汽车电子电气第09章自动变速器

第9章汽车自动变速器主要内容n自动变速器的组成与工作原理n自动变速器行星齿轮系统n自动变速器的液压控制系统n自动变速器的电子控制系统n自动变速器的使用n自动变速器的故障自诊断与试验9.1自动变速器的组成与工作原理自动操纵式变速器可根据发动机负荷发动机负荷和车速车速等工况的变化自动变换传动系统的传动比，使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，同时有效减少发动机排放污染，显著提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。自动变速器的分类n按传动比变化的方式分，主要有：有级式自动变速器、无级式自动变速器以及综合式自动变速器。n综合式自动变速器通常所指的是液力自动变速器，简称AT，是本书讲述的重点。电控机械式自动变速器AMT的基本控制原理CVT传动原理图1—主动轴2—主动轮3—V形钢带4—从动轮扭矩从发动机输入到主动轮扭矩从从动轮输出到车轮低速档速比超速档速比液压控制系统液力变矩器齿轮变速机构制动器离合器自动变速器的组成与工作原理n换档控制系统主要有控制参数信号发生系统、换档控制系统、换档执行机构等组成。自动换档系统工作流程简图n控制参数信号发生系统：节气门位置信号与车速信号，驾驶员控制的手动变速杆的位置信号、发动机转速与油温信号、变速器油温信号等等。n换档执行机构主要指：换档离合器、制动器、单向离合器等，其功能是接受控制器指令具体完成挡位的变换。n换档控制系统的主要工作是：在给定手动换档位置信号后，接受来自节气门位置、车速及手动换档传感元件所传来的信号，进行比较和处理，选择最佳的换档规律，发出换档指令至换档执行机构。自动变速器的换档控制系统液控液压式自动换档系统工作简图1—节气门阀2—换档阀3—液力变矩器4—变速机构5—速控阀电控液压式自动换档系统工作简图1—自动变速器ECU2—节气门位置传感器3—换档电磁阀A4—液力变矩器5—变速机构6—车速传感器7—换档阀8—换档电磁阀B自动变速器的换档控制系统nnnn11：：太阳轮转速太阳轮转速nnnn22：：齿圈转速齿圈转速nnnn33：：行星架转速行星架转速nnZZ22：：齿圈齿数齿圈齿数nnZZ11：：太阳轮齿数太阳轮齿数nnaa：：aa==ZZ22//ZZ11Z1Z2Z3n1n2n3由平衡条件及能量守恒定律可得：由平衡条件及能量守恒定律可得：特性方程式：特性方程式：nn11++anan22--(1+(1+aa))nn33=0=09.2自动变速器行星齿轮系统n有以下四种传动情况：增速减扭传动减速增扭传动直接传动自由转动，动力无法传递减速传动——1nn主动件主动件-太阳轮，n1=（1+α)n3；nn被动件被动件-行星架；nn固定件固定件-齿圈，n2=0。nn传动比传动比in采用这种方案传动时，是一种减速增扭传动。1131+==anni1131+==anninn主动件主动件-齿圈；nn被动件被动件-行星架；nn固定件固定件-太阳轮，n1=0；。nn传动比传动比in采用这种方案传动时，是一种减速增扭传动。1131+==anni减速传动——2nn主动件主动件-太阳轮；nn被动件被动件-齿圈；nn固定件固定件-行星架，n3=0。nn传动比传动比in此式的负号“－”表示齿圈的转动方向与太阳轮转向相反，即为倒挡。但其绝对值大于1，故仍为一种减速增扭传动。减速传动——3a-==21nni增速传动——1nn主动件主动件-行星架，n1=0；nn被动件被动件-齿圈；nn固定件固定件-太阳轮。nn传动比传动比i1123+==aanni增速传动——2nn主动件主动件-行星架，n1=（1+α)n3；nn被动件被动件-太阳轮；nn固定件固定件-齿圈，n2=0。nn传动比传动比in此传动方案也是一种增速减扭传动，但其增速比大于前一种方案。11113+==anni增速传动——3nn主动件主动件-齿圈；nn被动件被动件-太阳轮；nn固定件固定件-行星架，n3=0。nn传动比传动比in“－”号表明，被动件太阳轮转动方向与齿圈相反，且是一种增速减扭传动，是一种升速的倒转。a112-==nni直接传动当太阳轮、齿圈和行星架三元件中，任二个元件连成一体转动时，则第三个元件必然与前二者转速相同，即传动比i＝1。自由转动若所有元件均不受约束，则行星齿轮机构失去传动作用。此种状态相当于空档。行星齿轮机构的执行机构离合器制动器单向离合器n离合器——通常采用圆盘式多片湿式离合器。前传动轴及离合器鼓活塞O形密封圈回位弹簧弹簧座钢片卡环摩擦片推力轴承离合器花键毂卡环推力轴承卡环活塞弹簧弹簧座钢片摩擦片离合器毂n制动器——最常见的有两种型式：盘式制动器和带式制动器。盘式制动器结构和工作原理同湿式多片离合器。转鼓制动带调整螺钉壳体弹簧活塞推杆带式制动器的工作原理内座圈外座圈锁止状态自由状态单向离合器内座圈外座圈滚子弹簧自由状态锁止状态楔块式单向离合器滚柱式单向离合器BCA楔块单向离合器使某元件按一定方向旋转，在另一方向锁止。单向离合器有滚柱斜槽式和楔块式。ABCn复合式行星齿轮机构一般有两种形式：辛普森式拉挪威式辛普森式行星齿轮变速器l结构特点：Ø前后两个行星排的齿轮参数完全相同；Ø前后两个太阳轮连成一体，即共用太阳轮。称为前后太阳轮组件；Ø前行星架与后齿圈相连并做为输出轴；Ø前齿圈和太阳轮通常做为输入轴。ØØ这样，六元件变成四元件这样，六元件变成四元件前齿圈前后太阳轮组件前行星轮后行星轮后行星架前行星架和后齿圈组件l结构特点：Ø两行星排共用行星架和齿圈；Ø小太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架及齿圈组成双行星轮系行星排；Ø大太阳轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个单行星轮系行星排；Ø有四个独立元件：小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈；Ø两套行星轮互相啮合。拉维娜式行星齿轮变速器小太阳轮大太阳轮行星架短行星轮长行星轮齿圈小太阳轮行星架短行星轮大太阳轮长行星轮齿圈典型行星齿轮式自动变速器112111023459687B0B3B2B1C0F0F1F2C1C2丰田A341E自动变速器行星齿轮变速系统输入轴超速排太阳轮超速排齿圈前传动轴后传动轴太阳轮前排齿圈后排齿圈输出轴后排行星架前排行星架超速排行星架○○○○1挡○○○○○○1挡L○○○○○○2挡2○○○○○O/D挡○○○○○○3挡○○○○○2挡○○○○1挡D○○空挡N○○○○○倒档R○○○驻车挡P发动机制动F2F1F0B3B2B1B0C2C1C0挡位手柄位置A341E型自动变速器各挡位与换挡执行元件的工作情况对照表n丰田A341E自动变速器D位1挡传动路线图n1档：C0、C1接合，F0、F2锁止；n动力传递路线：n1、液力变矩器→C0→超速行星排齿圈→C1→后排齿圈→后行星轮→后行星架→输出轴；n2、液力变矩器→C0→超速行星排齿圈→C1→后排齿圈→后行星轮→太阳轮→前行星轮→前排齿圈→输出轴。9.3自动变速器的液压控制系统n自动变速器的自动控制是由液压控制系统控制完成。液压控制系统由三部分组成：动力源—液压泵；执行机构—离合器、制动器、单向离合器；控制机构—调压阀、手动阀、换档法、锁止离合器控制阀；典型的自动变速器液压控制系统——红旗CA770轿车自动变速器n供油部分主要由液压油泵7、主油路调压阀3等组成。n控制参数信号发生装置主要包括离心调速阀15与节气门阀9。n换档执行机构包括直接挡离合器18、低挡制动器19和倒挡制动器20。n换档控制系统由手动换档阀8、换档阀10及用于改善换档品质的缓冲阀12等组成。供油和调压部分主要工作元件n液压泵主油路调压阀主要用于稳定主油路油压。右图是丰田A341E主油路调压阀结构。12AB3F1F2排出自油泵自手控阀R位置油压至主油道自节气门阀油压典型主油路调压阀结构示意图1—柱塞2—弹簧3—阀芯控制参数信号转换装置n节气门阀受发动机加速踏板所控制，随节气门开度大小改变输出油压力的液压阀。弹簧A节气门滑阀反向阀弹簧B降挡柱塞凸轮n调速阀将汽车车速参数转换为相对应的油压信号输出，作用在换挡阀上。常用调速阀有复锤式离心调速阀、双锤式离心调速阀以及中间传动复合式双级调速阀。速控阀油压输出工作油压（来自主油路）654312复锤式调速阀简图1—离心重块2—调速阀轴3—滑阀4—弹簧5—壳体6—变速器输出轴换挡控制系统n手控制阀自主油路至换挡执行元件至换挡执行元件PRND2L手控制阀结构示意图n换挡控制阀节气门油压速控油压速控油压节气门油压B2工作油压(来自手控阀)a)d)节气门油压b)c)工作油压(来自手控阀)工作油压(来自手控阀)控制油压(来自手控阀)1423丰田A341E型自动变速器1-2挡换挡阀结构与工作原理a）换档阀结构示意图b）D位1挡油路c）D位2挡油路d）L位1挡油路1—低、倒挡柱塞2—弹簧3—阀芯4—柱塞换挡品质控制装置n缓冲阀n作用：接合柔和，分离迅速。弹簧式缓冲阀工作原理a）慢速充油b）快速回油1—节流孔2—阀芯3—弹簧n蓄能器n作用：防止换挡元件接合时产生冲击。其进、排液口与换挡阀至换挡执行元件之间的油路相通。蓄能减振器工作原理1—活塞A2—活塞B3—弹簧自动换挡规律两参数换挡规律示意图油门开度油门开度车速车速从从11挡换入挡换入22挡挡从从22挡换入挡换入11挡挡油门全开油门全开发动机怠速时的油门开度发动机怠速时的油门开度n降挡的换挡时刻比升挡的晚，这种现象称为换挡延迟。它的主要作用是：n（1）保证自动换挡系统的稳定性。当有了换挡延迟，自动换上新挡后，不会由于油门踏板振动或车速稍降而重新换回原来排挡。n（2）使驾驶员可以对自动换挡进行干预，可以提前升挡或强制降挡。n（3）可通过变化换挡延迟，来改变换挡规律，适应动力性、经济性等方面的要求。9.4自动变速器的电子控制系统n电子控制系统基本组成电子控制系统主要工作元件n传感器（1）节气门位置传感器：作用是测量发动机节气门的开度，使电脑适时了解发动机负荷，以此作为换挡的一个主要依据。在第8章中已经介绍，其结构如图8-15所示。（2）车速传感器：用于检测自动变速器输出轴转速，检测到的输出轴转速信号被送往微电脑，处理后成为车速信号，作为控制换挡的另一个主要依据。车速传感器的结构与安装位置1—电插座2—O形体3—磁电传感器4—变速器输出轴齿轮（3）自动变速器控制开关常用的有：超速挡开关、模式选择开关、挡位开关、空挡起动开关、强制降挡开关等。自动变速器电控系统传感元件的一般线路图n电磁阀（1）开关式电磁阀开启和关闭变速器油路，主要用于控制换挡阀。它只有两种工作状态：全开或全关。开关式电磁阀1—液压油入口2—泄压口3—接线插座4—衔铁及阀芯5—骨架6—电磁线圈7—限流钢球（2）脉冲式电磁阀作用是控制油路中油压的大小。通过改变脉冲信号占空比来改变电磁阀开启和关闭的时间比例，达到控制油路压力的目的。脉冲式电磁阀1—液压油出口2—液压油入口3—接线插座4—泄压口5—线圈6—衔铁及阀芯7—限流钢球n自动变速器电子控制单元ECU电子控制单元ECU对自动变速器最基本的控制为换挡控制以及必要的自诊断、安全保护功能。（1）换挡时刻控制是电子控制单元ECU最重要的控制内容之一。汽车在每一特定行驶工况，都应该有一个与之相对应的最佳换挡时刻。选挡手柄在D位时的换档规律a）普通型换挡规律b）经济型换挡规律c）动力型换挡规律n最新型的自动变速器电子控制单元ECU还可以进行自动模式选择控制。n主要参考换挡手柄的位置、车速、节气们的位置及其变化的速率等因素，自动选择控制模式。n比如，在前进D位时，节气门变化速率低时，选择经济模式，节气门的变化速率超过一定范围时，则变换为动力模式。n（2）电控液压式与液控液压式自动换档系统两种系统不同之处在于，电控液压式控制系统取消了液控系统中的节气门拉索或节气门真空罐控制的节气门阀，由一个脉冲式油压电磁阀来产生节气门油压。电子控制单元ECU根据节气门位置传感器测得的节气门开度信号，控制发往油压电磁阀的脉冲信号的占空比，改变油压电磁阀排油孔的开度，使主油路油压随节气门的开度而变化。n（3）锁止电磁阀采用脉冲式电磁阀，改变脉冲信号占空比大小来调节锁止电磁阀的开度，调节闭锁离合器活塞右侧油压的大小。变矩器