Электронное управление автоматической трансмиссией автомобиля
На современных легковых автомобилях высокого потребительского класса автоматическая коробка переключения передач (АКПП) с гидротрансформатором и гидроприводными фрикционами теперь дополняется двумя новыми функциями — функцией мгновенного переключения от легкого прикосновения к рычагу АКПП (функция Tiptronic) и функцией адаптивного программного управления процессами переключения (функция DSP). Эти функции реализуются с применением средств электронного автоматического управления и придают АКПП совершенно новое свойство — способность адаптироваться к условиям движения и манере водителя управлять автомобилем.
1. Общие сведения
Передача крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) к ведущим колесам автомобиля (к движителям) реализуется посредством трансмиссии.
Классическая трансмиссия включает в свой состав сухое дисковое сцепление, механическую коробку переключения передач (КПП), карданный вал и задний ведущий мост. Для согласования энергетических возможностей ДВС с нагрузкой и скоростью движения механическая КПП современного легкового автомобиля имеет шесть ступеней переключения — четыре, понижающие скорости, одну, повышающую «вперёд» , и одну, понижающую «назад».
Переключение передач с помощью ступенчатого механического редуктора (каковым является КПП) связано с необходимостью разъединения коленчатого вала двигателя и первичного (ведущего) вала КПП.
Функцию разъединения валов на время переключения скоростей осуществляет сцепление. Дисковое сцепление и механическая коробка переключения передач управляются водителем, что является главным недостатком классической трансмиссионной передачи (индивидуальное управление не исключает ошибок и неточностей в действиях водителя).
Так, сначала на большегрузных, а затем и на легковых автомобилях стали устанавливать автоматическую коробку переключения передач (АКПП), которая переключает скорости без участия водителя.
2. Устройство автоматической коробки передач
Обычно автоматическая КПП для легковых автомобилей состоит из гидротрансформатора, планетарного редуктора со ступенчатым переключением и фрикционных устройств с гидроприводом (тормозные ленты и муфты). Внутри коробки устанавливается также гидронасос для управляющего давления, которое подается на гидроприводы фрикционов.
Для автоматического переключения скоростей АКПП дооборудована блоком электромагнитных клапанов, который устанавливается под планетарным редуктором и управляется электрическими сигналами от электронного блока управления (ЭБУ-АКП).
Входными сигналами для ЭБУ-АКП, по совокупности которых формируется последовательность манипуляций (переключений) в блоке электромагнитных клапанов, могут являться следующие сигналы:
• частота вращения коленвала ДВС (от ДКВ);
• частота вращения вторичного (выходного) вала АКПП или скорость движения автомобиля (от КД);
• положение дроссельной заслонки и скорость ее перемещения (от ДПД);
• нагрузка ДВС (от ДНД);
• температура ДВС (от ДТД);
• температура масла в АКПП;
• положение рычага АКПП (от МФП);
• положение переключателя программ (если таковой имеется);
• положение переключателя режима «Kickdown» (от ДТТ).
Так как все перечисленные сигналы управления представляют собой неэлектрические воздействия, то они преобразуются в электрические (аналоговые или цифровые) сигналы с помощью указанных датчиков для АКПП.
Если автомобиль оборудован электронными системами управления двигателем (ЭСУ-Д) и гидравлическими тормозами (ЭСАУ-Т), то часть управляющих сигналов для АКПП берется из этих систем. Например, от системы ABS используются сигналы колесных датчиков (КД), по которым вычисляются средняя скорость движения автомобиля или частота вращения вторичного вала АКПП. От системы управления двигателем к АКПП поступают сигналы о частоте вращения и о нагрузке ДВС, а также сигнал о положении и скорости перемещения дроссельной заслонки.
На рис. 1 показана функциональная схема автоматической КПП (модель 018)
для немецкого автомобиля «Audi-A8», на которой, помимо текстовых обозначений и обозначений, указанных в табл. 1, имеются следующие: МК-АКП — микропроцессор; П1-П5 — входные преобразователи неэлектрических воздействий от датчиков в электрические сигналы для МК-АКП; Р1-Р5 — выходные токовые реле с «сухими» контактами для включения электромагнитных клапанов АКПП; ЗУ (П) и ЗУ (Н) — запоминающие устройства для хранения программ (П) переключения и кодов неисправностей (Н) — соответственно.
Из рассмотрения функциональной схемы АКПП очевидно, что автоматическая коробка переключения передач с электронным управлением является еще одной автотронной системой современного легкового автомобиля.
3. Работа автоматической коробки передач
В отличие от обычной механической коробки передач автоматическая КПП с гидротрансформатором не имеет постоянного передаточного числа в любом из положений переключателя скоростей, чем обеспечивается бесступенчатая передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, когда автомобиль трогается с места, и при разгоне. Объясняется это тем, что передаточное число АКПП, пока в ней не заблокирован гидротрансформатор, может изменяться под воздействием перераспределения крутящего момента между тремя рабочими колесами гидротрансформатора. Первое рабочее колесо соединено жестко с коленвалом ДВС и называется насосным. Своими лопатками насосное колесо нагнетает трансмиссионное масло под центробежным давлением (зависящим от частоты вращения ДВС) на лопатки второго (турбинного) колеса, которое приводит во вращение вторичный (выходной) вал АКПП, с которым турбинное колесо связано жестко. Третье рабочее колесо установлено на муфте свободного хода между насосным и турбинным колесами. Это колесо называется реактором. Лопатки реактора принимают поток масла от турбинного колеса и изменяют направление потока таким образом, что он (поток) повторно направляется на лопатки турбинного колеса. Турбина получает дополнительный момент вращения, который суммируется с моментом, полученным турбинным колесом от насосного колеса. Таким образом, суммарный крутящий момент на выходе гидротрансформатора может быть больше, чем на его входе, и определяется частотой вращения турбинного колеса. Если скорость движения автомобиля снижается под воздействием увеличения нагрузки (подъем в гору), то частота вращения турбинного колеса падает, а крутящий момент увеличивается. При увеличении скорости автомобиля (при разгоне на прямом участке дороги) частота вращения турбины увеличивается, что приводит к уменьшению крутящего момента в гидротрансформаторе, следовательно, тяговая сила на ведущих колесах уменьшается. При некоторой частоте вращения вторичного (выходного) вала АКПП реактор начинает проворачиваться относительно муфты свободного хода и гидротрансформатор теряет свойства преобразователя крутящего момента. При этом скорости вращения первичного и вторичного валов АКПП становятся почти одинаковыми.
Диапазон изменения крутящего момента с помощью гидротрансформатора ограничен увеличением в 2,5. 3 раза. Этого достаточно для обеспечения нормальной работы АКПП в одном из фиксированных положений переключателя скоростей. Но этого недостаточно для устойчивой работы двигателя на всех возможных режимах движения автомобиля. Поэтому автоматическая КПП содержит в своем составе многоступенчатую механическую коробку с переключением скоростей при помощи электромагнитных клапанов. Сами клапаны управляются сигналами от ЭБУ-АКП (см. рис. 1).
4. Программное управление автоматическим переключателем скоростей
Автоматический переключатель скоростей АКПП — это блок электромагнитных клапанов, расположенных снизу коробки передач под планетарным редуктором. Его главная функция заключается в механическом перемещении шестерен планетарного редуктора в позиции, соответствующие одной из передач АКПП. Современные автоматические коробки легковых автомобилей имеют 3 или 4 передачи переднего хода и одну — заднего. Этим обеспечиваются стандартные режимы движения автомобиля. Но динамика движения, а следовательно, и работа АКПП в значительной степени определяются целью поездки и манерой вождения автомобиля, которые определяются водителем. Например, при поездке «за город» на отдых водитель управляет автомобилем неторопливо, спокойно и ставит перед собой главной целью поездки экономию топлива и безопасность движения. Как реализуется такой режим движения при езде на автомобиле с механической КПП? Водитель включает скорости плавно, разгоняет автомобиль медленно и равномерно, на повышенные передачи переключается по указателю спидометра (первая скорость — до 20 км/ч, вторая — до 40 км/ч, третья — до 60 км/ч, четвертая — до 80 км/ч, пятая — не более 100 км/ч), никого без нужды не обгоняет. Но такую же программу движения можно реализовать и с помощью автоматической коробки передач, если алгоритм управления заранее поместить в постоянную память ЭБУ-АКП. Тогда система АКПП будет действовать аналогично водителю: плавно (медленным открытием дроссельной заслонки) увеличивать скорость движения автомобиля; при достижении скорости 20 км/ч произойдет автоматическое переключение с первой передачи на вторую, и так далее. Такой режим движения называется «экономичным» и закладывается в память ЭБУ-АКП как «первый».
Рассмотрим другой случай, когда водителю необходимо срочно приехать в заданное место, а времени «в обрез». Теперь водитель мало думает об осторожности и совершенно забывает об экономии топлива. Передачи включает быстрым толчком рычага, скорость автомобиля на разгоне развивает предельно интенсивно, с целью форсирования двигателя задерживает переключение на повышенную передачу до предельно высоких оборотов ДВС. Такой режим движения называется «спортивным» и тоже может быть легко запрограммирован для системы АКПП. При составлении программ для АКПП между экономичным и спортивным режимами движения в память ЭБУ-АКП записывают еще три промежуточных стандартных программы для обычных условий движения. В автомобилях среднего потребительского класса пять стандартных программ могут выбираться водителем с помощью специального переключателя программ, и тогда АКПП выполняет свои функции строго в рамках выбранного режима. Водитель в любое время может перевести АКПП из автоматического управления в режим активного индивидуального управления. Для этого достаточно воспользоваться рычагом переключения передач, но режим «DSP» (автоматического переключения программ) не реализуется. На автомобилях высокого потребительского класса переключатель программ не устанавливается, а программы переключаются автоматически. Для этой цели рычаг АКПП имеет не одну, а две дорожки для перемещения.
На первой (основной) дорожке обеспечивается фиксация рычага в семи стандартных позициях: 1, 2, 3, D, N, R, P. На этой дорожке исполняется и дополнительная функция DSP. На вторую (дополнительную) дорожку рычаг может быть переведен только с позиции «D» на основной дорожке. Для этого рычаг наклоняется вправо и фиксируется. На дополнительной дорожке рычаг может перемещаться вперед и назад без фиксации в этих положениях. Переводом рычага на дополнительную дорожку включается режим «Tiptronic». В этом режиме легкое проталкивание рычага управления вперед приводит к мгновенному переключению АКПП на следующую повышенную передачу.
Действием в обратном направлении (назад) АКПП переключается на пониженную передачу. В режиме «Tiptronic» переключение передач выполняется без изменения тяговой силы, приложенной к колесам.
При форсированном ускорении автомобиля в режиме «Tiptronic» переключение АКПП на более высокую передачу может осуществляться только вручную, следующим толчком рычага вперед. Но обратное переключение скоростей (на понижение) при замедлении происходит автоматически. Для переключения системы АКПП с одной программы управления на другую без участия водителя дополнительно используются сигналы о положении и скорости перемещения дроссельной заслонки (от датчика положения дросселя ДПД в системе ЭСАУ-Д), а также сигналы об ускорении автомобиля и о разнице частот вращения между колесами переднего и заднего мостов (от датчиков системы ЭСАУ-Т).
Таким образом, по совокупности этих сигналов и сигналов о частоте вращения коленвала ДВС и вторичного вала АКПП микропроцессор (МК) в ЭБУ-АКП определяет текущую динамическую ситуацию движения, анализирует манеру езды и намерения водителя и по результатам обработки информации выбирает соответствующую программу управления для АКПП.
Для автомобилей высокого потребительского класса составляется пакет из десяти (SP1-SP10) рабочих динамических программ, первые пять из которых (SP1-SP5) стандартные (от экономичной SP1 до спортивной SP5) и еще пять — специальные. SP6 — программа для фазы прогрева ДВС, АКПП и катализато¬ра. Программа SP7 является программой переключения АКПП в режиме «Tiptronic».
Программы SP8, SP9, SP10 ориентированы на работу АКПП при движении автомобиля в горной местности. Так, программа SP8 предотвращает переключение на более высокую передачу, если автомобиль движется под уклон. Если при этом вводится в действие тормоз, то программа SP9 осуществляет переключение АКПП на более низкую передачу и реализует дополнительное торможение двигателем. При движении на подъем программа SP10 выбирает оптимальную скорость движения на пониженной передаче и этим предотвращает частое переключение скоростей.
Автоматический выбор программ позволяет реализовать быстрое, качественное, корректное, высокоточное, а следовательно, и высоконадежное переключение скоростей при различных условиях движения автомобиля.
5. Принципиальная электрическая схема системы АКПП
Схема составлена по нормам DIN (ФРГ). Схему дополняет таблица, в которой приведена спецификация компонентов.
Принципиальная электрическая схема работает следующим образом:
1. Если многофункциональный переключатель F125 находится в положении «P-parking» или «N-neitral», то возможен запуск двигателя стартером. Во всех остальных положениях стартер блокируется и запуск ДВС невозможен.
2. После прогрева ДВС и АКПП движение автомобиля «вперед» можно начинать, поставив рычаг либо в положение «1», либо в положение «D», а при движении «назад» — в положение «R».
3. Если рычаг установлен в положение «2» или «3», то АКПП работает с переключением скоростей только до установленного предела и обратно.
4. Все переключения скоростей реализуются с помощью блока электромагнитных клапанов G38, который одновременно является цифровым (кодовым) датчиком частоты вращения вторичного вала АКПП. Блок G38 управляется электрическими сигналами от ЭБУ-АКП (J217).
5. Используются сигналы от ЭБУ-«АВS-EDS» (J104) о частоте вращения колес (датчики G44-G47).
6. Блок ЭБУ (J217) и ЭБУ «Motronic» (J220) постоянно обмениваются информацией, тем самым реализуется своевременное и качественное (корректное) переключение передач в АКПП и управление крутящим моментом двигателя посредством привода дроссельной заслонки (ПДЗ).
7. В режиме «Tiptronic» АКПП работает по программе SP7 и обеспечивает мгновенное переключение скоростей без прерывания тяговой силы.
8. Положение рычага АКПП индицируется на световом табло G96 и на указателе, расположенном вдоль основной дорожки рычага.
9. Переключатель программ и указатель выбранной рабочей программы в системе «АКПП-018» не применяются.
10. Для проведения диагностики неисправностей АКПП в условиях станции технического обслуживания (СТО) предусмотрен диагностический разъем Pin7. Диагностированию подлежат все входные устройства и датчики, а также все электромагнитные клапаны.
В заключение следует отметить, что АКПП проигрывает обычной механической коробке переключения передач по коэффициенту полезного действия (КПД), так как имеют место значительные потери в гидротрансформаторе.
Но за счет точного (своевременного) и качественного (корректного) переключения скоростей АКПП обеспечивает экономию топлива и работает на автомобиле значительно дольше механической КПП. Кроме того, двигатель и трансмиссия с автоматической коробкой защищены от случайных перегрузок при ошибочных действиях водителя во время переключения передач. Но основное преимущество АКПП состоит в том, что она обеспечивает высокую комфортность и простоту управления автомобилем.
РЕМОНТ И СЕРВИС-8 2001
Источник статьи: http://altay-krylov.ru/ch_avto_avto_korobka.html
