自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)
全自動(dòng)變速器
總體背景
手動(dòng)操作連接變速器和離合器在其很長(zhǎng)的發(fā)展歷史上出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題。第一，就如所言，在早期的駕駛員方面需要考慮換檔需要的恰當(dāng)時(shí)間。事實(shí)上這一問(wèn)題的目的由于同步器的發(fā)明而得到解決。第二，摩擦片離合器本身總是需要一定的延遲時(shí)間，尤其是汽車(chē)從靜止到啟動(dòng)。盡管有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員能毫無(wú)差錯(cuò)地從熟練的使用變速器和離合器中得到滿足，但是仍然有序到駕駛員寧愿在踩踏板時(shí)有個(gè)提示。換句話來(lái)說(shuō)，對(duì)變速器的設(shè)計(jì)者總有一個(gè)動(dòng)機(jī)是為汽車(chē)設(shè)計(jì)兩個(gè)踏板的加速和剎車(chē)的控制系統(tǒng)。
為汽車(chē)提供兩踏板控制系統(tǒng)首先引入了半自動(dòng)變速器，曾一時(shí)對(duì)半自動(dòng)變速器有幾種說(shuō)法，主要的還是基于美國(guó)在二十世紀(jì)三十年代中期的試驗(yàn)，保留了傳統(tǒng)的中間軸的變速器。一個(gè)識(shí)別半自動(dòng)變速器的特征是自動(dòng)化操作離合器，因此，就取消了離合器的踏板。它是通過(guò)操作真空伺服而不是靠機(jī)械裝置的離合器實(shí)現(xiàn)的，真空伺服是利用在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管存在的真空度。換檔只需要握住裝有一個(gè)電子開(kāi)關(guān)的變速器手柄。電路因此就完全伺服能量化的電磁線圈，并打開(kāi)一個(gè)閥門(mén)，這閥門(mén)讓進(jìn)氣歧管的真空度來(lái)真空伺服是離合器分離開(kāi)。
盡管這類(lèi)系統(tǒng)運(yùn)用兩踏板控制，但駕駛員仍然需要決定換檔的必要和選擇恰當(dāng)?shù)臋n位，這就是為什么這類(lèi)變速器系統(tǒng)被劃分為半自動(dòng)變速器。與之對(duì)比，現(xiàn)代全自動(dòng)變速器系統(tǒng)是一種完全能減輕駕駛員換檔職能的變速器，且仍然允許駕駛員在認(rèn)為必要時(shí)取代全自動(dòng)變速器的一般操作。
全自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)
全自動(dòng)變速器通常簡(jiǎn)稱(chēng)為自動(dòng)變速器，其優(yōu)點(diǎn)有如下：
⒈在汽車(chē)啟動(dòng)和換檔時(shí)，通過(guò)取消必須操作的離合器和變速桿，讓駕駛員的疲勞最小化，尤其是在交通高峰期。
⒉駕駛員的注意力不受換檔影響，雙手將始終放方向盤(pán)上，因此對(duì)安全駕駛很有利。
⒊在一般的駕駛情況下前進(jìn)更平穩(wěn)，因?yàn)閾Q檔時(shí)間是根據(jù)路速和油門(mén)的開(kāi)啟成都理論上準(zhǔn)確無(wú)誤地執(zhí)行的。
⒋它允許駕駛員取代自動(dòng)化控制和在必需時(shí)強(qiáng)迫換檔，因?yàn)闆](méi)有任何系統(tǒng)能提前預(yù)料道路和交通情況。
自動(dòng)變速器的基本機(jī)構(gòu)
自動(dòng)變速器的典型現(xiàn)代機(jī)構(gòu)主要是要有三個(gè)鋁合金鑄件構(gòu)成。它們包含液力變扭器的鐘形殼體，外擺線齒輪和與之連接的離合器、皮帶和伺服系統(tǒng)的箱體，及附在輸出軸上停車(chē)卡塊和調(diào)速器的后部延長(zhǎng)殼體。三個(gè)鑄件通過(guò)定心止口和螺栓相互定位連接在一起。
一個(gè)用作支撐液力變扭器的定位輪輪轂的反應(yīng)軸定心裝配在主箱體的前端面和螺栓連接在鐘形殼體的后端面。反應(yīng)軸能進(jìn)一步使從渦輪機(jī)出來(lái)的輸入軸軸承軸套的結(jié)合，也能為前端的泵的整體操作提供一個(gè)操作腔。作為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，主箱體的整體后端面可作為軸承架和調(diào)速器總成的分配器襯套，調(diào)速器總成是輸出軸的后續(xù)工作部件。最后，控制閥總成有螺栓連接與主箱體的下面，它是一個(gè)封閉的殼分開(kāi)的用于準(zhǔn)改變速器液體的儲(chǔ)油槽。
由于液力變扭器和外擺線齒輪組的結(jié)構(gòu)和操作很早引起人們的注意，它現(xiàn)在仍然當(dāng)作自動(dòng)變速器液壓控制系統(tǒng)的基本操作原理。
液壓控制系統(tǒng)
液壓控制系統(tǒng)的作用
自動(dòng)變速器中的液壓控制系統(tǒng)的作用有如下：
1． 在有效的變速器扭矩下，液力變扭器的壓力能讓變速器充滿并且維持流動(dòng)的液體。
2． 能提供液體給閥門(mén)控制總成和調(diào)整應(yīng)用的調(diào)速器和根據(jù)路速情況和油門(mén)的開(kāi)啟程度分開(kāi)齒輪組離合器和皮帶。
3． 從液力變扭器出來(lái)的熱循環(huán)液體通過(guò)冷卻器，在潤(rùn)滑齒輪、軸承軸套、止推墊圈、多片離合器和單片離合器。
液壓控制系統(tǒng)的操作
像人們通常說(shuō)得那樣如許多復(fù)雜設(shè)備，自動(dòng)變速器的液壓控制系統(tǒng)可以當(dāng)作許多基本的簡(jiǎn)單單元的復(fù)雜集合。因此，第一步就是要對(duì)每個(gè)單元有個(gè)基本的了解，然后依據(jù)有關(guān)供貨商提供的液壓循環(huán)圖將它們的操作與作為整體的系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，涉及到的液壓基本單元有如下：
液壓泵
壓力調(diào)節(jié)器和增壓閥
手動(dòng)控制閥
調(diào)速器
換擋閥
液壓泵
發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵為液壓系統(tǒng)提供能量。它安裝在變速器主箱體的前端，它受到液力變扭器輪轂的兩平面或者兩端耳驅(qū)動(dòng)。運(yùn)用一個(gè)強(qiáng)制排量泵，早期當(dāng)作發(fā)動(dòng)機(jī)油泵來(lái)理解的，這種等級(jí)的泵只能產(chǎn)生如下作用：對(duì)系統(tǒng)壓力產(chǎn)生的流體有阻力作用，在現(xiàn)代自動(dòng)變速器中廣泛應(yīng)用的是一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè) 形的強(qiáng)制排量泵，相關(guān)大尺寸的泵需要分開(kāi) 和齒輪的齒不嚙合，以保證有效的傳送液體。
因?yàn)楸檬怯砂l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而不是由變速器，如汽車(chē)在被牽引行駛時(shí)就不能循環(huán)潤(rùn)滑變速器。因此，必須參考有關(guān)供貨商推薦的牽引考慮的速度和限制路程，通常認(rèn)為牽引汽車(chē)必需驅(qū)動(dòng)輪離開(kāi)地面。
壓力調(diào)節(jié)器和增壓閥
液壓控制系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器閥門(mén)通常用來(lái)調(diào)節(jié)涉及油管或控制壓力的主要壓力。在變速器直接檔中的高速齒輪，調(diào)節(jié)器閥門(mén)提供一個(gè)可變的油管壓力用來(lái)增加發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和油門(mén)的開(kāi)啟程度。相似的，油管壓力將進(jìn)一步增加中間齒輪、低速齒輪、倒檔齒輪傳遞的扭矩。
可變有關(guān)壓力這一方式的目的最佳地兼顧最有效的阻止離合器和皮帶的滑移和磨損及避免不必要的高壓產(chǎn)生的不準(zhǔn)確換檔。壓力調(diào)節(jié)閥門(mén)的另一個(gè)功能是傳送壓力減小的液體到液力變扭器、有冷卻器、和變速器的潤(rùn)滑回路。
在實(shí)際應(yīng)用中壓力調(diào)節(jié)閥門(mén)需從液壓泵那安裝一條主要的供油路線，且壓力調(diào)節(jié)器閥門(mén)是分若干階段運(yùn)行的。最初閥門(mén)在彈簧彈力下保持關(guān)閉狀態(tài)，讓液壓泵將整個(gè)液壓控制系統(tǒng)中充滿液體。當(dāng)系統(tǒng)中的壓力從空檔狀態(tài)上升至約420KN/㎡，閥門(mén)不再關(guān)閉，而是通過(guò)油管末端壓力推動(dòng)彈簧負(fù)荷強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。這一平衡壓力通過(guò)增大阻尼截流孔末端閥門(mén)的孔，以致閥門(mén)不能很快停止振蕩而產(chǎn)生蜂鳴似的噪聲。閥門(mén)的運(yùn)動(dòng)能有效地打開(kāi)油泵出口是液體從液壓泵輸出到主要油管，從而計(jì)量液力變扭器中的流量和給它加壓。一旦這一運(yùn)動(dòng)完成，油管壓力的進(jìn)一步增大都會(huì)類(lèi)似地增加閥體末端的運(yùn)動(dòng)，使得閥門(mén)反作用彈簧壓力打開(kāi)的更大一些。這將引起排油口打開(kāi)，液壓控制系統(tǒng)和液力變扭器需要的從泵中傳送來(lái)的過(guò)量的液體只能從儲(chǔ)槽或溢流閥回到液壓泵入口管道。
當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)后，作用在調(diào)節(jié)器閥門(mén)的平衡壓力將會(huì)相反運(yùn)動(dòng)不是壓彈簧，而是另一個(gè)叫增壓閥的閥門(mén)工作起來(lái)。根據(jù)油門(mén)的開(kāi)啟程度和齒輪組的選擇情況，這一閥門(mén)的總的合力是可以變化的。在以往的情況是油門(mén)的壓力是按油門(mén)開(kāi)啟程度比例直接反作用于增壓閥的末端。這一增加運(yùn)動(dòng)阻尼的壓力調(diào)節(jié)器閥門(mén)，允許排油口保持關(guān)閉狀態(tài)直到一個(gè)足夠高的油路壓力的產(chǎn)生，高壓油管壓力是彈簧負(fù)荷的三倍以上。當(dāng)選用中間齒輪組、低速齒輪和倒檔齒輪組時(shí),有關(guān)的壓力將需要增大至單獨(dú)調(diào)節(jié)彈簧負(fù)荷壓力的三至四倍的壓力。這將通過(guò)允許油管壓力作用于增壓閥階梯式密封帶的不同區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
手動(dòng)閥門(mén)
這一閥門(mén)的作用是依據(jù)駕駛員選擇的檔位的不同直接選擇各種不同回路的液壓控制系統(tǒng)。它連接到駕駛員的選檔手柄和直接作用系統(tǒng)的變速桿的機(jī)械裝置或者是封閉電纜或者是安裝在變速器上的電子伺服設(shè)備（如勞斯萊斯應(yīng)用的）。手動(dòng)閥門(mén)是一個(gè)滑閥狀由若干相等直徑的輪箍組成，它的設(shè)計(jì)是按油管壓力總是允許量相同輪箍之間保證液壓力沿閥門(mén)方向的力是相等且相反的。油管壓力因此能重復(fù)直接通過(guò)閥體的排油口，且對(duì)閥門(mén)運(yùn)動(dòng)影響很小，不同于克服確定變速桿不同位置的彈簧負(fù)荷的卡銷(xiāo)。
手動(dòng)閥門(mén)的位置是不同的，駕駛員的變速桿的型式、順序與很久以前在美國(guó)試用和美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)推薦的兩軸式變速器一致。設(shè)計(jì)的依次順序是字母PRNDL，P代表停車(chē)檔，R代表倒檔，N代表空檔，D代表高速檔，L代表低速檔。在現(xiàn)代自動(dòng)變速器中這一基本順序是可以調(diào)整的，現(xiàn)代自動(dòng)變速器有三軸（有時(shí)有四軸）齒輪組。典型的順序是：PRNDIL,這兒I代表直接檔；PRND21,這兒2和1與就是兩個(gè)附加檔，相似的還有PRND3D2D1。
在實(shí)際控制設(shè)備給定手動(dòng)閥門(mén)相應(yīng)位置和與之相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)有如下：
停車(chē)檔 自動(dòng)變速器的早期發(fā)展成果為停放的車(chē)輛提供一種強(qiáng)制鎖定變速器的方式，只需額外增加一個(gè)手剎控制。通過(guò)停放狀態(tài)的齒輪控制機(jī)械裝置，變速器輸出軸上的卡口輪與安裝在箱體樞軸上的柱塞操作式擎子相嚙合，阻止了軸的旋轉(zhuǎn)，這也只有變速桿在兩個(gè)位置中的其中一個(gè)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)，另一個(gè)位置就是空檔了。
倒檔 這一狀態(tài)是當(dāng)汽車(chē)靜止時(shí)才能選擇，其狀態(tài)是要自我確定。
空檔 當(dāng)變速桿在這一位置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)而變速器輸出軸不運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)但不能驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛，因?yàn)樽兯倨鞯臋n位都沒(méi)嚙合。
高速檔 所有的正常情況都選用這個(gè)檔位，并且經(jīng)濟(jì)性最好。變速器在低速檔啟動(dòng)，自動(dòng)換檔到直接檔然后依據(jù)汽車(chē)的速度變化為高速檔。當(dāng)汽車(chē)減速時(shí)也是相似的自動(dòng)換檔到合適的低速檔。觸發(fā)設(shè)備在高速當(dāng)中也可使用；因?yàn)榧铀俪?chē)時(shí)需要，例如駕駛員可以通過(guò)完全踩下加速踏板強(qiáng)制變速。
直接檔 在這個(gè)檔位下，汽車(chē)要么在低速檔下啟動(dòng)，然后再自動(dòng)的換檔到直接檔，要么就根據(jù)設(shè)計(jì)在直接檔下啟動(dòng)，但不管怎樣，汽車(chē)不能在直接檔以上啟動(dòng)。這個(gè)檔位適合于小斜度的下坡或順風(fēng)行使，持續(xù)地使用直接檔可以有效的剎車(chē)以致更好的控制汽車(chē)。通常建議直接檔不要超過(guò)100千米/小時(shí)。
低速檔 當(dāng)采用這一檔位是，汽車(chē)將在低速檔下啟動(dòng)且一直維持在這一檔位，不管汽車(chē)的速度如何或者是油門(mén)是否全開(kāi)。它特別適合在陡峭的下坡剎車(chē)以減小剎車(chē)使用的效果。為了皮面發(fā)動(dòng)機(jī)超速，建議低速檔不要超過(guò)60千米/小時(shí)。
為了使自動(dòng)變速器安全運(yùn)行，連接手動(dòng)閥門(mén)的變速桿操縱機(jī)構(gòu)同用于機(jī)電以致及裝置相連接。除了可視化地選擇檔位變速桿也提供了一個(gè)卡銷(xiāo)裝置以便使駕駛員能覺(jué)察到選擇了哪個(gè)檔位。比如說(shuō)，在變速桿閥門(mén)下的兩階段停止能阻止變速桿的某些運(yùn)動(dòng)，除非按住帶回位的彈簧按鈕。于是，在直接檔或倒檔被選擇之前，稍微按住變速桿按鈕是必要的，然而在選擇低速檔或停車(chē)檔之前要求用更大的力氣來(lái)按按鈕。
空檔的安全性或抑制劑開(kāi)關(guān)總是連接在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電路中，以便及早注意到發(fā)動(dòng)機(jī)只有在變速桿在空檔或停車(chē)檔位置下才能啟動(dòng)。抑制劑開(kāi)關(guān)要么是由變速桿或變速桿操縱桿上的閂眼凸輪控制的柱塞型的，要么置于變速桿中的旋轉(zhuǎn)型。