Hvordan virker en TCU (Transmission Control Unit)?

En TCU eller en girkasse-styreenhet er en elektronisk komponent som blir stadig mer brukt til automatiske girkasser. Som navnet sier er TCU, akkurat som ECU (Engine Control Unit) en computer som brukes til å styre en mekanisk komponent, i dette tilfellet en girkasse. På grunnlag av forskjellige signaler TCU’en får fra andre komponenter blir det gjort beregninger som igjen aktiverer en mekanisk eller hydraulisk komponent. Dette høres kanskje litt mystisk ut, men denne artikkelen er ment å tydeligjøre virkemåten og å se nærmere på vanlige feil. Verdt å lese med andre ord!

TCU’ens inntog

Automatiske girkasser er ikke noen nyhet. Den første automatiske girkassen ble lansert allered i 1939 av General Motors og ble kalt Hydramatic. Elektronisk kontroll fantes ikke: For å kunne bestemme riktig giringspunkt ble etterhvert velprøvde hydrauliske systemer brukt. Først i begynnelsen av 80-årene dukket de første elektronisk styrte girkassene opp, og det ble først vanlig utpå 90-tallet. I dag er bruk av elektronisk kontroll og styring vanlig på automatiske girkasser og nesten alle blir kontrollert av en TCU, gjerne sammen med en ventilblokk, for å finne den til enhver tid optimale utveksling.

Typer automatiske girkasser

Før vi ser nærmere på TCU’en virkningsmåte, er det greit å se litt på de forskjellige typene automatiske girkasser. I bil- og transportbransjen har det aldri vært en bestemt standard. Mange bilmerker og underleverandører har fordypet seg i girkasse-teknologien, noe som har gitt forskjellige løsninger. Vi nevner et par kjente typer:

Planethjul med momentomformer: Mercedes-Benz 7G-tronic

Særlig på grunn av momentomformeren kan 7G-tronic fra Mercedes-Benz, også kjent som 722.9, ligne på en tradisjonell Hydramatic-kasse fra General Motors, men skinnet bedrar. I girkassen brukes det såvel planetgir som tannhjulssett av Ravigneaux-typen. På grunn av dette har girkassen svært kompakte ytre mål til tross for sine ni gir. (Hvorav sju forover). Denne girkassen har også en TCU som på grunnlag av bl.a. turtall og gasspedalposisjon bestemmer hvilket gir som velges.

Automatiserte manuelle girkasser: Opel Easytronic og Ford Durashift.

I biler med en semi-automatisk girkasse styrer TCU skiftemotorer og clutchaktuatorer. Dette er en rimelig måte å bygge en automatisk girkasse på: Man tar en konvesjonell girkasse og automatiserer clutch- og skifte-funksjonene. Eksempler på denne typen girkasser er Easytronic fra Opel og Durashift fra Ford, men mange andre bilmerker som f.eks. Alfa Romeo, BMW, Fiat, Honda og Toyota har sine egne varianter.

Den trinnløse girkassen: Audi Multitronic og Mercedes-Benz 722.8

En bil som er utstyrt med en trinnløs girkasse har ingen faste gir. Ved å bruke to koniske trinser som er forbundet med hverandre med et belte, blir utvekslingen trinnløst regulert. De to sidene på hver trinse kan bevege seg fra eller mot hverandre slik at radiusen forandrer seg. Den inngående trinsen blir drevet av motoren, den utgående driver hjulene via en differensial. En TCU overvåker denne prosessen. 722.8 girkassen fra Mercedes-Benz og Multitronic fra Audi er to kjente eksempler på moderne trinnløse girkasser.

Dobbeltclutch-girkasse: DSG

En girkasse med dobbeltclutch er en variant som blir stadig mer populær. Det mest kjente eksempelet er DSG (= Direkt Schalt Getriebe eller Direct Shift Gearbox) fra Volkswagen AG. Systemet tar i bruk to clutcher og to inngående akslinger: en for partallsgir og en for oddetallsgir. Den største fordelen med denne konstruksjonen er at neste gir alltid står klart, slik at når selve giringen skal skje trenger man bare å slippe clutchen. Flere bilmerker bruker denne teknologien, men DSG er nok det mest kjente eksemplet.

Innkommende signaler til girkassens styreenhet

For å kunne styre girkassen bruker TCU innkommende signaler fra forskjellige sensorer og kompontenter. Å forklare alle givere som blir brukt er å gå for langt, men under her gir vi en ovesikt over et antall vanlige inkommende signaler som brukes:

Girvelgeren

Mange automatiske girkasser gir muligheten til å selv skifte gir ved bruk av girspak eller girhendler på rattet. Ofte kan man også velge mellom økonomi-, sport- og/eller komfort skiftemønster. Styreenheten bearbeider disse valgene direkte, men styrer aktuatorene først etter at alle andre vilkår for skifting er fylt.

Aktuell hastighet

Styreenheten mottar stort sett informasjon om den aktuelle hastigheten via CAN-signaler. Denne informasjonen kommer i det tilfellet fra motor- eller ABS-styreenheten. Signalet fra hastighetssensor eller hjulsensor blir i en disse styreenheten bearbeidet til et CAN-signal og blir deretter sendt gjennom CAN-nettverket. På denne måten er signalet tilgjengelig for alle styreenheter i bilen. Forøvrig kan TCU’er også ha sine egne hastighetssensorer, slik at den selv kan regne ut den aktuelle hastigheten . I de tilfellene er det ikke bruk for signaler utenfra.

Gass- og bremsepedal

En TCU har alltid muligheten til å fremskynde eller forsinke et giringstidspunkt. Dette er først og fremst en fordel hvis det plutselig må akselereres eller bremses. Informasjon fra gass- og bremsepedaler har derfor stor verdi og signalene fra bremselys- og kickdownbryter blir flittig brukt.

Cruise control

Skulle gasspedalen (og eventuelt bremsepedalen) ikke brukes av sjåføren selv, er annen informasjon svært viktig for styreenheten. Er bilen utstyrt med adaptiv cruise-controll blir forklaringene kanskje litt komplisert, men innkommende informasjon vil ligne sterkt på de fra gass- og bremsepedaler.

Aktuelle driftsforhold

Temperatur, trykk, gasspjeldposisjon ... Det er en rekke sensorer som konstant overvåker aktuell situasjon og denne informasjonen er viktig for TCU. Ved siden av aktuelle data fra motor og hjul er det viktig å vite hvilket gir som er lagt inn og om girkassa er koblet inn eller ikke. Kort sagt er det en enorm mengde informasjon som bearbeides av TCU for å kunne gjøre riktige beregninger i riktig øyeblikk.

Utgående signaler fra TCU

På grunnlag av alle parametre som er beskrevet ovenfor, bestemmer TCU hvilke komponenter som skal aktiveres. Ofte skjer dette via et signal, men styreenheten kan også selv gi styrestrøm til noen komponenter. Under her en liten oppsummering av disse:

Skifteventil:

Mange automatiske girkasser tar i bruk ventiler, eller solenoider, for skifting av gir. Ventilene sørger for åpning eller lukking for hydraulisk trykk som igjen styrer stempler og skiftegafler som utfører giringen. For å kunne aktivere disse ventilene blir det sendt en styrestrøm fra styreenheten.

Reguleringsventil:

Ved siden av skifteventilene blir det også brukt ventiler for å f.eks. betjene clutchen, lock-upfunksjonen til en momentomformer eller til å regulere det generelle systemtrykket. Disse regulerings- eller trykkregulatorventilen har i praksis samme virkemåte som skifteventilene, men har altså andre bruksområder.

CAN-melding:

En del av den utgående informasjonen fra TCU består av CAN-meldinger. Disse meldingene blir delt på det sentrale CAN-nettverket slik at andre styreenheter kan bruke informasjonen TCU generer. Tenk f.eks. på signal i instrumentpanelet om hvilket gir som er valgt.

Verdt å nevne: Skiftemotor

Selv om skiftemotoren i praksis har samme funksjon som en skifteventil, er mekanismen likevel litt annerledes. To kraftige elektromotorer blir brukt i semi-automatiske girkasser hvor de erstatter overføringsmekanismen fra girspaken. Den effekten (= spenning x strøm) som er nødvendig for å betjene motorene er altfor høy for styreenheten. Den sender derfor bare et signal for å aktivere motorene, selve strømmen blir gjerne hentet direkte fra sikringsboksen.

Symptomer på en defekt styreenhet:

Nå som virkemåten til en TCU er forklart, er det også interessant å vite hvilke symptomer en defekt TCU kan gi. Hvordan merker man at den er defekt?

Et logisk symptom er først og fremst at girkassen ikke girer. Så fort en TCU ikke gir signaler til aktuatorene i girkassen, skjer det naturligvis svært lite. Det hender likevel ofte at styreenheten har beholdt noen funksjoner og vil prøve å skifte gir. Dette vil da skje ujevnt og uregelmessig. Begge symptomer er lett å fastslå for eieren og det gjelder også for feilmeldingen i intrumentpanelet. Som oftest er det en generell varsellampe, men også at girvelgerindikatoren kan vise en ‘F’ eller ‘-‘ som hos f.eks. Opel Easytronic eller Ford Durashift.

Andre symptomer er kanskje ikke så opplagte, som f.eks. generering av feilkoder. Dette kan man først slå fast ved å lese ut styrehenheten på verkstedet. Feilkodene varierer veldig mellom merke og typer. En styreenhet på en Mercedes 722.8-girkasse vil f.eks. gi feilkoder som gjelder strømforsyning eller turtallssensorer, mens en DSG6 TCU påfallende ofte har feil ved ventilene. Og for nok en gang ta Easytronic som eksempel: Feilkoder som antyder defekte skiftemotorer sees ofte.