商用车液力自动变速器的控制功能研究及前景分析

雷胜 段小龙

【摘 要】变速器是汽车中用来改变或固定输入轴和输出轴传动比的齿轮传动装置，也被称为变速箱。汽车中的变速器主要是通过改变传动比，进而改变发动机扭矩，使车辆在起步、加速、匀速和减速等不同形势条件下获得相应的牵引力和车速，以保证行车安全和稳定。传统的汽车变速器均是手动操作，如今，随着智能控制技术的发展，汽车手动变速器已经逐渐被自动变速器取代。

【关键词】液力自动变速器；控制功能；研究现状；发展前景

引言：

液力自动变速器是目前商用车中应用较为广泛的自动变速器之一，主要是通过液力传递和齿轮啮合的方式实现车辆行驶过程中的变速和变矩。液力自动变速器的优点在于变速稳定、换挡平稳，能够有效提高乘客的乘坐舒适性，同时液力自动变速器不受传递功率的限制，在许多车辆中都能发挥显著的效果。其不足之处在于传统效率低、油耗大、结构复杂、维修和保养较为困难。

一、液力自动变速器的发展

（一）液壓控制阶段

从自动变速器设计并应用开始，液压控制便成为自动变速器的主要控制方式。典型的液力自动变速器系统主要包括油泵、调节阀、换挡阀、车速反馈阀、强制降挡阀、手动阀、制动器油缸、离合器油缸、以及油路组成，主要是通过各阀门的油压进行自动换挡。液压控制阶段所使用的自动变速换挡技术主要是利用液压情况控制液压系统的操作，自动变速器会根据汽车发动机节气门和行驶速度产生相应的液压控制信号，进而通过液压系统的执行机构完成换挡动作。利用液压控制的自动变速器的实际工作性能与液压阀的结构参数有直接关系，同时其制造成本和维修成本较高，因此后期逐渐被电子控制系统取代。

（二）电子控制阶段

20世纪60年代末期，电子控制技术得到较快发展，人们逐渐利用电子控制技术对液力自动变速器的工作过程进行控制。1969年，法国雷诺公司在R16TA轿车上首先应用里电子控制的自动变速器，液力自动变速器的电子控制时代就此开启。电子控制技术的主要优势在于利用电子单元对液压系统的油路进行控制，在实际变速换挡的过程中，既能通过液压控制，也能通过电子控制，其中一些较为复杂的换挡和控制工作由电子控制系统完成，而液压控制系统主要是其辅助和执行作用。典型的电子控制系统一般包括电子传感器、电磁控制阀、控制电路、ECU以及模式开关等。电子控制系统工作时首先需要利用传感器采集车辆的运行状态，之后ECU会根据车辆运行规律发出控制信号，控制信号会控制电磁阀执行换挡变速工作，从而实现自动换挡等功能。电液控制由于控制精度高，能处理的信号种类多，能记录瞬时数据并应用于随后的处理计算，能够实现复杂与合理的换挡控制规律，因而大大促进了自动变速器控制技术的发展。

（三）智能控制阶段

电子控制的自动变速器通常是根据车辆的行驶标准设计并制造的，但在某些场合下，电子控制系统无法有效满足车辆的行驶过程的速度需求，因此，需要研究一种更为先进的控制系统。人们希望新型的控制系统能够根据车辆行驶状态和行驶条件的变化进行自动调节和控制，进而满足车辆在任何条件下的变速需求。到了20世纪90年代初期，三菱公司在“Fuzzyshift4AT”电子控制系统引入了模糊控制技术，使变速器的ECU具备了根据车辆行驶状况信息进行自我判断，进而根据判断结果进行自动换挡的功能，这样一来，充分解决了车辆在上坡或经过弯道时的突然增挡问题。此外，三菱公司的自动变速器控制系统INVESS-II的控制参数扩大到车辆的全部工作范围，其信息量达210个，其ECU还具有记忆驾驶员爱好和习惯的功能。

与此同时，德国宝马公司也推出了适用于四挡和五挡自动变速器的自适应控制系统，能自动识别司机驾驶类型、特殊的环境条件和具体行驶状况，并对换挡规律作出适当的调整。

二、商用车液力自动变速器典型功能分析

商用车液力自动变速器典型功能在于其能够通过自动改变传动比，进而改变车辆的车速和受到的牵引力，以保证车辆时时刻刻具备优良的动力性能。此外，客户还能根据车辆的实际用途和自身需求选择气的功能，例如自动空挡、PTO功能、空挡换挡抑制、双换挡器、挡位保持、缓速器制动等功能。

（一）自动空挡功能

自动空挡功能主要是保证车辆在静止时变速器始终处于空挡位置，同时当车辆需要换挡时变速器能够及时切换到空挡。驾驶员能够通过控制面板上的开关启动或停用该功能。当自动空挡功能启动时，如果检测到变速器输出轴转速低于该档位的设定值时，变速器会及时切换为空挡状态，以便顺利换挡。如果想从空挡移出时，还需要实现设置一个空挡移出条件，该指令可以通过手制动或脚制动实现，如果选择的空挡移出条件为脚制动，驾驶员踩一下脚制动，变速器会从空挡移出，并自动切换到进入空挡之前的挡位。该功能能够有效节省汽车的油耗，其最典型的应用就是在城市公交中的应用，由于公交车需要频繁的进站，出站，自动空挡功能的配置，会大大提升效率，并能减小油耗。

（二）PTO功能

PTO功能可以说是商用车液力自动变速器独有的功能，其能通过控制变速器控制器输出的信号，使液力自动控制其上的PTO进行工作，驾驶员可以通过控制面板启动或停用该功能。PTO功能主要是作用于卡车的翻斗动作、消防车的云梯升降和带动水泵工作以及清扫车扫把旋转等动作。在实际应用PTO功能时应该仔细考虑发动机的设计转速和变速器输出轴转速，以防止转速过高对PTO造成损坏。

（三）空挡换挡抑制

空挡换挡抑制功能主要是当车辆需要保持空挡时，当时驾驶员操作失误将档位移出。同样，驾驶员能够通过控制面板启动或停用该功能。移出空挡的软件配置，可以选为：禁止从空挡移出到前进挡；禁止从空挡移出到倒挡；禁止从空挡移出到前进挡和倒挡。空挡换挡抑制功能主要是为了车辆使用安全，例如，卡车在翻斗时，防止溜车，可以开启空挡换挡抑制功能。

三、液力自动变速器的功能前景

通过以上功能的描述，可以看出，商用车的液力自动变速器相比轿车更为强大，也更为智能化，不仅仅是用作公路运输，更多的是作为源动力带动泵等，实现特种作业。因此，它的应用面更广泛，也更具提升价值，随着各种技术的发展，今后商用车液力自动变速器的功能会向以下几个方向发展。

全面智能化：随着电子信息技术的不断发展，像GPS卫星定位，4G无线通讯，触摸屏等技术的融入，会使得液力自动变速器的控制更加多元化、智能化。

精度提升：随着模糊控制，人工神经网络，自适应控制等技术的不断优化，使得对于液力自动变速器的实时控制精度会更高。

不断优化：随着变速器控制器算法的不断优化，以及传感器，执行机构的不断升级，使得液力自动变速器在不同路况，不同工作环境下，都能不受干扰，以更高的换档质量，更优的动力性和经济性，进行换档。

控制器体积减小：随着电子工艺水平的不断提升，和处理器芯片的升级，在相同性能的基础上，控制器的体积会越来越小型化。

四、结语

商用车使用的液力自动变速器的控制系统经过液压控制、电子控制和智能控制三个阶段的发展，其智能化控制水平和效果也在不断进步。随着车辆电子技术和智能化技术的发展，商用车液力自动变速器会逐渐实现与其他控制系统的集成与优化控制，进而大大提高车辆行驶的平顺性、安全性。

【参考文献】

[1]孙炜.商用车液力自动变速器的控制功能研究及前景分析[J].汽车维修，2014（11）：4-5.

[2]张英锋，王迎，俞妍，张卫锋.液力机械式自动变速器控制系统研究现状与发展趋势[J].机床与液压，2015，43（05）：152-155+163.