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新型自动变速器(AT)结构原理及输入装置

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:同时自动变速器控制单元TCM把输入轴转速传感器ISS监测换挡时刻的信息传递到发动机控制单元ECM,实现发动机减扭矩控制目的,也是获得最佳的换挡质 量。因此说输入轴转速传感器ISS最主要的作用是改善换挡品质、变矩器锁止离合器滑移转速计算以及变速器传动比的计算。对于新款车型的新式自动变速器均采用逻辑编码式挡位开关。

新型自动变速器(AT)结构原理及输入装置

1.节气门位置传感器TPS和电子节气门EPC

节气门是由驾驶员通过踏压加速踏板来操纵的,以便根据不同的行驶条件控制发动机负荷,无论是机械油门拉索还是通过电子节气门(EPC)来改变节气门开度位置,都是经过发动机控制单元再传递到自动变速器控制单元,而获得的节气门由全闭到全开的所有开启角度的连续变化的模拟信号和加速踏板运动速率的变化信息。TCM主要通过这些信息来完成换挡点的控制(与车速信息一起实现)、换挡程序的控制(即模糊逻辑换挡控制功能的实现,也就是经济模式与运动模式的转换功能由加速踏板运动速率信息来激活)以及不同节气门开度下的油压控制,使变速器在执行换挡时通过改变不同油压来改善换挡品质。因此说节气门位置传感器TPS是自动变速器实现不同挡位的最主要的依据之一,比较常见的节气门位置传感器见图5-3。

图5-3 节气门位置传感器

带有电子节气门的加速踏板位置传感器见图5-4。

图5-4 加速踏板位置传感器

2.空气流量传感器

空气流量传感器(图5-5)的信息主要是用于发动机在不同工况下来控制燃料混合比的,它也是反映发动机负荷的重要信息之一。在发动机控制系统里该传感器的信息直接影响发动机的加速性能;当该信息出现偏差或超出极限值时同时也会影响自动变速器的换挡品质。那是因为一旦空气流量传感器信息出现错误信息时,自动变速器控制单元会直接通过接收发动机控制单元送过来的不同的负荷信息来调整不同的工作压力,错误的负荷信息会产生错误的工作油压。

图5-5 空气流量传感器

3.车速传感器VSS

车速传感器(图5-6)的信息可以是磁电式交流信号,也可以是霍耳式数字信号或光电式数字信号,用于检测自动变速器输出轴转速,电脑利用该信息来完成换挡正时曲线的控制(与TPS一起)、各挡传动比信息的计算(与输入轴转速传感器ISS一起计算)、变矩器锁止离合器的控制(与发动机转速一起计算)、不同车速时各挡压力的控制、发动机怠速控制、巡航定速控制等。该传感器也是自动变速器实现不同挡位的最主要的依据之一。

图5-6 车速传感器

4.输入轴转速传感器ISS

目前一般新款电子控制自动变速器都设有输入轴转速传感器(图5-7),电脑主要通过该传感器记录自动变速器输入轴的转速即变矩器涡轮的转速,因此可通过与发动机转速信息(变矩器泵轮转速信息)一起精确地计算出液力变矩器的传动比(即泵轮和涡轮的转速之比),同时还可以与输出轴转速传感器VSS一起更准确地计算出自动变速器各挡的传动比,从而使电脑更精确地控制自动变速器的工作。特别是电脑在进行换挡油压控制、减扭矩控制和锁止离合器控制时,利用这一参数进行计算,可使这些控制的时间更加准确,从而获得最佳的换挡质量和乘坐舒适性。同时自动变速器控制单元TCM把输入轴转速传感器ISS监测换挡时刻的信息传递到发动机控制单元ECM,实现发动机减扭矩控制目的,也是获得最佳的换挡质 量。因此说输入轴转速传感器ISS最主要的作用是改善换挡品质、变矩器锁止离合器滑移转速计算以及变速器传动比的计算。

图5-7 输入轴转速传感器

5.ATF油液温度传感器

ATF油液温度传感器(图5-8)主要是记录自动变速器工作温度的。该传感器的作用是控制自动变速器ATF油液温度,使自动变速器始终维持工作在合适的温度下。大部分油温度传感器是一个NTC负温度系数电阻(阻值大代表油温低),即什么温度什么阻值。传感器阻值的变化即改变了其信号电压的变化,由此TCM便计算出当前自动变速器工作温度。在某些电子控制自动变速器里,当TCM通过该传感器接收到变速器处于低温状态时,TCM会推迟换挡点以使自动变速器尽快达到正常工作温度,同时有些自动变速器将不能执行超速挡功能;相反当TCM通过该传感器接收到变速器处于高温状态时,TCM会指令变矩器锁止离合器提前工作以使变速器温度降低;同时TCM还利用油温度传感器的信息进行变速器的油压调节控制。

图5-8 温度传感器

ATF油液温度传感器特性曲线见图5-9。

图5-9 油温传感器的工作特性

6.油压传感器

目前在一些少数新款车型的自动变速器中又多一个传感器——油压传感器,例如法国雪铁龙公司生产的AL4型自动变速器以及日本AISIN公司为德国大众途锐吉普生产的09D型自动变速器都是带有该传感器的变速器。该传感器实际是一个给TCM提供反馈信息的传感器,主要负责监测液压控制单元调节后的ATF压力,以此防止与换挡程序不符的离合器或制动器接合压力。油压传感器见图5-10。

图5-10 油压传感器

7.发动机转速传感器

发动机转速传感器即曲轴位置传感器(图5-11),为电控发动机提供点火和喷油控制,变速器控制单元TCM是通过发动机控制单元ECM得到该信息的,TCM主要利用该信息来完成变矩器锁止离合器滑移转速的计算(与输入轴转速传感器ISS一起),并得以精确地控制TCC锁止离合器接合与分离的正时,油压调节控制,同时作为TPS的替代信息还要完成换挡控制以及发动机输出扭矩的控制等。

图5-11 发动机转速传感器

8.选挡杆位置开关(挡位开关)

挡位开关有两种形式:触点式和逻辑编码式,在过去传统的大部分自动变速器里使用的都是触点式挡位开关,该开关内部触点的接通用于检测选挡杆的位置。该信息主要用于:允许P/N挡启动发动机;点亮仪表挡位指示灯;电脑根据被接通的触点感知当前选挡杆的位置,从而按照不同的控制程序来控制自动变速器的工作。对于新款车型的新式自动变速器均采用逻辑编码式挡位开关。TCM会根据其内部电子元件高低电位的逻辑组合来识别选挡杆位置信息。控制单元TCM根据多功能开关的位置开始自动换挡程序并控制以下功能:防启动锁;控制倒车灯;换挡杆P/N位置(允许启动发动机);为供其他控制单元使用该控制单元把当前的换挡杆位置信息放到CAN总线上。因此说挡位开关不但是一个允许在P/N挡启动发动机、挡位指示的开关,同时是一个最重要的挡位传感器。挡位开关见图5-12。

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图5-12 挡位开关F125

一般新式逻辑编码式挡位开关通过其内部电子元件高低电位的逻辑组合都可以实现16种逻辑组合,TCM会利用其中5种组合用于P-R-N-D-S位置识别,其中4种组合用于P-R、R-N、N-D、D-S中间位置识别,另外7种组合用于故障查询功能开关内部组合(图5-13)。

图5-13 挡位开关内部的电路组合

9.超速挡开关

超速挡开关(图5-14)一般只是使用在早期大多数4前速的自动变速器上,它无非就是一个3-4挡的转换开关。选挡杆在“D”位置开关接通时TCM可对执行器换挡电磁阀实现4种指令即可实现超速挡;开关关闭时TCM只能对执行器换挡电磁阀实现3种指令即不能实现超速挡。

图5-14 超速挡开关

汽车高速行驶时,为了实现超车功能驾驶员将开关置于关闭状态,此时变速器进入直接挡3挡,这时发动机输出扭矩增大且加速性能良好,超过被超车辆后再将开关打开变速器又会进入超速4挡。当汽车行驶在很长的上坡道路时,为了防止自动变速器频繁执行3-4挡而使变速器油温度急剧上升并损坏变速器,此时可将开关置于关闭状态。目前一些新型自动变速器已取消了该开关。

10.模式选择开关

以前大部分电子控制自动变速器都有一个模式选择开关(图5-15),而在当今新款车型上模式选择开关的使用越来越少。该开关的信息主要用来选择自动变速器控制模式的,以满足不同的使用要求,所谓的换挡模式主要是指自动变速器的换挡规律,其实其作用就是改变一组或更多组的换挡正时曲线。常见的模式选择开关具有以下几种控制模式:

图5-15 模式选择开关

经济模式:当开关置于经济模式位置时,TCM获得此信息后以汽车获得最佳燃油经济性为主目标来计算换挡规律,此时自动变速器总是在较低的发动机转速下提前进行换挡控制的,这样发动机的噪声降低从而提高了汽车的燃油经济性。

运动模式:当选择运动模式时,TCM获得此信息后以汽车获得最大的动力加速性为主目标来计算换挡规律,此时自动变速器总是在较高的发动机转速下延迟进行换挡控制的,这样发动机的噪声较大从而提高了汽车的动力加速性能和爬坡能力。

标准模式:此种模式的换挡规律介于经济模式和运动模式的换挡规律之间,它同时兼顾了经济性能和运动性能,使汽车既实现了较好的燃油经济性又充分体现了良好的动感加速性,

雪地模式:在少数车型上使用,例如奔驰车系和国产神龙富康车系等都使用了此种模式。这种模式适用于雪地上行驶的方式,TCM利用该信息改变起步挡位为了减少牵引力以防止驱动车轮打滑。

上述几种控制模式不是每一款电控自动变速器所必备的,通常情况下一般变速器会具备其中的两种。对于当今新款车型里其控制单元具有模糊逻辑控制功能,它把经济性能和运动性能的程序控制写在TCM的CPU内部,因此没有模式选择开关。TCM会根据驾驶员的驾驶风格以及诸多输入信息来自动完成经济模式和运动模式的转换功能。

11.制动灯开关(图5-16)

TCM主要通过该开关信息用以判断制动踏板是否被踏下,如果被踏下(发动机在工作情况下)TCM利用该信息来完成:解除选挡杆的P挡位置的锁止功能;对于早期电子控制自动变速器的TCC锁止控制是由开关式电磁阀控制的,因此当变矩器锁止离合器接合时,TCM只要通过该开关接到制动踏板被踏下的信息,就会立即切断变矩器锁止离合器接合油压,解除闭锁控制防止突然制动时发动机熄火。而对于新款车型的TCC锁止控制是由频率占空比电磁阀控制的,那么当变矩器锁止离合器接合时,TCM接收到制动信息后会根据车速信息解除变矩器锁止离合器锁止功能,频繁施加制动,汽车在平路或下坡路行驶时,还可实现提前降挡功能。同时还用于解除巡航定速设置功能等。

图5-16 制动灯开关

12.强迫降挡开关

强迫降挡开关的作用:当开关接通时(节气门几乎全开时)将这一信息提供给TCM,TCM会根据不同工况指令换挡电磁阀,在变速器原有挡位上实现降一个挡或两个挡的切换功能,其主要目的是实现强有力的加速性能。

对于不同车型强迫降挡开关安装位置也不同,有的是被安装在油门拉线上,对于大多数带有电子节气门的车辆该开关被集成在加速踏板位置传感器中,有些车型则被安装在加速踏板下方。图5-17为奥迪A8轿车的强迫降挡开关。

图5-17 强迫降挡开关

13.油温开关

一些少量的重型车辆装有电子制动/牵引控制模块的自动变速器是通过油温开关(图5-18)提供油温输入信息的。当自动变速器油温度过高时油温开关断开,此时制动/牵引控制系统将暂时停止工作,同时点亮“牵引停止”指示灯,目的让制动器和变速器冷却;当自动变速器油温度过低时,油温开关又重新接通制动/牵引控制系统又开始工作。

图5-18 油温开关信号控制

14.手动模式开关(Tiptronic)

对于新款车型无论是进口车型还是国产车型一般在自动变速器控制形式上都配备有手动模式控制功能,它不但可以通过操作选挡杆来完成换挡控制,同时还可以通过触发方向盘上的手动操作按键来切换高低挡位的转换功能。图5-19为速腾轿车位于方向盘上的手动模式开关,位于方向盘上左侧和右侧的Tiptronic开关F438和F439,通过手动按键的方式可换高挡和换低挡,换挡信号直接传输到自动变速器控制单元,TCM会根据换挡输入信息(手动模式开关输入)在满足换挡条件时指令换挡电磁阀来完成换挡过程的。

图5-19 手动模式开关

通过人为操作手动模式开关可以体现不同的驾驶乐趣,同时在上坡行驶时可以充分体现汽车的动感加速性能;而在下坡行驶时可以充分体现发动机的制动功能。

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