Первые классические АКПП управлялись чисто гидравлическими способами. Система насосов и механических клапанов перераспределяла управляющие и силовые потоки рабочей жидкости, переключая передачи в планетарных редукторах. Громоздкая, малоэффективная по расходу топлива и не очень надёжная коробка настоятельно требовала развития именно по изменению принципа управления. Логическим шагом стало внедрение электроники. Компьютер идеально подходил для этой роли, что и вызвало появление системы датчиков. Электронному мозгу для принятия решений надо иметь информацию о том, что именно происходит с автомобилем.
Какие датчики и для чего потребовались
Главная цель любой автоматической коробки – правильно выбрать момент переключения и передаточное число, необходимое в текущей ситуации. Для этого потребуется следующий набор основной информации, касающейся непосредственно агрегата АКПП:
- положение основного органа управления, в качестве которого используется селектор выбора режима;
- частоты вращения входного и выходного валов коробки, на основании которых можно судить о текущем состоянии агрегата, включённой передаче и многих других информационных поводах;
- датчики положения дополнительных органов управления с места водителя.
Внутреннюю информацию поставляют встроенные сенсоры:
- датчик температуры масла в АКПП;
- датчик давления насоса внутри коробки;
- периферийные датчики давления, выдающие сигналы о текущем состоянии управляющих и силовых магистралей.
Дополнительная информация снимается с шины данных автомобиля. Это локальная сеть, в которой клиентами выступают все электронные узлы и блоки. Например, важными для работы АКПП будут данные от:
- блока управления двигателем;
- систем ABS и прочих стабилизирующих устройств;
- панели приборов и органов управления и настройки, интегрированных в мультимедиа-интерфейс с водителем.
Как правило, обмен измерительной и управляющей информации идёт в двустороннем режиме, так трансмиссия полностью включается в общий процесс контроля над автомобилем. Это необходимо как для обеспечения безопасности движения, так и полноты адаптации коробки, что сейчас стало нормой. Поездив на конкретном экземпляре серийной машины, любой водитель заметит, как трансмиссия начинает всё лучше понимать и предсказывать его запросы.
Измерение скорости входного вала коробки
Датчик частоты вращения первичного вала используется для:
- контроля за сменой передач;
- оценки режима работы гидротрансформатора по разнице в скорости вращения маховика двигателя и первичного вала;
- формирования электронного признака наступившей блокировки гидротрансформатора.
Датчик представляет собой классическую бесконтактную систему, работающую на эффекте Холла. В состав интегрального кристалла (чипа) входит непосредственно магниточувствительный элемент и электронная схема преобразования, усиления и передачи сигнала на выходной разъём. Располагается всё это внутри картера коробки, легко выдерживая температуру и наличие горячего масла в силу своей герметичной конструкции.
Задающим элементом может быть любая вращающаяся деталь на валу, у которой имеются чередующиеся выступы и впадины из ферромагнитного материала, например, шестерня, или специализированный диск с прорезями. Формирующий постоянное поле магнит связывается с датчиком либо через немагнитное пространство, либо через ферромагнитное вещество. Благодаря этому, при вращении чувствительный элемент фиксирует изменение напряжённости поля и передаёт слабый сигнал на электронный формирователь. Выход датчика обеспечивает чёткую последовательность импульсов с крутыми фронтами, хорошо пригодную для считывания блоком управления АКПП.
В электронном блоке происходит подсчёт числа импульсов за единицу времени, после чего результат заносится в ячейку оперативной памяти, откуда может быть считан по обращению процессора. Подобная ячейка с точки зрения программы считается переменной, текущее значение которой используется в расчёте по формулам алгоритма управления коробкой.
Датчик частоты вращения выходного вала
Для удержания трансмиссии под полным контролем блоку управления необходимо знать, с какой частотой вращения момент передаётся с выхода коробки. Так можно вычислить суммарное передаточное число, то есть номер включённой передачи. А оценивая соотношение трёх параметров – оборотов двигателя, первичного и вторичного валов, также и мгновенные проскальзывания в гидротрансформаторе и фрикционных муфтах.
Последнее особенно важно для управления процессом переключения без рывков, пинков и провалов выходного крутящего момента. Блок управления способен производить операции из высшей математики, то есть численно рассчитывать первую и вторую производные от скорости вращения вторичного вала. Первая несёт информацию об ускорении автомобиля, поскольку дальше момент передаётся без проскальзываний, а вторая позволяет управлять плавностью переключения, регулируя переменные моментной модели двигателя в его блоке управления и соответственно устанавливая темп замыкания фрикционных муфт в коробке. То есть именно отсюда берутся исходные данные для непосредственного формирования управляющих команд на соленоиды гидроблока АКПП.
Устройство и принцип действия здесь полностью аналогичны рассмотренному выше сенсору на эффекте Холла.
Температурный датчик
Вся коробка рассчитана на строго определённые характеристики рабочей жидкости, то есть масла типа ATF. Его вязкость, смазывающие свойства, а также лимитированные характеристики по обеспечению фрикционных свойств управляющих муфт сильно зависят от температуры. Разработчики масла стремятся минимизировать этот эффект, но полностью он не устраняется. Поэтому очень важно контролировать температуру жидкости.
Помимо изменения характеристик, масло подвержено ускоренному старению при повышенной температуре. Это недопустимо, поскольку в таком случае его свойства изменятся необратимо. Кроме того, масло в коробке выполняет функцию охлаждения всех деталей. Особенно это важно в работе гидротрансформатора и фрикционных муфт. Первый меняет свою передаточную характеристику, а вторые могут перегреваться и подгорать, после чего нормально работать уже не в состоянии. Масло сразу приобретает многим известный горелый запах.
Для охлаждения АКПП предусматриваются внешние теплообменники и радиаторы, но в тяжёлых режимах пробуксовок и этого оказывается недостаточно. Низкая температура масла тоже плохо сказывается на работе, поэтому получая информацию о недостаточном прогреве или перегреве, комплекс из блоков управления коробкой и двигателем принимает решение об ограничениях в использовании всех возможностей силового агрегата, вплоть до перехода в аварийный режим. При этом перед водителем высвечивается индикатор перегрева трансмиссии, и дальнейшее движение в обычном режиме возможно лишь после охлаждения.
Датчик температуры имеет традиционное для подобных приборов устройство в виде термочувствительного полупроводникового элемента. Его сопротивление по определённому закону зависит от температуры, что известно блоку управления, где в памяти имеется соответствующая калибровочная таблица. Непрерывно контролируя это параметр, блок принимает решение на корректировки в работе трансмиссии. А во время диагностики показания датчика могут быть прочитаны через сканер. Например, для проведения контрольных тестов трансмиссии или просто при проверке уровня масла, что тоже надо производить при определённой его температуре.
Датчик селектора управления коробкой
Достаточно прост по конструкции, чаще всего представляет собой потенциометр, движок которого связан механически с ручкой селектора. Сопротивление может быть считано блоком управления и в зависимости от его величины преобразовано программой в номер требуемого режима. Это могут быть автоматический выбор при движении вперёд, задний ход, парковка, нейтраль или дополнительные режимы по ограничению перебора передач и ручному управлению.
Конструкции селекторов могут быть разными, от простых контактных до электромагнитных. Отсюда же возможно управление функциями, непосредственно с коробкой не связанными, например, управление освещением, блокировкой стартёра или механической связью с гидравликой.
Датчики давления
Все функции коробки непосредственно выполняются гидравликой, поэтому управляющему блоку важно знать, какое давление в разных частях магистралей присутствует в текущий момент. Основное давление создаётся масляным насосом, его тоже надо контролировать, для чего имеется соответствующий электромагнитный клапан, а дальше оно распространяется по исполнительным устройствам, многие из которых также снабжены обратной связью с блоком. Поэтому датчиков давления обычно несколько.
Не всегда важна информация о численном значении давления, поэтому могут применяться как чисто измерительные (аналоговые) датчики, так и реагирующие на изменение силы на известную площадь замыкающиеся контактные пары. Такие устройства дешевле и не требуют сложного метрологического обеспечения от блока управления. Их задача состоит лишь в определении превышения заданного при изготовлении порога.
Аналоговый измерительный датчик обычно представляет собой тензорезистор, то есть элемент, изменяющий своё сопротивление в зависимости от приложенной силы.
В общую структуру системы датчиков входят и те, которые не связаны с АКПП, но их данные учитываются в её управлении. Связь возможна как по проводам, так и по общей автомобильной шине данных. Так трансмиссия всё теснее интегрируется в общий комплекс управляющей автомобилем электроники.
