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车辆工程

自动变速器知识-5、电子控制自动变速器

时间:2017-09-11 11:14:53   作者:   来源:   阅读:12   评论:0
    液压控制的自动变速器主要由行星齿轮机构和液压系统组成。尽管液控自动变速器已经作了多年的改进,但是本身的结构特征决定了它的一些固有的缺陷,例如由于油液的流动,使升降档稍有延迟,变速器的工作响应比较缓慢,换档点不够稳定。另外,液控自动变速器的换档规律只有一种,不能适应各种使用条件的需要。由于换档的信号都依靠各种机械感应阀转换成油压信号,使得整个液压系统十分复杂,可靠性下降而成本增大。

    电控自动变速器的发展,得益于电子技术的发展,更得益于发动机电子控制技术的发展。因为自动变速器的许多输人信号,都来自电控发动机的传感器。由于共享这些信号资源,使得电控自动变速器的结构和控制变得比较简单。

    电控自动变速器的基础元件是计算机(ECU),它具有“大脑”的功能。它接收、存储、处理和发送信息,决定车辆的工作条件。计算机的全部工作信息都是电信号(电压或电流),因此响应的速度特别快。对于计算机而言,接受的一定的电压或电流值就表示当前汽车工作时的一种工作状态,计算机就是根据这些数值进行处理的。计算机接受各种输入装置发送的电信号以后,将其储存起来,并通过与计算机存储器中的数值进行比较,来解释这些信号。通过这些数据处理,就知道了目前汽车的工作状态,并且根据计算机已设置的程序对下一步动作作出响应。如果需要产生某一动作,计算机将向要实现这一动作的装置发送一个电压信号,使它响应和校正其工作状态。

    电控自动变速器的计算机通常控制下面的工作状态。

①通过控制换档电磁阀的线圈的开人关方式,从而控制变速器档位的升档或降档。

②通过控制压力电磁阀的电流大小,从而调节主回路油压,使该油压随发动机的负荷变化而变化。

③通过控制变矩器锁止离合器(TCC)的占空比电磁阀线圈的脉冲宽度,来调节锁止离合器作用和释放的时间,以及作用时的油压。

④对于各种超越界限的电信号,作出报警和故障存储的控制,甚至转换成另一种控制方式。

    电控自动变速器的整个工作过程,就是由微处理器的接收来自一些输人传感器的信号,经计算机处理,然后向执行装置发送指令。通常电控自动变速器都设有自我工作监控器,以检查其指令是否达到预期要求的结果。如果结果尚未实现,则计算机进一步修正它的指令,直至达到预期目标为止,这种控制方式就称为闭环控制。

一、 输人信号

    电控自动变速器的输人信号都来自汽车上的各种传感器,由于各种汽车控制系统的装备不一样,因此传感器的数量和品种有所区别。但是大致可以分成为两类:参考电压式传感器和电压发生器。电压发生器比较典型的使用例子就是汽车速度传感器(如图10.25所示)。

自动变速器知识-5、电子控制自动变速器

    车速传感器通常安装在变速器的壳体上,与液控的调速阀几乎处于相同的安装位置,在变速器的输出轴上安装一个齿轮,随输出轴一起旋转。正对齿轮的车速传感器,通常都属于磁电式传感器。在一块永久磁铁上缠绕了一组线圈,当齿轮旋转时,切割磁力线使线圈内部感应出交变的低电压,通过交变电压的频率来判定汽车车速。

    参考电压式的传感器应用最为广泛,例如电位器、热敏电阻器和压力传感器等。这些传感器与计算机构成输人回路。计算机发送一个参考电压(通常为5V)给这类传感器,并且接收它们的反馈电压。通过查看程序和存储器中的标准值比较,了解目前传感器所处的工作状态。

    通/断开关在自动变速器上广泛采用,档位开关就是一例。当驾驶员拨动预选杆时,与其联动的就是档位开关,它类似于收音机上的波段开关。当预选杆有七个位置,则转轴上的动触点可分别和静止的七个触点闭合,动、静触点与计算机组成输人回路,把预选杆所处的位置输人计算机。计算机根据接受到的高、低电位,判定预选杆的位置。电位器、热敏电阻和压力传感器的电阻,随其工作条件的变化而改变。在电控发动机章节中所述的节气门位置传感器就是利用电位器工作的原理,电位器的转轴和节气门轴联动,当处于不同开度时,电位器处于不同的电阻值,从而输出信号电压不同。计算机发送给电位器一个标准的SV参考电压,从接受的反馈电压变化,就能判定节气门开度。电控自动变速器的发动机负荷信号就来自节气门位置传感器。

    热敏电阻器随着工作条件的变化其阻值也发生变化。在电控自动变速器中,油温传感器都采用负热敏电阻器,它实际上是一个简单的电子温度计。传感器完全浸没在变速器的油液中,其电阻值随温度上升而下降。当反馈的电压发生变化,计算机就能判定变速器的油温高低。计算机根据这一信号帮助控制换档品质,因为变速器油液的特性会随油温而变化。

    压力传感器(压力开关,如图10.26所示)是主要反映液压回路的油压大小的感应元件,当液压增大时,通过膜片使接触器变形,同时使触点闭合。当作用于膜片上的油压不同时,接触器变形状态不同,电阻值也不同。压力传感器在电控自动变速器采用的目的,主要是把多片离合器和伺服油缸的工作状态(油压大小、油压建立的时间、实际的档位状况)输人计算机,从而判断是否需要调节主回路油压。

    来自开关的反馈信号反映出回路的通断周期。如果开关周期地迅速开/关,则反馈信号也是一个快速的开/关信号,这描述了一个数字信号即一系列的开关脉冲。计算机是通过一系列的开/关信号处理信息的数字装置。计算机只接受数字型的数据,而参考电压传感器输人的是电压变化量(模拟量),因此计算机的首要任务就是把传感器输人的模拟信号转化为数字信号,即微处理器中的A/D转换装置。图10.27为变速器控制装置输入线路示意图。

自动变速器知识-5、电子控制自动变速器

二、输出装置

    计算机把处理后的指令发送到其输出装置,该输出装置就是电子控制系统的执行元件。电控自动变速器中典型的输出装置有电磁阀线圈、电动机和继电器等。这些装置可以使变速器的某一机构的状态发生变化,例如换档电磁阀线圈处于通/断电状态时,换档阀的滑阀位置就会发生变化,从而引起行星齿轮机构的变速执行元件处于接合或释放状态,变速器的档位也随之发生变换。计算机发送给输出装置的指令,绝大多数都是一种开/关信号,如换档电磁阀线圈,仅有通/断电两种状态。但有时,计算机发出的指令是根据汽车工作条件需要的可变信号,如电控自动变速器的压力控制电磁阀的线圈,计算机发送给该线圈的电流大小是根据发动机负荷大小变化的,从而调节主回路的油压。另外计算机发出的指令还可以是一种引起输出装置周期变化的可变信号,如控制变矩器锁止离合器工作的占空比电磁阀(PWM),计算机发送给线圈的信号是一种周期变化的脉冲信号,而且该脉冲信号的宽度在不同的时间是可变的,通过调节脉冲宽度实现锁止离合器作用/释放的时间的变化,以及改变作用的油压大小。

三、信号的处理

    计算机接受来自输人传感器的信号之后,首先要把这种低压弱信号通过放大器进行放大,并且通过A/D转换器把模拟信号转换成数字信号,把这些转换后的数据与存储的数据进行比较,然后作出处理信息。在计算机的存储器中,存储了理想的换档规律和执行的逻辑程序,它们提供了最佳换档时刻。而且可以设置多种的换档规律,来满足汽车不同使用工况下的最佳换档点。电控自动变速器可以存在多种换档规律,而液控自动变速器则无法实现。

    计算机要决定合适的换档规律首先要查看输人的预选杆位置。该输人信号来自档位开关。同时所选定的换档规律取决于驾驶员选择的换档规律转换按钮。每一种发动机/变速器都有不同的一组换档规律的数据。决定换档规律的主要因素是预选杆位置、当前的档位、节气门开度和车速。计算机同时也要查看各种温度、负荷和发动机工况等多种输人信息。

   不同的车型会选择不同的换档规律,通常的轿车都设置了两种以上的换档规律模式。它包括正常模式(或称经济型模式)、特性模式(动力型模式)、冬季模式和手动换档模式。

①正常模式是以节省燃油消耗为主要目的,通常在高速公路使用。这种换档模式又称为提前换档,车速增加对档位的上升起明显的作用。

②动力模式以发挥发动机动力为主要目的,充分发挥变速器的低档扭矩大的特性,适用于坏路、爬坡和牵引状态。这种换档模式又称之为延时换档。在这种模式下,计算机指令压力控制电磁间给主回路油压获得更高油压,防止多片离合器和制动带打滑。当变速器提升下一个更高档位时,计算机命令延长换档时间来提供汽车更大的加速度。

③冬季模式主要是在冬季冰雪路面起步或在滑溜路面起步使用。由于自动变速器按常规的换档规律必须是1档起步,但变速器的1档具有很大的传动比,因此在冰雪路面或滑溜路面经常会出现轮胎打滑现象,起步困难而且不安全,尤其在冰雪覆盖的横道线上,尚若停止灯解除,汽车还不能起步,就会阻塞交通。在这种情况下,选择冬季模式,自动变速器就会转换成2档或3档起步,避免上述现象发生。

在有些自动变速器中没有设置冬季模式,完成同样的功能是通过把预选杆放置于手动2档的位置,在这手动2档中,可以避免出现1档(这不同于一般的手动2档),强制变速器用2档起步。

④手动换档模式允许驾驶员以与手动变速器相同的操纵方式来变换自动变速器的档位。驾驶员可以使用预选杆,就像使用手动变速器的换档杆一样在手动二档(第1档)。手动2档(第2档)。手动3档(第3档)和超速档(第4档)之间进行换档。尽管如此,一旦驾驶员企图滞留在1档或2档排而发动机又处于超速状态运转,此时计算机将会对变速器提供超速的保护。

四、失效保护

    对于电控自动变速器要考虑失效保护的问题。它的含义是指:不管是什么原因引起变速器电子控制系统故障,变速器仍然能够维持基本的工作条件。这是失效安全的原则。例如在控制计算机完全失电的状态下,自动变速器至少还能提供一个前进档位,让汽车能继续维持行驶。通常在自动变速器电子控制系统失效或部分失效的情况下,计算机的处理器则会发送下列的工作指令。

(1)提供最大的主回路油压

    在电控自动变速器中主回路的设定油压由两部分组成:“是通过调压阀设置的额定油压,二是通过压力控制电磁阀根据发动机负荷信号附加的偏置油压。如果计算机处于失电状态,则压力控制电磁阔无法接受计算机的输出信号。在这种情况下,压力控制电磁阀的输人电流为零,而要求压力控制电磁阀有最大的调节油压输出。如果液压系统能够提供最大的主回路油压,则可以防止变速执行元件多片离合器和制动带在大负荷情况下打滑。此时发动机的负荷信号已无法让计算机接受。

(2)换档电磁阀都处于断电状态

    无论是3档或4档的电控变速器都设置了两个换档电磁阀。如果计算机失电或者电子控制装置出现故障,两个电磁阀只能处于断电状态。现代的电控变速器设计中,总会存在一个前进档位,在这个档位工作时,两个电磁间都处于断电状态,一般把这一档位设置在2档或3档。

(3)变矩器锁止离合器(TCC)处于关闭状态

    一旦电控自动变速器处于失效保护状态时,汽车只能在2档或3档起步,如果在这种情况下锁止离合器仍处于作用状态,则可能引起起步颤抖,甚至无法起步。为了保证锁止离合器在该工况下是释放的,则要求变矩器锁止离合器的控制电磁阀处于断电时,锁止离合器释放,而通电时锁止离合器可以作用。

五、换档的适应性

    在电控自动变速器中,当其中的一些零部件由于磨损已超过了它的工作期限时,计算机可以提供一种适应特性变化的能力。例如,随着使用里程的增大,多片离合器中的钢片和摩擦片的磨损量增大,会影响换档时间或引起换档冲击。在一些具备适应特性变化能力的电控系统中,计算机可以通过采集多片离合器的作用时间,来监控变速器的换档时间。当换档时间超过设定值后,计算机就可以发送增大主回路油压的指令,通过增大油压,弥补多片离合器的作用时间,使换档时间又重新恢复到初始设定值。如果油压增大,换档时间没有减少,则计算机认定该多片离合器必须更换了,同时向计算机发出故障报警信号。为了采集多片离合器作用时间的信号,在与多片离合器作用活塞油路上,设置了压力开关,通过油压上升的时间来判定多片离合器的作用时间。多片离合器仅仅是计算机弥补这种特性变化的一个例子,在电控变速器中类似的控制方式有很多。


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