自动变速器换挡控制系统

汽 车 自 动 变 速 器 理 论第 9讲 自 动 变 速 器 换 挡 控 制 系 统 液 力 变 矩 器 和 行 星 齿 轮 组 是 构 成 自 动 变 速 器 的 机 械 传 动 部 分 。这 一 部 分 是 整 个 自 动 变 速 器 的 基 本 结 构 ， 确 保 自 动 变 速 器 可以 在 不 中 断 发 动 机 动 力 传 递 的 状 态 下 进 行 挡 位 的 变 换 ； 而 挡 位 的 变 换 是 由 各 离 合 器 、 制 动 器 和 单 向 离 合 器 的 相 互 配合 ， 使 行 星 齿 轮 机 构 的 某 一 元 件 为 主 动 件 ， 其 他 的 分 别 为 固定 件 和 被 动 件 ， 执 行 换 挡 变 换 速 度 。 离 合 器 的 结 合 和 分 离 、 制 动 器 的 制 动 和 释 放 都 是 由 液 压 控 制系 统 控 制 。 控 制 系 统 的 作 用 主 要 是 根 据 自 动 变 速 器 操 纵 手 柄的 位 置 以 及 汽 车 行 驶 状 态 (车 速 、 负 荷 等 因 素 )， 按 照 设 定 的换 挡 规 律 ， 在 汽 车 行 驶 过 程 中 自 动 选 择 挡 位 ， 并 通 过 控 制 换挡 执 行 元 件 的 工 作 而 使 变 速 器 齿 轮 传 动 比 改 变 ， 完 成 挡 位 的变 换 。 自 动 变 速 器 控 制 系 统 自 动 变 速 器 控 制 系 统 有 两 种 类 型 ： 全 液 压 控 制 系 统 自 动 变 速 器 电 子 控 制 液 压 式 自 动 变 速 器 相 同 之 处 ： 液 力 变 矩 器 、 油 泵 、 行 星 齿 轮 组 三 个 部分 的 结 构 及 工 作 原 理 完 全 相 同 ； 区 别 ： 控 制 原 理 不 同 。 自 动 变 速 器 控 制 系 统 全 液 压 控 制 系 统 ： 完 全 利 用 液 压 自 动 控 制 原 理 来 完 成 其 主 要控 制 任 务 的 。 将 节 气 门 开 度 信 号 、 车 速 信 号 、 换 档 控 制 手 柄的 位 置 信 号 等 转 变 成 液 压 信 号 ， 利 用 液 压 传 动 原 理 ， 由 液 控装 置 向 执 行 元 件 输 送 压 力 油 ， 使 其 工 作 ， 以 得 到 不 同 的 档 位 。 电 液 式 控 制 系 统 ： 利 用 电 子 自 动 控 制 的 原 理 来 完 成 各 种 控 制任 务 的 。 传 感 器 将 汽 车 及 发 动 机 的 各 种 运 转 参 数 转 变 为 相 应的 电 信 号 ， ECU根 据 这 些 电 信 号 ， 按 照 设 定 的 控 制 程 序 发 出控 制 信 号 ， 通 过 各 种 电 磁 阀 (换 挡 电 磁 阀 、 油 压 电 磁 阀 等 )来操 纵 各 个 控 制 阀 的 工 作 ， 以 完 成 各 种 控 制 工 作 。 自 动 变 速 器 控 制 系 统 ECU能 存 储 与 处 理 多 种 换 档 规 律 ， 电 液 式 控 制 系统 可 以 按 汽 车 行 驶 的 需 要 选 择 相 应 的 档 位 ， 而 且能 实 现 更 复 杂 、 更 合 理 的 控 制 ， 得 到 更 理 想 的 燃油 经 济 性 和 动 力 性 。 电 液 式 控 制 系 统 可 简 化 液 压 系 统 ， 提 高 控 制 精 度和 反 应 速 度 ， 并 可 实 现 与 整 车 其 它 控 制 系 统 的 匹配 ， 如 发 动 机 控 制 、 巡 航 控 制 等 。 现 在 几 乎 所 有 的 轿 车 自 动 变 速 器 都 采 用 电 液 式 控制 系 统 。 电 液 式 控 制 系 统 电 液 式 控 制 系 统 组 成 ： 电 子 控 制 装 置（ 传 感 器 、 控 制 开 关 、 电 控 单 元 ） 液 压 部 分（ 液 压 阀 、 液 压 泵 及 相 应 的 液 压 执 行 元 件 ）电液控自动变速器结构和基本原理 电 液 式 控 制 系 统 （ 一 ） 传 感 器 的 基 本 结 构 和 原 理 电 液 式 控 制 系 统 中 有 多 个 传 感 器 ， 常 用 的 有 ： 节 气 门 位 置 传 感 器 发 动 机 转 速 传 感 器 车 速 传 感 器 输 入 轴 转 速 传 感 器 油 温 传 感 器 （ 二 ） 控 制 开 关 的 基 本 结 构 和 原 理 电 子 控 制 装 置 中 常 用 的 开 关 有 ： 超 速 档 开 关 模 式 开 关 多 功 能 开 关 等 1.超 速 档 开 关 （ Over Drive ） 超 速 档 开 关 通 常 安 装 在 自 动 变 速 器 操 纵 手 柄 上 ， 用于 控 制 自 动 变 速 器 的 超 速 档 。 这 个 功 能 默 认 为 开 启 状 态 。 当 按 下 O/D键 ， O/D功能 关 闭 ， 仪 表 盘 上 显 示 OD/Off 字 样 ， 车 辆 不 会 上升 到 更 高 的 挡 位 ， 发 动 机 将 提 供 给 车 辆 更 大 的 扭 矩 。 超 速 挡 起 作 用 的 前 提 ： 变 速 器 手 柄 处 于 “ D”位 。 当 按 下 O/D键 ， O/D功 能 关 闭 ， “ O/D OFF” 指 示灯 随 之 亮 起 。 2.模 式 开 关 模 式 开 关 又 称 程 序 开 关 ， 用 于 选 择 自 动 变速 器 的 控 制 模 式 ， 即 选 择 自 动 变 速 器 的 换档 规 律 ， 以 满 足 不 同 的 使 用 要 求 。 3.多 功 能 开 关 多 功 能 开 关 装 在 变 速 器 壳 体 的 操 纵 手 柄 上 ， 由 变 速杆 进 行 控 制 ， 故 有 时 也 被 称 为 档 位 开 关 。 主 要 功 能 ： 指 示 选 档 操 纵 手 柄 位 置 倒 档 信 号 灯 的 开 启 空 档 起 动 （ 三 ） 电 磁 阀 的 结 构 和 原 理 电 液 式 自 动 变 速 器 使 用 电 磁 阀 作 为 控 制 系统 的 执 行 器 ， 通 过 电 磁 阀 控 制 液 压 系 统 中的 换 档 阀 ， 以 使 离 合 器 、 制 动 器 等 执 行 元件 工 作 ， 从 而 实 现 自 动 换 档 。 开 关 式 电 磁 阀 脉 冲 式 电 磁 阀 1.开 关 式 电 磁 阀 作 用 ： 开 启 和 关 闭 变 速 器 油 路 ， 可 用 于 控 制 换 档 阀及 液 力 变 矩 器 的 闭 锁 离 合 器 ； 组 成 ： 电 磁 线 圈 、 衔 铁 、 阀 芯 和 回 位 弹 簧 等 工 作 状 态 ： 全 开 或 全 关 当 线 圈 不 通 电 时 ， 阀 芯 被 油 压 推 开 ， 打 开 泻 油 孔 ，该 油 路 的 压 力 油 经 电 磁 阀 泻 荷 ， 油 路 压 力 为 0； 当线 圈 通 电 时 ， 电 磁 力 使 阀 芯 移 动 ， 关 闭 泻 油 孔 ， 油路 压 力 上 升 。 2.脉 冲 式 电 磁 阀 组 成 ： 由 电 磁 线 圈 、 衔 铁 、 阀 芯 或 滑 阀 等 组 成 。 作 用 ： 控 制 油 路 中 的 油 压 大 小 。 与 开 关 式 电 磁 阀 不 同 之 处 在 于 ， 控 制 脉 冲 式 电 磁 阀 工 作 的 电信 号 不 是 恒 定 不 变 的 电 压 信 号 ， 而 是 一 个 频 率 固 定 的 脉 冲 电信 号 。 电 磁 阀 在 脉 冲 电 信 号 的 作 用 下 不 断 反 复 地 开 启 或 关闭 泻 油 孔 ， 控 制 器 通 过 改 变 脉 冲 的 宽 度 来 改 变 电 磁阀 开 启 和 关 闭 的 时 间 比 例 ， 而 达 到 控 制 油 路 压 力 的目 的 。 通 电 ， 电 磁 阀 使 阀 芯 或 滑 阀 开 启 泄 油 孔 ， 压 力 下 降 ；不 通 电 ， 在 弹 簧 力 作 用 下 阀 芯 或 滑 阀 关 闭 泄 油 孔 ，压 力 上 升 。 占 空 比 ： 在 一 个 脉 冲 周 期 内 ， 通 电 的 时 间 为 A， 断 电的 时 间 为 B， 则 占 空 比 =A/（ A+B） 100%， 其 变 化范 围 在 0 100%。 占 空 比 越 大 ， 经 电 磁 阀 泻 出 的 油 就 越 多 ， 油 路 压 力就 越 低 ， 反 之 ， 占 空 比 越 小 ， 油 路 压 力 就 越 高 。 占 空 比 与 油 路 压 力 成 反 比 关 系 ， 如 图 ： （ 四 ） ECU控 制 内 容 换 档 控 制 主 油 路 油 压 控 制 自 动 模 式 选 择 控 制 闭 锁 离 合 器 控 制 发 动 机 制 动 作 用 控 制 改 善 换 档 品 质 控 制 输 入 轴 转 速 传 感 器 的 控 制 故 障 诊 断 和 失 效 保 护 功 能 1.换 档 控 制 换 挡 控 制 是 指 自 动 变 速 器 换 档 时 刻 控 制 ，即 当 汽 车 行 驶 速 度 达 到 一 定 车 速 时 ， 使 自动 变 速 器 自 动 升 档 或 降 档 。 在 每 一 特 定 行 驶 工 况 ， 都 应 有 一 个 与 之 相对 应 的 最 佳 换 挡 时 刻 ， 从 而 使 汽 车 的 动 力性 和 经 济 性 都 得 到 较 好 的 发 挥 。 最 佳 的 换 挡 车 速 与 节 气 门 开 度 、 操 纵 手 柄 的 位 置 、模 式 开 关 的 位 置 有 关 。 汽 车 的 最 佳 换 挡 车 速 主 要 由 行 驶 时 节 气 门 开 度 决 定 ，不 同 节 气 门 开 度 下 的 最 佳 换 档 车 速 ： 节 气 门 开 度 越 大 ， 升 挡 和 降 挡 车 速 越 高 ； 节 气 门 开度 越 小 ， 升 挡 和 降 挡 车 速 越 低 ， 这 种 规 律 十 分 符 合汽 车 的 实 际 使 用 要 求 。 当 换 档 手 柄 和 模 式 选 择 开 关 在 不 同 位 置 时 ， 控 制 系 统 根据 各 种 开 关 信 号 ， 从 存 储 器 中 选 出 相 应 的 自 动 换 档 图 ， 再 将节 气 门 位 置 和 车 速 信 号 与 自 动 换 档 图 进 行 比 较 ， 如 在 一 定 节气 门 开 度 下 行 驶 的 汽 车 达 到 设 定 的 换 档 车 速 时 ， ECU便 向 换档 电 磁 阀 发 出 电 信 号 ， 由 电 磁 阀 的 动 作 决 定 压 力 油 通 往 各 操纵 元 件 的 流 向 ， 以 实 现 档 位 的 自 动 变 换 。 2.主 油 路 油 压 主 油 路 油 压 由 油 压 电 磁 阀 控 制 产 生 。 油 压 电 磁 阀 是 一 种 线 性 脉 冲 式 电 磁 阀 ， 电 控 组 件 根 据 节 气门 位 置 传 感 器 测 得 的 节 气 门 开 度 ， 计 算 并 控 制 油 压 电 磁 阀的 脉 冲 信 号 占 空 比 ， 借 以 改 变 油 压 电 磁 阀 泄 油 口 的 大 小 ，产 生 随 节 气 门 开 度 变 化 的 节 气 门 油 压 。 节 气 门 开 度 越 大 ， 脉 冲 信 号 占 空 比 越 小 ， 油 压 电 磁 阀 的 泄油 口 开 度 越 小 ， 节 气 门 油 压 也 越 大 。 当 这 一 节 气 门 油 压 被反 馈 至 主 油 路 调 压 阀 时 ， 它 作 为 主 油 路 调 压 阀 的 控 制 压 力 ，使 主 油 路 调 压 阀 随 节 气 门 开 度 的 变 化 来 改 变 主 油 路 油 压 的大 小 ， 自 动 变 速 器 获 得 不 同 负 荷 下 的 主 油 路 油 压 的 最 佳 值 。 节 气 门 开 度 越 大 ， 主 油 路油 压 越 高 ； 节 气 门 开 度 越小 ， 主 油 路 油 压 越 低 。 由 于 倒 档 使 用 的 时 间 较 少 ，为 了 减 少 自 动 变 速 器 的 体积 ， 通 常 将 倒 档 机 构 的 尺寸 缩 的 很 小 ， 因 此 要 传 递同 样 大 小 的 转 矩 ， 油 压 就要 较 其 它 档 位 时 高 。主油路压力随节气门开度的变化情况 除 正 常 的 主 油 路 压 力 控 制 之 外 ， ECU还 可 以 根 据 各 个 传感 器 测 得 的 自 动 变 速 器 的 工 作 条 件 ， 在 一 些 特 殊 情 况 下 ， 对 主油 路 压 力 作 适 当 的 修 正 ， 使 油 路 压 力 控 制 获 得 最 佳 的 效 果 。 为 减 少 换 档 冲 击 ， 在 换 档 过 程 中 按 照 节 气 门 开 度 的 大 小 ， 通过 油 压 电 磁 阀 适 当 减 小 主 油 路 压 力 ， 以 改 善 换 档 质 量 。 ECU根 据 液 压 油 温 度 传 感 器 的 信 号 ， 在 变 速 器 温 度 未 达 到 正常 工 作 温 度 时 （ 低 于 60 ） ， 将 主 油 路 压 力 调 至 低 于 正 常 值 ，以 防 止 因 油 温 低 粘 度 较 大 而 产 生 换 档 冲 击 ； 当 变 速 器 油 温 度 过 低 时 （ 低 于 -30 ） ， ECU使 主 油 路 压 力升 至 最 大 值 ， 以 加 速 离 合 器 、 制 动 器 的 结 合 ， 防 止 温 度 过 低时 因 变 速 器 油 温 粘 度 过 大 而 使 换 档 过 程 过 于 缓 慢 。主油路压力修正曲线油温修正 在 海 拔 较 高 时 ， 空 气 密 度 减 小 ， 发 动 机 充 气 效 率 下降 而 使 输 出 功 率 降 低 ， 将 主 油 路 压 力 调 至 低 于 正 常值 ， 以 防 止 换 档 时 出 现 冲 击 。主油路压力修正曲线海拔高度修正 3.自 动 模 式 控 制 在 有 模 式 开 关 的 电 子 控 制 自 动 变 速 器 上 ， 驾 驶 员 可 以 通 过该 开 关 来 改 变 自 动 变 速 器 的 控 制 模 式 ， 选 择 经 济 模 式 、 动力 模 式 或 普 通 模 式 ； 目 前 一 些 新 型 自 动 变 速 器 取 消 了 手 动 选 择 的 模 式 开 关 ， 采用 了 电 子 控 制 单 元 自 动 模 式 变 换 控 制 ， ECU根 据 各 个 传 感器 的 信 号 测 得 汽 车 的 行 驶 状 况 ， 根 据 操 纵 手 柄 的 位 置 和 加速 踏 板 踩 下 的 速 率 来 判 断 驾 驶 员 的 操 作 方 式 ， 经 运 算 分 析 ，自 动 选 择 采 用 经 济 模 式 、 普 通 模 式 、 动 力 模 式 来 进 行 换 挡控 制 ， 以 满 足 不 同 的 操 作 要 求 。 ECU在 进 行 自 动 模 式 选 择 控 制 时 ， 主 要 参考 换 档 手 柄 的 位 置 及 加 速 踏 板 被 踩 下 的 速 率高 低 ， 以 判 断 驾 驶 员 的 操 作 目 的 。 S、 （ 或 、 ） 位 时 ， ECU只 选 动 力 模 式 。 位 时 ， 当 加 速 踏 板 被 踩 下 的 速 率 较 低 时 ， ECU选 择 经 济模 式 ； 当 加 速 踏 板 被 踩 下 的 速 率 超 过 控 制 程 序 中 所 设 定 的速 率 时 ， ECU由 经 济 模 式 转 变 为 动 力 模 式 。 位 ， 电 子 控 制 单 元 选 择 动 力 模 式 后 ， 一 旦 节 气 门 开 度 低于 / ， 电 子 控 制 单 元 将 转 为 选 择 经 济 模 式 。 4.闭 锁 离 合 器 控 制 自 动 变 速 器 锁 止 离 合 器 的 接 合 和 分 离 是 通 过锁 止 电 磁 阀 来 完 成 的 。 当 锁 止 电 磁 阀 通 电 时 ， 锁 止 离 合 器 接 合 ， 变矩 器 的 涡 轮 和 泵 轮 被 接 合 成 一 整 体 ， 发 动 机的 动 力 直 接 传 人 自 动 变 速 器 的 输 入 轴 ， 实 现直 接 传 动 ， 完 成 锁 止 。 工 作 中 ， ECU根 据 挡 位 、 模 式 等 工 作 条 件 从 存 储 器 内 选 择 相应 的 最 佳 控 制 程 序 ， 并 与 当 前 车 速 、 节 气 门 开 度 等 进 行 比 较 ，当 车 速 及 其 他 因 素 均 满 足 锁 止 条 件 时 ， 电 子 控 制 单 元 向 锁 止 离合 器 的 锁 止 电 磁 阀 输 出 控 制 信 号 ， 使 锁 止 离 合 器 接 合 。 5.发 动 机 制 动 作 用 的 控 制 电 子 控 制 自 动 变 速 器 的 强 制 离 合 器 或 强 制 制 动 器 （ 为 利用 发 动 机 的 制 动 作 用 而 设 置 的 执 行 元 件 ） 的 工 作 是 由 电 子 控 制单 元 通 过 电 磁 阀 来 控 制 。 电 子 控 制 单 元 按 照 设 定 的 发 动 机 制 动 控 制 程 序 ， 在 操 纵 手柄 位 置 、 车 速 、 节 气 门 开 度 等 因 素 满 足 一 定 条 件 （ 如 ： 操 纵 手柄 位 于 前 进 低 挡 位 置 ， 且 车 速 大 于 km/h， 节 气 门 开 度 小 于 / ） 时 ， 向 强 制 离 合 器 电 磁 阀 或 强 制 制 动 器 电 磁 阀 发 出 电信 号 ， 打 开 强 制 离 合 器 或 强 制 制 动 器 的 控 制 油 路 ,使 之 接 合 ，使 自 动 变 速 器 具 有 反 向 传 递 动 力 的 能 力 ， 从 而 在 汽 车 滑 行 时 实现 发 动 机 制 动 。 6.改 善 换 挡 品 质 的 控 制 电 子 控 制 单 元 采 用 多 种 方 法 来 控 制 自 动 变 速 器 的 换 挡 过 程 ，以 改 善 换 挡 质 量 ， 提 高 汽 车 的 乘 坐 舒 适 性 。 目 前 常 见 的 改 善 换 挡 质 量 的 特 殊 控 制 功 能 有 以 下 几 种 ： 换 档 油 压 控 制 减 小 转 矩 控 制 N-D换 档 控 制 换 挡 油 压 控 制 ： 在 挡 位 更 换 的 瞬 间 ， 电 子 控 制 单 元 通 过 油 压电 磁 阀 适 当 降 低 主 油 路 油 压 ， 以 减 小 换 挡 冲 击 ， 改 善 换 挡 质量 。 减 小 扭 矩 控 制 ： 在 换 挡 瞬 间 ， 通 过 延 迟 发 动 机 的 点 火 时 刻 或减 小 喷 油 量 ， 暂 时 减 小 发 动 机 的 输 出 扭 矩 ， 以 减 小 换 挡 冲 击和 输 出 轴 的 扭 矩 波 动 。 其 控 制 过 程 是 ： 自 动 变 速 器 电 子 控 制 单 元 在 换 挡 瞬 间 ， 向 发 动机 电 子 控 制 单 元 发 出 减 小 扭 矩 控 制 信 号 ， 发 动 机 电 子 控 制 单元 接 收 到 这 一 信 号 后 ， 立 即 延 迟 发 动 机 的 点 火 时 刻 或 减 小 喷油 量 ， 执 行 减 小 扭 矩 控 制 。 换 档 控 制 ： 这 种 控 制 是 在 操 纵 手 柄 由 位 或 N位 换 至 位 或 位 时 ， 通 过 调 整 发 动 机 的 喷 油 量 ， 将 发 动 机 的 转速 波 动 减 至 最 小 程 度 ， 以 改 善 换 挡 质 量 。 若 无 这 种 控 制 时 ，在 操 纵 手 柄 由 位 或 位 与 位 或 位 之 间 相 互 变 换 时 ，因 负 荷 的 变 化 导 致 发 动 机 转 速 出 现 大 的 波 动 。 7.使 用 输 入 轴 转 速 传 感 器 的 控 制 ECU通 过 输 入 轴 转 速 传 感 器 检 测 自 动 变 速 器 输 入 轴 的 转 速 ，计 算 出 变 矩 器 的 传 动 比 以 及 发 动 机 曲 轴 和 自 动 变 速 器 输入 轴 的 转 速 差 ， 从 而 使 电 子 控 制 单 元 更 精 确 地 控 制 自 动变 速 器 的 工 作 。 特 别 是 在 电 子 控 制 单 元 进 行 换 挡 油 路 压 力 控 制 、 减 小 扭矩 控 制 、 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 持 续 时 间 更 加 准 确 ， 从 而 获 得 最 佳 的 换挡 质 量 和 乘 坐 舒 适 性 。 8.电 路 故 障 自 诊 断 和 失 效 保 护 功 能 在 电 子 控 制 装 置 中 ， ECU能 不 停 地 监 测 所 有 传 感 器 和 部 分执 行 器 的 工 作 ， 一 旦 发 现 某 个 传 感 器 或 执 行 器 有 故 障 ， 工作 不 正 常 ， 它 立 即 采 取 以 下 几 种 保 护 措 施 ： 在 汽 车 行 驶 时 ， 仪 表 盘 上 的 自 动 变 速 器 故 障 警 告 灯 亮 起 ，以 提 醒 驾 驶 员 立 即 将 汽 车 送 至 修 理 厂 检 修 。 将 检 测 到 的 故 障 内 容 以 故 障 代 码 的 形 式 贮 存 在 电 子 控 制 单元 的 存 储 器 中 。 电 子 控 制 单 元 按 设 定 的 失 效 保 护 程 序 控 制 自 动 变 速 器 的 工作 ， 以 保 证 汽 车 的 基 本 行 驶 能 力 。