汽车自动变速器电子控制技术的研究
摘 要：本文对汽车自动变速器电子控制系统进行了探讨，主要介绍了电子控制技术的发展历史和发展现状，工作原理，性能特点，给出了其在车辆上的应用情况，并分析了其未来的发展趋势以及在智能化浪潮中的重要作用。
【关键词】自动变速器 汽车 电子控制
Abstract: In this paper, the electronic control system of automatic transmission is discussed. Development history and current situation of the electronic control system ,the working principle, performance characteristics, are introduced. The application of the electronic control system to the vehicle is also introduced. The future development trend of the electronic control system is also analyzed As well as in the intelligent car in the important role.
Key words: Automatic transmission vehicle electronic control
引言
汽车作为现代生活的重要交通工具，自其诞生之日至今已有100多年的历史。汽车工业100多年的历史，主要是动力传动的技术史。如果说过去内燃机的发展在汽车工业中起了重要作用，现在则是计算机应用于换挡变速技术，有力地推动了汽车工业的发展。传动系统的自动化是目前车辆技术发展的高级阶段，是当今急需开发与推广的更为核心的技术。自动变速是人们一直追求的目标，而电子控制技术在自动变速中起着不可或缺的作用。
1. 电子控制技术的发展
1.1起步阶段
1939年，美国通用汽车公司首先成功研制了由液力耦合器的行星齿轮变速器组成的四挡液力自动变声器，并安装在该公司生产的Oldsmobile轿车上，该变速器被认为是自动变速器的原始形式。随着新技术的不断发展，自动变速器结构不断得到改进，并逐步走向成熟。
1969年法国雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器，与全液力变速器的区别在于自动换挡的控制系统采用了微处理器，但当时技术不成熟，应用范围较窄。这一阶段属于半自动变速器发展与成熟阶段，如瑞典Scania的CAG系统，Daimler Benz的EPS系统，美国Eaton的SAMT系统等。
1.2发展阶段
随着汽车工业的进步，计算机和电子技术在汽车上得到广泛地应用，自动变速器的性能有了很大的改善。20世纪80年代末，电子控制逐步实用化，越来越多的自动变速器采用了电子控制。其标志是1984年日本五十铃公司投放到市场的NAVI—5电控机械式自动变速器。在此阶段，研究的重点是自动离合器，换挡控制与换挡策略。其典型有日本的Nissan，瑞典的Scania以及Volvo，美国的Ford，意大利的FIAT等。
1.3智能阶段
随着自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能，车辆自动变速器技术即将进入智能化阶段，控制技术的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。德国的宝马公司推出的自适应控制系统，能够自动识别驾驶人的类型，环境条件和行驶状况，并对换挡规律作出调整。日本的Nissan开始采用模糊推理的智能方法，瑞典的SKF公司采用X-by-Wire线操控系统对电子控制技术进行研究，使得汽车的操控系统能够通过电子方式进行智能化控制。
2.电子控制系统的研究
2.1基本组成
目前新款轿车多采用电子控制自动变速器，自动变速器电子控制系统主要由传感器，执行器以及电子控制单元（ECU）三大部分组成，如图2-1所示。
图2-1自动变速器电子控制系统的组成
1—输入轴转速传感器 2—车速传感器 3—液压油温度传感器 4—档位开关 5—发动机电脑 6—发动机转速传感器 7—故障检测插座 8—节气门位置传感器 9—模式开关 10—档位指示灯 11—电磁阀 12—自动变速器电控单元
传感器部分主要包括节气门位置传感器，车速传感器，发动机转速传感器，输入轴转速传感器，冷却液温度传感器，ATF温度传感器，空档起动开关，强制降档开关，制动灯开关，模式选择开关，O/D开关等。
执行器部分主要包括各种电磁阀和故障指示灯等。
ECU主要完成换挡控制，锁止离合器控制，油压控制，故障诊断和失效保护等功能。
2.2工作原理
电控单元（ECU）是整个控制系统的控制中心，它通过检测节气门开度和车速，发动机转速，控制开关信号等参数，按照待定的处理程序处理这些数据，并发出相应地控制信号，控制各种电磁阀的工作，使各种液压阀动作，用液压油驱动离合器，制动器，锁止离合器，单项离合器等执行机构，实现对自动变速器的自动换挡等控制。其控制原理如图2-2所示。
图2-2自动变速器电控系统控制原理方框图
2.3性能特点
电子控制系统是电脑根据节气门位置传感器和车速传感器的信号来控制电磁阀泄油与否，使换挡阀动作，从而完成自动升，降档。由此可知，电控自动变速器的节气门位置传感器信号相当于液控自动变速器中的节气门油压，而车速传感器信号相当于液控自动变速器中的速控油压。两者相比，电子控制系统有以下优点：
（1）驾驶人可以选择适合自己的驾驶模式
（2）换挡冲击小，乘坐舒适性好
（3）经济性好
（4）具有自诊断功能
（5）具有失效保护功能
3.电子控制技术的功能
3.1换挡控制
自动变速器变速杆位于前进档位时，自动换挡控制是自动变速器电子控制系统最基本的控制内容。自动换挡控制就是在汽车行驶过程中，选择最佳换挡时刻换挡，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，变速杆位置，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，如图3-1所示。
图3-1 自动换挡图
由图中可知，节气门开度越大，升档和降档车速越高；节气门开度越小，升档和降档车速越低，这种规律十分符合汽车的实际使用要求。变速杆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。
3.2主油压控制
电控自动变速器采用调压电磁阀来产生节气门油压。电脑根据节气门位置传感器测定的节气门开度，控制发送的调压电磁阀的脉冲信号的占空比，以改变调压电磁阀泄油孔的开度，从而使主油路油压随节气门开度而变化。节气门开度越大，脉冲信号的占空比越小，调压电磁阀的泄油孔开度越小，节气门油压越大。主油路油压随节气门开度的变化曲线如图3-2所示。
图3-2 主油压曲线图
由图可知：
（1）在节气门开度较小时，变速器所传递的转矩越小，各离合器和制动器不易打滑，主油路压力可以降低。当节气门开度较大时，因所传递的转矩较大，为防止离合器，制动器打滑，主油路压力要升高。
（2）车辆在低速档行驶时，变速器所传递的转矩较大，主油路压力要升高。在高速档行驶时，所传递的转矩较小，主油路压力可以降低。
（3）因变速器倒挡使用时间较少，为减小变速器尺寸，倒挡执行元件的尺寸都做的较小，为避免出现打滑，在倒挡时需要提高主油压。
3.3自动模式选择控制
电控自动变速器具有强大的运算和控制功能，并具有一定的智能控制，因此，这种自动变速器由电脑通过各个传感器的信号测得汽车的行驶状况和驾驶人的操作方式，经过运算分析，自动选择采用经济模式，动力模式或普通模式来进行换挡控制，以满足不同的行驶要求，如图3-3所示。
图3-3 自动模式选择控制示意图
由图可知：
（1）S,L（或2,1）位时，电脑只选择动力模式。
（2）在前进挡D位，电脑根据加速踏板被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，换挡模式转换的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为若干小区，每个区域有不同的加速踏板踩下的速率的程序值。当驾驶人踩下加速踏板的速率小于对应区域的程序值时，电脑选择动力模式；反之，选择经济模式。
4.电子控制技术的应用
电子控制技术，简单来说，就是运用电子电路实现控制功能的技术，其应用非常广泛：
（1）汽车电子技术就是把电子技术运用到汽车上，而电控系统是汽车的重要组成部分，其性能直接影响汽车的动力性，经济性，排放性，舒适性等。大规模集成电路和微处理器的应用，是汽车对各工作过程的控制内容由传统的机械手段转变为电子控制手段，提高了控制精度，增加了控制内容。从发动机的燃油喷射、点火控制、进气控制、排放控制、故障自诊断到底盘的传动系统、转向与制动系统，以及车身、辅助装置等都普遍采用了电子控制技术。
图4-1 电控技术在汽车上应用的示意图
（2）家用智能电器就是把电子控制技术应用到电器上，智能家电就是将微处理器、传感器技术、网络通信技术引入家电设备后形成的家电产品，具有自动感知住宅空间状态和家电自身状态、家电服务状态，能够自动控制及接收住宅用户在住宅内或远程的控制指令，同时，智能家电作为智能家居的组成部分，能够与住宅内其它家电和家居、设施互联组成系统，实现智能家居功能。
图4-2 智能化家用电器示意图
（3）军事智能化就是把电子控制技术应用带军事武器装备上，从军事高技术与武器装备的关系来看，军事高技术可分为两大类，一是支撑武器装备发展的基础技术，主要包括微电子技术、光电子技术、计算机技术、新材料技术、高性能推进与动力技术、仿真技术、先进制造技术等;二是直接用于武器装备并使之具有某种特定功能的应用技术，主要包括侦察监视技术、伪装与隐身技术、精确制导技术、信息战技术、指挥控制系统技术、军事航天技术、核化生武器技术、新概念武器技术等。
图4-3 军事高技术应用示意图
5. 电子控制技术的展望
多数的汽车都开始采用电子控制的自动变速器， 以提高对汽车的准确控制程度。而在未来，电子控制自动变速器将得到全方位的发展， 可以实现运用一个微机系统来完成对汽车多个参数、多个规律的控制工作。多规律指在微机中同时存储多种换 档规律等 , 如最佳经济性 ，动力性，各种加速行驶时的最佳经济性，最佳排放质量等，驾驶员可根据需要调用相应的规律实现最佳换档控制。
5.1 研发电子控制的无级自动变速器
理想的无级变速器是让车辆无档次地切换速度，让变速器在电子控制系统下，实现最佳的自动变速。这种变速器可以使导轮的油液流量和压力相匹配，从而减少无级变速器工作时造成的功率损失，很大程度上优化发动机的工作性能，提高汽车的经济性。相信在不远的将来， 电子控制的无级变速器在不长的时间内就将得到广泛应用。 5.2采用微机控制的锁止变矩器式变速器
开发带有超速档的微机控制的锁止变矩器式自动变速器，通过将微机控制系统与变矩器锁止进行良好的匹配，可以扩大自动变速器的应用范围 , 降低汽车的制造成本。通过改变软件编程可以很方便地改变自动变速器的换档特性，通过优化自动变速器的硬件结构可以减少摩擦损失，从而很大程度上优化发动机的工作性能，提高汽车的经济性。
6.结束语
电子控制技术的使用，使得自动变速器得到不断发展，其增长了发动机的使用寿命，提高了驾驶员的舒适性，降低了对环境的污染。 由此可见，这种电子控制的自动变速器具备较多的优点，全面地改善了汽车性能。
电子控制技术已经广泛应用于自动变速器上，了解其发展历史，现状，趋势，工作原理，性能特点及应用状况，对自动变速器的正确使用和维护有重要作用。
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