商用車液力自動變速器的控制功能研究及前景分析

雷勝 段小龍

【摘 要】變速器是汽車中用來改變或固定輸入軸和輸出軸傳動比的齒輪傳動裝置，也被稱為變速箱。汽車中的變速器主要是通過改變傳動比，進而改變發動機扭矩，使車輛在起步、加速、勻速和減速等不同形勢條件下獲得相應的牽引力和車速，以保證行車安全和穩定。傳統的汽車變速器均是手動操作，如今，隨著智能控制技術的發展，汽車手動變速器已經逐漸被自動變速器取代。

【關鍵詞】液力自動變速器；控制功能；研究現狀；發展前景

引言：

液力自動變速器是目前商用車中應用較為廣泛的自動變速器之一，主要是通過液力傳遞和齒輪嚙合的方式實現車輛行駛過程中的變速和變矩。液力自動變速器的優點在于變速穩定、換擋平穩，能夠有效提高乘客的乘坐舒適性，同時液力自動變速器不受傳遞功率的限制，在許多車輛中都能發揮顯著的效果。其不足之處在于傳統效率低、油耗大、結構復雜、維修和保養較為困難。

一、液力自動變速器的發展

（一）液壓控制階段

從自動變速器設計并應用開始，液壓控制便成為自動變速器的主要控制方式。典型的液力自動變速器系統主要包括油泵、調節閥、換擋閥、車速反饋閥、強制降擋閥、手動閥、制動器油缸、離合器油缸、以及油路組成，主要是通過各閥門的油壓進行自動換擋。液壓控制階段所使用的自動變速換擋技術主要是利用液壓情況控制液壓系統的操作，自動變速器會根據汽車發動機節氣門和行駛速度產生相應的液壓控制信號，進而通過液壓系統的執行機構完成換擋動作。利用液壓控制的自動變速器的實際工作性能與液壓閥的結構參數有直接關系，同時其制造成本和維修成本較高，因此后期逐漸被電子控制系統取代。

（二）電子控制階段

20世紀60年代末期，電子控制技術得到較快發展，人們逐漸利用電子控制技術對液力自動變速器的工作過程進行控制。1969年，法國雷諾公司在R16TA轎車上首先應用里電子控制的自動變速器，液力自動變速器的電子控制時代就此開啟。電子控制技術的主要優勢在于利用電子單元對液壓系統的油路進行控制，在實際變速換擋的過程中，既能通過液壓控制，也能通過電子控制，其中一些較為復雜的換擋和控制工作由電子控制系統完成，而液壓控制系統主要是其輔助和執行作用。典型的電子控制系統一般包括電子傳感器、電磁控制閥、控制電路、ECU以及模式開關等。電子控制系統工作時首先需要利用傳感器采集車輛的運行狀態，之后ECU會根據車輛運行規律發出控制信號，控制信號會控制電磁閥執行換擋變速工作，從而實現自動換擋等功能。電液控制由于控制精度高，能處理的信號種類多，能記錄瞬時數據并應用于隨后的處理計算，能夠實現復雜與合理的換擋控制規律，因而大大促進了自動變速器控制技術的發展。

（三）智能控制階段

電子控制的自動變速器通常是根據車輛的行駛標準設計并制造的，但在某些場合下，電子控制系統無法有效滿足車輛的行駛過程的速度需求，因此，需要研究一種更為先進的控制系統。人們希望新型的控制系統能夠根據車輛行駛狀態和行駛條件的變化進行自動調節和控制，進而滿足車輛在任何條件下的變速需求。到了20世紀90年代初期，三菱公司在“Fuzzyshift4AT”電子控制系統引入了模糊控制技術，使變速器的ECU具備了根據車輛行駛狀況信息進行自我判斷，進而根據判斷結果進行自動換擋的功能，這樣一來，充分解決了車輛在上坡或經過彎道時的突然增擋問題。此外，三菱公司的自動變速器控制系統INVESS-II的控制參數擴大到車輛的全部工作范圍，其信息量達210個，其ECU還具有記憶駕駛員愛好和習慣的功能。

與此同時，德國寶馬公司也推出了適用于四擋和五擋自動變速器的自適應控制系統，能自動識別司機駕駛類型、特殊的環境條件和具體行駛狀況，并對換擋規律作出適當的調整。

二、商用車液力自動變速器典型功能分析

商用車液力自動變速器典型功能在于其能夠通過自動改變傳動比，進而改變車輛的車速和受到的牽引力，以保證車輛時時刻刻具備優良的動力性能。此外，客戶還能根據車輛的實際用途和自身需求選擇氣的功能，例如自動空擋、PTO功能、空擋換擋抑制、雙換擋器、擋位保持、緩速器制動等功能。

（一）自動空擋功能

自動空擋功能主要是保證車輛在靜止時變速器始終處于空擋位置，同時當車輛需要換擋時變速器能夠及時切換到空擋。駕駛員能夠通過控制面板上的開關啟動或停用該功能。當自動空擋功能啟動時，如果檢測到變速器輸出軸轉速低于該檔位的設定值時，變速器會及時切換為空擋狀態，以便順利換擋。如果想從空擋移出時，還需要實現設置一個空擋移出條件，該指令可以通過手制動或腳制動實現，如果選擇的空擋移出條件為腳制動，駕駛員踩一下腳制動，變速器會從空擋移出，并自動切換到進入空擋之前的擋位。該功能能夠有效節省汽車的油耗，其最典型的應用就是在城市公交中的應用，由于公交車需要頻繁的進站，出站，自動空擋功能的配置，會大大提升效率，并能減小油耗。

（二）PTO功能

PTO功能可以說是商用車液力自動變速器獨有的功能，其能通過控制變速器控制器輸出的信號，使液力自動控制其上的PTO進行工作，駕駛員可以通過控制面板啟動或停用該功能。PTO功能主要是作用于卡車的翻斗動作、消防車的云梯升降和帶動水泵工作以及清掃車掃把旋轉等動作。在實際應用PTO功能時應該仔細考慮發動機的設計轉速和變速器輸出軸轉速，以防止轉速過高對PTO造成損壞。

（三）空擋換擋抑制

空擋換擋抑制功能主要是當車輛需要保持空擋時，當時駕駛員操作失誤將檔位移出。同樣，駕駛員能夠通過控制面板啟動或停用該功能。移出空擋的軟件配置，可以選為：禁止從空擋移出到前進擋；禁止從空擋移出到倒擋；禁止從空擋移出到前進擋和倒擋。空擋換擋抑制功能主要是為了車輛使用安全，例如，卡車在翻斗時，防止溜車，可以開啟空擋換擋抑制功能。

三、液力自動變速器的功能前景

通過以上功能的描述，可以看出，商用車的液力自動變速器相比轎車更為強大，也更為智能化，不僅僅是用作公路運輸，更多的是作為源動力帶動泵等，實現特種作業。因此，它的應用面更廣泛，也更具提升價值，隨著各種技術的發展，今后商用車液力自動變速器的功能會向以下幾個方向發展。

全面智能化：隨著電子信息技術的不斷發展，像GPS衛星定位，4G無線通訊，觸摸屏等技術的融入，會使得液力自動變速器的控制更加多元化、智能化。

精度提升：隨著模糊控制，人工神經網絡，自適應控制等技術的不斷優化，使得對于液力自動變速器的實時控制精度會更高。

不斷優化：隨著變速器控制器算法的不斷優化，以及傳感器，執行機構的不斷升級，使得液力自動變速器在不同路況，不同工作環境下，都能不受干擾，以更高的換檔質量，更優的動力性和經濟性，進行換檔。

控制器體積減小：隨著電子工藝水平的不斷提升，和處理器芯片的升級，在相同性能的基礎上，控制器的體積會越來越小型化。

四、結語

商用車使用的液力自動變速器的控制系統經過液壓控制、電子控制和智能控制三個階段的發展，其智能化控制水平和效果也在不斷進步。隨著車輛電子技術和智能化技術的發展，商用車液力自動變速器會逐漸實現與其他控制系統的集成與優化控制，進而大大提高車輛行駛的平順性、安全性。

【參考文獻】

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