对汽车自动变速器的操纵系统的研究

李红伟 单士睿

摘要:在当今对车辆燃油经济性和排放要求越来越高的国际形势下,汽车工业进入了迅速发展的崭新时期,自动变速器技术也不断得到完善和进步。基于自动变速器操纵系统的工作原理,本文对自动变速器的电控式操纵系统的结构和性能进行研究,分析了自动变速器的发展趋势。

关键词:自动变速器 电控式操纵系统

汽车变速器的任务是传递动力,并在动力的传递过程中改变传动比、扩大驱动车轮转矩和转速的变化范围,以调节或变换发动机的特性,适应经常变化的行驶条件(如起步、加速、上坡等),同时使发动机在有利(功率较高而耗油率较低)的工况下工作。变速器可按操纵方式的不同分为:手动操纵式、自动操纵式和半自动操纵式。本文只介绍自动操纵式变速器的操纵系统。

自动变速器的操纵是自动操纵系统。所谓自动操纵是指汽车前进行驶过程中,驾驶员按行驶需要控制加速踏板,变速器即可根据发动机负荷和汽车速度的变化,自动的换入不同档位工作。自动操纵可是驾驶操作大为简化轻便,有利于安全行驶,并使换档过程中速度变化平顺,从而提高了汽车的加速性和舒适性。因此,虽然自动操纵系统结构复杂,工艺要求高,但目前在国外的轿车上已经得到了比较普遍的应用。

自动变速器的操纵系统可以分为液控式(全液压)操纵系统和电控式操纵系统。本文重点研究电控式操作的电子控制系统。自动变速器的电控式操纵系统包括液压操纵系统和电子控制系统。

一、液压操纵系统

液压操纵系统包括动力源(供油系统)、执行装置、控制装置和换档品质控制装置以及滤清冷却系统。

1.动力源:也称供油系统,是变速器正常工作的保障。

2.执行装置:控制装置根据汽车不同行驶条件,分别在执行装置中建立或卸除油压,从而得到自动变速器的不同档位。包括换档离合器、换档制动器和单向离合器等。

3.控制装置由主油路系统、换档信号系统和换档阀系统组成。

4.换档品质控制装置:保证换档过程平顺柔和、无冲击。

二、电子控制系统

(一)电子控制单元(ECU)

电子控制单元(ECU)根据传感器传来的电信号(车速和发动机负荷等参数转变的电信号),按照设定的换档程序对这些信号进行比较计算,作出是否需要换档的判断。当需要换档时通过电磁阀操纵液压的换档阀去控制执行装置的油路,实现换档。

(二)传感器

1.节气门位置传感器

它是将测得的节气门开启角度转换成电信号输入给ECU,以作为控制自动器换档的依据。通常采用线性可变阻型传感器。

线性可变阻型传感器由一个线性电位计和一个怠速开关组成。节气门轴转动时,滑动触点改变位置。节气门处于不同位置时电位计具有不同电阻。节气门开度的变化被转换成电阻或电压信号出送给ECU。ECU根据不同形式条件,按照设定的换档程序对这些信号进行处理,判断是否发出换档的指令。

2.车速传感器

它是安装在自动变速器输出轴附近的测量输出轴转速的电磁感应式的转速传感器。由永久磁铁和感应线圈组成。

当输出轴转动时,停车锁止齿轮切割感应线圈的磁力线,使磁通量发生变化,从而产生交流感应电压。ECU根据感应电压脉冲频率的大小计算出车速。

3.控制开关

(1)空档启动开关:用以保证只有选档手柄位于“P”或“N”档位置时发动机才能起动,防止发动机在驱动档位置时起动。

(2)自动跳合(又称降档)开关:用来检测加速踏板踩下是否超过节气门全开位置。

(3)制动灯开关:用来判断汽车是否实施制动。

(4)模式开关:用来选择自动变速器的控制模式,以满足汽车在各种形式条件下的使用要求。一般有经济模式、动力(功率)模式和正常(标准)模式。

经济模式:以汽车获得最佳燃油经济性为目标来设计自动变速器换档规律。

动力模式:以汽车获得最高动力性为目标来设计自动变速器换档规律。

正常模式:设计的换档规律介于经济模式和动力模式之间。

在设计时常将汽车的某些档位(如3-4档)的换档点的车速设计成动力模式大于正常模式。这样,可以充分发挥汽车的动力性能,有利于超车。一般讲,在山区行驶或有拖挂时,自动变速器采用动力模式运行比较有利,而在其它情况下采用正常模式或经济模式有利于汽车的燃油经济性。

4.执行器

执行器是指电子控制系统中的各种电磁阀。

(1)开关式电磁阀:通常用来控制换档阀和变矩器锁止离合器油路的开启或关闭。

(2)线性脉冲式电磁阀:用来控制油路中的油压。

三、电控式操纵系统的优点

1.因电控单元(ECU)能存储与处理多种换档规律,所以可按车辆行驶需要选择合适的换档规律,故可实现更合理、更复杂的控制,以获得更理想的燃油经济性。

2.由于简化了液压系统,从而使结构紧凑、质量轻。

3.控制精度高、反应快且动作准确。

4.如需要变更换档规律或参数时,只要改变控制程序和某些电子元件的型号规格就可以满足要求,而无需更换系统中的零件,故适应性更强,开发周期短。

5.便于整车的控制系统(如发动机控制、巡航控制、牵引控制、制动系统控制等)集成,控制系统兼容性好。

四、总结

我国的汽车工业起步较晚,虽然近年来自动变速器技术的研究取得了一定的进展,但是和国外相比仍然存在不小的差距。因此,我们只有投入更大的精力去迎头赶进,追上并超越国际现有的先进技术。

参考文献:

[1]吉林大学汽车工程系著.汽车构造[M].北京.人民交通出版社.2005.93-105;

[2]简晓春、仕武.现代汽车技术及应用[M].北京.民交通出版社.2004;

[3]黄宗益、代鹏康等.汽车液力机械式自动变速器发展概述.上海.海汽车.998(9).19-22;

[4]陈慧岩.4L80-E.动变速器电控系统的结构与特点[J].汽车科技.003(6).18-20;

[5]雷雨龙等.机械式自动变速器起步控制[M].汽车工程出版社.000.5;

[6]过学讯.汽车自动变速器——结构、原理[M].北京.械工业出版社.2003.105。