汽车自动变速器的控制功能

2023-08-25 理论教育版权反馈

【摘要】：电控自动变速器的主要功能是换档正时控制和锁止正时控制，为了改善换档的质量，电控系统还有一些其他的功能，如发动机转矩控制等。锁止正时控制功能自动变速器的控制电脑的存储器中还储存有在各种行驶模式、各个档位的最佳锁止程序，ECU根据传感器的输入信号决定是否需要锁止。下面以丰田公司A140E自动变速器为例说明锁止离合器控制的过程。

电控自动变速器的主要功能是换档正时控制和锁止正时控制，为了改善换档的质量，电控系统还有一些其他的功能，如发动机转矩控制等。

1.换档与锁止正时控制

（1）换档正时控制功能。自动变速器控制单元（ECU）的存储器中存有在各种行驶模式、各个档位的最佳换档程序，ECU根据各个传感器的输入信号来决定是否需要换档，并控制1号、2号电磁阀改变液压控制系统的油路，实现档位的变换。

ECU对换档控制需要的信号如图8-2-38所示。

图8-2-38 ECT的ECU控制程序图器

ECU接收到传感器的输入信号后，根据内存的程序选择换档方式。下面以丰田公司A140E自动变速器为例说明换档控制的过程。

A140E自动变速器只在D位有常规和动力两种驾驶模式可以选择，在2位和L位只有常规模式的换档控制方式。图8-2-39和图8-2-40分别为D位常规与动力驾驶模式的换档图。

图8-2-39 D位常规驾驶模式换档图

图8-2-40 D位动力驾驶模式换档图

注意：由于节气门位置传感器的信号已经变成8个不同节气门开度范围的电压信号，换档图中的换档曲线变成阶梯形的折线，与全液压自动变速器有明显的不同。从图中可以看出，两种驾驶模式的换档点有很大的差异。表8-2-6为两种驾驶模式换档时发动机的转速。

表8-2-6换档时发动机的转速单位：（r/min）

此表为节气门开度50%时的换档数据，换档时的发动机转速要相差300～600r/min。由于动力驾驶模式换档时发动机的转速高，充分利用了发动机的加速性能，车辆的加速过程稍长，换档车速较高，车辆的速度提升也快。

变速器的控制单元在接收到下述信号时，将取消OD档的操作：

①超速档开关OFF。超速档开关由驾驶人自主操作，开关OFF时（注意：此时触点是闭合的），变速器不会升入OD档，如果原在OD档行驶，变速器会自动降至D3档。

②发动机冷却液温度信号。发动机冷却液温度较低时运转，其工作是不稳定的，并且不能提供足够的动力。如果发动机冷却液温度低于设定温度，发动机ECU的OD1端子搭铁，变速器ECU的OD1，端子输入电压为0V，变速器不会升入OD档。

③巡航控制信号。车辆在OD档行驶时，如果启动巡航控制系统，当实际车速与设定车速的差值超过10km/h左右时，巡航控制ECU输出信号至变速器的ECU的OD1端子，解除OD档；当车速重新达到设定值后，变速器才能恢复到OD档行驶。

（2）锁止正时控制功能自动变速器的控制电脑的存储器中还储存有在各种行驶模式、各个档位的最佳锁止程序，ECU根据传感器的输入信号决定是否需要锁止。然后控制3号电磁阀改变液压控制系统的油路，实现锁止离合器的锁止变换。

ECU对锁止离合器的控制需要下列的信号如图8-2-41所示。

ECU接收到传感器的输入信号后，根据内存的程序选择锁止的方式，控制3号电磁阀的通、断，改变液压控制系统的油路，控制锁止离合器的接合或分离。下面以丰田公司A140E自动变速器为例说明锁止离合器控制的过程。

锁止离合器的锁止必须同时满足三个条件：

●车辆在D2、D3或OD档行驶。

●行驶车速和节气门开度超过锁止控制的设定值。

●没有收到解除锁止的信号。

锁止离合器的控制有两个特点：

①常规模式的锁止车速低于动力模式。

②为了减小换档冲击，换档时如果离合器处于锁止状态，ECU将解除离合器的锁止，换档动作完成后再自动恢复离合器的锁止。

为了保证发动机的稳定工作，在出现下列情况时，锁止状态将被自动解除。

①制动状态。为避免制动时发动机熄火，动力的传动必须脱开，锁止离合器不能处于机械连接状态。

图8-2-41 锁止离合器控制信号

②节气门位置传感器的怠速触点闭合。此时发动机与驱动车轮的连接也可能引起发动机熄火。

③发动机冷却液温度低于60℃。发动机工作温度低会影响其性能的充分发挥，锁止离合器的接合影响了车辆的行驶性能，锁止离合器不能接合可以加快变速器的预热速度。

④巡航控制信号。车辆起动巡航系统自动控制车速，当实际车速与设定车速的差值超过10km/h左右时，巡航控制ECU输出信号至变速器ECU的OD1端子，在解除OD档的同时解除锁止，使变矩器工作增加转矩并在直接档加速。当车速重新达到设定值后，变速器才能回到OD档行驶并使离合器锁止。

2.其他控制功能

为了改善换档品质，电控自动变速器的电控系统还有一些其他的控制功能。

（1）发动机转矩控制功能为了减小换档冲击，可以减小换档时离合器传递的发动机转矩。而对发动机输出转矩控制最简单的方法就是控制点火提前角。ECU对发动机转矩控制如图8-2-42所示。

ECU存储器中储存着各种工作条件下的最佳点火提前角，接收到各传感器信号后，ECU进行以下的工作：

①根据变速杆和行驶模式开关的位置确定的换档和锁止模式控制换档和锁止。

②根据发动机转速传感器的转速信号（NE）和车速传感器的车速信号（SP2）判断车辆的行驶条件，并根据当前的换档情况（D1升D2、D2升D3、D3升OD、OD降D3、D3降D2、D2降D1）和节气门的开度确定点火提前角延迟的最佳量。

③控制点火器输出晶体管的截止时机和换档电磁阀，推迟点火时间同时进行换档。

（2）后坐控制功能当变速杆从N移至D准备起步时，车辆一般会产生一定的振动和车后部下沉的现象，这是由于在发动机转矩传递的同时要消除行星齿轮之间的间隙，在这个过程中会产生一定的冲击振动。为了缓解冲击的后坐，丰田电控自动变速器在起步时不是直接进入D1档，而是先进入D2甚至D3档，然后降为D1档起步。这个过程称为后坐控制。ECU进行后坐控制要接收下列信号，如图8-2-43所示。

图8-2-42 ECU对发动机转矩的控制

图8-2-43 ECU进行后坐控制需要的信号

只有在下列条件全部满足的时候，ECU才进行后坐控制：

①车速传感器的输出信号为0，车辆停止；

②制动灯开关闭合；

③节气门位置传感器IDL（怠速）触点闭合；

④变速杆从N位移动到D位；

⑤发动机冷却液温度正常。

进行后坐控制时，先进入D2或D3档，由于D2和D3档的传动比小于D1档，通过齿轮变速器转矩增加的比例小于D1档，产生的冲击也就小于D1档。另外在D1档时，辛普森行星齿轮系统中所有的齿轮都要参加动力的传递，齿侧间隙的总和较大，产生的冲击就大，在D2档只有一排行星齿轮参与工作，齿侧间隙的总和较小，降入D1档后再消除另一部分间隙，使得全部的齿侧间隙由两个阶段消除，一次较大的冲击变成两次较小的冲击。总体的感觉好了，提高了乘坐的舒适性。

（3）减速降档控制功能车辆在OD档行车，如果车速不断降低就会导致降档，但降档时不是直接降入D3档而是先降入D2档0.8s，然后再回升到D3档以减小降档引起的冲击和振动。这个过程称为减速降档控制，ECU进行减速降档控制要接收下列信号：

●发动机冷却液温度超过70℃；

●变速杆在D档位置；

●节气门位置传感器IDL（怠速）触点闭合。

变速器进行减速降档控制前为OD档行车，行星齿轮系统的工作情况如图8-2-44所示，此时离合器C1、C2和制动器B0工作。辛普森行星齿轮系统的传动比为1，超速行星齿轮组的传动比为0.7，超速行星齿轮组输出元件齿圈的转速800r/min（此转速为上述条件下降档时的齿圈转速）。此时变速器的输入轴转速为560r/min（800×0.7=560），由于此时仍然处于驱动状态，发动机的转速也为560r/min左右（低于发动机正常的怠速转速750r/min）。

图8-2-44 减速降档控制前行星齿轮系统的工作情况

如果直接降档进入D3档，行星齿轮系统的工作情况如图8-2-45所示，此时离合器C1、C2、C0和单向离合器F0工作，由于三个离合器同时啮合，变速器不起变速作用，传动比为1。在D3档时，输入轴的转速要从560r/min提高到正常的怠速转速750r/min，超速行星齿轮组的输入元件行星架的转速也是560r/min，而超速行星齿轮组的输出元件齿圈的转速仍然为800r/min。齿圈转速800r/min与发动机转速560r/min之间的差异就是D3档的发动机制动作用，由于发动机的转速远低于正常的怠速转速。此时的发动机制动效果也就远强于正常时的效果，车辆减速比较强烈，冲击振动大。

图8-2-45 直接降入D3档行星齿轮系统的工作情况

如果变速器先降入D2档，行星齿轮系统的工作情况如图8-2-46所示，此时离合器C0、C1制动器B2和单向离合器F0工作。由于在D2档变速器没有发动机制动效果，因此在离合器C2不工作的0.8s时间内，太阳轮顺时针空转，发动机转速迅速从560r/min提高到750r/min，达到正常的怠速转速。由于发动机以怠速转速运转，没有驱动力输出，超速行星齿轮架的转速仍然是560r/min。

当变速器从D2档回升到D3档后，行星齿轮系统的工作情况如图8-2-47所示，此时离合器Cl、C2、C0和单向离合器F0工作，辛普森行星齿轮系统的传动比为1，超速行星架的转速为750r/min，与超速齿圈的转速差只有50r/min，发动机制动效果已经很不明显，产生的冲击和振动相应地减小了。

（4）后备功能。自动变速器的ECU中存储有几个后备功能为变速器提供失效保护，在电气控制系统出现故障时，仍然能够使车辆继续行驶。