现代汽车自动变速器控制技术发展趋势

2012-08-15黑龙江朱怡平

职业技术 2012年5期

黑龙江朱怡平

现代汽车自动变速器控制技术发展趋势

黑龙江朱怡平

自动变速器的控制技术影响到变速器使用性能，本文介绍现代控制理论在自动变速器控制中的应用，如换档点控制，变矩器闭锁离合器控制、换档质量控制、适应性控制、模糊控制、容错控制等。现代控制技术的应用既提高汽车的行驶性能又改善换档品质，使自动变速器对于不同的驾驶条件和运行工况均具有较理想的运行性能和较强的适应能力。

自动变速器；现代控制理论；使用性能

自动变速器历经采用多元件工作轮液力变矩器、闭锁离合器、增加行星齿轮变速器档位、电子控制等多种方法，使之综合经济性能得到了提高。其中最有效的是最近十年来，在控制方面大量应用电子技术，使电控自动变速器的性能上了一个新的台阶。这方面的主要工作有：换档点控制、变矩器闭锁离合器控制、换档质量控制、适应性控制、模糊控制、容错控制等。

1 换档点的控制

换档点是变速器输出转速、发动机负荷、选档杆位置开关和换档模式开关的函数。例如驾驶员可以将选档杆置于“D”位置和选取“E(经济)”模式，则换档点由换档图所决定。车速下降时，只要发动机负荷和变速器输出转速所决定的工况点向左越过了相应的降档曲线，变速器自动降一档。发动机负荷大，升档或降档时的车速相应就也越高，以保证汽车大负荷低档行驶时的动力性。因控制单元存储器空间的限制。

2 闭锁离合器的控制

为提高自动变速器的效率，可对液力变矩器实施闭锁，闭锁工作由闭锁离合器来完成，它受发动机负荷、输出轴转速、档位和换档模式共同控制。对闭锁离合器均采用电子控制的方法，即由电磁感应式传感器提供变速器输出轴转速信号，节气门位置开关提供发动机负荷信号，再加上换档杆位置和模式开关信号，一并传给控制单元进行处理和控制。执行元件包括开关式电磁阀及脉冲式电磁阀，后者主要是控制闭锁离合器活塞作用油压大小，以改善由液力传动转到机械传动的舒适性。闭锁离合器的锁止虽在各档都可进行，实际上仅限于在三档和四档。当发动机负荷和变速器输出转速所决定的工况点向右越过了虚线，闭锁离合器锁止，从液力传动转入机械传动。而由于车速下降或发动机负荷增加的原因，当发动机负荷和变速输出转速所决定的工况点向左越过了点线，则闭锁离合器分离，由机械传动变为液力传动。但在两种传动工况转变过程中，由于转速比的变化引起所传递转矩产生一个阶跃，使得传动系出现动载，影响乘坐舒适性。因此，闭锁工况点的选取成为关键问题。

3 换档质量的控制

现常用三种措施来改善换档质量：一是换档时对发动机实施减扭矩控制；二是主油压调切控制；三是在换档时短时间地分离闭锁离合器，使液力变矩器工作，起到柔和传递动力的作用。下面主要介绍前两种措施。

发动机减扭矩控制就是减少发动机所产生的转矩。控制带负荷升档时发动机转矩的目的，是减少换档时摩擦元件所耗散的能量。它靠减少换档同步期间发动机所产生的转矩来实现，而不需要中断动力。控制带负荷降档时发动机转矩的目的，是为了抑制换档过程中由单向离合器和摩擦元件所产生的颤抖。减小发动机转矩通常的方法是延迟点火时间。

有发动机转矩控制和没有控制条件下升档时车辆纵向加速度的变化情况。没有发动机转矩控制时，为将离合器滑移时间控制在500ms内，需在滑移期间增加转矩，这将在换档结束时引起大的转矩跳跃，造成纵向加速度变化，影响舒适性。如果滑移时间相同而将发动机转矩减少50%，并明显地减少离合器油压，则换档期间的加速度与换档前的水平差不多，换档结束时转矩的跳跃也小，这就使换档质量得到改善，并减小了相同时间内摩擦元件的负荷。

主油压调节控制的目的是为了使相关换档摩擦元件的工作油压与变速器输入转矩准确地匹配。具体做法是，将工作油压分成两部分：一部分是固定不变的基础压力；另一部分是可由电液调切阀调节的压力。而通过发动机空气进气量、发动机转速、变矩器转速比等参数，可以精确计算变速器输入转矩。从而在不同档位时，可根据其工况来调节压力参数。再一种就是对换档离合器的油压采用闭环控制，使输入轴的角加速度在规定范围内。

4 适应性控制

适应性控制大致有两种：动态控制和稳态控制。动态控制主要用于监控换档时的传动比，如上所述用于精确控制换档油压。稳态控制主要是考虑执行元件摩擦片材料的摩擦系数发生变化时带来的影响。第一是温度的影响，这可在自动变速器油箱中安装液压油温度传感器，使材料的摩擦系数随油温升高而变化的因素能在计算机控制程序中加以修正。第二是摩擦系数降低的影响。摩擦系数降低有两方面的原因，首先是可能的泄漏，离合器的泄漏会造成容量下降，引起摩擦片打滑、发热，进而使摩擦系数进一步降低；其次是自然磨损。通用公司4T-80E自动变速器所采用的方法是：当一个档位状态确定后，监控齿轮传动比，如果不是所要求的传动比，通过微电脑和调节器使油压进一步升高，直至得到该传动比。这个调节程序对传动比的偏离非常灵敏，可以起到保护自动变速器的作用，也使得油泵能在最小所需压力下工作，有利于提高经济性。

5 模糊控制

模糊控制不依赖于系统精确的数学模型，它采用的探索式控制规则本质上是线性的，而且模糊控制对过程参数改变不敏感，这对于经常在不同工况下工作的自动变速器来说是非常重要的。运用模糊理论进行控制的关键是模糊控制器的设计。模糊控制器是模拟人类控制特征的一种语言控制器，其设计主要包括模糊控制器的结构选择、模糊规则的选取、确定模糊控制器模糊化和解模糊方法及模糊控制器输入和输出变量的论域等，核心是模糊规则的选取。

6 容错控制

当重型汽车经常在恶劣条件下工作时，自动变速器常受到这样或那样的干扰，自动变速器控制系统中的ECU、传感器和执行机构难免会发生故障。如果某部件发生故障，汽车的性能会急剧下降，甚至需要立即停车，这对汽车整体性能的发挥和维修工作的进行是非常不利的。为提高自动变速器系统的可靠性和安全性，在随车诊断系统中应增强容错控制功能，即当有些部件失效时，它们在系统中的功能可用系统中的其他部件完全或部分代替，使系统能够继续保持规定的性能或不丧失最基本的功能。

针对不同的故障，自动变速器控制系统采用了相应的容错方法。主要包括如下几个子系统：1) ECU容错系统；2)选、换档机构容错系统；3)油门操纵机构容错系统；4)各转速传感器的容错；5)离合器控制机构的容错。