汽车自动变速器换档控制原理

作者：极致车云
2020-04-05 04:04
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首先，自动变速器的换档由ECU主要根据节气门开度和车速决定。ECU通过车速传感器（一电磁感应式传感器）接收与车速相关的信息。并且，ECU根据该信息来调整换档规律、管路油压、换档感觉和变矩器锁止离合器的控制（节气门位置传感器用来测量驾驶员踩下加速踏板的程度）。同时，ECU可在给定车速的情况下，根据节气门开度决定升档或降档的时间。

发动机特性曲线

1、在80％节气门以上的负荷时，由于混合气加浓使燃油消耗增大，经济性较差。

2、在40－80％节气门负荷时，经济性较好，其中60％节气门负荷、2000rpm时经济性最佳。

3、在20％节气门以下负荷时，变速器的机械摩擦损失几乎等于发动机有效输出功率，经济性差车辆不宜工作在该范围。

4、转速低于1200rpm时，为恶劣工况，发动机工作不稳定，会熄火。

5、节气门关闭时，发动机输出功率为负值，说明可用于发动机制动。

常规换档特性曲线

两档位之间的换档是由ECU根据换档特性曲线控制的。它考虑了车速和节气门开度等因素。相同车速情况下，升档曲线和降档曲线之间存在一个延迟，即两曲线所对应的节气门开度值不同，因此挂入高档时所需的节气门开度较大，而挂入低档时节气门开度较小。其作用是：不会因油门踏板的振动或车速稍有降低而重新回到原来的档位，保证了换档过程的稳定性。有利于减少换档循环，防止控制系统元件的加速磨损与降低乘坐舒适性。

先进换档特性曲线

由运动型和经济型特性曲线组成。在档位操纵手柄上的切换开关使得驾驶员可任意选择。运动型换档曲线两档位之间的延迟较短，而且挂入高档时的节气门开度较大，这样车辆低档加速时间长，可充分发挥动力性。经济型换档曲线两档位之间的延迟较长，特别是挂入低档的节气门开度小，这样车辆可较长时间工作在高档位，发动机的工作点接近最佳油耗区，经济性好。具有自适应功能，根据驾驶员的驾驶风格确定换档特性曲线，如偏运动性或偏经济性。为更好地适应车辆不同的行驶工况，如上下坡、牵引及不同风力。变速器的换档程序能识别行驶中的阻力，并根据它来确定换档点。

自动变速器换档操纵机构

XE-program 自适应换档模式：该模式储存有多种行驶程序，可根据不同的行驶工况确定换档，如：牵引工况、上下坡工况、自由滑行（恒速）、城市工况和扭曲路工况等。

S-program 运动模式：运动模式是一性能导向型换档模式，换档点处于发动机较高转速下，因此可充分利用发动机高转矩和高功率的区域，动力性好。

M-program 手动模式：在该模式下，驾驶员可手动换档。通常为降低油耗，将部分低档锁住，即切换倒手动模式后，变速器仅能在几个高速档位之间换档。通过手柄每次升降1档。

自动换档规律

自动换档按油门、车速中的一个或二个参数来控制。这些参数应按照设计要求的换档时刻自动控制换档，才能保证车辆获得良好的牵引性能和燃料经济性。

相邻两排挡间自动换档点的诸控制参数之间的关系称为换档规律。这个规律是按车辆动力性和经济性对自动换档系统的要求来设计的。

换档延迟的作用

保证换档自动控制的稳定性。当自动换上新档后，不会由于油门踏板振动或车速稍降而重新换回原来排位。有利于减小换档循环对车辆行驶的不良影响。驾驶员可以对自动换档进行干预。可以提前升档或强制降档。变化换档延迟可改变换档规律，以适应动力性、经济性、使用性等方面的要求。

换档特性图

自动换档的牵引力变化过程

设车辆在节气门a2时以I档行驶。这时车辆加速，当车速增至V3时，在A2点换入II档。于是按II挡牵引特性工作。

如节气门开度仍为a2，则换入II档时应在a2点工作。由于牵引力大于行驶阻力，牵引力应a2c2变化。

如果车辆减速行驶，节气门开度为a2 时以II档行驶，由于牵引力小于行驶阻力，车速下降，这时牵引力沿c2a2B2变化。

当车速降至V1时，在B2点开始换入I档。牵引力改为沿b2A2曲线变化。

换档特性对车辆性能的影响

换档特性对车辆动力性和经济件有重要影响。图中阴影部分就是牵引力不能利用的区域，这个区域愈大，动力性愈差。牵引力不能利用的区域可分为两种情况。升档时不能利用牵引力的区域为实线阴影区。减速行驶降档时，不能利用的牵引力的区域为实线阴影区加虚线阴影区。减速降档行驶时不能利用的牵引力区域更大、动力性更差。从提高动力性方面考虑，换档点应按c1c2c3c4曲线进行。如换档点比该曲线提前(即在较小车速下)，或较晚(在较大车速下)进行，都会出现末被利用的牵引力区域。如果换档时刻离曲线c1c4相近，则车辆动力性良好但燃料经济性差。反之，如果换档时刻曲线位于低速范围内，即离c1c4曲线远些，则燃料经济性好而动力性差。一般提高换挡时的车速，能改善动力性，降低换档时的车速，能改善燃料经济性。

自动变速器的换档规律

经济性：希望车辆能尽早挂入高档位。

动力性：希望能在发动机最大转矩附近换档，动力性好。

舒适性：希望减少换档次数。

等延迟型

相对于节气门开度α而言，2换3和3换2曲线的斜率是相同的。

换档的主要依据是车速。当车辆以2档行驶时，车速和发动机转速工作在蓝色直线上，当节气门α达到预定值后，变速器即沿红色箭头。

换入3档,此时车速为v3。若行驶阻力增大，当车速降至v2时，又换入2档。驾驶员可在小节气门的情况下，在v3′点换入3档，以改善油耗。该型换档规律常用在城市公共车辆上，通过驾驶员的操作，使车辆以小节气门高档位运行。

增延迟型

换档延迟随节气门开度的增加而增加。相对于节气门开度α而言，2换3和3换2曲线的斜率是不同。驾驶员在松开节气门时，可提前换入高档，此时v3′点低于等延迟型的v3′。降低了油耗和噪声。在大节气门换高档时，发动机转速接近最大功率点，动力性好，换档延迟增大，减少换档次数，提高了舒适性。但在大节气门情况下换低档必须大幅度减小发动机转速才能实现，换档间隔过大，加速性较差。该型换档规律常用于后备功率大的轿车上。

带强制低档的增延迟型

增延迟型的改进，目的是能在大节气门开度时迅速挂入低档，以充分发挥发动机大功率的潜力，满足超车、爬坡等需要。驾驶员猛踩节气门获得一个∆α的超大行程后，在发动机转速降低不大的情况下车辆被迫换入低档，因此具有良好的加速性。在驾驶员正常操作时，其换档规律同增延迟型。它既保留了增延迟型的优点，又克服了其缺点，故应用广泛。