变速器电控系统及油压调节器控制

1983年首批乘用车用变速器电控系统进入欧洲市场。1990年世界范围的电控变速器份额占变速器总量的27%。5年后，所有自动变速器约83%为电控^[36]。当前，有级、无级自动变速器以及手动换档变速器都配备电控系统。越来越多的功能从液压控制转为电控。第一代变速器电控只是电控换档程序。在现代的液压控制变速器上保留了电信号转换为液压，保留了一些基本功能以及安全性、紧急运转功能。重要的一些功能都在变速器电控（EGS）中实现。

1.变速器电控和汽车通信系统

图5.4-44 ZF-VT1无级自动变速器断面图

变速器电控有一个电控单元。它接收来自变速器和汽车上的传感器信号和其他电控单元的信息，并将这些输入信号（信息）处理和提供输出信号。利用输出信号控制变速器和汽车中的执行器。图5.4-45是变速器电控（EGS）与汽车通信系统^[25]。通过数据总线（CAN）与其他电控单元（发动机电控、行驶动力学系统、仪表组合、变速杆……）进行数据交换。发动机的重要输入参量为发动机转矩、发动机转速、发动机温度、节气门开度、加速踏板位置）。车轮转速首先由行驶动力学电控单元处理。变速杆位置信号和所期望的换档程序大多用单独的电缆传输。来自变速器上的传感器信号（转速、位置识别、变速器油温……）通过线束传输到变速器电控单元。

电控单元控制变速器中的一些阀。调压器具有流量—压力特性线。通过流量变化可以调节油压，它可满足换档阀和脉宽调制（PWM）阀的数字控制要求。传感器供电和变速器内部电路搭铁同样需要两个连接电缆。诊断线是另外的输出线。诊断线不仅作为诊断目的，更是作为电控单元编程。如果仪表组合没有CAN能力，则在仪表板总成的档位显示，同样要从变速器电控单元引出的单独电缆控制。控制倒车灯、换档闭锁功能和钥匙锁闭锁是一些特殊的要求。

2.电控单元

变速器电控单元是将绝大部分元器件集成在印制电路板上的一个独立单元。它安装在车内或发动机室。电控单元的主要元器件是微处理器、读写（随机）存储器（RAM）、参数存储器（EPROM和EEPROM）、时钟、看门狗、CAN总线、到信号预处理的输入级、带功率级的输出单元、电容器、二极管、晶体管、整流器以及机械部件，如冷却体、插头和壳体。目前的电控单元使用16bit或32bit微处理器。存储器容量高达512kROM和64kRAM。为能改变成批电控单元存储的数据，常用Flash存储器，它可在安装时重新写入数据。程序循环周期为10～20ms。

图5.4-45 变速器电控系统

最近几年，变速器电控部件已组合在变速器中，其中有电子线路、转速传感器、温度传感器（必要时还有压力传感器）、变速器内部线束、机电组合件的插头和位置开关，它们布置在变速器液压控制系统内^[18]。变速器内部的恶劣环境对电子部件的热负荷、振动载荷和壳体的密封性能提出了苛刻的要求。但这种设计的优点是变速器结构紧凑、重量轻、可靠、偏差小、变速器检测方便、系统成本低。图5.4-46是微混合技术（工艺）的变速器电控模块，不带外盖，以便看清它的主要部件：

1）微混合技术（工艺）的变速器电控（EGS）模块。

2）压力传感器。

3）转速传感器。

4）插头（16针）。

5）铝底板。

6）连接导线（柔性箔带）。

7）带插头的塑料体。

图5.4-46 微混合技术的变速器电控模块

1—电控单元模块（LTCC，低温烧结陶瓷） 2—压力传感器3—转速传感器 4—变速器插头（16针） 5—铝支撑板 6—连接导线（柔性塑料箔带） 7—转速和位置传感器 8—油压调节器触头

8）阀触头。

除独立的变速器电控单元型式和将它组合在变速器中外，特别是在美国，使用发动机控制和变速器控制组成一体的功能块（动力装置控制器）。日本变速器的电控单元安装在变速器外部。

变速器电控程序目前还只用高级语言（大多为C或C++）编写。由于功能众多和复杂，要借助相应的工具开发新功能和编程。这些工具可以清晰地表示程序结构，并允许与仿真程序一起在计算机上很快地测试功能和轻松地进行文件汇编。程序一般分为程序部分（段）和数据部分（段）。数据参数又可分为固定数据、与变量有关的数据和应用参数。程序部分常分为电控单元专用的、变速器专用的和汽车专用的程序部分和数据组。这些程序部分（段）是由不同的负责部门开发的。

3.部件

（1）传感器　检测转速常用感应式传感器或霍尔（Hall）传感器。大多测量变速器输入转速、与变速器型式有关的驱动转速和变速器内部转速。如果有现成的、信号质量和动态特性足够好的车轮转速，则可以取消驱动转速传感器。霍尔传感器较贵，但与感应式传感器相比，它可以检测很低的转速。变速器油温采用半导体元件测量，它是一个测温丸，直接焊在变速器内部的油路上。在大多数情况下使用位置开关检测变速杆位置。位置开关从变速器外部插在选档轴上，或在变速器一体化控制情况下，它是电控模块的一部分。按要求，EGS除传输变速杆位置P、R、N和D外，还传输档位4、3、2、1。在位置R直接控制倒车灯和在位置P、N操纵换档闭锁和钥匙锁闭锁。

（2）执行器　为将EGS中电流信号转换为油压，采用作为执行器的油压调节器、换档阀和PWM阀。图5.4-47是油压调节器断面图和相应的控制电流—控制油压特性线。它是一个有下降特性线的平座阀，在不受控状态通过作用在它上面的油压开启。随着控制电流增大，平座阀关闭。按控制要求，油压调节器使用上升的特性线。油压调节器靠弹簧力关闭。当前使用的油压调节器压力为0.5～7.5bar，控制电流约至1A。在图5.4-47中还可看到一个3/2（三位二通）电磁阀，在换档时切换。它是一个带球座的板式电枢阀，不通电时关闭。换档阀一般用PWM控制。在换档阶段通过大的起动电流，以快速、可靠地打开换档阀。在保持阶段电流降低，以减少用电需要和功率损失。换档阀在液压作用下保持在它的最终位置。另外，通过脉宽调制控制的PWM阀也可以用液压调制控制。通过不断开、关换档阀同样可得到控制电流—控制油压特性线，但它的精确性不如油压调节器的特性线。

图5.4-47 油压调节器和换档阀(www.xing528.com)

（3）导线和插头　当前的变速器设计力求将所有的电气部件布置在变速器中。这些部件与导线相连，且所有的导线通过插头向外接到电控单元的接口上。变速器内部的导线要耐温、耐油。传感器和执行器或直接连接（黑色电线），或与插头连接。在变速器插头上，导线末端钎焊或浸焊。插头针数与变速器配置有很大关系。独立的电控单元常用11针和21针插头。电控模块是紧凑和价廉的方案。所有的电子元器件集成在电控模块上，并用印制电路连接^[23]。电控单元集成在电控模块上，可进一步降低导线费用。变速器一体化控制的有说服力的例子是变速器只需5针插头^[18]。在图5.4-46实例中，导线连接采用柔性塑料箔带，它埋入铜的印制电路中。

4.功能

（1）油压控制　在变速器电控中，油压控制能在EGS的软件中实现。将电信号转换成离合器压力是通过变速器液压控制中的油压调节器完成的。为用必要的油压控制变换器换档部件，需要如下一些功能：

1）根据发动机和液力变矩器转矩将主油压调节在能传递输入转矩的值上。

2）用换档压力控制调节负载换档过程，负载换档原理已在5.4.4小节中作了叙述。

3）在停车和行驶时挂档。

4）控制液力变矩器。除接合和分离离合器外，还要实现离合器滑转闭环控制和过渡状态控制。图5.4-48列出了油压控制滑转液力变矩器离合器时的一系列影响参数^[25]。

油压控制决定变换器换档品质，它是行驶舒适性的一个尺度。所以功能开发和油压控制的匹配十分重要。

图5.4-48 各因数对液力变矩器锁止离合器压力控制的影响

（2）发动机—变速器管理　发动机控制和变速器控制间的通信和在换档时干预发动机转矩可以改善变速器换档品质。图5.4-49是换档过程发动机干预的牵引力升档实例。在汽车超速阶段，发动机转动质量同步不只是通过提高换档离合器压力，而且是同时通过降低发动机转矩实现的。因为超速过程是非常动态的和要在精确调整变速器方面的油压控制下进行的，所以要调节点火提前角才能实现这个过程^[37]。

其他的一些功能是限制起步转速和起步转矩。在变速杆挂在行驶位置时发动机转速受到限制，直至变速器自动进行。这样可防止变速器和传动系承受较高的冲击载荷。同样，在这种起步工况下可限制发动机转矩，以避免摩擦换档部件的不允许的热负荷。在第一档起步和在完全转为倒档时，通过发动机干预可降低发动机转矩，使变速器不传递液力变矩器全部转矩。这实际上关系到变速器和传动系的设计尺寸。

（3）换档程序　采用变速器电控可以得到各种各样的换档程序^[24～26]。

除用软件得到各种换档程序和考虑有关行驶状况识别的行驶性能（见5.4.4小节和图5.4-32）外，还可实现下列的一些重要功能：

1）补偿行驶阻力变化：检测路面坡度、载荷状况，包括挂车工作。

2）高度补偿：在高原，如在山区行驶时的内燃机功率损失。因为换档程序是调整在标准的地理高度，所以换档顺序要与汽车行驶状况匹配。

3）在弯道行驶阻止换档：在驶入弯道时，通过抬起加速踏板开始升档。通过检测加速踏板移动和汽车横向加速度可以阻止弯道换档。在弯道行驶档位不变。

图5.4-49 在换档过程中的发动机干预

4）在危险路段制动降档：检测路面坡度和通过降到低档可以在山区行驶时帮助行车制动器制动。

5）动态加速踏板踩到底降档：不在固定的换档点降档，而是根据加速踏板移动的梯度降档。在快速踩下加速踏板时自动降档，在以从容的行驶方式行驶时可以稍晚开始降档。

6）发动机暖机换档程序：在发动机冷态，通过提高换档点，发动机在较高转速下运转，这样催化转化器可以快速达到它的工作温度。

7）牵引力要求：通过专门的选档可以支持底盘控制系统。

8）自动速度仪要求：通过对换档特性线的干预可以改善自动速度仪（速度控制仪）工作。

汽车方面和变速器方面的其他一些要求正在开发中，以改善配备自动变速器的乘用车的行驶性能。还可列举影响换档程序的一些因素，如引导交通的全球定位系统（GPS）、光学检测车道、直接检测交通事件。

（4）安全性方案和诊断 电控变速器安全性方案是这样确定的：在电气或电子信号失效时，EGS试图用代用值继续工作，但这样会影响变速器换档品质或会限制换档程序原来给定的一些功能。在基本功能失效时就不再保证可靠工作；或像导线脱落那样的故障，EGS进入紧急停止状态，变速器进入液压紧急工作状态。

在工作中出现的故障可由诊断功能检测并保存在诊断故障存储器中。在车间利用诊断计算机通过诊断线可以读出诊断故障存储器中的信息。这样，在有故障情况下可以快捷、有目的地寻找和修理故障件。