CVT变速器的汽车占有量达到2000万左右，预计2017年将占到整个自动挡市场的24%左右。CVT变速器属于中国汽车行业的短板，在中国的市场潜力巨大。在中国市场中，CVT匹配的发动机排量范围为1.3～3.5 L，装配在楼兰中的CVT承载达到326 Nm［2］。目前关于CVT电控方面的介绍较少，CVT电控技术的讨论和分析，有利于人们对CVT的更多的了解和应用。

［1］ 候素礼，吴海啸，于海燕，等.无级变速器电控系统开发［C］//第5届中国智能交通年会暨第6届国际节能与新能源汽车创新发展论坛论文集（下册），2009：491-496.

［2］ 李育贤，么丽欣，左培文.CVT变速器技术发展状况与市场分析［J］.汽车工业研究，2015（1）：24-26.

（编辑 杨 景）

Analysis on Electrical Controlling System of Vehicle Continuously Variable Transmission

ZHOU Feng1， YANG San-jun2， WANG Long-bo2， ZHANG Zhen-hua2
（1. Hebi Polytechnic， Hebi 458030； 2. Henan THB Electric Co.， Ltd.， Hebi 458030， China）

This paper introduces the development background of the continuously variable transmission （CVT）， and demonstrates its electrical control system from perspectives of TCU and internal electrical components.

transmission； CVT； automatic transmission

U463.212

B

1003-8639（2017）05-0044-04

2016-12-26

周锋（1971-），男，副教授；杨三军（1979-），男，工程师；王龙波（1981-），男，工程师；张震华（1976-），男，工程师。