62. Автоматические коробки передач с электронным управлением

На современных легковых автомобилях высокого потребительского класса автоматическая коробка переключения передач (АКПП) с гидротрансформатором и с 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 под условия движения и под манеру водителя управлять автомобилем.

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 устанавливеется 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 МОП); 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 (ЭСАУ-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.

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.

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 назад. 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/час, вторя — до 40 км/час, третья — до 60 км/час, четвертая — до 80 км/час, пятая — не более 100 км/час), 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/час 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 предел но 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 промежуточные стандартные 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, Р. 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 специальных. SP6 — программа для фазы прогрева ДВС, АКПП и катализатора. 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.