自动变速器（AMT）电控系统

赵 阳， 王卫翼

（北京福田戴姆勒汽车有限公司， 北京 101400）

某重卡车型的自动变速器电控系统电路如图1所示。 自动变速器 （AMT） 电控系统由传感器、 执行器和控制单元（TCU） 组成。

图1 12挡AMT电控系统电路图

1 传感器

1.1 变速器顶部的传感器

将变速器上盖拆下， 可以看到传感器模块、 选挡模块（选挡传感器）， 如图2所示。

图2 变速器顶部的机电模块

1.1.1 传感器模块

传感器模块中有3个位置传感器， 通过各拨叉轴上的磁环触发产生电信号， 来确定主箱拨叉轴、 半挡拨叉轴、 高低挡拨叉轴位置。 TCU通过这3个位置传感器信号和选挡信号便能确定变速器当前挡位。 位置传感器为永磁线性非接触式位移传感器。

传感器模块上除了3个位置传感器， 还集成有输入轴转速传感器和温度传感器， 如图3所示。

图3 传感器模块

1） 1-高低挡组 （GP）传感器 （位置传感器）。 用于确定高低挡拨叉轴位置。

2） 2-半挡组 （ GV）传感器 （位置传感器）。 用于确定半挡拨叉轴位置。

3） 3-主变速器 （HG）传感器 （位置传感器）。 用于确定主箱拨叉轴位置。 主箱拨叉轴有前、 中、 后3个位置， 分别对应1/3挡、 空挡、 R/2挡。

4） 4-输入轴转速传感器/温度传感器。 输入轴转速传感器与油温传感器集成一体。 传感器信号轮为中间轴齿轮，TCU通过中间轴转速信号计算出变速器输入轴转速， 它是换挡控制的重要参数之一。 油温传感器集成在输入轴转速传感器上， 信号主要用于变速器保护。

1.1.2 选挡模块 （选挡传感器）

选挡传感器与选挡器集成为一体。 选挡传感器信号输入TCU后， 再结合主箱位置传感器信号， 即可完成主箱挡位确认。 电源 （+） 加在引脚1上； 引脚3搭铁时， 芯杆右移（回缩）， 选择1/R挡拨叉； 电源 （+） 加在引脚3上； 引脚1搭铁时， 芯杆左移 （伸出）， 选择2/3挡拨叉。 选挡位置信号通过引脚2输出给TCU。 变速器选挡模块如图4所示。

图4 变速器选挡模块

1.2 输出转速传感器

输出转速传感器位于变速器后部， 如图5所示。输出轴转速信号是换挡控制的重要参数之一。

图5 输出转速传感器

1.3 离合器位置传感器

离合器位置传感器安装于离合器执行器上， 用于检测离合器位置， 以便实现对离合器的精确控制， 如图6 所示。 TCU 通过离合器初始位置变化还能计算出离合器的磨损量 （百分比）， 当摩擦片磨损到极限时， 通过仪表报警。

图6 离合器位置传感器

1.4 供气压力传感器

供气压力传感器用于检测变速器的供气压力。 供气压力传感器安装于阀模块上， 如图7所示。 当气压偏低时， 变速器功能可能受限； 气压过低时挡位会锁死， 无法完成挡位转换。 系统允许的供气压力范围： 8～12.5bar。

图7 供气压力传感器

1.5 倾角传感器

倾角传感器集成在TCU内部， 焊接在控制单元内部电路板上。 倾角传感器由3块极板组成， 即左右两侧固定极板和中间弹性板所组成。

车辆处于不同坡度时， 弹性板倾斜方向和倾斜量就会改变。 板间距的变化改变了极板间的电容值， TCU依据电容值变化就可计算出道路坡度大小和方向。 如图8所示。

图8 倾角传感器

坡度信号是目标挡位计算重要依据之一。 TCU装车后，需使用诊断仪对倾角传感器进行标定， 标定方法是： 将车辆停放在水平地面上， 连接诊断仪， 进入标定界面， 按提示操作， 即可完成标定过程。

2 执行器

执行器包括阀模块 （图2） 上的14个电磁阀及受其控制的换挡气缸、 制动气缸、 离合器气缸和选挡器 （图4）。

2.1 阀模块

阀模块上集成有14个电磁阀， 2个负责换挡气路供气控制、 4个负责离合器控制、 2个负责制动器控制、 6个负责换挡控制， 如图9所示。

图9 阀模块上电磁阀分布

各电磁阀作用见表1。

表1 各电磁阀作用

2.2 换挡气缸

换挡气缸位于变速器前盖上， 内置与拨叉轴相连接的换挡活塞， 其中高低挡气缸和半挡气缸均没有空挡位置， 换挡活塞结构相对简单， 均为单活塞结构， 如图10～图13所示。

图10 内置换挡活塞的换挡气缸

图13 主箱活塞

主箱需要实现空挡， 因此主箱活塞结构较复杂， 共有3个柱塞。 增加2个随动活塞的目的是为了实现空挡。

2.3 制动气缸

图11 高低挡活塞

图12 半挡活塞

制动器气缸的作用是变速器在升挡时， 通过制动中间轴， 来降低输入轴转速， 以实现主被动同步， 如图14所示。

图14 制动器气缸

2.4 离合器气缸

离合器气缸安装于变速器一轴上。 离合器分离时， 气缸内充气， 活塞和分离轴承一起伸出， 驱动离合器分离；当气缸内压缩空气排空时， 活塞逐渐复位， 离合器接合，如图15所示。

图15 离合器气缸

3 变速器控制单元（TCU）

变速器控制单元 （TCU） 通过私有CAN接收来自换挡手柄的指令， 通过整车PCAN接收发动机ECU及整车其它模块信息。 变速器内部传感器通过硬线连接到TCU， 如图16所示。 TCU的输出信号用于控制主箱挡位切换 （选挡和换挡）、半挡切换、 高低挡切换、 离合器控制和变速器制动器控制。

图16 自动变速器 （AMT） 电控系统框图

4 自动变速器（AMT）电控系统功能

4.1 发动机启动控制

变速器系统向发动机ECU发出启动许可信号。 启动发动机需要满足以下条件： 变速器处于空挡位置； 换挡手柄处于N位置； 踩下脚制动。

4.2 起步挡位控制

在起步时， 手柄处于A位置， 系统自动挂入适当的起步挡。 驾驶员可以通过操纵手柄上的+、 -按键切换起步挡位， 可选的最高起步挡位为5挡。

4.3 自动换挡控制

实现全自动换挡， TCU通过整车CAN网络与发动机ECU、 ABS/EBS控制单元、 缓速器等模块进行通信， 这些信息是目标挡位计算所需要的， 如图17所示。

图17 挡位计算框图

4.4 保护功能

4.4.1 发动机保护功能

为保护发动机， 当发生转速过高或过低的情况时， 即便在手动驾驶模式下也可能进行自动换挡； 手动换挡不合理时， 系统也会拒绝执行。

4.4.2 离合器保护功能

为避免因长时间摩擦过程造成离合器的损伤， 系统根据传递扭矩大小、 离合器上的转速差以及滑动时间计算当前的离合器负载， 检查是否已超过负载极限值。

如果确认离合器超载， 仪表会报警。 若警告被忽略，则TCU实施以下主动保护措施。

1） 可对发动机转速和离合器扭矩进行调整。

2） 离合器扭矩迅速提高至完全接合， 以防止离合器继续承受负载。 这种方式会使发动机转速迅速降低 （甚至发动机熄火）。

3） 根据计算出的离合器负载限制可用的起步挡。

4） 可在起步过程中自动降挡。

如果在离合器已接合时， 仍未能消除离合器打滑， 则指令发动机限制扭矩。

4.5 空挡滑行功能

空挡滑行功能用于在适当的地形条件下断开动力连接，解除发动机对驱动轮的制动作用， 以便充分利用车辆现有的动能和势能， 达到节油目的。 空挡滑行条件如下： ①车辆行驶在10～12挡； ②油门放松； ③无制动和辅助制动信号； ④道路坡度在-3.5%～3.5%范围内； ⑤变速器输入轴转速小于2000r/min； ⑥转弯半径大于240m； ⑦水温在60～105℃范围内； ⑧车速小于102km/h。

5 结语

此自动变速器 （AMT） 电控系统的匹配应用， 提升了重卡车型的功能配置， 增强了重卡车型的驾控性能， 能够给驾驶员提供更好的驾驶感受和安全性能， 进一步提升了车型的市场核心竞争力。