一、执行器(电磁阀)的作用、类型： 电控自动变速器的执行器主要是电磁阀,其作用是根据变速器ECU的指令接通、切断或部分接通、部分切断液压回路,以实现自动变速器换挡、变矩器锁止、主油压调节、发动机制动。 (1)按作用方式不同：电磁阀分为换挡电磁阀、锁止电磁阀、油压控制电磁阀等。 (2)按控制方式不同：电磁阀分为间接控制式电磁阀和直接控制式电磁阀两种。所谓间接控制,是指电磁阀安装在阀体上,由电磁阀控制机械滑阀动作,再由机械滑阀控制执行元件。所谓直接控制,是指电磁阀直接位于行星齿轮系统的执行器(如离合器或制动器)油路中,直接控制通向执行元件的油压。目前,绝大部分自动变速器使用间接控制式电磁阀。 (3)按工作方式不同：电磁阀分为开关式电磁阀和脉宽调制PWM式电磁阀。开关式电磁阀分为常开式电磁阀和常闭式电磁阀两种。对于常开式电磁阀,在未通电(OFF)时,阀芯离开阀座,泄油孔打开。对于常闭式电磁阀,在未通电(OFF)时,阀芯顶住阀座,将油路封死,在通电后,阀芯打开,油路泄压。 控制电磁阀(带阀体和变速器控制模块)总成利用铅制框架系统将这些电气部件连接到变速器控制模块上,不使用导线。控制电磁阀总成螺栓直接固定阀体总成,阀体总成与发动机线束通过14路连接器连接。 1.换挡电磁阀(SS1): 上汽通用GF6变速器控制模块TCM主要依据节气门位置和车速计算换挡点,当变速器控制模块确定满足换挡条件时,便通过闭合或断开相应的电磁阀的接地电路来指令换挡。 换挡电磁阀是常关( Normally- Close,NC)型,3通路、开/关式电磁阀,受TCM控制。电磁阀通电后,柱塞和计量球受磁场吸引,克服弹簧力向右移动,将排放油路封闭,将执行器进给限制油压油路和控制油路连通。电磁阀断电后,柱塞和计量球阀在弹簧的推动下向左推动,将执行器进给限制油压油路封闭将排放油路和控制油路连通
，其工作原理如图5-8所示。
2.TCC压力控制电磁阀：
别克君威6T40E变速器装备了电子控制容量离合器(ECCC),允许变矩器锁止离器(TCC)不完全锁止在变矩器盖上。离合器保持少量转差,在2挡、3挡、4挡、5挡和6挡时大约20r/min,视车辆的具体情况而定。
电子控制容量离合器(ECCC)的作用是减少因变矩器锁止离合器(TCC)接合而引起的噪声、振动或颤动。在某些应用场合,在高速公路车速下可将变矩器锁止离合器完全锁止。只有当发动机闭环运行且车速在规定范围内时,变矩器锁止离合器(TCC)才会接合。车辆必须处于接近巡航的状态(不加速或滑行),并在水平路面上。
TCC压力控制电磁阀是常低( Normally-Low,NL)型电磁阀,在电磁阀断电时,控制油压油路和排放油路相通,在电磁阀加电时,排放油路被封闭,其工作原理如图5-9所示。
3.管路压力控制电磁阀( Line PCS)：
管路压力控制电磁阀是常高( Normally-High,NH)型电磁阀,在电磁阀断电时,排放油路被封闭,在电磁阀通电时,控制油压油路和排放油路相通,其工作原理如图5-10所示。
工作状态:当断电的时候,电磁阀处于完全打开状态;通电之后,随着电流增加电磁阀开度逐渐减小。
4.离合器压力控制电磁阀：
离合器压力控制电磁阀有两种类型:NL型和NH型。离合器压力控制电磁阀4/5是NL型,与TCC压力控制电磁阀相同。离合器压力控制电磁阀4控制C2-6离合器调节阀,离合器压力控制电磁阀5控制C1-2-3—-4离合器调节阀。离合器压力控制电磁阀2/3是NH型,与管路压力控制电磁阀相同。离合器压力控制电磁阀2控制C3-5-R离合器调节阀,离合器压力控制电磁阀3控制CL-R离合器/C4-5-6离合器调节阀。
二、电子控制系统的功能：
不同车型的电控自动变速器的ECU、控制程序、传感器、控制开关、执行器的数量和安装位置不同,但基本控制原理是相同的。
1.换挡控制：
(1)不同模式下的换挡控制：在一定节气门开度下行驶到一定车速时,变速器ECU会向换挡电磁阀发出指令,由换挡电磁控制机械滑阀动作,打开或关闭换挡执行元件的油路,从而控制自动变速器升挡或降挡。自动变速器维修手册一般都给出不同模式下的换挡曲线图或表格,它给出的其实是该自动变速器在不同模式和行驶状况下的换挡点。所谓换挡点就是在一定的节气门开度下自动变速器升挡、降挡的车速范围,这是进行自动变速器路试,判断自动变速器升挡、降挡控制是否正常的依据。较小的节气门开度等于较早的升挡时刻和较早的TCC锁止车速,也就意味着较好的经济性和较差动力性;较大的节气门开度等于较迟的升挡时刻和较迟的TCC锁止车速,也就意味着较好的动力性和较差的经济性。
(2)重叠换挡控制：某些电控自动变速器内部没有单向离合器,在换挡时,如果需要放松的换挡执行元件放松过早或待接合的换挡执行元件接合过晚,那么会造成换挡时有空挡间隙;如果需要放松的换挡执行元件放松过晚或待接合的执行元件接合过早,那么会使换挡执行元件过度磨损。显然,这种换挡方式增加了换挡控制的难度,要求需要放松的换挡执行元件和待接合的换挡执行元件的工作有一定的重叠,同时通过调整发动机扭矩来使换挡更加平顺。
(3)模糊逻辑控制和动态换挡程序：目前一些新款自动变速器取消了换挡模式开关,采用计算机模糊逻辑控制技术或动态换挡程序DSP,变速器ECU根据以下因素确定最佳换挡时刻。
①行驶阻力。即路面状况,如上坡、下坡、风向造成的不同空气阻力等。
②行车状况。如车速、节气门位置、发动机转速、变速器油温等。
③驾驶习惯。驾驶员踩下加速踏板,就产生了一个运动系数(如踩下加速踏板的速度及加速度
），模糊逻辑系统识别岀该系数,识别驾驶类型,适配岀最佳的换挡规律,从而按驾驶员的意愿确定最佳换挡时刻,这是模糊逻辑控制的关键。换挡杆位于D挡时,若变速器ECU检测到加速踏板踩下的速度及加速度较低,则会自动选择经济模式,将换挡点提前;若ECU检测到驾驶员迅速踩下加速踏板,则自动推迟换挡点,相当于自动进入动力模式,换挡点的推迟量由节气门开度大小及开度变化率决定,这也可以理解为在经济和动力模式之间存在许多随意的换挡时刻,经济和动力模式两条换挡曲线被无数条曲线代替,因而对不同的行驶情况和驾驶者,反应更灵敏。
(4)坡度逻辑控制：
①坡度逻辑控制工作程序。变速器ECU根据变速器转速传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、制动开关和换挡杆位置等信号进行计算,与存储在存储器中的数据进行比较,选择合适的换挡模式,如常规模式(即平路模式)、上坡模式(采用模糊逻辑控制方式)、下坡模式(分为缓坡下坡模式和陡坡下坡模式)、减速模式,从而控制车辆在上坡、下坡或减速时的换挡。
②上坡模式。当变速器ECU得知车辆在D挡或D3挡处于上坡行驶状态时,系统扩展2挡和3挡的驱动范围,以防止自动变速器在2挡和3挡以及3挡和4挡之间频繁换挡,从而使车辆行驶平稳,在需要时能够提供更多的动力。
③下坡模式。当变速器ECU得知车辆在D挡或D3挡处于下坡行驶状态时,系统扩展
3挡和2挡的驱动范围,与由减速锁止而导致的发动机制动相结合,使车辆减速时平稳。
④减速模式。当车辆行驶至道路拐角处,需要先减速然后再加速时,变速器ECU设定数据用于控制减速,以减少自动变速器的换挡总次数。当车辆由高于40km/h的车速减速时,PCM使自动变速器由4挡换至2挡,比普通换挡提前,以适应紧随其后的加速。
2.主油压控制：
变速器ECU通过压力控制电磁阀控制主油压,以适应不同驾驶状态的需要,使换挡操作平稳。电液式控制系统中的主油路油压也是由主油路调压阀来调节的。目前一些新型电子控制自动变速器的电流式控制系统则完全取消了由节气门拉索控制的节气门阀,它们的节气门油压由一个油压电磁阀来产生。油压电磁阀是一种脉冲线性式电磁阀,电脑根据节气门位置传感器测得的节气门开度,计算并控制送往油压电磁阀的脉冲信号的占空比,以改变油压电磁阀排油孔的开度,产生随节气门开度变化的油压(即节气门油压)。节气门开度越大脉冲电信号的占空比越小,油压电磁阀的排油孔开度越小,节气门油压越大。这一节气门油压被反馈到主油路调压阀,作为主油路调压阀的控制压力,使主油路调压阀随着节气门的开度的变化改变所调节的主油路油压的大小,以获得不同的发动机负荷下主油路油压的最佳值,并将驱动油泵的动力损失减少到最小。此外电脑还能根据挡位开关的信号,在变速杆处于倒挡位置时提高节气门油压,使倒挡时的主油路油压升高,以满足倒挡时对主油路油压的需要。
3.变矩器锁止离合器控制：
变速器ECU按照设定的控制程序,通过变矩器锁止离合器控制电磁阀来控制变矩器锁止离合器的接合与分离。电控自动变速器在各种工况下的最佳变矩器锁止离合器控制程序被事先存储在变速器ECU的内存中,变速器ECU根据自动变速器挡位、选择模式、车速及节气门开度等,与内存中的数据进行比较,当满足锁止条件时,变速器ECU向电磁阀发出电信号,
使变矩器锁止离合器接合,液力变矩器按机械传动工况工作。不同型号自动变速器的变矩器锁止离合器的接合条件不同,如新款奔驰轿车采用的7速自动变速器,其变矩器锁止离合器从1挡到7挡都有可能接合,这大大降低了自动变速器的功率损耗和整车油耗。对于不同的自动变速器,变矩器锁止离合器控制电磁阀既有开关式电磁阀,又有脉宽调制式电磁阀,新生产的车型多数采用脉宽调制式电磁阀。变速器ECU通过发动机转速传感器和自动变速器输入轴转速传感器信号计算变矩器锁止离合器的滑转速度,从而使变矩器锁止离合器的接合速率得到控制,使变矩器锁止离合器的工作更加平稳。在以下情况,变速器ECU控制变矩器锁止离合器解除锁止:当变速器ECU收到制动信号时(有些自动变速器是在变速器ECU收到制动信号且车速降低到一定的车速时),当发动机冷却液温度低于某值时，当节气门完全关闭时,或在其他情况下(如变速器ECU检测到变矩器锁止离合器控制电路有故障时)。
4.换挡品质控制：
为了提高汽车的舒适性,自动变速器换挡应平顺柔和,为此,变速器ECU都有换挡品质控制程序。目前变速器ECU通常通过以下几个方面的控制来改善换挡品质。
(1)换挡油压控制：在自动变速器升挡或降挡的瞬间,变速器ECU通过压力控制电磁阀使主油压降低,以减小换挡执行机构的工作压力,从而达到减缓换挡冲击力,改善换挡质量的目的。有些自动变速器控制系统在换挡时通过调整蓄压器活塞的背压,降低离合器或制动器液压缸内的油压增长速度,来达到减轻换挡冲击的目的。
(2)减小扭矩控制：在自动变速器升挡或降挡的瞬间,延迟发动机的点火时间,减小喷
油脉宽或控制电子节气门,暂时减小发动机输出扭矩,以减小换挡冲击力。
(3)N→R挡和N→D换挡控制在将换挡杆由P挡或N挡拨到R挡或D挡时,变速器ECU通过减小主油压,暂时减小发动机输出扭矩,减轻换挡时的冲击。对于某些自动变速器,在换挡杆从N挡换到D挡时,变速器ECU临时切换到2挡,然后再控制1挡啮合，以减少换挡振动,使车辆平稳。
5.发动机制动作用控制：
变速器ECU按照设定的程序,在换挡杆位置、车速、节气门开度等满足条件时,向强制离合器或强制制动器控制电磁阀发送指令,使强制离合器或强制制动器接合或制动,使自动变速器具有反向传递动力的能力,从而使汽车在下坡或滑行时可以实现发动机制动,以保证行车安全。
6.自动空挡控制：
在车辆静止,换挡杆位于D挡且踩下制动踏板时,有些自动变速器内部的啮合挡位不是D1挡,而是空挡。雪佛兰赛欧轿车新型AF13自动变速器和新版变速器控制模块TCM,增加了空挡控制功能,具有空挡控制功能的AF13自动变速器可以提高发动机/车辆的怠速稳定性/舒适性。更改的项目包括变速器控制模块TCM、硬件、软件、标定数据、自动变速器本体、变速器侧盖C1鼓总成、阀体总成及线路/电磁阀。当满足以下条件时,自动变速器将进入空挡:换挡杆位于D、3、2、1挡;变速器油温在10℃以上;发动机节气门开度在2.5%以下;踩下制动踏板;车速为0km/h;发动机转速在1000r/min以下。
7.变速器TCM与发动机ECU通信：
变速器ECU只有获得部分发动机运行参数(信号),才能正确控制自动变速器换挡，这些信号包括节气门位置、发动机转速、发动机冷却液温度等。同时,发动机ECU还要从变速器ECU处获得一些信息,如换挡时间等,以便协调工作。变速器ECU与发动机ECU之间的数据交换,有以下几种方式。
(1)采用动力系统控制模块PCM：发动机ECU和变速器ECU合
二为一,变成动力系统控制模块PCM,它不但能控制发动机燃油喷射系统和点火系统,还能控制自动变速器换挡及变矩器锁止离合器,允许使用共同的输入信号,共享发动机和变速器传感器的数据,这减少了传感器的数量和外部信号连接线。
(2)采用专线通信方式：在变速器ECU和发动机ECU之间有多条连接线,每条连接线传送一种信号,如雪佛兰赛欧轿车AF13自动变速器,变速器ECU与发动机ECU之间共有4条连接线,分别传送发动机转速信号、节气门位置(负荷)信号、驻车/空挡开关信号和扭矩控制信号。
(3)数据总线通信方式：目前生产的新款轿车的变速器ECU与发动机ECU之间普遍采用数据总线通信方式,传输速度快,简化了电路连接,提高了可靠性。
8.使用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,电脑通过这一传感器可以检测出自动变速器输入轴的转速,并由此计算出变矩器的传动比(即泵轮和涡轮的转速之比)以及发动机曲轴和自动变速器输人轴的转速差,从而使电脑更精确地控制自动变速器的工作。特别是电脑在进行换挡油路压力控制、减转矩控制、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精确,从而获得最佳的换挡感觉和乘坐舒适性。
9.新型自动变速器的重叠换挡控制：
换挡过程实际上是摩擦元件的摩擦力交替的过程,在常见的摩擦式离合器-离合器或离
合器-制动器换挡中,若摩擦力矩替换过程的定时不当,将会引起输出转矩的急剧变动。两个离合器之间或离合器与制动器之间摩擦力矩的替换,总会有或多或少的中断间隔或重叠。
重叠不足或重叠过多,都会产生不应有的换挡冲击,如图5-11所示。
“重叠不足”是指待分离的离合器过快地泄油分离,待接合的离合器未能建立足够的油压,因而出现两个离合器传递转矩间断的现象。在这个重叠不足的时间内,输出转矩先是下降过多,随后又急剧上升,形成较大的转矩扰动。与此同时,发动机转速也得不到平稳的过渡,先是因负荷减小而增速,后又因负荷急剧增大而降速。
“重叠过多”是指在待接合的离合器已经能够传递很大的转矩时,应分离的离合器还没有很好地泄油分离,因而出现两个执行机构同时工作的情况。在一个短暂时间内,两个挡位重叠工作,使发动机和输出轴都受到制动作用,因而输出轴有很大的转矩扰动。随后又因应分离的离合器接合,使变速器输出轴的转矩又急剧升高。同时发动机的转速先是急降,再回升,表现出不稳的情况。重叠过多的转矩扰动比重叠不足时更严重,重叠过多的升挡过程最不平稳。所以要对两个交替换挡的执行元件的泄油充油过程进行控制,以得到满意的交替衔接。过去传统自动变速器是通过换挡定时控制来避免换挡执行元件交替转换时出现时间差和过度重叠现象的,而在一些新式自动变速器换挡控制上,允许两个元件交替转换时出现重叠,目前一些5速和6速变速器具有这种重叠换挡控制。
ZF公司生产的6HP系列变速器在执行全部换挡(从1挡至6挡和从6挡至1挡)时,相邻两挡的换挡执行元件在交替作业时出现重叠现象就是所谓的重叠换挡。也就是说在换挡期间,正在传递力的离合器在释放前保持一段时间,直到相应的准换挡离合器随着正在传递力的离合器压力下降到适合的转矩为止。转矩的协调通过加挡时短时间降低发动机转矩,或在减挡时增加发动机转矩来支持换挡过程。
