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對于購買汽車的人來說，可靠性及燃油效益是僅次于價格的兩項重要考量因素。毫無疑問，對于新車主而言，最可怕的事情莫過于汽車在途中熄火。此外，車主也期望汽車能盡量經(jīng)久耐用。與此同時，由于目前全球燃油價格不斷上升，以使車主更加關(guān)注燃油效率，并希望能盡量減低二氧化碳的排放量。 汽車的動力傳動系統(tǒng)包括有一個內(nèi)燃機、一個多齒輪比變速器及車輪。發(fā)動機轉(zhuǎn)矩及速度會因汽車所需的牽引動力而在變速器中進行轉(zhuǎn)換。此外，汽車的變速器還可控制車輪的轉(zhuǎn)動方向。 變速器一般分為手動及自動變速兩種。自動變速可自動控制磨擦單元、齒輪比的選擇及換檔。 自動變速會采用液壓油來達到潤滑及冷凍的效果，液壓油是一種非常特別的液體，可在任何惡劣的環(huán)境下運行。自動變速箱油(ATF)的主要功能為： * 把動力從發(fā)動機變矩器傳送到動力傳動裝置; * 吸收由變矩器產(chǎn)生的熱力并轉(zhuǎn)移到汽車前端的冷凍裝置; * 作為離合器磨擦的冷凍劑，它可吸收及散發(fā)由離合器或帶嚙合所產(chǎn)生的熱能; * 通過一個復(fù)雜的液壓控制系統(tǒng)把液體壓力傳送開去，該系統(tǒng)采用汽門、伺服機、泵、離合器總泵、液壓管路及管道來進行控制; * 作為行星齒輪、軸承、伺服機、離合器和軸襯的潤滑劑及冷凍劑。 冷起動 自動變速箱油于工作溫度下(約90°C/195°F)的黏度一般都非常低。可是假如油溫太低時(例如是0°C/30°F以下)，其粘度便會大幅增加，導(dǎo)致產(chǎn)生非常高的曳力矩(drag torque)。結(jié)果，齒輪便難以嚙合，原因是當中的同步器件一般都不能應(yīng)付這般高的轉(zhuǎn)矩力。假如齒輪不能嚙合或換檔，汽車便不能開動。基于這個原因， “冷起動”程序會因應(yīng)油溫而被激活，以確保至少有一個齒輪能夠成功嚙合。 暖車過程 當汽車開始行駛后，除非需要明顯加速或拖拉笨重的物體(例如是拖車)，否則液壓油溫只會慢慢地上升，而這也意味著曳力矩也會緩慢地上升。假如汽車長期處于高曳力矩的環(huán)境，同步器件便會超載并且受損。 在齒輪箱加入一些損耗、將換檔點移到較高的轉(zhuǎn)速汽門及提高齒輪箱潤滑油的質(zhì)量，這些均可加快暖車的過程。由此，發(fā)動機、齒輪箱及催化劑便可更快地達到最佳的運作溫度。變速器越快達到最優(yōu)的工作溫度，便可越快啟動用于節(jié)省耗油量的齒輪換檔程序。 齒輪的換檔組成部份是經(jīng)由液壓或電子起動汽門來控制，這些換檔單元的起動會顯著地受到溫度的影響，原因是自動變速箱油的粘度會隨著溫度而顯著地上升，因此溫度可以影響施加壓力的程度及時間特性。一旦自動變速箱油變熱，其溫度變化的幅度便會增大，因此當設(shè)定標準的換檔油壓時，必須考慮有關(guān)油溫的問題。 在高溫下運行 毫無疑問，自動變速箱油很容易受到溫度的影響，但相比對低溫的反應(yīng)，其對高溫的反應(yīng)要大得多。自動變速的過程會產(chǎn)生很多的磨擦，而這些磨擦?xí)a(chǎn)生很多熱力。液體會不斷在變矩器中攪動并且被泵過測流口(metering orifice)和液壓電路。每當變速換檔時，離合器組件會產(chǎn)生出超乎箱油所能帶走的熱力。變速器的負載越大，所產(chǎn)生的熱力便越大，而箱油也會變得更熱。 一般的傳統(tǒng)變速箱油溫所能允許的最高溫度為80到100°C或175到212°F，而特制的變速箱油溫則可高達110到130℃或230到 265°F。然而，現(xiàn)如今先進的汽車的變速箱油溫可能高達120到150℃或250到300°F，而對于重型貨車例如是18輪的貨運列車來說，假如在炎熱天氣下行駛，其油溫甚至可高達160到170°C或320到340°F。如此高的油溫會導(dǎo)致箱油及變速組件受損。 變速箱油的工作壽命 在高溫的環(huán)境下，變速箱油的工作壽命會被縮短。一旦溫度超出正常運作的水平(90°C/195°F以上)，潤滑油的氧化速度便會增加，導(dǎo)致其有效壽命被縮短。基于娒指定律，當溫度超出正常運作溫度12°C/20°F時，箱油的預(yù)期工作壽命便會減半。 工作表面的磨損 除上述的影響外，高溫還會對變速器活動組件的工作表面構(gòu)成威脅。原因是當溫度越來越高時，從磨擦區(qū)被帶走的熱力便越少，因此齒輪被卡住的機會便會大增。當溫度上升超過175°C/350°F時，鋼鐵的硬度便會下降。假如我們考慮到齒輪和離合器工作表面的溫度通常都高于油溫時，我們便可預(yù)期齒輪的硬度會隨著油溫度而下降，即使油溫低于175°C/350°F。 橡膠密封件及流通管道 橡膠密封件及冷凍劑流通管道對高油溫極其敏感。當橡膠密封件遇上高溫時便會變硬和變得脆弱，導(dǎo)致其工作壽命和可靠性大幅度降低。當汽車不能安裝金屬制的冷凍劑管道時，便需采用由PA12塑料(酰胺12或尼龍12)制成的冷凍劑流通管道，該管道將轉(zhuǎn)矩器流通輸出端口與冷凍劑連接。在高溫(超出 175°C/350°F)的環(huán)境下，塑膠制的冷凍管道可能會屈曲，以致箱油向上流并使冷凍劑失效。 ECU過熱 電子控制單元(ECU)的工作是監(jiān)視和控制自動變速系統(tǒng)的運作。在某些情況下，ECU會被放置于齒輪箱罩內(nèi)以盡量利用齒輪箱的現(xiàn)有空間，這表示控制單元會與自動變速箱油長期保持直接接觸。這種配置的優(yōu)點包括可把連接ECU、傳感器及起動器的接線盡量縮短;減少插頭和連接器的數(shù)量;降低線路間的噪聲及使換檔的位置檢測更加準確。 假如變速器環(huán)境及冷凍劑的溫度過高，汽車的動力和控制電子元件便不能正常地運作，以致其壽命縮短并出現(xiàn)損壞。因此，變速器系統(tǒng)必須對過熱情況進行偵測甚至預(yù)測，并通過適當措施減少所產(chǎn)生的熱力及/或改善過熱的情況。對于一些極端的情況，系統(tǒng)必須更精確地測量溫度并把敏感的電子元件關(guān)閉以防止控制電子被完全破壞。 結(jié)論 為了克服監(jiān)察自動變速器溫度的各項挑戰(zhàn)，美國國家半導(dǎo)體特別對LM71進行優(yōu)化，推出針對高溫應(yīng)用的LM71A1。 LM71A1是一個具備有SPI接口的數(shù)字溫度傳感器，其寬闊的工作溫度范圍(-40°C 到 +175°C或 -40 到350°F)，使溫度的監(jiān)察能同時于冷起動及過熱情況下進行。該器件現(xiàn)以裸片形式提供，并保證擁有更快的溫度響應(yīng)，從而對暖車過程有更佳的控制。然而，它的最大特點是可在高溫(130 到 150°C或165 到 300°F)及高分辨率(0.03125°C/LSB)下達到極高的精確度，以確保能于極高溫的環(huán)境下精確地感測溫度。 為了把箱油維持在正常的運作范圍內(nèi)，以及正確地控制汽門和換檔時間及防止機件過快退化和損壞，精確的溫度檢測便不可或缺。如此，便可獲得較高的燃油效益和提高系統(tǒng)的可靠性。LM71A1可幫助設(shè)計人員設(shè)計出針對變速器電子控制單元的高性能熱管理系統(tǒng)。 參考文獻： [1] J Vidi . Energy Efficiency in Automatic Transmission Systems[R].www.national.com/vcm/NSC_Content/Files/en_US/Signalpath/national_sp_designer116.pdf [2] LM71A1 Data Sheet[DB].http://wwwd.national.com/DPBU/PLRF.nsf/List?OpenForm&Start=250 [3] Electronically-controlled, adaptive automatic transmission system[R] .http://www.freepatentsonline.com/4875391.html [4] A Short Course on Automatic Transmissions[R].http://www.familycar.com/transmission.htm [5] J Vidi . Reliability in Automatic Transmission Systems[R]http://www.techonline.com/learning/techpaper/212700654 |
