自動變速器（AMT）電控系統

趙 陽， 王衛翼

（北京福田戴姆勒汽車有限公司， 北京 101400）

某重卡車型的自動變速器電控系統電路如圖1所示。 自動變速器 （AMT） 電控系統由傳感器、 執行器和控制單元（TCU） 組成。

圖1 12擋AMT電控系統電路圖

1 傳感器

1.1 變速器頂部的傳感器

將變速器上蓋拆下， 可以看到傳感器模塊、 選擋模塊（選擋傳感器）， 如圖2所示。

圖2 變速器頂部的機電模塊

1.1.1 傳感器模塊

傳感器模塊中有3個位置傳感器， 通過各撥叉軸上的磁環觸發產生電信號， 來確定主箱撥叉軸、 半擋撥叉軸、 高低擋撥叉軸位置。 TCU通過這3個位置傳感器信號和選擋信號便能確定變速器當前擋位。 位置傳感器為永磁線性非接觸式位移傳感器。

傳感器模塊上除了3個位置傳感器， 還集成有輸入軸轉速傳感器和溫度傳感器， 如圖3所示。

圖3 傳感器模塊

1） 1-高低擋組 （GP）傳感器 （位置傳感器）。 用于確定高低擋撥叉軸位置。

2） 2-半擋組 （ GV）傳感器 （位置傳感器）。 用于確定半擋撥叉軸位置。

3） 3-主變速器 （HG）傳感器 （位置傳感器）。 用于確定主箱撥叉軸位置。 主箱撥叉軸有前、 中、 后3個位置， 分別對應1/3擋、 空擋、 R/2擋。

4） 4-輸入軸轉速傳感器/溫度傳感器。 輸入軸轉速傳感器與油溫傳感器集成一體。 傳感器信號輪為中間軸齒輪，TCU通過中間軸轉速信號計算出變速器輸入軸轉速， 它是換擋控制的重要參數之一。 油溫傳感器集成在輸入軸轉速傳感器上， 信號主要用于變速器保護。

1.1.2 選擋模塊 （選擋傳感器）

選擋傳感器與選擋器集成為一體。 選擋傳感器信號輸入TCU后， 再結合主箱位置傳感器信號， 即可完成主箱擋位確認。 電源 （+） 加在引腳1上； 引腳3搭鐵時， 芯桿右移（回縮）， 選擇1/R擋撥叉； 電源 （+） 加在引腳3上； 引腳1搭鐵時， 芯桿左移 （伸出）， 選擇2/3擋撥叉。 選擋位置信號通過引腳2輸出給TCU。 變速器選擋模塊如圖4所示。

圖4 變速器選擋模塊

1.2 輸出轉速傳感器

輸出轉速傳感器位于變速器后部， 如圖5所示。輸出軸轉速信號是換擋控制的重要參數之一。

圖5 輸出轉速傳感器

1.3 離合器位置傳感器

離合器位置傳感器安裝于離合器執行器上， 用于檢測離合器位置， 以便實現對離合器的精確控制， 如圖6 所示。 TCU 通過離合器初始位置變化還能計算出離合器的磨損量 （百分比）， 當摩擦片磨損到極限時， 通過儀表報警。

圖6 離合器位置傳感器

1.4 供氣壓力傳感器

供氣壓力傳感器用于檢測變速器的供氣壓力。 供氣壓力傳感器安裝于閥模塊上， 如圖7所示。 當氣壓偏低時， 變速器功能可能受限； 氣壓過低時擋位會鎖死， 無法完成擋位轉換。 系統允許的供氣壓力范圍： 8～12.5bar。

圖7 供氣壓力傳感器

1.5 傾角傳感器

傾角傳感器集成在TCU內部， 焊接在控制單元內部電路板上。 傾角傳感器由3塊極板組成， 即左右兩側固定極板和中間彈性板所組成。

車輛處于不同坡度時， 彈性板傾斜方向和傾斜量就會改變。 板間距的變化改變了極板間的電容值， TCU依據電容值變化就可計算出道路坡度大小和方向。 如圖8所示。

圖8 傾角傳感器

坡度信號是目標擋位計算重要依據之一。 TCU裝車后，需使用診斷儀對傾角傳感器進行標定， 標定方法是： 將車輛停放在水平地面上， 連接診斷儀， 進入標定界面， 按提示操作， 即可完成標定過程。

2 執行器

執行器包括閥模塊 （圖2） 上的14個電磁閥及受其控制的換擋氣缸、 制動氣缸、 離合器氣缸和選擋器 （圖4）。

2.1 閥模塊

閥模塊上集成有14個電磁閥， 2個負責換擋氣路供氣控制、 4個負責離合器控制、 2個負責制動器控制、 6個負責換擋控制， 如圖9所示。

圖9 閥模塊上電磁閥分布

各電磁閥作用見表1。

表1 各電磁閥作用

2.2 換擋氣缸

換擋氣缸位于變速器前蓋上， 內置與撥叉軸相連接的換擋活塞， 其中高低擋氣缸和半擋氣缸均沒有空擋位置， 換擋活塞結構相對簡單， 均為單活塞結構， 如圖10～圖13所示。

圖10 內置換擋活塞的換擋氣缸

圖13 主箱活塞

主箱需要實現空擋， 因此主箱活塞結構較復雜， 共有3個柱塞。 增加2個隨動活塞的目的是為了實現空擋。

2.3 制動氣缸

圖11 高低擋活塞

圖12 半擋活塞

制動器氣缸的作用是變速器在升擋時， 通過制動中間軸， 來降低輸入軸轉速， 以實現主被動同步， 如圖14所示。

圖14 制動器氣缸

2.4 離合器氣缸

離合器氣缸安裝于變速器一軸上。 離合器分離時， 氣缸內充氣， 活塞和分離軸承一起伸出， 驅動離合器分離；當氣缸內壓縮空氣排空時， 活塞逐漸復位， 離合器接合，如圖15所示。

圖15 離合器氣缸

3 變速器控制單元（TCU）

變速器控制單元 （TCU） 通過私有CAN接收來自換擋手柄的指令， 通過整車PCAN接收發動機ECU及整車其它模塊信息。 變速器內部傳感器通過硬線連接到TCU， 如圖16所示。 TCU的輸出信號用于控制主箱擋位切換 （選擋和換擋）、半擋切換、 高低擋切換、 離合器控制和變速器制動器控制。

圖16 自動變速器 （AMT） 電控系統框圖

4 自動變速器（AMT）電控系統功能

4.1 發動機啟動控制

變速器系統向發動機ECU發出啟動許可信號。 啟動發動機需要滿足以下條件： 變速器處于空擋位置； 換擋手柄處于N位置； 踩下腳制動。

4.2 起步擋位控制

在起步時， 手柄處于A位置， 系統自動掛入適當的起步擋。 駕駛員可以通過操縱手柄上的+、 -按鍵切換起步擋位， 可選的最高起步擋位為5擋。

4.3 自動換擋控制

實現全自動換擋， TCU通過整車CAN網絡與發動機ECU、 ABS/EBS控制單元、 緩速器等模塊進行通信， 這些信息是目標擋位計算所需要的， 如圖17所示。

圖17 擋位計算框圖

4.4 保護功能

4.4.1 發動機保護功能

為保護發動機， 當發生轉速過高或過低的情況時， 即便在手動駕駛模式下也可能進行自動換擋； 手動換擋不合理時， 系統也會拒絕執行。

4.4.2 離合器保護功能

為避免因長時間摩擦過程造成離合器的損傷， 系統根據傳遞扭矩大小、 離合器上的轉速差以及滑動時間計算當前的離合器負載， 檢查是否已超過負載極限值。

如果確認離合器超載， 儀表會報警。 若警告被忽略，則TCU實施以下主動保護措施。

1） 可對發動機轉速和離合器扭矩進行調整。

2） 離合器扭矩迅速提高至完全接合， 以防止離合器繼續承受負載。 這種方式會使發動機轉速迅速降低 （甚至發動機熄火）。

3） 根據計算出的離合器負載限制可用的起步擋。

4） 可在起步過程中自動降擋。

如果在離合器已接合時， 仍未能消除離合器打滑， 則指令發動機限制扭矩。

4.5 空擋滑行功能

空擋滑行功能用于在適當的地形條件下斷開動力連接，解除發動機對驅動輪的制動作用， 以便充分利用車輛現有的動能和勢能， 達到節油目的。 空擋滑行條件如下： ①車輛行駛在10～12擋； ②油門放松； ③無制動和輔助制動信號； ④道路坡度在-3.5%～3.5%范圍內； ⑤變速器輸入軸轉速小于2000r/min； ⑥轉彎半徑大于240m； ⑦水溫在60～105℃范圍內； ⑧車速小于102km/h。

5 結語

此自動變速器 （AMT） 電控系統的匹配應用， 提升了重卡車型的功能配置， 增強了重卡車型的駕控性能， 能夠給駕駛員提供更好的駕駛感受和安全性能， 進一步提升了車型的市場核心競爭力。