Электронные системы управления трансмиссией автомобиля

 

Распопов Владимир Иванович.

 

Работа современной автоматической коробки перемены передач не представляется возможной без применения средств электронного управления.                    С момента появления ручных коробок передач предпринимались неоднократные попытки автоматизации их работы с помощью механических, а затем гидравлических и пневматических средств автоматизации.

         По разные стороны океана попытки разработки подобных систем были осуществлены разными путями. В США, в связи с тем, что  была отработана технология изготовления планетарных передач при выпуске коробки с ручным переключением для Форд-Т, автомобильные инженеры пришли к идее автоматического управления с помощью гидравлики планетарной передачей. Первоначально автоматическим было только переключение передач. Впоследствии,  с помощью средств гидравлики был создан и блок логики, управлявший коробкой в различных условиях движения. Эта автоматическая коробка оказалась вполне жизнеспособной, до сих пор находятся в эксплуатации такие АКПП, и при должном уходе, возможно, проработают еще не один год.

         Другое направление, связанное с автоматизацией КПП, взяли некоторые  европейские производители.  Используя существующий конструктив коробки, её оборудовали автоматическим механизмом переключения  на основе кулачкового вала и вакуумным приводом выключения сцепления. В данном случае, полностью автоматической работы коробки не происходило, так как в конечном счете команды на переключение давал водитель. Какое-то количество автомобилей было выпущено с этой коробкой, но дальнейшего развитие данной системы было остановлено в связи неудобством в использовании и обслуживании. Надо сказать, что в семидесятых годах частично такая система была реализована в отечественных автомобилях ЗАЗ, автоматическим сцеплением серийно комплектовались автомобили для инвалидов.

         Автоматические КПП с планетарными передачами и гидравлическим управлением, несмотря на высочайшие для того времени требования к качеству изготовления деталей, получили значительное распространение.   В период после второй мировой войны произошел новый виток развития АКПП, когда в связи с сокращением военной промышленности военные инженеры и конструкторы поступили на работу в известные автомобильные фирмы. Так, например, произошло появление огромного количества  технических идей в компании Крайслер. К 1946 году инженерами компании была разработана АКПП М6, различные технические решения которой  можно было увидеть и в более современных коробках.   Автоматические КПП с планетарными передачами и гидравлическим управлением, несмотря на высочайшие для того времени требования к качеству изготовления деталей, получили значительное распространение. Компания Дженерал моторс в 1940 году разработала трансмиссию с  гидромуфтой. Несмотря на некоторые проблемы, это была уже полностью автоматическая АКПП,  различные технические решения которой  можно было увидеть и в более современных коробках.

         О механических коробках с автоматическим переключением на время забыли из-за невозможности организовать автоматическое управление на электронной базе того уровня.

         Техническая мысль не стояла на месте, конечно, были разработки и кроме этих. Так, фирмой ДАФ была разработана автоматическая трансмиссия на базе клиноременного вариатора, который впоследствии многие годы устанавливался на автомобиль Вольво-340. Простота конструкции вариатора и системы управления, а также легкость замены главного быстроизнашиваемого элемента трансмиссии – вариаторного ремня - обеспечили популярность этой конструкции. Надо отметить самое главное – эта конструкция была очень и очень недорога в производстве, правда, передавала не очень большой крутящий момент. Творческая мысль  конструкторов Van Doorne^,s Transmissie B.V. не стояла на месте -  в  августе 1968 года был официально зарегистрирован патент US 33955086, в котором была выдвинута следующая концепция: толкающий стальной ремень в масляной ванне, шкивы вариатора управляются с помощью специального гидравлического устройства, идея которого тоже была отражена в данном патенте. В Августе 1995 фирме Nissan motor Сo. Был выдан патент уже на “Pulley device for continuously variable transmission”, (Устройство шкивов для вариаторной трансмиссии)  в чертежах к которому уже была отражена конструкция трансмиссии CVT.  Уровень развития электронной базы того времени   позволял создать систему, управляющую коробкой уверенно и надежно. Например, в Мае 1994 года был зарегистрирован патент за номером ЕР068111981 фирмой Aisin Am Co., LTD , в котором описывается система управления коробкой CVT, алгоритм работы и способ управления коробкой водителем “Vehicle transmission control apparatus”. Надо сказать, что это были не единственные патенты по данной трансмиссии, в решении идеи CVT работали многие фирмы и инженеры, но в конечном итоге в 1997 году фирма Nissan motor Сo. Выпустила первую коробку  CVT-1 и она уже была установлена на реальный серийный автомобиль. Первоначально эти коробки работали с механической дроссельной заслонкой, впоследствии, по мере развития системы коробка-блок управления, она была заменена на электронную дроссельную заслонку.

Система управления коробкой работает, получая информацию от следующих датчиков:

1.Датчик частоты вращения ведущего шкива

2. Датчик частоты вращения ведомого шкива

3 Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя

4.Датчик дроссельной заслонки.

5. Датчик давления.

  Система управляет следующими элементами:

1.Шаговый электродвигатель

2.Электронный клапан регулирования давления

3.Электромагнитный клапан блокировки гидротрансформатора

         Также система может получать информацию от блока АВС  или от датчика, находящемся на корпусе дифференциала  о скорости автомобиля.

         Датчики частоты вращения ведущего и ведомого валов. Работа основана на эффекте Холла, На основании сигналов с этих датчиков система управления оценивает передаточное число вариатора и рассчитывает передаточное число в зависимости от условий движения.

Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя или информация от блока управления двигателем о частоте вращения. Позволяет системе выбрать правильное передаточное число в зависимости от условий движения.

Датчик дроссельной заслонки двигателя. По сигналу этого датчика,  учитывая обороты двигателя и скорость движения, система определяет необходимое передаточное число трансмиссии, контролируя его с помощью датчиков оборотов ведущего и ведомого вала трансмиссии.

Датчик давления. В этой модели трансмиссии используется один датчик давления для определения вторичного давления (давления в ведомом шкиве). Для работы трансмиссии это весьма важный параметр, отклонение от необходимого давления  приводит к пробуксовке трансмиссии и критическому износу ремня и шкивов. При разных передаточных числах величина давления разная.

Шаговый электродвигатель. Оборудован винтовым редуктором, преобразующим вращение ротора в линейное перемещение исполнительного рычага. Имеет четыре независимые обмотки и получает импульсные сигналы управления от блока управления трансмиссией. Посредством рычажного механизма шаговый электродвигатель приводит в движение управляющий механизм  вариатора и тем самым изменяет передаточное отношение вариатора. Параметры регулирования системы устанавливаются  блоком управления так, чтобы они не зависели от изменения температуры гидравлической жидкости.

Клапан управления давлением. Получает сигналы широтно-импульсной модуляции от блока управления и по его команде регулирует давление в системе в зависимости от нагрузки на шкивы вариатора.  

Клапан блокировки гидротрансформатора. Подает управляющее давление в систему блокировки гидротрансформатора, что необходимо для повышения  к.п.д. трансмиссии, уменьшения расхода топлива.

Также непосредственно в  самой трансмиссии находится электронный модуль ПЗУ (ROM), в памяти которого находится базовая  информация об установленном в трансмиссии вариаторе и гидравлическом блоке. Данная информация является уникальной для каждого экземпляра трансмиссии и при ремонте вариатора (замена ремня) заменятся чипсет вместе с гидроблоком.

         В блоке управления трансмиссией для облегчения поиска неисправностей имеется два раздела памяти для хранения сообщений о неисправностях (кодах ошибок). Одна область памяти для хранения текущих ошибок, другая- хранение событий. Если ошибка проявляется в данный момент времени, из-за которой трансмиссия работает в аварийном режиме,  то она будет видна сканером или считываться с помощью контрольной лампы флеш-кодом. Однако есть коды, которые в связи с логикой работы системы самодиагностики могут не отобразиться в памяти текущих событий, а будут занесены в память хранения событий. Они также могут быть считаны сканером, или, с помощью определенных манипуляций с места водителя – контрольной лампой. Как правило, при появлении  неисправности  сообщение записывается в память и момент записи проявляется в виде мигания контрольной лампы.

         При считывании кодов неисправностей с помощью флеш-кодов необходимо, следуя методике завода-изготовителя, перевести систему управления коробкой  в режим самодиагностики и считать коды, пользуясь индикатором  SPORT. При этом индикатор должен вспыхнуть 10 раз. Порядковый номер вспышки обозначает цепь, которая подвергается проверке.  Если все исправно, то вспышки короткие. Неисправная цепь или устройство обозначается более длинной вспышкой.

Номер вспышки	Проверяемая  цепь
1	Вторичный шкив, датчик оборотов
2	Первичный шкив, датчик оборотов
3	Дроссельная заслонка, датчик положения
4	Управление шкивами, шаговый двигатель
5	Контроль давления масла, датчик
6	Управление давлением, соленоид
7	Блокировка гидротрансформатора, соленоид
8	Температура масла, датчик
9	Сигнал  частоты оборотов двигателя
10	Функция защиты трансмиссии

Если же мы свяжемся с блоком управления с помощью диагностического прибора (Consult), то будем иметь информацию в стандартном виде – обозначение кодов неисправности в системе OBD-II. Отдельной диагностической линии для блока управления не предусмотрено, диагностика осуществляется по шине CAN, также как и связь блока управления CVT с остальными блоками автомобиля – а это необходимо для получения различной информации для работы  этих блоков.  К сожалению, развитая система электронной диагностики не может дать гарантию, что неисправность может быть определена однозначно и оперативно устранена. В первую очередь это связано с тем, что причина неисправностей может быть в различных системах- например, в гидравлике,  а внешние проявления будут имитировать сбой в работе электронной системы с соответствующими кодами неисправностей. Это связано еще и с тем, что в системе нет специальных датчиков или устройств, предназначенных специально для диагностики – это значительно усложняет систему и является экономически невыгодным – используются датчики и устройства, предназначенные для нормального функционирования системы. В результате получается, что электронная диагностика осуществляется по косвенным признакам и данным, в результате снижается точность локализации неисправности и увеличивается вероятность  ошибки при определении неисправности. Кроме того, если мы при диагностике используем  универсальный сканер, то при этом можем вообще не иметь информации о неисправностях, так как у него может не быть возможности связи с TCM. Мало того, в памяти блока управления двигателем могут появиться коды неисправности, относящиеся к TCM, из-за того, что блок управления двигателем связан с TCM. Как правило,  эти коды указывают не на конкретную неисправность, а на следствия проявления этой неисправности, что может дать неверное направление поиска.

 Если мы обратим внимание на руководства по ремонту, составленные заводом-изготовителем, то увидим,  как правило, что рекомендаций по ремонту коробки немного, и в результате выполнения шагов по поиску неисправности мы приходим  к замене трансмиссии. Возможно, с точки зрения дилера это абсолютно правильно – квалифицированный диагност здесь не нужен, с заменой трансмиссии справится механик средней квалификации, это можно сделать достаточно быстро, дилер при этом продает новую трансмиссию с гарантией, при этом вероятность отказа снижена до минимума. При этом не уточняется, что большая часть неисправностей может быть определена и ликвидирована за сравнительно небольшую сумму, что, безусловно, выгодно владельцу автомобиля. Далее, вероятность выхода трансмиссии из строя увеличивается с пробегом. И, как правило, пик обращений с неисправностями трансмиссии приходится на постгарантийный срок эксплуатации автомобиля.

Дилера автомобили с таким пробегом не интересуют,  владельцы этих машин ищут более недорогое обслуживание, в результате техническое обслуживание автомобилей осуществляется  на небольших станциях технического обслуживания.  Обслуживание и ремонт трансмиссии CVT на таких станциях также может иметь достаточные трудности. Например, при техническом обслуживании CVT, при выполнении операции замены масла необходимо переустанавливать электронный счетчик, учитывающий интенсивность и время эксплуатации трансмиссии. Это своего рода адаптивная система CVT, корректирующая параметры системы в зависимости от износа механики и старения масла.

Так вот, если не переустановить данный счетчик,  износ CVT  происходит более высокими темпами,  чем если бы масло вообще не меняли.  В результате из-за пропуска одной технологической операции, осуществляемой с помощью оборудования для электронной диагностики,  может быть сокращен срок безотказной работы CVT. Таких проблем можно привести достаточно много,  важно то, что даже незначительные неисправности, вовремя не обнаруженные, могут существенно сократить срок службы CVT и автомобиля в целом. Что касается электронной диагностики, то здесь можно выделить еще одну проблему – есть ряд неисправностей, появление которых не сопровождается включением сигнала о неисправности, а внешние проявления слабо выражены и водителем могут быть не замечены, хотя они могли бы быть обнаружены при проведении регулярного технического обслуживания , если бы была выработана соответствующая методика.

1.     Становится понятно, что как сама трансмиссия CVT, так и её система управления является сложным высокотехнологическим устройством, при обслуживании которой необходима специальная подготовка механиков и диагностов.

2.      Мало того, в ряде случаев опора на старые знания, полученные при знакомстве с методами ремонта и обслуживания классических гидромеханических  коробок передач,  может отрицательно повлиять на результат работы.

3.      Для того, чтобы успешно проводить обслуживание и диагностику электронной части трансмиссий CVT, необходимо иметь качественно обученного специалиста с отличными практическими навыками и хорошо знающего механическую и гидравлическую часть данных передач – в противном случае результат будет только отрицательным.

4.      При обслуживании на дилерских станциях часто не учитываются местные  условия работы автомобиля - как правило, регулярность технического обслуживания у автомобилей  как с  CVT , так и без неё устанавливается единой для марки автомобиля при европейских условиях эксплуатации. В условиях эксплуатации Северо-Западного региона эти цифры могут быть иными в связи с особенностями климата, температурным режимом эксплуатации, условиями повышенной запыленности. Кроме того, ситуацию могут усугубить условия зимней эксплуатации – наличие на дороге антигололедных средств значительно сокращает надежность работы проводки и электрических разъемов.

5.     При проведении операций технического обслуживания CVT желательно проведение определенных диагностических  действий, для того, чтобы выявить возможные проблемы в будущем, осуществляемых по специальным методикам.