商用車液力自動(dòng)變速器的控制功能研究及前景分析

雷勝 段小龍

【摘 要】變速器是汽車中用來改變或固定輸入軸和輸出軸傳動(dòng)比的齒輪傳動(dòng)裝置，也被稱為變速箱。汽車中的變速器主要是通過改變傳動(dòng)比，進(jìn)而改變發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，使車輛在起步、加速、勻速和減速等不同形勢條件下獲得相應(yīng)的牽引力和車速，以保證行車安全和穩(wěn)定。傳統(tǒng)的汽車變速器均是手動(dòng)操作，如今，隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，汽車手動(dòng)變速器已經(jīng)逐漸被自動(dòng)變速器取代。

【關(guān)鍵詞】液力自動(dòng)變速器；控制功能；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

引言：

液力自動(dòng)變速器是目前商用車中應(yīng)用較為廣泛的自動(dòng)變速器之一，主要是通過液力傳遞和齒輪嚙合的方式實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程中的變速和變矩。液力自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)在于變速穩(wěn)定、換擋平穩(wěn)，能夠有效提高乘客的乘坐舒適性，同時(shí)液力自動(dòng)變速器不受傳遞功率的限制，在許多車輛中都能發(fā)揮顯著的效果。其不足之處在于傳統(tǒng)效率低、油耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修和保養(yǎng)較為困難。

一、液力自動(dòng)變速器的發(fā)展

（一）液壓控制階段

從自動(dòng)變速器設(shè)計(jì)并應(yīng)用開始，液壓控制便成為自動(dòng)變速器的主要控制方式。典型的液力自動(dòng)變速器系統(tǒng)主要包括油泵、調(diào)節(jié)閥、換擋閥、車速反饋閥、強(qiáng)制降擋閥、手動(dòng)閥、制動(dòng)器油缸、離合器油缸、以及油路組成，主要是通過各閥門的油壓進(jìn)行自動(dòng)換擋。液壓控制階段所使用的自動(dòng)變速換擋技術(shù)主要是利用液壓情況控制液壓系統(tǒng)的操作，自動(dòng)變速器會(huì)根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門和行駛速度產(chǎn)生相應(yīng)的液壓控制信號，進(jìn)而通過液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成換擋動(dòng)作。利用液壓控制的自動(dòng)變速器的實(shí)際工作性能與液壓閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有直接關(guān)系，同時(shí)其制造成本和維修成本較高，因此后期逐漸被電子控制系統(tǒng)取代。

（二）電子控制階段

20世紀(jì)60年代末期，電子控制技術(shù)得到較快發(fā)展，人們逐漸利用電子控制技術(shù)對液力自動(dòng)變速器的工作過程進(jìn)行控制。1969年，法國雷諾公司在R16TA轎車上首先應(yīng)用里電子控制的自動(dòng)變速器，液力自動(dòng)變速器的電子控制時(shí)代就此開啟。電子控制技術(shù)的主要優(yōu)勢在于利用電子單元對液壓系統(tǒng)的油路進(jìn)行控制，在實(shí)際變速換擋的過程中，既能通過液壓控制，也能通過電子控制，其中一些較為復(fù)雜的換擋和控制工作由電子控制系統(tǒng)完成，而液壓控制系統(tǒng)主要是其輔助和執(zhí)行作用。典型的電子控制系統(tǒng)一般包括電子傳感器、電磁控制閥、控制電路、ECU以及模式開關(guān)等。電子控制系統(tǒng)工作時(shí)首先需要利用傳感器采集車輛的運(yùn)行狀態(tài)，之后ECU會(huì)根據(jù)車輛運(yùn)行規(guī)律發(fā)出控制信號，控制信號會(huì)控制電磁閥執(zhí)行換擋變速工作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋等功能。電液控制由于控制精度高，能處理的信號種類多，能記錄瞬時(shí)數(shù)據(jù)并應(yīng)用于隨后的處理計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜與合理的換擋控制規(guī)律，因而大大促進(jìn)了自動(dòng)變速器控制技術(shù)的發(fā)展。

（三）智能控制階段

電子控制的自動(dòng)變速器通常是根據(jù)車輛的行駛標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并制造的，但在某些場合下，電子控制系統(tǒng)無法有效滿足車輛的行駛過程的速度需求，因此，需要研究一種更為先進(jìn)的控制系統(tǒng)。人們希望新型的控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛行駛狀態(tài)和行駛條件的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，進(jìn)而滿足車輛在任何條件下的變速需求。到了20世紀(jì)90年代初期，三菱公司在“Fuzzyshift4AT”電子控制系統(tǒng)引入了模糊控制技術(shù)，使變速器的ECU具備了根據(jù)車輛行駛狀況信息進(jìn)行自我判斷，進(jìn)而根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)換擋的功能，這樣一來，充分解決了車輛在上坡或經(jīng)過彎道時(shí)的突然增擋問題。此外，三菱公司的自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)INVESS-II的控制參數(shù)擴(kuò)大到車輛的全部工作范圍，其信息量達(dá)210個(gè)，其ECU還具有記憶駕駛員愛好和習(xí)慣的功能。

與此同時(shí)，德國寶馬公司也推出了適用于四擋和五擋自動(dòng)變速器的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，能自動(dòng)識別司機(jī)駕駛類型、特殊的環(huán)境條件和具體行駛狀況，并對換擋規(guī)律作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

二、商用車液力自動(dòng)變速器典型功能分析

商用車液力自動(dòng)變速器典型功能在于其能夠通過自動(dòng)改變傳動(dòng)比，進(jìn)而改變車輛的車速和受到的牽引力，以保證車輛時(shí)時(shí)刻刻具備優(yōu)良的動(dòng)力性能。此外，客戶還能根據(jù)車輛的實(shí)際用途和自身需求選擇氣的功能，例如自動(dòng)空擋、PTO功能、空擋換擋抑制、雙換擋器、擋位保持、緩速器制動(dòng)等功能。

（一）自動(dòng)空擋功能

自動(dòng)空擋功能主要是保證車輛在靜止時(shí)變速器始終處于空擋位置，同時(shí)當(dāng)車輛需要換擋時(shí)變速器能夠及時(shí)切換到空擋。駕駛員能夠通過控制面板上的開關(guān)啟動(dòng)或停用該功能。當(dāng)自動(dòng)空擋功能啟動(dòng)時(shí)，如果檢測到變速器輸出軸轉(zhuǎn)速低于該檔位的設(shè)定值時(shí)，變速器會(huì)及時(shí)切換為空擋狀態(tài)，以便順利換擋。如果想從空擋移出時(shí)，還需要實(shí)現(xiàn)設(shè)置一個(gè)空擋移出條件，該指令可以通過手制動(dòng)或腳制動(dòng)實(shí)現(xiàn)，如果選擇的空擋移出條件為腳制動(dòng)，駕駛員踩一下腳制動(dòng)，變速器會(huì)從空擋移出，并自動(dòng)切換到進(jìn)入空擋之前的擋位。該功能能夠有效節(jié)省汽車的油耗，其最典型的應(yīng)用就是在城市公交中的應(yīng)用，由于公交車需要頻繁的進(jìn)站，出站，自動(dòng)空擋功能的配置，會(huì)大大提升效率，并能減小油耗。

（二）PTO功能

PTO功能可以說是商用車液力自動(dòng)變速器獨(dú)有的功能，其能通過控制變速器控制器輸出的信號，使液力自動(dòng)控制其上的PTO進(jìn)行工作，駕駛員可以通過控制面板啟動(dòng)或停用該功能。PTO功能主要是作用于卡車的翻斗動(dòng)作、消防車的云梯升降和帶動(dòng)水泵工作以及清掃車掃把旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。在實(shí)際應(yīng)用PTO功能時(shí)應(yīng)該仔細(xì)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，以防止轉(zhuǎn)速過高對PTO造成損壞。

（三）空擋換擋抑制

空擋換擋抑制功能主要是當(dāng)車輛需要保持空擋時(shí)，當(dāng)時(shí)駕駛員操作失誤將檔位移出。同樣，駕駛員能夠通過控制面板啟動(dòng)或停用該功能。移出空擋的軟件配置，可以選為：禁止從空擋移出到前進(jìn)擋；禁止從空擋移出到倒擋；禁止從空擋移出到前進(jìn)擋和倒擋?？論鯎Q擋抑制功能主要是為了車輛使用安全，例如，卡車在翻斗時(shí)，防止溜車，可以開啟空擋換擋抑制功能。

三、液力自動(dòng)變速器的功能前景

通過以上功能的描述，可以看出，商用車的液力自動(dòng)變速器相比轎車更為強(qiáng)大，也更為智能化，不僅僅是用作公路運(yùn)輸，更多的是作為源動(dòng)力帶動(dòng)泵等，實(shí)現(xiàn)特種作業(yè)。因此，它的應(yīng)用面更廣泛，也更具提升價(jià)值，隨著各種技術(shù)的發(fā)展，今后商用車液力自動(dòng)變速器的功能會(huì)向以下幾個(gè)方向發(fā)展。

全面智能化：隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，像GPS衛(wèi)星定位，4G無線通訊，觸摸屏等技術(shù)的融入，會(huì)使得液力自動(dòng)變速器的控制更加多元化、智能化。

精度提升：隨著模糊控制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自適應(yīng)控制等技術(shù)的不斷優(yōu)化，使得對于液力自動(dòng)變速器的實(shí)時(shí)控制精度會(huì)更高。

不斷優(yōu)化：隨著變速器控制器算法的不斷優(yōu)化，以及傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不斷升級，使得液力自動(dòng)變速器在不同路況，不同工作環(huán)境下，都能不受干擾，以更高的換檔質(zhì)量，更優(yōu)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行換檔。

控制器體積減?。弘S著電子工藝水平的不斷提升，和處理器芯片的升級，在相同性能的基礎(chǔ)上，控制器的體積會(huì)越來越小型化。

四、結(jié)語

商用車使用的液力自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng)經(jīng)過液壓控制、電子控制和智能控制三個(gè)階段的發(fā)展，其智能化控制水平和效果也在不斷進(jìn)步。隨著車輛電子技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展，商用車液力自動(dòng)變速器會(huì)逐漸實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的集成與優(yōu)化控制，進(jìn)而大大提高車輛行駛的平順性、安全性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫煒.商用車液力自動(dòng)變速器的控制功能研究及前景分析[J].汽車維修，2014（11）：4-5.

[2]張英鋒，王迎，俞妍，張衛(wèi)鋒.液力機(jī)械式自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機(jī)床與液壓，2015，43（05）：152-155+163.