第5章电子控制系

第五章电子控制系统现在几乎所有的轿车自动变速器都采用了电子控制系统。电子控制系统能按汽车行驶的需要选择相应的挡位，实现更复杂、更合理的控制，获得更理想的经济性和动力性，并可简化液压控制系统，提高控制精度和反应速度，容易实现整车控制。它由电子控制装置和阀板总成两个部分组成。一、电子控制装置电子控制装置由传感器、控制开关、执行器及电子控制单元等组成。电子控制单元根据传感器检测所得节气门开度、车速、油温等运转参数，以及各种控制开关送来的当前状态信号，经运算比较和分析后按设定的程序，向各个执行器发出指令，以操纵阀板总成中各种控制阀的工作，从而最终实现对自动变速器的控制。1.传感器结构与工作原理（1）节气门位置传感器用以检测发动机节气门开度的大小，是自动变速器换挡控制的一个重要依据。自动变速器通常采用的线性节气门位置传感器。节气门轴带动线性电位计和怠速开关的滑动触点。节气门关闭时，怠速开关接通；节气门开启时，怠速开关断开。当节气门开度不同时，电位计电阻不同，这样节气门开度的变化被转变为电阻或电压信号输入电子控制单元，电子控制单元就可获得节气门变化的信号和变化的速率，以此作为其控制不同行驶条件下的挡位变换的重要依据。（2）车速传感器用于检测自动变速器输出轴的转速，并换算成汽车行驶的车速，它也是自动变速器换挡控制的一个重要依据。电磁感应式的车速传感器，固定于自动变速器输出轴附近的壳体上，靠近安装在输出轴上的停车锁止齿轮或感应转子。当输出轴转动时，停车锁止齿轮或感应转子的凸齿不断靠近或离开车速传感器，感应线圈内的磁通量发生变化，从而产生交流感应电压。电子控制单元根据感应电压脉冲频率的大小计算出车速。（3）输入轴转速传感器用以检测自动变速器输入轴转速信号，该信号使电子控制单元对换挡过程的控制更为精确，同时该信号与发动机转速信号比较可计算出液力变矩器的传动比，优化油路压力控制过程和锁止离合器的控制过程，改善换挡质量，提高汽车的行驶性能。其结构、工作原理与车速传感器相同）。（4）油温传感器用以检测液压油的温度，作为电子控制单元进行换挡控制、油压控制和锁止离合器控制的依据。油温传感器位于油底壳内阀板上，内部结构为一热敏电阻，其阻值随温度发生变化，通常温度越高，阻值越小，电子控制单元根据其阻值的变化计算出油温。2.控制开关电子控制装置的控制开关有：超速挡开关、模式开关、挡位开关等。（1）超速挡开关通常位于操纵手柄上，用于控制自动变速器的超速挡。当开关打开时超速挡电磁阀通电，将使作用于３－４挡换挡阀高挡端的压力油泄空，车速足够高时可换入４挡，当开关关闭时超速挡电磁阀不通电，压力油使３－４挡换挡阀锁止在３挡位置，车速再高也无法升入４挡。在驾驶室仪表盘上，有“Ｏ/ＤOFF”指示显示超速挡开关的工作状态。开关打开，“Ｏ/ＤOFF”灯灭；开关关闭，则“Ｏ/ＤOFF”指示灯亮。（2）模式开关用于选择自动变速器的换挡控制模式，不同的模式，换挡规律不同，常用的模式有动力模式(Power)、经济模式(Economy)、普通模式(Normal)。动力模式是以获得最大动力性为目标设计换挡规律，升挡迟；经济模式以获得最佳燃油经济为目标设计换挡规律，升挡早；普通模式则介于两者之间。（3）挡位开关挡位开关位于手动阀摇臂轴上（图2－88）或操纵手柄下方，用以检测操纵手柄的位置，它由几个触点组成。当操纵手柄位于不同的位置时，相应的触点被接通。电子控制单元依据被接通的触点，测得操纵手柄的位置，从而按照不同的程序控制自动变速器的工作。3.执行器电子控制装置中的执行器是各种电磁阀。常见电磁阀的有开关式和脉冲线性式两种。（1）开关式电磁阀开关式电磁阀的作用是开启或关闭自动变速器油路，可用于换挡及液力变矩器的锁止离合器的控制。开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、阀芯和回位弹簧等组成。它只有两种工作状态：全开或全关。当线圈不通电时，阀芯被油压推开，打开泄油孔，该油路压力泄为０；当线圈通电时，电磁力将阀芯左移，关闭泄油孔，油路压力上升。（2）脉冲线性式电磁阀脉冲线性式电磁阀的结构与开关式电磁阀相似，也是由电磁线圈衔铁、阀芯或滑阀等组成。脉冲线性式电磁阀用来控制油路中的油压。通电后，电磁力使阀芯或滑阀开启泄油孔，压力下降；不通电，在弹簧作用下阀芯或滑阀关闭泄油孔，压力上升。其控制电信号为一个频率固定的脉冲电信号，脉冲电信号使电磁阀不断反复地开启和关闭泄油孔，电子控制单元通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比例即所谓的占空比来控制油路压力。占空比与油路压力成反比关系。4.电子控制单元（ECU）及其控制内容自动变速器电子控制单元是电子控制系统的控制核心，它根据各传感器及控制开关的信号和设定控制程序，通过运算分析，向各个执行器输出控制信号，从而实现对自动变速器的控制。其基本结构与汽车其他系统电子控制单元相似，它的控制内容主要有如下方面：（1）换挡控制自动变速器操纵手柄位于前进挡位时自动换挡控制是自动变速器电子控制单元的最基本的控制内容。自动换挡控制就是在汽车的行驶过程中，选择最佳时刻换挡，即选择最佳的换挡车速，以使汽车的动力性和经济性最佳。最佳的换挡车速与节气门开度、操纵手柄的位置、模式开关的位置有关。最佳的换挡车速与节气门开度的关系可用自动换挡图来表示。（1）换挡控制节气门开度越大，升挡和降挡车速越高；节气门开度越小，升挡和降挡车速越低，这种规律十分符合汽车的实际使用要求。操纵手柄的位置和模式开关的位置不同时，对汽车的使用要求也有所不同，因此其换挡规律应作相应的调整。电子控制单元自动换挡的控制是由２个或３个开关式换挡电磁阀来完成的，其控制过程如图所示。（2）主油路油压控制主油路油压由主油路调压阀调节，早期的电子控制系统中由节气门阀输出油压和倒挡油路油压对其进行反馈控制。新型电子控制自动变速器由电子控制单元主要根据节气门的开度、挡位、油温及换挡等信号，计算得到相应的主油路压力值，并通过输出相应的占空比脉冲信号来控制油压电磁阀的开、关比率，实现对主油路的控制。节气门开度越大，主油路油压越高，节气门开度越小；主油路油压越低，倒挡进主油路油压较前进挡高。（3）自动模式控制新型自动变速器取消了手动选择的模式开关，采用了电子控制单元自动模式变换控制，电子控制单元根据各个传感器的信号测得汽车的行驶状况，根据操纵手柄的位置和加速踏板踩下的速率来判断驾驶员的操作方式，经运算分析，自动选择采用经济模式、普通模式、动力模式来进行换挡控制，以满足不同的操作要求。①S、Ｌ（或２、１）位时，电子控制单元只选动力模式。②Ｄ位时，电子控制单元根据加速踏板踩下的速率来确定换挡模式，但在不同的车速和节气门开度下，换挡模式转换时加速踏板踩下速率是不同的，为此将车速和节气门开度划分成若干小区，每个区域有不同的加速踏板踩下的速率的程序值，当驾驶员踩下加速踏板的速率大于对应区域的程序值时，电子控制单元选择动力模式；反之，当踩下加速踏板的速率小于对应区域的程序值时，电子控制单元选择经济模式。这些区域中节气门开启速率程序值的分布规律是：车速越低或节气门开度越大，其程序值越小，即越容易选择动力模式。③Ｄ位，电子控制单元选择动力模式后，一旦节气门开度低于１/８，电子控制单元将转为选择经济模式。（4）锁止离合器控制最理想的锁止离合器控制是既能保证汽车的行驶要求，又能最大限度地提高变矩器的传动效率，以降低油耗。电子控制单元中储存有不同工作条件下的最佳锁止离合器控制程序。工作中，电子控制单元根据挡位、模式等工作条件从存储器内选择相应的最佳控制程序，并与当前车速、节气门开度等进行比较，当车速及其他因素均满足锁止条件时，电子控制单元向锁止离合器的锁止电磁阀输出控制信号，使锁止离合器接合。（5）发动机制动控制目前一些新型电子控制自动变速器的强制离合器或强制制动器的工作是由电子控制单元通过电磁阀来控制。电子控制单元按照设定的发动机制动控制程序，在操纵手柄位置、车速、节气门开度等因素满足一定条件（如：操纵手柄位于前进低挡位置，且车速大于１０km/h，节气门开度小于１/８）时，向强制离合器电磁阀或强制制动器电磁阀发出电信号，打开强制离合器或强制制动器的控制油路,使之接合，使自动变速器具有反向传递动力的能力，从而在汽车滑行时实现发动机制动。（6）改善换挡质量的控制电子控制单元采用多种方法来控制自动变速器的换挡过程，以改善换挡质量，提高汽车的乘坐舒适性。目前常见的改善换挡质量的特殊控制功能有以下几种：①换挡油压控制：在挡位更换的瞬间，电子控制单元通过油压电磁阀适当降低主油路油压，以减小换挡冲击，改善换挡质量。也有的是在换挡时通过电磁阀减小减速振器活塞的背压，以减缓离合器或制动器液压缸内油压的增长速度，达到减小换挡冲击的目的。②减小扭矩控制：在换挡瞬间，通过延迟发动机的点火时刻或减小喷油量，暂时减小发动机的输出扭矩，以减小换挡冲击和输出轴的扭矩波动。其控制过程是：自动变速器电子控制单元在换挡瞬间，向发动机电子控制单元发出减小扭矩控制信号，发动机电子控制单元接收到这一信号后，立即延迟发动机的点火时刻或减小喷油量，执行减小扭矩控制。③Ｎ－Ｄ换控制：这种控制是在操纵手柄由Ｐ位或Ｄ位换至Ｄ位或Ｒ位时，通过调整发动机的喷油量，将发动机的转速波动减至最小程度，以改善换挡质量。若无这种控制时，在操纵手柄由Ｐ位或Ｎ位与Ｄ位或Ｒ位之间相互变换时，因负荷的变化导致发动机转速出现大的波动。（7）输入轴转速传感器的控制目前一些新型电子控制自动变速器设有输入轴转速传感器，电子控制单元通过这一传感器检测自动变速器输入轴的转速，并由此计算出变矩器的传动比以及发动机曲轴和自动变速器输入轴的转速差，从而使电子控制单元更精确地控制自动变速器的工作。特别是在电子控制单元进行换挡油路压力控制、减小扭矩控制、锁止离合器控制时，利用这一参数进行计算，可使这些控制的持续时间更加准确，从而获得最佳的换挡质量和乘坐舒适性。（8）故障自诊断和失效保护在电子控制装置中电子控制单元能不停地监测所有传感器和部分执行器的工作，一旦发现某个传感器或执行器有故障，工作不正常，它立即采取以下几种保护措施：①在汽车行驶时，仪表盘上的自动变速器故障警告灯亮起，以提醒驾驶员立即将汽车送至修理厂检修。②将检测到的故障内容以故障代码的形式贮存在电子控制单元的存储器中。③电子控制单元按设定的失效保护程序控制自动变速器的工作，以保证汽车的基本行驶能力。二、阀板结构与工作原理电子控制系统中的阀板总成与液压控制系统中的阀板总成相似，也是由各种控制阀组成。早期的电子控制系统中的阀板总成中的换挡阀和变矩器锁止控制阀的工作是由电脑通过电磁阀来控制，其余控制阀的结构、工作原理与液压控制系统基本相同。目前新型的自动变速器电子控制系统还取消了节气门阀，改由电脑控制的油压电磁阀来产生节气门阀油压，并让主油路调压阀的工作受控于油压电磁阀。下面介绍这些控制阀的结构和工作原理。1.主油路调压阀它与液压控制系统中的主油路调压阀相似，只是将原来来自节气门阀的反馈油压改为由油压电磁阀控制的油压。油压电磁阀的占空比决定了反馈的油压。节气门开度越大，占空比越大，电磁阀开度也越大，作用在主油路调压阀的反馈油压越大，从而使主油路油压随着节气门开度的增大而升高。２.换挡阀换挡阀的控制完全由换挡电磁阀控制。其控制方式有两种：一种是施压控制，即通过开启或关闭换挡阀控制油路的进油孔来控制换挡阀的动作；另一种是泄压控制，即通过开启或关闭换挡阀控制油路的泄油孔来控制换挡阀的动作。换挡阀的左端通过油路和换挡电磁相通。当电磁阀关闭时，无油压作用在换挡阀左端，换挡阀在右端弹簧的作用下移向左端(图a)；当电磁阀开启时，主油路压力油经电磁阀作用在换挡阀左端，使换挡阀克服弹簧作用力移向右端（图b）。在换挡阀动作时，油路产生变化，实现换挡。３.锁止离合器控制阀目前许多新型电子控制自动变速器采用脉冲线性式电磁阀来控制锁止离合器工作。当作用在锁止电磁阀上的脉冲电信号的占空比为０是，电磁阀关闭，没有油压作用在锁止离合器控制右端，锁止离合器压盘左、右两侧的油压相同，锁止离合器处于分离状态；当作用在锁止电磁阀上