現代汽車自動變速器控制技術發展趨勢

黑龍江 朱怡平

現代汽車自動變速器控制技術發展趨勢

黑龍江 朱怡平

自動變速器的控制技術影響到變速器使用性能，本文介紹現代控制理論在自動變速器控制中的應用，如換檔點控制，變矩器閉鎖離合器控制、換檔質量控制、適應性控制、模糊控制、容錯控制等。現代控制技術的應用既提高汽車的行駛性能又改善換檔品質，使自動變速器對于不同的駕駛條件和運行工況均具有較理想的運行性能和較強的適應能力。

自動變速器；現代控制理論；使用性能

自動變速器歷經采用多元件工作輪液力變矩器、閉鎖離合器、增加行星齒輪變速器檔位、電子控制等多種方法，使之綜合經濟性能得到了提高。其中最有效的是最近十年來，在控制方面大量應用電子技術，使電控自動變速器的性能上了一個新的臺階。這方面的主要工作有：換檔點控制、變矩器閉鎖離合器控制、換檔質量控制、適應性控制、模糊控制、容錯控制等。

1 換檔點的控制

換檔點是變速器輸出轉速、發動機負荷、選檔桿位置開關和換檔模式開關的函數。例如駕駛員可以將選檔桿置于“D”位置和選取“E(經濟)”模式，則換檔點由換檔圖所決定。車速下降時，只要發動機負荷和變速器輸出轉速所決定的工況點向左越過了相應的降檔曲線，變速器自動降一檔。發動機負荷大，升檔或降檔時的車速相應就也越高，以保證汽車大負荷低檔行駛時的動力性。因控制單元存儲器空間的限制。

2 閉鎖離合器的控制

為提高自動變速器的效率，可對液力變矩器實施閉鎖，閉鎖工作由閉鎖離合器來完成，它受發動機負荷、輸出軸轉速、檔位和換檔模式共同控制。對閉鎖離合器均采用電子控制的方法，即由電磁感應式傳感器提供變速器輸出軸轉速信號，節氣門位置開關提供發動機負荷信號，再加上換檔桿位置和模式開關信號，一并傳給控制單元進行處理和控制。執行元件包括開關式電磁閥及脈沖式電磁閥，后者主要是控制閉鎖離合器活塞作用油壓大小，以改善由液力傳動轉到機械傳動的舒適性。閉鎖離合器的鎖止雖在各檔都可進行，實際上僅限于在三檔和四檔。當發動機負荷和變速器輸出轉速所決定的工況點向右越過了虛線，閉鎖離合器鎖止，從液力傳動轉入機械傳動。而由于車速下降或發動機負荷增加的原因，當發動機負荷和變速輸出轉速所決定的工況點向左越過了點線，則閉鎖離合器分離，由機械傳動變為液力傳動。但在兩種傳動工況轉變過程中，由于轉速比的變化引起所傳遞轉矩產生一個階躍，使得傳動系出現動載，影響乘坐舒適性。因此，閉鎖工況點的選取成為關鍵問題。

3 換檔質量的控制

現常用三種措施來改善換檔質量：一是換檔時對發動機實施減扭矩控制；二是主油壓調切控制；三是在換檔時短時間地分離閉鎖離合器，使液力變矩器工作，起到柔和傳遞動力的作用。下面主要介紹前兩種措施。

發動機減扭矩控制就是減少發動機所產生的轉矩?？刂茙ж摵缮龣n時發動機轉矩的目的，是減少換檔時摩擦元件所耗散的能量。它靠減少換檔同步期間發動機所產生的轉矩來實現，而不需要中斷動力。控制帶負荷降檔時發動機轉矩的目的，是為了抑制換檔過程中由單向離合器和摩擦元件所產生的顫抖。減小發動機轉矩通常的方法是延遲點火時間。

有發動機轉矩控制和沒有控制條件下升檔時車輛縱向加速度的變化情況。沒有發動機轉矩控制時，為將離合器滑移時間控制在500ms內，需在滑移期間增加轉矩，這將在換檔結束時引起大的轉矩跳躍，造成縱向加速度變化，影響舒適性。如果滑移時間相同而將發動機轉矩減少50%，并明顯地減少離合器油壓，則換檔期間的加速度與換檔前的水平差不多，換檔結束時轉矩的跳躍也小，這就使換檔質量得到改善，并減小了相同時間內摩擦元件的負荷。

主油壓調節控制的目的是為了使相關換檔摩擦元件的工作油壓與變速器輸入轉矩準確地匹配。具體做法是，將工作油壓分成兩部分：一部分是固定不變的基礎壓力；另一部分是可由電液調切閥調節的壓力。而通過發動機空氣進氣量、發動機轉速、變矩器轉速比等參數，可以精確計算變速器輸入轉矩。從而在不同檔位時，可根據其工況來調節壓力參數。再一種就是對換檔離合器的油壓采用閉環控制，使輸入軸的角加速度在規定范圍內。

4 適應性控制

適應性控制大致有兩種：動態控制和穩態控制。動態控制主要用于監控換檔時的傳動比，如上所述用于精確控制換檔油壓。穩態控制主要是考慮執行元件摩擦片材料的摩擦系數發生變化時帶來的影響。第一是溫度的影響，這可在自動變速器油箱中安裝液壓油溫度傳感器，使材料的摩擦系數隨油溫升高而變化的因素能在計算機控制程序中加以修正。第二是摩擦系數降低的影響。摩擦系數降低有兩方面的原因，首先是可能的泄漏，離合器的泄漏會造成容量下降，引起摩擦片打滑、發熱，進而使摩擦系數進一步降低；其次是自然磨損。通用公司4T-80E自動變速器所采用的方法是：當一個檔位狀態確定后，監控齒輪傳動比，如果不是所要求的傳動比，通過微電腦和調節器使油壓進一步升高，直至得到該傳動比。這個調節程序對傳動比的偏離非常靈敏，可以起到保護自動變速器的作用，也使得油泵能在最小所需壓力下工作，有利于提高經濟性。

5 模糊控制

模糊控制不依賴于系統精確的數學模型，它采用的探索式控制規則本質上是線性的，而且模糊控制對過程參數改變不敏感，這對于經常在不同工況下工作的自動變速器來說是非常重要的。運用模糊理論進行控制的關鍵是模糊控制器的設計。模糊控制器是模擬人類控制特征的一種語言控制器，其設計主要包括模糊控制器的結構選擇、模糊規則的選取、確定模糊控制器模糊化和解模糊方法及模糊控制器輸入和輸出變量的論域等，核心是模糊規則的選取。

6 容錯控制

當重型汽車經常在惡劣條件下工作時，自動變速器常受到這樣或那樣的干擾，自動變速器控制系統中的ECU、傳感器和執行機構難免會發生故障。如果某部件發生故障，汽車的性能會急劇下降，甚至需要立即停車，這對汽車整體性能的發揮和維修工作的進行是非常不利的。為提高自動變速器系統的可靠性和安全性，在隨車診斷系統中應增強容錯控制功能，即當有些部件失效時，它們在系統中的功能可用系統中的其他部件完全或部分代替，使系統能夠繼續保持規定的性能或不喪失最基本的功能。

針對不同的故障，自動變速器控制系統采用了相應的容錯方法。主要包括如下幾個子系統：1) ECU容錯系統；2)選、換檔機構容錯系統；3)油門操縱機構容錯系統；4)各轉速傳感器的容錯；5)離合器控制機構的容錯。

7 結束語

自動變速器技術保留了原齒輪變速箱傳動效率高、成本低、易制造和維護的優點，且使用方便、簡單安全、乘坐舒適，越來越受到人們的歡迎，成為開發適合我國國情的新型汽車變速器的熱點。

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（作者單位：黑龍江工程學院）

（編輯 王 旸）

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