自動變速器自1939年美國通用汽車公司首次在轎車上應(yīng)用以來，發(fā)展速度很快，尤其是電子技術(shù)和微處理機(jī)應(yīng)用于換擋變速之后，自動變速技術(shù)這一人們長期追求的目標(biāo)，進(jìn)入了迅速發(fā)展的嶄新時期。從1981年起，美國、日本一些汽車公司相繼開發(fā)出各種微機(jī)控制的自動變速系統(tǒng)，諸如電子控制液力變矩式自動變速器，電子控制多級齒輪變速器等。日本豐田公司生產(chǎn)的電子控制變速器(ECT)首先應(yīng)用于豪華型皇冠牌轎車上，這種微機(jī)控制的四擋變速器的優(yōu)點主要是：能保證最佳的換擋規(guī)律，換擋的精確性好，能獲得良好的燃料經(jīng)濟(jì)性和滿意的動力性，減少污染；換擋靈便，換擋過程平穩(wěn)，無沖擊和振動，換擋品質(zhì)好，行駛舒適，換擋動作準(zhǔn)確、及時；操縱系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，能在高低溫、大顛簸、沖擊振動、強(qiáng)磁場、電子干擾下正常工作；駕駛員可以干預(yù)自動換擋，以適應(yīng)復(fù)雜的交通情況和地形條件；控制系統(tǒng)具有自我修正換擋和高度靈敏的自我診斷功能；操縱容易，在交通擁擠時可大大提高車輛行駛的安全性及可靠性。由于上述原因，自動變速器已廣泛應(yīng)用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上，并且裝車率迅速增長，尤其在美、日、德等國生產(chǎn)的轎車上，采用電子控制變速器的比例越來越高。
當(dāng)然，電子控制自動變速器也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件精度要求高、制造難度大，成本較高，相應(yīng)的維修技術(shù)較復(fù)雜，傳動效率較手動齒輪式變速器低等缺點。汽車自動變速是指自動變換傳動比，調(diào)節(jié)或變換發(fā)動機(jī)動力輸出性能，經(jīng)濟(jì)而方便地傳送動力，較好地適應(yīng)外界負(fù)載與道路條件的需要。
目前，電子控制自動變速器發(fā)展的主要特點是實現(xiàn)一機(jī)多參數(shù)多規(guī)律控制，并在此基礎(chǔ)上將控制變速器的微機(jī)與控制發(fā)動機(jī)的微機(jī)合并在一起，實現(xiàn)其綜合控制。所謂一機(jī)是指采用單一微機(jī)控制，多參數(shù)是指輸入微機(jī)的控制參數(shù)多元化，即控制參數(shù)不僅有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度等信號，而且有反映發(fā)動機(jī)和變速器工作環(huán)境、車輛行駛環(huán)境的信號，這些參數(shù)能全面反映發(fā)動機(jī)和變速器的實際工況。多規(guī)律是指控制微機(jī)中同時存儲多種換擋規(guī)律，如最佳經(jīng)濟(jì)性和最佳動力性換擋規(guī)律等，駕駛員可根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的規(guī)律實現(xiàn)最佳換擋控制。所謂綜合控制是指在發(fā)動機(jī)與變速器微機(jī)處理信號的同時，對變速時發(fā)動機(jī)的點火時間進(jìn)行延遲控制，使發(fā)動機(jī)輸出扭矩略有下降，大大減少變速時的沖擊現(xiàn)象，明顯改進(jìn)變速性能，綜合控制的方框圖如圖1-1所示。
圖1-1 綜合控制的方框圖
1-發(fā)動機(jī)；2-自動變速器；3-發(fā)動機(jī)控制信號；4-變速控制信號；5-發(fā)動機(jī)控制用微機(jī)6-發(fā)動機(jī)控制信號；7-發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速狀態(tài)控制信號；8-變速控制用微機(jī)；9-發(fā)動機(jī)與變速控制單元ECU；10-節(jié)氣門位置傳感器；11-速度傳感器（在變速器內(nèi)）；12-速度傳感器（在速度表內(nèi)）；13-水溫開關(guān)；14-變速方式選擇開關(guān)；15-空擋啟動開關(guān)；16-停車燈開關(guān)；17-變速控制開關(guān)
其次，電子控制自動變速器為提高傳動效率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，普遍采用了閉鎖式液力變矩器。為減輕質(zhì)量，縮短動力傳動路線，在前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動的車輛(FF)中，自動變速器通常與驅(qū)動橋結(jié)合為一體，構(gòu)成自動驅(qū)動橋。為加寬變速范圍，縮小傳動比間隔，自動變速器正在向多擋化發(fā)展，四擋變速器已普遍成為轎車的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，五擋自動變速器早已投放市場。為便于使用維修，控制系統(tǒng)的診斷功能不斷增強(qiáng)。此外，世界各大汽車公司對無級變速的研究十分活躍，估計在不長的時間內(nèi)電子控制的無級自動變速器將會應(yīng)用于現(xiàn)代汽車上。
二、電子控制自動變速器的組成
電子控制自動變速器通常由液力變矩器、行星齒輪變速系統(tǒng)、換擋執(zhí)行器、液壓自動操縱系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)五部分組成，圖2-1所示為典型的汽車四擋自動變速器結(jié)構(gòu)圖。
1.液力變矩器
液力變矩器是電子控制自動變速器不可缺少的核心組成部分，它能將輸入軸的扭矩連續(xù)自動地傳給輸出軸，是典型的液力傳動裝置。目前轎車上廣泛采用由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成的單級綜合式液力變矩器（圖2-2），其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、性能良好。液力變矩器實際上是一個能無級(連續(xù)地)自動進(jìn)行變矩的液力自動變速器。變矩器除了上述三個主要元件外，有的還具有鎖止離合器。鎖止離合器位于渦輪前端，是一個液壓直接控制的全自動離合器。它的工作由電腦控制系統(tǒng)控制，即由電腦控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器輸入的信號，控制一個電磁閥，而電磁閥則通過控制通向變矩器的油道中工作液(ATF)的流向，使鎖止離合器閉鎖或分離。
圖2-2 液力變矩器的組成
變矩器內(nèi)注以自動變速器油，由供油泵供給。供油泵還定壓、定量地為自動變速器的各系統(tǒng)提供工作液，完成傳扭、控制與潤滑、冷卻等任務(wù)。供油泵一般由變矩器泵輪套的凸爪驅(qū)動。
液力變矩器具有自動適應(yīng)性和變扭能力，其工作的主要特點是變扭比K(K=渦輪輸出扭矩/泵輪輸入扭矩)隨著渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速(泵輪轉(zhuǎn)速等于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)的相對變化，即隨轉(zhuǎn)速比i(i=渦輪轉(zhuǎn)速/泵輪轉(zhuǎn)速)的變化自動無級地變化；在車速低時變矩器能輸出大的扭矩，而在車速高時能利用偶合器的高效率，因而綜合了液力元件的雙重優(yōu)點，被稱為綜合式液力變矩器，這一特性正好適合于汽車行駛阻力變化的特點。
2.齒輪變速系統(tǒng)
液力變矩器雖能傳遞和增大發(fā)動機(jī)扭矩，但變扭比不大，變速范圍不寬，遠(yuǎn)不能滿足汽車使用工況的需要，為此在液力變矩器后面又裝一個輔助變速裝置-齒輪變速系統(tǒng)，多數(shù)是行星齒輪變速系統(tǒng)，也可以是平行軸式（固定軸線式)齒輪變速系統(tǒng)，用以進(jìn)一步增大扭矩，擴(kuò)大其變速范圍，提高汽車的適應(yīng)能力。行星齒輪變速系統(tǒng)是一種常嚙合傳動，其傳動比變換可通過分離與結(jié)合離合器或制動器而方便地實現(xiàn)，特別有利于動力換擋或自動換擋。電子控制自動變速器的行星齒輪變速系統(tǒng)一般由雙排行星輪或三排行星輪組成，并廣泛采用三自由度變速器。圖2-3為雙排行星輪變速器的原理圖，該變速器在同一軸上有前后兩個單排行星輪，兩排行星輪由一個公共的空心太陽輪相連，該太陽輪與兩行星排的行星輪嚙合，這種雙排行星輪變速器具有前進(jìn)擋和一個倒擋，常裝在前置發(fā)動機(jī)后驅(qū)動的(FR)汽車上。
圖2-3 三擋行星輪變速器原理圖
C1-前離合器；C2-后離合器；B1、B2、B3-制動器；F1、F2-單向離合器
若在上述三擋自動變速器中再加一個超速行星排，即構(gòu)成四擋自動變速器，它可以進(jìn)行超速傳動，使傳動比小于1。超速行星排在FR車輛中裝于液力變矩器與三擋行星輪變速器之間，而在前置發(fā)動機(jī)前驅(qū)動(FF)車輛中裝于三擋行星輪變速器之后。超速行星排主要由一個行星排，用于夾持太陽輪的超速制動器Bo，連接太陽輪和行星輪架的超速離合器C。以及超速單向離合器Fo組成，動力由超速行星排內(nèi)齒圈輸入，傳至超速行星輪架。圖2-4是四擋行星輪變速器的原理。
圖2-4 四擋行星輪變速器傳動原理
C0-超速離合器；B0-超速制動器；F0-超速單向離合器
3.換擋執(zhí)行器
行星輪變速器的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括換擋離合器、換擋制動器和單向離合器。
換擋離合器為濕式多片離合器，由液壓來控制其結(jié)合與分離，通常由若干交錯排列的主從動離合器片組成。
換擋制動器是將行星輪變速器中某一元件(太陽輪、行星輪架或齒圈)固定，使其不能轉(zhuǎn)動，構(gòu)成新的動力傳遞路線，換上新的擋位，得到新的傳動比。它和換擋離合器一樣由液壓操縱。換擋制動器通常有兩種形式：一種是濕式多片制動器，其結(jié)構(gòu)與上述濕式多片離合器相同，不同點是離合器連接兩個轉(zhuǎn)動構(gòu)件并傳遞動力，而制動器連接的一個是轉(zhuǎn)動機(jī)件，另一個是固定不動的變速器殼體，作用是剎住轉(zhuǎn)動機(jī)件，使其不能傳動。換擋制動器的另一形式是帶式制動器。
行星輪變速器中單向離合器的作用是確保平順地?zé)o沖擊換擋，它與液力變矩器中的單向離合器結(jié)構(gòu)相同，均由內(nèi)、外圈及兩者之間的楔塊組成。
4.液壓自動操縱系統(tǒng)
液壓自動操縱系統(tǒng)通常由供油、手動選擋、參數(shù)調(diào)節(jié)、換擋時刻控制、換擋品質(zhì)控制等部分組成。供油部分包括供油泵、油濾清器、主油路調(diào)壓閥、第二調(diào)壓閥、油冷卻器等。供油泵和主油路調(diào)壓閥是液壓自動操縱系統(tǒng)的動力源，第二調(diào)壓閥也稱變矩器補(bǔ)償壓力調(diào)節(jié)閥。
手動選擋部分包括手控制閥和手控制閥撥板，手控制閥由換擋桿操縱，作用是利用滑閥的移動，實現(xiàn)控制油路的轉(zhuǎn)換，即根據(jù)換擋桿所置排擋位置將液壓油轉(zhuǎn)換到"P"、"R"、"N"、"D"、"2"或"L"的油路。
參數(shù)調(diào)節(jié)部分主要有兩方面：一是節(jié)氣門壓力調(diào)節(jié)閥(簡稱節(jié)氣門閥)，作用是根據(jù)節(jié)氣門開度產(chǎn)生加速踏板控制液壓，并將此控制液壓加在1-2擋、2-3擋、3-4擋三個換擋閥(變速閥)的一端，當(dāng)節(jié)氣門開度變大時，加速踏板控制液壓升高；二是速控調(diào)壓閥(又稱調(diào)速器)，作用是根據(jù)車速產(chǎn)生由車速控制的液壓，并將此速控液壓加在各換擋閥的另一端，車速增大時，速控液壓增大。換擋閥即根據(jù)以上兩參數(shù)變換擋位。在電子控制自動變速器中，節(jié)氣門開度和車速這兩個參數(shù)分別由節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器采集成電信號，送至電腦，電腦則通過電磁閥操縱換擋閥使之自動變換擋位。
換擋時刻控制部分主要是換擋閥，在電子控制自動變速器中，換擋閥根據(jù)電子控制器確定的換擋點及換擋信號工作，進(jìn)行自動換擋。
換擋品質(zhì)控制機(jī)構(gòu)的作用是控制換擋過程，使升降擋更加平穩(wěn)、柔和、無沖擊，防止產(chǎn)生大的動載荷。一般是在液壓通道上增加蓄能減振器、緩沖閥、定時閥、執(zhí)行力調(diào)節(jié)閥等。
5.電子控制系統(tǒng)
電子控制自動變速器一般采用電控液動系統(tǒng)，由于動力源是供油泵和主調(diào)壓閥，并由其產(chǎn)生液壓，因此仍保留液壓操縱系統(tǒng)。電子控制系統(tǒng)是將液控液動系統(tǒng)液壓操縱裝置的換擋控制機(jī)構(gòu)改為電子控制機(jī)構(gòu)，其作用是將車速傳感器和節(jié)氣門開度傳感器產(chǎn)生的電信號輸入電子控制系統(tǒng)，由電子控制系統(tǒng)經(jīng)過計算、比較處理后，根據(jù)預(yù)先編制的換擋程序，確定擋位與換擋點，輸出換擋指令，控制電磁閥線圈的通斷，改變換擋閥端面的控制液壓，導(dǎo)致?lián)Q擋閥的移動，自動切換執(zhí)行元件的油路，實現(xiàn)自動換擋。
此外，系統(tǒng)還具有自診斷功能與失效安全保護(hù)功能。
電子控制系統(tǒng)由傳感器、電子控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成，圖2-5是豐田A140E四擋自動變速器的電控系統(tǒng)方框圖。
圖2-5 豐田A140E自動變速器電控系統(tǒng)方框圖
三、 電子控制自動變速器的控制原理
電子控制自動變速器(ECT)的控制原理如圖3-1所示，它與液控液動(液壓控制) 自動變速器控制原理(圖3-2)比較有明顯不同。
圖3-1 液控液動(液壓控制)自動變速器控制原理
圖3-2 液控液動(液壓控制)自動變速器控制原理
在液控液動自動變速器中，有兩種液壓信號輸入控制閥(液壓控制裝置)，一種是由調(diào)速閥將車速變換成的液壓信號，另一種是由節(jié)流閥將節(jié)氣門開啟角度變換成的液壓信號，兩種信號分別加到換擋閥兩端。而電子控制自動變速器是將車速和節(jié)氣門開度的電信號輸入電子控制系統(tǒng)，經(jīng)電子控制系統(tǒng)處理后，再輸入指令給電磁閥，利用電磁閥控制液壓回路。液控液動(液壓控制)自動變速器的比較如圖3-3所示。由于電子控制自動變速器采用車速傳感器，可以更準(zhǔn)確地測定車速，且采用微機(jī)控制換擋時機(jī)，還可對車速進(jìn)行精細(xì)的控制，所以目前電子控制自動變速器已廣泛普及，而液控液動自動變速器的使用已越來越少。
圖3-3 電子控制自動變速器與液控液動自動變速器的比
由此可知，電子控制自動變速器實施自動控制的特點是：采用速度傳感器和節(jié)氣門位置傳感器將車速和節(jié)氣門開度轉(zhuǎn)換成電信號，輸入電子控制器ECU，由ECU 根據(jù)預(yù)先編制并存入存儲器ROM的換擋程序，進(jìn)行比較計算，確定換擋點和變矩器閉鎖離合器閉鎖時間，向電磁閥發(fā)出控制信號，以控制電磁閥線圈電流的通斷，再由電磁閥控制液動的換擋閥，換擋閥移動，切換換擋執(zhí)行器(換擋離合器和制動器)的油路，實現(xiàn)自動換擋。換言之，各換擋閥的移動方向由電磁閥控制，而電磁閥線圈通電與否由電子控制系統(tǒng)控制，電子控制系統(tǒng)又是根據(jù)反映發(fā)動機(jī)負(fù)荷的節(jié)氣門位置傳感器和反映車速的速度傳感器輸入電子控制系統(tǒng)的電信號，向電磁閥發(fā)出控制指令的。
（轉(zhuǎn)載）
