溫度傳感器在雙離合自動變速器中的應(yīng)用

董蕾 張友皇 王祺明

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心）

汽車上應(yīng)用了很多溫度傳感器，比如發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻液溫度傳感器、機(jī)油溫度傳感器、自動變速器油溫傳感器及懸架空氣泵溫度傳感器等[1]。隨著用戶對車輛駕駛性和燃油經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，雙離合器自動變速器（DCT）得到越來越廣泛的應(yīng)用。在DCT特別是濕式DCT上，一般配置2個溫度傳感器，用于測量變速器油溫以及離合器冷卻油溫，由于變速器控制單元（TCU）對溫度傳感器有著嚴(yán)格的要求，需要對溫度傳感器進(jìn)行匹配，匹配質(zhì)量直接關(guān)系到最終的變速器控制效果和可靠性。文章提出一種溫度傳感器匹配方法，滿足了變速箱工作及TCU控制軟件的要求，經(jīng)過實車驗證效果良好。

1 溫度傳感器種類及特點(diǎn)

溫度傳感器是通過感溫元器件隨溫度變化而改變某種特性（膨脹、電阻、電容、電動勢、磁性能、頻率、光學(xué)特性及熱噪聲等），來間接測量溫度并轉(zhuǎn)換成輸出信號的傳感器。按測量方式可分為接觸式和非接觸式；按能量轉(zhuǎn)換方式分為有源和無源；按傳感器材料及電子元件特性又分為熱電阻、熱電偶[2]、集成電路溫度傳感器及數(shù)字溫度傳感器等。

熱電阻的工作溫度范圍較窄，但靈敏度高，有利于檢測微小溫差，其輸出特性為非線性，檢測時需要做線性化；熱電偶測溫靈敏度低，但能在很廣的溫度范圍內(nèi)使用；集成電路溫度傳感器利用了半導(dǎo)體PN結(jié)電流電壓特性和溫度的相關(guān)性，和熱敏電阻、熱電偶相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是輸出線性好，測溫精度較高，使用方便，但成本偏高；數(shù)字溫度傳感器雖然使用簡單，但時序性特別強(qiáng)，需要根據(jù)協(xié)議精確編程，軟件實現(xiàn)比較麻煩[3]。

2 溫度傳感器在濕式DCT中的應(yīng)用

2.1 溫度傳感器與TCU的匹配

2.1.1 溫度傳感器的物理特性要求

DCT需要至少1個溫度傳感器來檢測變速器的油溫，其中濕式DCT的雙離合器摩擦片通過變速器油將熱量帶走，因此還需要配置一個檢測離合器冷卻油溫度的傳感器。

溫度傳感器需要準(zhǔn)確快速地檢測變速器油液的溫度變化，并能夠長時間工作在高溫的變速器油中。特別是對于檢測離合器冷卻油液溫度的傳感器還要求傳感器響應(yīng)時間快，能夠及時反映離合器的工作狀態(tài)。

變速器的極限工作溫度范圍是-40～140℃；離合器的熱負(fù)荷較高，其冷卻油液的溫度會超過145℃?？紤]到實際的工作狀態(tài)并結(jié)合溫度傳感器的精度要求，變速器油溫傳感器的工作溫度范圍確定為-55～150℃，而離合器冷卻油液溫度傳感器的工作溫度范圍確定為-55～175℃。

根據(jù)以上要求，熱電阻類型溫度傳感器可以滿足變速箱的抗振動、耐油性、工作溫度范圍以及測量精度要求，且成本合適。

2.1.2 溫度傳感器的硬件接口電路匹配

（3）供試品溶液的制備：精密量取濃縮液50 mL，用水飽和正丁醇振搖提取4次，每次40 mL，合并正丁醇液，用氨試液充分洗滌2次，每次40 mL，棄去氨液，正丁醇液蒸干，殘渣用甲醇溶解定容至5 mL量瓶中，搖勻，即得供試品溶液。

熱電阻溫度傳感器的芯片有很多類型可以選擇，如負(fù)溫度系數(shù)電阻（NTC）及正溫度系數(shù)電阻（PTC）等。芯片輸出隨著溫度變化而變化的電阻值，TCU提供采集和信號處理電路并且提供傳感器對電源短路、對地短路和開路的診斷。圖1示出PTC類型的一種溫度芯片KTY83的電氣參數(shù)。傳感器芯片是無源的，需要TCU提供供電和采集處理電路，傳感器與TCU接口電路的典型配置，如圖2所示，其中接口電阻（R）和接口電容（C）根據(jù)實際的應(yīng)用情況進(jìn)行選擇。

圖1 KTY83型號離合器溫度傳感器特性曲線

圖2 溫度傳感器與TCU接口電路典型配置

2.1.3 溫度傳感器的信號產(chǎn)生及內(nèi)部處理

溫度傳感器提供連續(xù)的電阻值作為模擬量信號輸入給TCU，TCU通過采集傳感器兩端電壓并對電壓進(jìn)行濾波處理輸入給TCU控制軟件，溫度信號的采樣精度完全由TCU的采樣精度決定。

2.2 溫度信號在控制軟件中的應(yīng)用

TCU需要實時監(jiān)測離合器冷卻油的溫度以對離合器的滑摩狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，避免離合器過熱燒蝕，需要以變速器的油溫來判斷變速器的工作狀態(tài)。

TCU控制軟件通過采集控制器底層軟件輸入的電壓進(jìn)行查表獲取當(dāng)前溫度。溫度信號的處理和傳遞框圖，如圖3所示。

圖3 傳感器溫度信號處理和傳遞框圖

2.2.1 溫度信號的處理和故障診斷

DCT在工作過程中首先對從TCU底層獲取的溫度信號可用性和合理性進(jìn)行診斷，TCU控制軟件首先對溫度信號的可用性進(jìn)行判斷，即溫度信號的診斷及處理需求，如表1所示。溫度信號診斷和處理流程圖，如圖4所示。

表1 傳感器溫度信號診斷及處理需求

圖4 傳感器溫度信號診斷和處理流程圖

2.2.2 溫度信號在控制邏輯中的應(yīng)用

DCT在不同的工作溫度下，由于油液黏度等性能的變化對離合器的摩擦因數(shù)及電磁閥的響應(yīng)等方面影響非常大，對DCT的控制需要在邏輯上加入溫度補(bǔ)償以更好地控制變速器。溫度信號在濕式DCT上的邏輯應(yīng)用主要有安全保護(hù)和邏輯補(bǔ)償2個方面。

1）安全保護(hù)：a.變速器油溫超過第1限值，TCU控制軟件將控制加大變速器冷卻流量；b.變速器油溫超過第2限值，TCU控制軟件將控制脫開離合器；c.離合器冷卻油溫超過第1限值，TCU控制軟件將控制加大離合器的冷卻流量；d.離合器冷卻油溫超過第2限值，TCU控制軟件將控制脫開離合器；e.離合器冷卻油溫和離合器溫度模型油溫的差值高于限值，TCU控制軟件將控制加大冷卻流量，并采用變速器油溫替代離合器冷卻油溫；f.離合器冷卻油溫和變速器油溫變化梯度過大，TCU控制軟件將協(xié)調(diào)控制發(fā)動機(jī)限扭。

2）控制邏輯上作為溫度補(bǔ)償?shù)妮斎雲(yún)⒘浚篴.變速器油溫作為油泵流量計算的輸入?yún)⒘浚籦.變速器油溫作為電磁閥壓力-電流（P-I）溫度補(bǔ)償輸入?yún)⒘?；c.結(jié)合變速器油溫及離合器主/從動片轉(zhuǎn)速差得到離合器拖曳扭矩的損失扭矩；d.結(jié)合變速器油溫及離合器油溫和摩擦功得到離合器請求的冷卻流量；e.根據(jù)變速箱油溫和冷卻流量請求主油路壓力。

2.3 溫度傳感器的性能驗證

2.3.1 TCU對輸出信號的識別測試

利用標(biāo)準(zhǔn)溫度箱產(chǎn)生溫度環(huán)境，將溫度傳感器浸入溫度箱中，記錄TCU采集的溫度傳感器輸出信號，并對信號進(jìn)行分析。測試結(jié)果，如圖5所示。

圖5 傳感器溫度信號測試結(jié)果

經(jīng)過測試，TCU在要求的-40～150℃范圍內(nèi)均能正確識別到溫度傳感器的溫度信號，考慮到溫度環(huán)境中不穩(wěn)定因素的影響，溫度信號偏差在±2.7℃范圍之內(nèi)，滿足溫度芯片的偏差精度要求。

2.3.2 整車環(huán)境下的性能驗證測試

在整車試驗中采集溫度傳感器信號并與裝配在變速器的標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器信號同步記錄，如圖6所示。

圖6 整車測量溫度傳感器信號

從圖6可以看出，溫度傳感器信號跟隨標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器信號較好，二者最大偏差3℃，在系統(tǒng)允許的±5℃范圍內(nèi)；升溫響應(yīng)時間小于2.5 s，降溫響應(yīng)時間小于5 s，均可以達(dá)到系統(tǒng)的響應(yīng)需求。

2.3.3 溫度信號應(yīng)用測試

溫度信號在軟件邏輯中的應(yīng)用主要是作為電磁閥的P-I溫度補(bǔ)償?shù)妮斎雲(yún)⒘?，在電磁閥的P-I控制中，根據(jù)電磁閥的期望控制壓力結(jié)合溫度得到電磁閥的期望控制電流，TCU根據(jù)期望電流控制電磁閥得到壓力傳感器檢測的實際壓力。在TCU控制軟件的標(biāo)定中采集電磁閥的期望壓力和實際壓力，并進(jìn)行對比。圖7示出軟件邏輯溫度補(bǔ)償前后離合器期望壓力和實際壓力的控制狀態(tài)。

圖7 變速器控制軟件邏輯溫度補(bǔ)償前后離合器壓力控制精度

從圖7a可以看出，在溫度補(bǔ)償前，實際壓力與期望壓力在電流控制穩(wěn)定后，一般偏差達(dá)到15～20 kPa，最大偏差達(dá)到36 kPa。如圖7b所示，加入了電磁閥的溫度補(bǔ)償后，實際壓力與期望壓力在電流控制穩(wěn)定后，一般偏差達(dá)到3～5 kPa，最大偏差也只有15 kPa，因此通過溫度傳感器的補(bǔ)償，可以提升壓力控制的精度以及變速箱換擋的舒適性。

3 結(jié)論

DCT選用PTC溫度傳感器采集變速器溫度信號，測試溫度范圍及精度能滿足DCT的要求。變速器內(nèi)部2個溫度傳感器的熱電阻均能根據(jù)被測溫度變化而發(fā)生相應(yīng)變化，經(jīng)過TCU采集系統(tǒng)實現(xiàn)溫度測量，信號處理芯片及接口電路能滿足TCU的匹配要求。經(jīng)過實際功能和耐久驗證，證明該型溫度傳感器在DCT變速箱上應(yīng)用可行且運(yùn)行可靠。變速器控制軟件使用溫度信號補(bǔ)償電磁閥的控制電流，達(dá)到了良好的效果。