汽车自动变速器的发展历程

汽车自动变速器的发展历程

1自动变压器的发展自动驾驶的研究和应用可以追溯到20世纪30年代。1939年,美国通用汽车公司首先在其生产的奥兹莫比尔(Oldsmobile)轿车上装用了液力耦合器-行星齿轮组成的液力变速器。在40年代末50年代初,开始出现根据车速和节气门开度自动控制换档的液力控制换档自动变速器,使自动变速器进入了迅速发展时期。自动变速器采用电子控制系统始于60年代中期。法国雷诺(Renault)公司于1968年率先在自动变速器上使用电子元件。1970年,日本丰田、日产相继采用电子元件控制位于变速器壳体上的电磁阀的电流。自1981年起,美国、日本等一些汽车公司相继开发出各种微机控制的自动变速系统,如电子控制液力变矩式自动变速器、电子控制多级齿轮变速器等。电子控制自动变速器的真正飞跃发展在1982年,这一年丰田公司将微机技术应用于电子控制变速器系统,实现了自动变速器的智能控制。首先应用于豪华型皇冠牌轿车上,有最佳的换档规律,换档精确性好,具有良好的燃料经济性、动力性,降低污染。随后,德国Bosch公司于1983年研制成功发动机和自动变速器共用的电子控制单元。电控自动变速器可实现与发动机最佳匹配,并可获得最佳的经济性、动力性、安全性,达到降低发动机排气污染的目的。因此电子控制变速器广泛用于轿车、客车、大型公共汽车、越野车及重型牵引车上,并且装车率迅速提高,尤其在美、日、德等国生产的轿车上,采用电子控制器的比例越来越高。2电子控制自动换能器的组成和操作原则电子控制自动变速器由液力变矩器、行星齿轮系统、液压控制系统和电子控制系统组成。2.1耦合工作特性液力变矩器安装在发动机和变速器之间,以液压油(ATF)为工作介质,起传递转矩、变矩、变速及离合的作用,它有转矩放大、失速、耦合工作特性。液力变矩器有3个主要元件:泵轮、涡轮和导轮。它们都是由铝合金精密制造或钢板冲压而成,在它们的环状壳体中径向排列着许多叶片。变矩器工作时,壳体内充满液压油,发动机带动外壳旋转,外壳带动泵轮旋转,在液压油的作用下,涡轮工作,从而实现动能和转矩的变化。典型的液力变矩器有三元件液力变矩器、四元件液力变矩器、带有锁止机构的液力变矩器。2.2齿轮变压器与齿轮变压器组合使用的必要性液力变矩器可以在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比,以适应行驶阻力的变化,但变矩系数小,不能完全满足汽车使用的要求,必须与齿轮变速器组合使用,扩大传动比的变化范围,才能满足汽车行驶要求。目前,绝大多数自动变速器都采用行星齿轮系统与液力变矩器组合使用,行星齿轮系统由行星齿轮机构和执行机构组成,执行机构有多片离合器、单向离合器和制动器3种形式,执行机构根据自动变速器控制系统的命令放松或固定行星齿轮机构的某个元件,通过改变动力传递路线得到不同的传动比。2.3滑等功能的简介液压控制系统起到传递、控制、操纵、冷却和润滑等功能,它主要由油泵、主调压阀、第2调压阀、节流阀、止回阀、换档阀、手控阀、强制降档阀、离心式调速器、锁定继电器及电磁阀等组成。2.4电控系统组成电子控制系统通过电子式自动变速装置把液压控制装置的换档操纵机构改为电子操纵机构,即以车速和加速踏板开度的电子信号作为输入,用微机确定换档点,由换档信号使换档阀工作而进行自动换档,从而精确地控制换档时机和品质。电子控制系统由传感元件、电控单元、控制软件和执行元件(电磁阀)组成。电子控制框图如图1所示。传感元件一般包括车速传感器、节气门位置传感器、发动机水温传感器、空档起动开关、制动灯开关、超速开关、模式选择开关等,用来检测节气门开度、车速、水温及其它相关状态,以电信号形式输入到电控单元。电控单元有的采用专用电控变速器微机(ECT),有的和汽油喷射发动机共用一个控制微机(ECU)。电控单元根据各传感元件输入的信号确定换档和锁定时机,发出信号,控制执行元件,电磁阀动作,完成电控单元下达的换档、锁止等命令。电磁阀包括换档电磁阀、调油压电磁阀、变矩器锁止电磁阀、加力电磁阀、冬天驾驶防滑阀等。电子控制系统带有自诊断装置,并且具有在发生故障时使车辆继续行驶的失效防护功能。3电子控制系统的产品3.1动态升档控制换档控制是根据电控单元EAT发出的换档指令,通过控制换档电磁阀的开、关,驱动执行机构动作,实现自动升档或降档的过程控制。选择最佳的时刻换档,可使汽车的动力性和经济性最佳。3.2控制油压电控变速器微机主要根据节气门的开度、档位、液压油温及换档等信号,计算出相应的主油路油压值,并通过输出相应的占空比脉冲信号来控制油压,调整电磁阀的开、关比率,实现对油压的控制。3.3个传感器的信号电控变速器采用微机自动模式变换控制。微机根据各个传感器的信号测得汽车的行驶状态和驾驶员的操作方式,经过判断后自动选择经济模式、正常模式或动力模式进行换档控制,以满足不同行车条件的驾车要求。3.4最佳锁止工艺电控变速器的微机中储存有不同工作条件下的最佳锁止离合器控制程序。工作中微机根据档位、换档模式等工作条件,选择相应的最佳锁止离合器控制程序,并与当前的车速和节气门开度进行比较,当车速及其他因素都满足变扭器锁止条件时,微机就向锁止离合器电磁阀输出控制信号,使锁止离合器接合,实现变扭器的锁止。3.5制动汽车工况,系统运作着充电控变速器的微机根据变速器操纵手柄、车速、节气门开度信号,判断汽车的行驶状态,是否需要制动,当这些参数达到了设定值,微机便向制动电磁阀输出控制信号,使其通电工作,使变速器能逆向传递动力,通过发动机的转动阻力制动滑行的汽车。3.6发动机旋转和旋转控制电控变速器的微机根据实际换档要求发出相应点火时间或喷油量控制的信号来改变发动机的转速和转矩,此时可减小换档冲击和输出轴的波动。4电子控制自动换能器的优点和发展趋势4.1汽车的性能得到提高优点:①驾驶操作简化,提高了行车安全性;②提高了发动机和传动系统的使用寿命;③提高了汽车的动力性;④提高了汽车的通过性能;⑤减少了废气污染;⑥可降低燃料消耗。但是,电子控制自动变速器也存在结构复杂、零件精度要求高、制造难度大、成本较高、相应的维修技术较复杂、传动效率较手动齿轮式变速器低等缺点。4.2电子控制自动变压器目前,电子控制自动变速器正在实现一机多参数多规律控制,并在此基础上将控制变速器的微机与控制发动机的微机合并在一起,实现综合控制。采用单一微机控制,控制参数不仅有发动机转速、节气门开度及车速等信号,而且有反映发动机和变速器工作环境、车辆行驶环境的信号,这些参数能全面反映发动机和变速器的实际工况。在微机中同时存储多种换档规律等,驾驶员可根据需要调用相应的规律实现最佳换档控制。目前,电子控制自动变速器向3个方向发展。a.改善液力耦合式变速器的传动效率,开发带有超速档的微机控制的锁止变矩器式自动变速器。这种变速器通过将微机控制系统与变矩器锁止进行良好匹配,可以扩大自动变速器的应用范围,使自动变速器能够与更多的车型和发动机匹配组合,有利于降低汽车的制造成本,通过改变软件数据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,延长其使用寿命。b.采用电磁离合器加上多级齿轮减速器式的自动变速器,实行电子控制。开发微机控制电磁离合器和最高速比为1∶8的多级(6～8级)减速器,使换档更为平顺,减轻传动系统的动载荷,有利于延长相关零部件的寿命。c.开发微机控制的无级变速器,无级变