某車載CVT變速器電控系統(tǒng)分析

周 峰，楊三軍，王龍波，張震華

（1.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

某車載CVT變速器電控系統(tǒng)分析

周 峰1，楊三軍2，王龍波2，張震華2

（1.鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030；2.河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

介紹CVT無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的發(fā)展背景，從TCU電控單元、變速器內(nèi)電器部件闡述CVT變速器電控系統(tǒng)的構(gòu)成。

變速器；無(wú)級(jí)變速；CVT；自動(dòng)擋

變速器的作用就是改變傳動(dòng)比、控制車輛的前行和后退以及動(dòng)力的傳遞與斷開(kāi)，而自動(dòng)變速器是在實(shí)現(xiàn)這些功能的前提下增加了燃油經(jīng)濟(jì)性、可操控性和駕駛的舒適型。主流的自動(dòng)變速器分為液力自動(dòng)變速器（AT）、機(jī)械自動(dòng)變速器（AMT）、無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器（CVT）以及雙離合器變速器（DCT）。液力自動(dòng)變速器和機(jī)械自動(dòng)變速器為有級(jí)自動(dòng)變速器，而CVT則為無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，其動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性能、可操控性能和舒適性方面都優(yōu)于手動(dòng)變速器和有級(jí)自動(dòng)變速器。故CVT變速器是未來(lái)乘用車市場(chǎng)發(fā)展的主流變速器。下文針對(duì)某款車CVT無(wú)級(jí)變速器的電控單元和電器部件進(jìn)行分析。

1 TCU電控單元

TCU電控單元為CVT系統(tǒng)的控制裝置，進(jìn)行信號(hào)指令的接收、分析計(jì)算并將控制指令發(fā)出給執(zhí)行裝置，是CVT的主要組成部分，被形象地比喻為CVT的大腦。傳感器將系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)信息傳遞給TCU，TCU根據(jù)信息來(lái)判斷駕駛員的意圖，判斷系統(tǒng)的運(yùn)行工況，并通過(guò)一系列算法發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對(duì)系統(tǒng)的輸出進(jìn)行修正，使系統(tǒng)按照一定的方式運(yùn)行［1］。如圖1所示，其工作原理是通過(guò)接收主動(dòng)輪速度傳感器、從動(dòng)輪速度傳感器、壓力傳感器、擋位傳感器、變速器油溫等傳感器信號(hào)，并通過(guò)CAN線與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、ABS控制單元等模塊信號(hào)進(jìn)行接收后分析計(jì)算，根據(jù)分析計(jì)算的結(jié)果對(duì)電磁閥等執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的指令來(lái)操控變速器的工況。

圖1 TCU信號(hào)示意圖

TCU對(duì)信號(hào)的接收和指令的發(fā)出都是通過(guò)連接電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，TCU的電路連接端接口內(nèi)每個(gè)不同的針腳傳遞著不同作用的信號(hào)。圖2為某車CVT電控單元模塊針腳位置示意圖。

圖2 TCU針腳位置示意圖及針腳定義

2 變速器內(nèi)電器部件

變速器內(nèi)的電器部件主要有輪速傳感器、駕駛模式傳感器、壓力傳感器、油溫傳感器、擋位開(kāi)關(guān)、電磁控制閥等。傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)反饋給TCU進(jìn)行分析計(jì)算，然后將策略指令下達(dá)給電磁閥執(zhí)行元件，通過(guò)對(duì)壓力的調(diào)節(jié)來(lái)改變主、從動(dòng)輪的帶輪直徑，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速比的調(diào)節(jié)。圖3為某車的變速器電路接口的針端位置示意圖，16根針腳分別傳遞著不同的信號(hào)。導(dǎo)線束通過(guò)此針腳接口將變速器內(nèi)的各電器部件與TCU連接在一起。

圖3 變速器電路接口的針腳示意圖及針腳定義

2.1 油溫傳感器

油溫傳感器的作用就是將變速器內(nèi)油液溫度反饋給TCU，便于TCU對(duì)冷卻裝置進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)冷卻器開(kāi)關(guān)閥的打開(kāi)或關(guān)閉，對(duì)箱體內(nèi)的油液進(jìn)行加熱或冷卻，保持油液的最佳工作溫度。傳感器以電阻信號(hào)輸出，作為T(mén)CU進(jìn)行油壓調(diào)節(jié)控制的輸入?yún)?shù)。油溫傳感器屬于熱敏電阻，隨著溫度的升高呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)明顯。油溫傳感器的電路原理圖如圖4所示。

圖4 油溫傳感器電路原理圖

2.2 壓力傳感器

壓力傳感器是測(cè)量液壓油系統(tǒng)的壓力值，以電壓信號(hào)值輸出，TCU接收到信號(hào)后進(jìn)行分析計(jì)算，然后根據(jù)策略對(duì)油壓控制閥和油泵進(jìn)行管控，達(dá)到調(diào)節(jié)速比的目的。圖5為壓力傳感器電路原理圖。

圖5 壓力傳感器電路原理圖

2.3 輪速傳感器

輪速傳感器分為初級(jí)輪速傳感器、次級(jí)輪速傳感器，其作用為檢測(cè)主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，以脈沖信號(hào)提供給TCU計(jì)算速比及當(dāng)前的車速。圖6為輪速傳感器電路原理圖。

圖6 輪速傳感器電路原理圖

2.4 駕駛模式傳感器

TCU要求獲得精確的換擋機(jī)構(gòu)位置，用于控制換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)擋位變換。換擋撥叉上的換擋產(chǎn)生信號(hào)，傳感器將捕獲的信號(hào)輸送給TCU，使TCU時(shí)刻都掌握?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)的精確位置。駕駛模式傳感器由4個(gè)霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)擋桿位置信息，每個(gè)傳感器均有高電位和低電位2種狀態(tài)，共有16種組合，其中的4個(gè)組合來(lái)識(shí)別P擋、R擋、N擋、D擋，2個(gè)換擋組合用于檢測(cè)中間位置（P-R，R-N-D），其余10個(gè)組合進(jìn)行故障分析。TCU根據(jù)擋桿位置信息完成起動(dòng)鎖止控制、倒車燈控制、離合器控制等。駕駛模式傳感器電路原理如圖7所示。

圖7 駕駛模式傳感器電路原理圖

2.5 電磁控制閥

主動(dòng)輪壓力調(diào)節(jié)器是根據(jù)主動(dòng)輪的油路壓力來(lái)調(diào)節(jié)主動(dòng)輪油缸壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)速比的控制。從動(dòng)輪壓力調(diào)節(jié)器是通過(guò)對(duì)從動(dòng)輪油路壓力的調(diào)節(jié)保障變速器能正常傳遞扭矩和動(dòng)力。離合器壓力調(diào)節(jié)器控制換向機(jī)構(gòu)前進(jìn)離合器和倒擋離合器的開(kāi)合。TCU與電磁控制閥之間的線路連接如圖8所示。

圖8 電磁控制閥原理圖

2.6 擋位開(kāi)關(guān)

擋位開(kāi)關(guān)裝在變速器殼體的手動(dòng)閥搖臂軸或換擋桿上，由換擋桿進(jìn)行控制，相應(yīng)的擋位顯示在儀表板上，它由幾個(gè)觸點(diǎn)組成，當(dāng)選擋桿撥于不同的位置時(shí)，接通相應(yīng)的觸點(diǎn)，TCU根據(jù)被接通的觸點(diǎn)測(cè)得選擋桿的位置，以便按不同的程序控制自動(dòng)變速器的工作。擋位開(kāi)關(guān)接口如圖9所示。控制原理如圖10所示。

圖9 擋位開(kāi)關(guān)接口及針腳定義

圖10 擋位開(kāi)關(guān)原理圖

2.7 發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元

發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、油門(mén)踏板位置、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度等信息通過(guò)CAN等線及時(shí)提供給變速器的TCU，變速器的TCU將接收到的信息進(jìn)行分析處理后輸出相應(yīng)的控制策略。同時(shí)，TCU也會(huì)將擋位變換信息、擋位位置、汽車車速、目標(biāo)擋位、離合器狀態(tài)等信息反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元，便于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)。圖11為某車發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元模塊電路端與TCU相關(guān)的針腳功能定義。

圖11 發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元接口針腳圖

3 結(jié)語(yǔ)

目前CVT在中國(guó)乘用車市場(chǎng)上的占比較少，但由于CVT變速器具有體積小、質(zhì)量小以及技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上將快速興起。2016年全球裝有CVT變速器的汽車占有量達(dá)到2000萬(wàn)左右，預(yù)計(jì)2017年將占到整個(gè)自動(dòng)擋市場(chǎng)的24%左右。CVT變速器屬于中國(guó)汽車行業(yè)的短板，在中國(guó)的市場(chǎng)潛力巨大。在中國(guó)市場(chǎng)中，CVT匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)排量范圍為1.3～3.5 L，裝配在樓蘭中的CVT承載達(dá)到326 Nm［2］。目前關(guān)于CVT電控方面的介紹較少，CVT電控技術(shù)的討論和分析，有利于人們對(duì)CVT的更多的了解和應(yīng)用。

［1］ 候素禮，吳海嘯，于海燕，等.無(wú)級(jí)變速器電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［C］//第5屆中國(guó)智能交通年會(huì)暨第6屆國(guó)際節(jié)能與新能源汽車創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集（下冊(cè)），2009：491-496.

［2］ 李育賢，么麗欣，左培文.CVT變速器技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與市場(chǎng)分析［J］.汽車工業(yè)研究，2015（1）：24-26.

（編輯 楊 景）

Analysis on Electrical Controlling System of Vehicle Continuously Variable Transmission

ZHOU Feng1， YANG San-jun2， WANG Long-bo2， ZHANG Zhen-hua2
（1. Hebi Polytechnic， Hebi 458030； 2. Henan THB Electric Co.， Ltd.， Hebi 458030， China）

This paper introduces the development background of the continuously variable transmission （CVT）， and demonstrates its electrical control system from perspectives of TCU and internal electrical components.

transmission； CVT； automatic transmission

U463.212

B

1003-8639（2017）05-0044-04

2016-12-26

周鋒（1971-），男，副教授；楊三軍（1979-），男，工程師；王龍波（1981-），男，工程師；張震華（1976-），男，工程師。