自動(dòng)變速器（AMT）電控系統(tǒng)

趙 陽(yáng)， 王衛(wèi)翼

（北京福田戴姆勒汽車有限公司， 北京 101400）

某重卡車型的自動(dòng)變速器電控系統(tǒng)電路如圖1所示。 自動(dòng)變速器 （AMT） 電控系統(tǒng)由傳感器、 執(zhí)行器和控制單元（TCU） 組成。

圖1 12擋AMT電控系統(tǒng)電路圖

1 傳感器

1.1 變速器頂部的傳感器

將變速器上蓋拆下， 可以看到傳感器模塊、 選擋模塊（選擋傳感器）， 如圖2所示。

圖2 變速器頂部的機(jī)電模塊

1.1.1 傳感器模塊

傳感器模塊中有3個(gè)位置傳感器， 通過(guò)各撥叉軸上的磁環(huán)觸發(fā)產(chǎn)生電信號(hào)， 來(lái)確定主箱撥叉軸、 半擋撥叉軸、 高低擋撥叉軸位置。 TCU通過(guò)這3個(gè)位置傳感器信號(hào)和選擋信號(hào)便能確定變速器當(dāng)前擋位。 位置傳感器為永磁線性非接觸式位移傳感器。

傳感器模塊上除了3個(gè)位置傳感器， 還集成有輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器和溫度傳感器， 如圖3所示。

圖3 傳感器模塊

1） 1-高低擋組 （GP）傳感器 （位置傳感器）。 用于確定高低擋撥叉軸位置。

2） 2-半擋組 （ GV）傳感器 （位置傳感器）。 用于確定半擋撥叉軸位置。

3） 3-主變速器 （HG）傳感器 （位置傳感器）。 用于確定主箱撥叉軸位置。 主箱撥叉軸有前、 中、 后3個(gè)位置， 分別對(duì)應(yīng)1/3擋、 空擋、 R/2擋。

4） 4-輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器/溫度傳感器。 輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器與油溫傳感器集成一體。 傳感器信號(hào)輪為中間軸齒輪，TCU通過(guò)中間軸轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算出變速器輸入軸轉(zhuǎn)速， 它是換擋控制的重要參數(shù)之一。 油溫傳感器集成在輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器上， 信號(hào)主要用于變速器保護(hù)。

1.1.2 選擋模塊 （選擋傳感器）

選擋傳感器與選擋器集成為一體。 選擋傳感器信號(hào)輸入TCU后， 再結(jié)合主箱位置傳感器信號(hào)， 即可完成主箱擋位確認(rèn)。 電源 （+） 加在引腳1上； 引腳3搭鐵時(shí)， 芯桿右移（回縮）， 選擇1/R擋撥叉； 電源 （+） 加在引腳3上； 引腳1搭鐵時(shí)， 芯桿左移 （伸出）， 選擇2/3擋撥叉。 選擋位置信號(hào)通過(guò)引腳2輸出給TCU。 變速器選擋模塊如圖4所示。

圖4 變速器選擋模塊

1.2 輸出轉(zhuǎn)速傳感器

輸出轉(zhuǎn)速傳感器位于變速器后部， 如圖5所示。輸出軸轉(zhuǎn)速信號(hào)是換擋控制的重要參數(shù)之一。

圖5 輸出轉(zhuǎn)速傳感器

1.3 離合器位置傳感器

離合器位置傳感器安裝于離合器執(zhí)行器上， 用于檢測(cè)離合器位置， 以便實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的精確控制， 如圖6 所示。 TCU 通過(guò)離合器初始位置變化還能計(jì)算出離合器的磨損量 （百分比）， 當(dāng)摩擦片磨損到極限時(shí)， 通過(guò)儀表報(bào)警。

圖6 離合器位置傳感器

1.4 供氣壓力傳感器

供氣壓力傳感器用于檢測(cè)變速器的供氣壓力。 供氣壓力傳感器安裝于閥模塊上， 如圖7所示。 當(dāng)氣壓偏低時(shí)， 變速器功能可能受限； 氣壓過(guò)低時(shí)擋位會(huì)鎖死， 無(wú)法完成擋位轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)允許的供氣壓力范圍： 8～12.5bar。

圖7 供氣壓力傳感器

1.5 傾角傳感器

傾角傳感器集成在TCU內(nèi)部， 焊接在控制單元內(nèi)部電路板上。 傾角傳感器由3塊極板組成， 即左右兩側(cè)固定極板和中間彈性板所組成。

車輛處于不同坡度時(shí)， 彈性板傾斜方向和傾斜量就會(huì)改變。 板間距的變化改變了極板間的電容值， TCU依據(jù)電容值變化就可計(jì)算出道路坡度大小和方向。 如圖8所示。

圖8 傾角傳感器

坡度信號(hào)是目標(biāo)擋位計(jì)算重要依據(jù)之一。 TCU裝車后，需使用診斷儀對(duì)傾角傳感器進(jìn)行標(biāo)定， 標(biāo)定方法是： 將車輛停放在水平地面上， 連接診斷儀， 進(jìn)入標(biāo)定界面， 按提示操作， 即可完成標(biāo)定過(guò)程。

2 執(zhí)行器

執(zhí)行器包括閥模塊 （圖2） 上的14個(gè)電磁閥及受其控制的換擋氣缸、 制動(dòng)氣缸、 離合器氣缸和選擋器 （圖4）。

2.1 閥模塊

閥模塊上集成有14個(gè)電磁閥， 2個(gè)負(fù)責(zé)換擋氣路供氣控制、 4個(gè)負(fù)責(zé)離合器控制、 2個(gè)負(fù)責(zé)制動(dòng)器控制、 6個(gè)負(fù)責(zé)換擋控制， 如圖9所示。

圖9 閥模塊上電磁閥分布

各電磁閥作用見(jiàn)表1。

表1 各電磁閥作用

2.2 換擋氣缸

換擋氣缸位于變速器前蓋上， 內(nèi)置與撥叉軸相連接的換擋活塞， 其中高低擋氣缸和半擋氣缸均沒(méi)有空擋位置， 換擋活塞結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單， 均為單活塞結(jié)構(gòu)， 如圖10～圖13所示。

圖10 內(nèi)置換擋活塞的換擋氣缸

圖13 主箱活塞

主箱需要實(shí)現(xiàn)空擋， 因此主箱活塞結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 共有3個(gè)柱塞。 增加2個(gè)隨動(dòng)活塞的目的是為了實(shí)現(xiàn)空擋。

2.3 制動(dòng)氣缸

圖11 高低擋活塞

圖12 半擋活塞

制動(dòng)器氣缸的作用是變速器在升擋時(shí)， 通過(guò)制動(dòng)中間軸， 來(lái)降低輸入軸轉(zhuǎn)速， 以實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)同步， 如圖14所示。

圖14 制動(dòng)器氣缸

2.4 離合器氣缸

離合器氣缸安裝于變速器一軸上。 離合器分離時(shí)， 氣缸內(nèi)充氣， 活塞和分離軸承一起伸出， 驅(qū)動(dòng)離合器分離；當(dāng)氣缸內(nèi)壓縮空氣排空時(shí)， 活塞逐漸復(fù)位， 離合器接合，如圖15所示。

圖15 離合器氣缸

3 變速器控制單元（TCU）

變速器控制單元 （TCU） 通過(guò)私有CAN接收來(lái)自換擋手柄的指令， 通過(guò)整車PCAN接收發(fā)動(dòng)機(jī)ECU及整車其它模塊信息。 變速器內(nèi)部傳感器通過(guò)硬線連接到TCU， 如圖16所示。 TCU的輸出信號(hào)用于控制主箱擋位切換 （選擋和換擋）、半擋切換、 高低擋切換、 離合器控制和變速器制動(dòng)器控制。

圖16 自動(dòng)變速器 （AMT） 電控系統(tǒng)框圖

4 自動(dòng)變速器（AMT）電控系統(tǒng)功能

4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制

變速器系統(tǒng)向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU發(fā)出啟動(dòng)許可信號(hào)。 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要滿足以下條件： 變速器處于空擋位置； 換擋手柄處于N位置； 踩下腳制動(dòng)。

4.2 起步擋位控制

在起步時(shí)， 手柄處于A位置， 系統(tǒng)自動(dòng)掛入適當(dāng)?shù)钠鸩綋酢?駕駛員可以通過(guò)操縱手柄上的+、 -按鍵切換起步擋位， 可選的最高起步擋位為5擋。

4.3 自動(dòng)換擋控制

實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)換擋， TCU通過(guò)整車CAN網(wǎng)絡(luò)與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、 ABS/EBS控制單元、 緩速器等模塊進(jìn)行通信， 這些信息是目標(biāo)擋位計(jì)算所需要的， 如圖17所示。

圖17 擋位計(jì)算框圖

4.4 保護(hù)功能

4.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)功能

為保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)， 當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低的情況時(shí)， 即便在手動(dòng)駕駛模式下也可能進(jìn)行自動(dòng)換擋； 手動(dòng)換擋不合理時(shí)， 系統(tǒng)也會(huì)拒絕執(zhí)行。

4.4.2 離合器保護(hù)功能

為避免因長(zhǎng)時(shí)間摩擦過(guò)程造成離合器的損傷， 系統(tǒng)根據(jù)傳遞扭矩大小、 離合器上的轉(zhuǎn)速差以及滑動(dòng)時(shí)間計(jì)算當(dāng)前的離合器負(fù)載， 檢查是否已超過(guò)負(fù)載極限值。

如果確認(rèn)離合器超載， 儀表會(huì)報(bào)警。 若警告被忽略，則TCU實(shí)施以下主動(dòng)保護(hù)措施。

1） 可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和離合器扭矩進(jìn)行調(diào)整。

2） 離合器扭矩迅速提高至完全接合， 以防止離合器繼續(xù)承受負(fù)載。 這種方式會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低 （甚至發(fā)動(dòng)機(jī)熄火）。

3） 根據(jù)計(jì)算出的離合器負(fù)載限制可用的起步擋。

4） 可在起步過(guò)程中自動(dòng)降擋。

如果在離合器已接合時(shí)， 仍未能消除離合器打滑， 則指令發(fā)動(dòng)機(jī)限制扭矩。

4.5 空擋滑行功能

空擋滑行功能用于在適當(dāng)?shù)牡匦螚l件下斷開(kāi)動(dòng)力連接，解除發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)作用， 以便充分利用車輛現(xiàn)有的動(dòng)能和勢(shì)能， 達(dá)到節(jié)油目的。 空擋滑行條件如下： ①車輛行駛在10～12擋； ②油門放松； ③無(wú)制動(dòng)和輔助制動(dòng)信號(hào)； ④道路坡度在-3.5%～3.5%范圍內(nèi)； ⑤變速器輸入軸轉(zhuǎn)速小于2000r/min； ⑥轉(zhuǎn)彎半徑大于240m； ⑦水溫在60～105℃范圍內(nèi)； ⑧車速小于102km/h。

5 結(jié)語(yǔ)

此自動(dòng)變速器 （AMT） 電控系統(tǒng)的匹配應(yīng)用， 提升了重卡車型的功能配置， 增強(qiáng)了重卡車型的駕控性能， 能夠給駕駛員提供更好的駕駛感受和安全性能， 進(jìn)一步提升了車型的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。