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电子控制自动变速器

一、序言

汽车自动变速是指自动变换传动比，调节或变换发动机动力输出性能，经济而方便地传送动力，较好地适应外界负载与道路条件的需要。自动变速器自1939年美国通用汽车公司首次在轿车上应用以来，发展速度很快，尤其是电子技术和微处理机应用于换挡变速之后，自动变速技术这一人们长期追求的目标，进入了迅速发展的崭新时期。从1981年起，美国、日本一些汽车公司相继开发出各种微机控制的自动变速系统，诸如电子控制液力变矩式自动变速器，电子控制多级齿轮变速器等。日本丰田公司生产的电子控制变速器(ECT)首先应用于豪华型皇冠牌轿车上，这种微机控制的四挡变速器的优点主要是：能保证最佳的换挡规律，换挡的精确性好，能获得良好的燃料经济性和满意的动力性，减少污染；换挡灵便，换挡过程平稳，无冲击和振动，换挡品质好，行驶舒适，换挡动作准确、及时；操纵系统工作稳定、可靠，能在高低温、大颠簸、冲击振动、强磁场、电子干扰下正常工作；驾驶员可以干预自动换挡，以适应复杂的交通情况和地形条件；控制系统具有自我修正换挡和高度灵敏的自我诊断功能；操纵容易，在交通拥挤时可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性。由于上述原因，自动变速器已广泛应用于轿车、客车、大型公共汽车、越野车及重型牵引车上，并且装车率迅速增长，尤其在美、日、德等国生产的轿车上，采用电子控制变速器的比例越来越高。当然，电子控制自动变速器也存在结构复杂、零件精度要求高、制造难度大，成本较高，相应的维修技术较复杂，传动效率较手动齿轮式变速器低等缺点。

目前，电子控制自动变速器发展的主要特点是实现一机多参数多规律控制，并在此基础上将控制变速器的微机与控制发动机的微机合并在一起，实现其综合控制。所谓一机是指采用单一微机控制，多参数是指输入微机的控制参数多元化，即控制参数不仅有发动机转速、车速、节气门开度等信号，而且有反映发动机和变速器工作环境、车辆行驶环境的信号，这些参数能全面反映发动机和变速器的实际工况。多规律是指控制微机中同时存储多种换挡规律，如最佳经济性和最佳动力性换挡规律等，驾驶员可根据需要调用相应的规律实现最佳换挡控制。所谓综合控制是指在发动机与变速器微机处理信号的同时，对变速时发动机的点火时间进行延迟控制，使发动机输出扭矩略有下降，大大减少变速时的冲击现象，明显改进变速性能，综合控制的方框图如图所示。

图 综合控制的方框图

1-发动机；2-自动变速器；3-发动机控制信号；4-变速控制信号；5-发动机控制用微机6-发动机控制信号；7-发动机转速状态控制信号；8-变速控制用微机；9-发动机与变速控制单元ECU；10-节气门位置传感器；11-速度传感器（在变速器内）；12-速度传感器（在速度表内）；13-水温开关；14-变速方式选择开关；15-空挡启动开关；16-停车灯开关；17-变速控制开关

其次，电子控制自动变速器为提高传动效率，改善燃油经济性，普遍采用了闭锁式液力变矩器。为减轻质量，缩短动力传动路线，在前置发动机前轮驱动的车辆(FF)中，自动变速器通常与驱动桥结合为一体，构成自动驱动桥。为加宽变速范围，缩小传动比间隔，自动变速器正在向多挡化发展，四挡变速器已普遍成为轿车的标准结构，五挡自动变速器早已投放市场。为便于使用维修，控制系统的诊断功能不断增强。此外，世界各大汽车公司对无级变速的研究十分活跃，估计在不长的时间内电子控制的无级自动变速器将会应用于现代汽车上。

二、电子控制自动变速器的组成

电子控制自动变速器通常由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换挡执行器、液压自动操纵系统、电子控制系统五部分组成，图所示为典型的汽车四挡自动变速器结构图。

1.液力变矩器

液力变矩器是电子控制自动变速器不可缺少的核心组成部分，它能将输入轴的扭矩连续自动地传给输出轴，是典型的液力传动装置。目前轿车上广泛采用由泵轮、涡轮和导轮组成的单级综合式液力变矩器（图），其优点是结构简单、工作可靠、性能良好。液力变矩器实际上是一个能无级(连续地)自动进行变矩的液力自动变速器。变矩器除了上述三个主要元件外，有的还具有锁止离合器。锁止离合器位于涡轮前端，是一个液适用范围压直接控制的全自动离合器。它的工作由电脑控制系统控制，即由电脑控制系统根据发动机转速传感器和车速传感器输入的信号，控制一个电磁阀，而电磁阀则通过控制通向变矩器的油道中工作液(ATF)的流向，使锁止离合器闭锁或分离。

图 液力变矩器的组成

变矩器内注以自动变速器油，由供油泵供给。供油泵还定压、定量地为自动变速器的各系统提供工作液，完成传扭、控制与润滑、冷却等任务。供油泵一般由变矩器泵轮套的凸爪驱动。

液力变矩器具有自动适应性和变扭能力，其工作的主要特点是变扭比K(K=涡轮输出扭矩/泵轮输入扭矩)随着涡轮转速与泵轮转速(泵轮转速等于发动机转速)的相对变化，即随转速比i(i=涡轮转速/泵轮转速)的变化自动无级地变化；在车速低时变矩器能输出大的扭矩，而在车速高时能利用偶合器的高效率，因而综合了液力元件的双重优点，被称为综合式液力变矩器，这一特性正好适合于汽车行驶阻力变化的特点。

2.齿轮变速系统

液力变矩器虽能传递和增大发动机扭矩，但变扭比不大，变速范围不宽，远不能满足汽车使用工况的需要，为此在液力变矩器后面又装一个辅助变速装置-齿轮变速系统，多数是行星齿轮变速系统，也可以是平行轴式（固定轴线式)齿轮变速系统，用以进一步增大扭矩，扩大其变速范围，提高汽车的适应能力。行星齿轮变速系统是一种常啮合传动，其传动比变换可通过分离与结合离合器或制动器而方便地实现，特别有利于动力换挡或自动换挡。电子控制自动变速器的行星齿轮变速系统一般由双排行星轮或三排行星轮组成，并广泛采用三自由度变速器。图为双排行星轮变速器的原理图，该变速器在同一轴上有前后两个单排行星轮，两排行星轮由一个公共的空心太阳轮相连，该太阳轮与两行星排的行星轮啮合，这种双排行星轮变速器具有前进挡和一个倒挡，常装在前置发动机后驱动的(FR)汽车上。

图 三挡行星轮变速器原理图

C1-前离合器；C2-后离合器；B1、B2、B3-制动器；F1、F2-单向离合器

若在上述三挡自动变速器中再加一个超速行星排，即构成四挡自动变速器，它可以进行超速传动，使传动比小于1。超速行星排在FR车辆中装于液力变矩器与三挡行星轮变速器之间，而在前置发动机前驱动(FF)车辆中装于三挡行星轮变速器之后。超速行星排主要由一个行星排，用于夹持太阳轮的超速制动器Bo，连接太阳轮和行星轮架的超速离合器C。以及超速单向离合器Fo组成，动力由超速行星排内齿圈输入，传至超速行星轮架。图是四挡行星轮变速器的原理。

图 四挡行星轮变速器传动原理

C0-超速离合器；B0-超速制动器；F0-超速单向离合器

3.换挡执行器

行星轮变速器的换挡执行机构包括换挡离合器、换挡制动器和单向离合器。

换挡离合器为湿式多片离合器，由液压来控制其结合与分离，通常由若干交错排列的主从动离合器片组成。

换挡制动器是将行星轮变速器中某一元件(太阳轮、行星轮架或齿圈)固定，使其不能转动，构成新的动力传递路线，换上新的挡位，得到新的传动比。它和换挡离合器一样由液压操纵。换挡制动器通常有两种形式：一种是湿式多片制动器，其结构与上述湿式多片离合器相同，不同点是离合器连接两个转动构件并传递动力，而制动器连接的一个是转动机件，另一个是固定不动的变速器壳体，作用是刹住转动机件，使其不能传动。换挡制动器的另一形式是带式制动器。

行星轮变速器中单向离合器的作用是确保平顺地无冲击换挡，它与液力变矩器中的单向离合器结构相同，均由内、外圈及两者之间的楔块组成。

4.液压自动操纵系统

液压自动操纵系统通常由供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换挡品质控制等部分组成。供油部分包括供油泵、油滤清器、主油路调压阀、第二调压阀、油冷却器等。供油泵和主油路调压阀是液压自动操纵系统的动力源，第二调压阀也称变矩器补偿压力调节阀。

手动选挡部分包括手控制阀和手控制阀拨板，手控制阀由换挡杆操纵，作用是利用滑阀的移动，实现控制油路的转换，即根据换挡杆所置排挡位置将液压油转换到"P"、"R"、"N"、"D"、"2"或"L"的油路。

参数调节部分主要有两方面：一是节气门压力调节阀(简称节气门阀)，作用是根据节气门开度产生加速踏板控制液压，并将此控制液压加在挡、挡、挡三个换挡阀(变速阀)的一端，当节气门开度变大时，加速踏板控制液压升高；二是速控调压阀(又称调速器)，作用是根据车速产生由车速控制的液压，并将此速控液压加在各换挡阀的另一端，车速增大时，速控液压增大。换挡阀即根据以上两参数变换挡位。在电子控制自动变速器中，节气门开度和车速这两个参数分别由节气门位置传感器和车速传感器采集成电信号，送至电脑，电脑则通过电磁阀操纵换挡阀使之自动变换挡位。

换挡时刻控制部分主要是换挡阀，在电子控制自动变速器中，换挡阀根据电子控制器确定的换挡点及换挡信号工作，进行自动换挡。

换挡品质控制机构的作用是控制换挡过程，使升降挡更加平稳、柔和、无冲击，防止产生大的动载荷。一般是在液压通道上增加蓄能减振器、缓冲阀、定时阀、执行力调节阀等。

5.电子控制系统

电子控制自动变速器一般采用电控液动系统，由于动力源是供油泵和主调压阀，并由其产生液压，因此仍保留液压操纵系统。电子控制系统是将液控液动系统液压操纵装置的换挡控制机构改为电子控制机构，其作用是将车速传感器和节气门开度传感器产生的电信号输入电子控制系统，由电子控制系统经过计算、比较处理后，根据预先编制的换挡程序，确定挡位与换挡点，输出换挡指令，控制电磁阀线圈的通断，改变换挡阀端面的控制液压，导致换挡阀的移动，自动切换执行元件的油路，实现自动换挡。

此外，系统还具有自诊断功能与失效安全保护功能。

电子控制系统由传感器、电子控制器和执行机构三部分组成，图是丰田A140E四挡自动变速器的电控系统方框图。

图 丰田A140E自动变速器电控系统方框图

三、 电子控制自动变速器的控制原理

电子控制自动变速器(ECT)的控制原理如图所示，它与液控而去年以来液动(液压控制) 自动变速器控制原理(图)比较有明显不同。

图 液控液动(液压控制)自动变速器控制原理

图 液控液动(液压控制)自动变速器控制原理

在液控液动自动变速器中，有两种液压信号输入控制阀(液压控制装置)，一种是由调速阀将车速变换成的液压信号，另一种是由节流阀将节气门开启角度变换成的液压信号，两种信号分别加到换挡阀两端。而电子控制自动变速器是将车速和节气门开度的电信号输入电子控制系统，经电子控制系统处理后，再输入指令给电磁阀，利用电磁阀控制液压回路。液控液动(液压控制)自动变速器的比较如图所示。由于电子控制自动变速器采用车速传感器，可以更准确地测定车速，且采用微机控制换挡时机，还可对车速进行精细的控制，所以目前电子控制自动变速器已广泛普及，而液控液动自动变速器的使用已越来越少。

图 电子控制自动变速器与液控液动自动变速器的比

由此可知，电子控制自动变速器实施自动控制的特点1简介是：采用速度传感器和节气门位置传感器将车速和节气门开度转换成电信号，输入电子控制器ECU，由ECU 根据预先编制并存入存储器ROM的换挡程序，进行比较计算，确定换挡点和变矩器闭锁离合器闭锁时间，向电磁阀发出控制信号，以控制电磁阀线圈电流的通断，再由电磁阀控制液动的换挡阀，换挡阀移动，切换换挡执行器(换挡离合器和制动器)的油路，实现自动换挡。换言之，各换挡阀的移动方向由电磁阀控制，而电磁阀线圈通电与否由电子控制系统控制，电子控制系统又是根据反映发动机负荷的节气门位置传感器和反映车速的速度传感器输入电子控制系统的电信号，向电磁阀发出控制指令的。(end)

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