自动变速器电子教案

第一讲要求：1.了解自动变速器的历史和发展2.掌握自动变速器的组成和各部分的功用；3.掌握自动变速器的分类情况。第一章总论一、自动变速器的发展及应用汽车传动系中变速的自动化是车辆发展的高级阶段，自动变速技术一直是人们追求的目标，它的发展经历了漫长的历程。随着变速理论与设计的不断完善，自动变速器已被广泛地应用于轿车、大客车、重型自卸车、越野车、货车与工程机械、拖拉机及履带车辆上。在应用过程中，自动变速技术也不断地完善和发展。1904年：美国通用汽车公司的凯迪拉克汽车采用了手操纵的三挡行星齿轮变速器。福特汽车采用了二挡行星齿轮变速器。1926年：美国的瑞欧汽车使用了一种半自动变速器。1938年：美国克莱斯勒汽车公司采用了液力偶合器，这为自动变速器的成功打下了基础，后来由液力变矩器代替液力偶合器。1940年：通用汽车公司在奥兹莫比尔汽车上采用了全自动变速器，它是由液力偶合器，四个挡位的行星变速器和自动换挡系统组成的。1948年：别克汽车上采用了全自动变速器。与此同时，英国、联邦德国等国家生产的汽车也相继采用了自动变速器。50年代起：美国福特、克莱斯勒及通用等公司均将多种型号的自动变速器投入批量生产。近20年来，英国、法国、意大利、原联邦德国、瑞典、日本等国都已成立了一批自动变速器的专业化生产公司和专业厂，如美国的阿利森、英国的伯格伐努、原联邦德国的、意大利的菲亚特和日本的丰田等。随着自动变速器的发展，其结构和性能也在不断完善，特别是近年来随着电子技术和自动控制技术在汽车上的应用，出现了电控自动变速器，它包括电控液力机械传动的自动变速器和电控齿轮式机械传动的自动变速器。电控自动变速器可实现与发动机的最佳匹配，并可获得最佳的经济性、动力性、安全性及达到降低发动机排汽污染的目的。二、自动变速器的特点1、自动变速消除了驾驶员换挡技术的差异性自动变速系统可按最佳换挡规律，自动地完成换挡需求，从而获得整车的最佳燃油经济性、动力性及较低的污染排放。2、自动变速器提供了良好的传动比转换性能自动变速器的速度变换不仅迅速而且连续平稳，提高了乘坐舒适性，也提高了变速器及传动系零件的使用寿命，因为采用液力元件，可吸收动力传动装置中的动载荷。同时自动换挡避免了粗暴换挡所产生的冲击与动载。3、自动变速器改善了车辆的动力性和通过性自动变速器因其液力变矩的变矩性能可实现无级自动换挡，而使汽车的起步、加速性能大大提高。自动换挡过程中传动系功率不中断，且可获得最佳换挡时刻进行换挡，提高了车辆的加速性能和平均行驶速度。另外，液力传动的自动换挡，可显著地改善车辆的通过性，能以较高的速度通过雪地、松软路面。4、自动变速器可减轻驾驶员疲劳强度，提高行车的安全性自动变速器从根本上简化了操纵，由于取消了离合器踏板和变速杆，驾驶员只需操纵油门踏板，即可实现自动变速。若用巡航控制，连油门也无需人工控制了。这样极大地降低了驾驶员的劳动强度，使驾驶员从频繁的换挡操纵中解放出来，集中精力观察路面状况，操纵方向盘。5、自动变速器可减少发动机排气污染汽车排放的CO和有毒物质的含量与发动机使用条件有关。发动机在稳定工况下排放量小，而在非稳定状况下排放量大。发动机在极高与极低转速工作或加速时，容易产生黑烟。由于无级变速和自动换挡技术的使用，能把发动机限制在污染较小的转速范围内工作，从而可降低发动机排放中害物含量。自动变速器除具有以上优点外，还有一定的缺点，其缺点主要有：(1)较手动变速器，自动变速器结构复杂，制造精度要求高，加工量大，制造难度大，成本高。(2)传动效率低。一般液力传动效率最高可达80%，比机械传动效率低8%12%，但从整车效率看，通过采用与发动机的最佳匹配，遵循最佳换挡规律，并采用变矩器的锁止，增加机械挡数与采用超速换挡装置，可使其机械效率达到手动变速器的水平。(3)由于自动变速器结构复杂，相应的维修技术也较复杂。要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。第一节自动变速器的组成和各部分功用一、自动变速器的组成如图所示，自动变速器主要由液力传动装置、机械传动装置、液压控制系统、人机联动装置、电控系统、自动变速器油散热器等组成。图1-1自动变速器的组成1、液力传动装置该装置安装在发动机后端的飞轮上，其内部装满了自动变速器油。常用的为液力变矩器，其结构如图所示。变矩器主要由外壳、泵轮、导轮、涡轮组成，。变矩器的外壳固定在发动机的飞轮上，把发动机的动力传给变矩器。泵轮由变矩器外壳驱动。涡轮以花键与自动变速器的输入轴相连，泵轮把油液抛射到涡轮里，涡轮带动变速器。导轮引导从泵轮抛向涡轮的油液，这样可使导轮在最大扭矩输出时保持固定，如图1-3所示。其主要作用：①是将发动机的转矩传给机械传动装置中的齿轮系统。还可以在转矩传递过程中增大转矩，使输出轴的转速可以在一定范围内无级变化。②用变速器油作为传递动力的介质，发动机和传动系没有刚性连接，可以有效地防止发动机振动和传动系过载；③液力传动装置质量较大，可代替飞轮起到平稳发动机运转的作用，因此装有自动变速器的发动机飞轮的质量通常较小；④液力传动装置的壳体可以驱动自动变速器的油泵。2、机械传动装置机械传动装置安装在铝合金的变速器壳体内，用来改变转矩和输出轴的旋转方向，将动力传给万向传动装置。机械传动装置由齿轮传动装置和换档执行元件两部分组成。1）齿轮传动装置主要起变速作用，主要有平行轴式的齿轮机构和行星齿轮机构两种形式。图1-2液力变矩器的组成1-泵轮；2-导轮；3-涡轮；4-ATF液力变矩器的安装a)结构简图b)工作示意图1-飞轮；2-涡轮；3-泵轮；4-导轮；5-变矩器输出轴；6-曲轴；7-导轮固定套管行星齿轮机构在自动变速器中其作用是提供不同的传动比。通常一个单排的行星齿轮机构是由太阳轮、行星齿轮架、两个以上的行星齿轮和齿圈组成。单排行星齿轮机构可以产生三个正向传动比降速、超速和直接传动和一个反向传动比倒转。这些传动比的实现是通过约束行星齿轮机构中的某一部件而驱动其他部件来实现的，如图1-4所示。2）换档执行元件换档执行元件主要包括离合器、制动器和单向离合器。离合器：其主要作用是将两个可以旋转的零件连接起来，使他们能够一起旋转，以获得所需的传动比和传动方向。通常采用湿式多片式结构。制动器：其主要作用是将某个旋转元件与自动变速器的壳体连接在一起，从而将旋转零件固定，以获得需要的传动比。其结构形式主要有湿式多片式和制动带式两种。单向离合器：其作用是单向固定，可以单向固定行星齿轮系统中的某个元件，使其不能沿某个方向转动，以获得所需传动比。图1-4齿轮机构a)辛普森式行星齿轮机构啮合方式b)定轴齿轮机构啮合方式1-前排齿圈；2-太阳轮；3-前行星轮；4-后行星轮；5-后行星架；6-前行星架和后齿圈组件3、液压控制系统液压控制系统一般安装在变速器油底壳中，用来控制自动变速器的换档，其组成如图所示。液力自动变速器的换档控制：液压控制系统将发动机的负荷和车辆行驶车速转变成液压信号，根据这两个信号控制变速器中的离合器和制动器的工作，根据车辆行驶情况改变变速器的传动比。4、人机联动装置人机联动装置的作用是将驾驶员对车辆行驶方式的具体要求以及发动机负荷大小的变化等信息传递给液压控制系统，以便液压控制系统进行油压的调节和档位的变换。组成：人机联动装置包括选档手柄和节气门拉索。1）选档手柄驾驶员操作选档手柄，通过机械装置与变速器连接，对行驶方式进行选择。选档手柄主要是改变车辆的行驶方式，即前进、倒退、空档或停车，而具体档位变换是由变速器内部自动控制的。选档手柄一般有6～7个档位，分别为P、R、N、D、2、L。各档位的功能和选用原则如下：P档为驻车档或锁止档。在该档位时，变速器的输出轴被强制锁止，可以有效防止车辆在坡道溜滑。P档可以起动发动机，车辆长时间停车时，应将选档杆移入P档。驾驶员在起动发动机前应先检查选档手柄的位置是否在P档，如不在P或N位置发动机将无法起动。另外，有的轿车为强化停车熄火后必须挂P档，而设计成在不挂P档得情况下车钥匙无法拔下。R档为倒档。倒档必须在车辆可靠停止后才能选用。选档手柄为防止驾驶员误挂倒档，在手柄的上部设有解除档位锁止按钮，只有按下该按钮才能将选档手柄从D或2或L位置移入R位置。D、2、L为前进档。在D档位时，自动变速器内可以根据行驶需要在1档到最高档的范围内自由的升降档。2档俗称滑行档。手柄在该位置时，变速器内部可以在1档至次高档之间自由循环。该档主要在汽车下长坡时选用，因可限制变速器升入最高档，可以使车辆的下坡车速受到控制，减少行车制动器的使用时间，避免制动器过热而使制动效能减弱甚至丧失。L档为低速档，一般在冰雪、沙漠、泥泞、沼泽等无路或道路条件恶劣的情况下采用，可提高车辆的通过性。图1-5液压控制系统图1-6电子控制系统1-输入轴转速传感器2-车速传感器3-液压油温度传感器4-挡位开关5-巡航电子控制单元6-发动机转速传感器7-自诊断插座8-节气门位置传感器9-超速挡开关10-仪表板11-电磁阀使用注意事项：①绝大多数情况，汽车行驶时只需将选档手柄放在D位置即可，在短暂停车时也可保持档位不变。严禁在汽车行驶中在L～D之间来回换档。②在车辆向前行驶时，严禁将旋档手柄移入R档。③在车辆行驶时，严禁同时踩下油门和制动踏板。④车辆必须在完全听车后才能挂P档，在车辆滑行和行驶中绝对禁止挂P档，否则会造成变速器严重损坏。⑤自动变速器车辆出故障时，应避免拖车。如果非拖不可时，应限制拖车车速和里程。一般拖车车速不超过30Km/h，距离不超过50km。5、电控系统电控自动变速器ECT（ElectronicControlTrasmission）是在液压控制的基础上增加了计算机控制部分，它是由电子控制单元、各种电磁阀、各种传感器及指示装置等组成。电子控制自动变速器示意图，如图1-6所示。二、自动变速器的控制原理自动变速器是通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温等参数转变为电信号，并输入电控单元(ECU)。ECU根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子控制信号；换挡电磁阀和油压电磁阀再将ECU发出的控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡，如图1-7所示。图1-7自动变速器的控制原理在自动变速器中，自动换挡过程的实现，主要是通过离合器与制动器。平行轴式齿轮变速机构与手动变速器中的平行轴式齿轮变速机构相比，最大的差别在于自动变速器中的齿轮与轴的连接通过多片式离合器实现。。而手动变速器中的齿轮与轴是通过花键或齿套连接的，因此手动变速器要通过齿轮在轴上的滑动或齿套啮合来实现换挡，而自动变速器则是通过多片式离合器的接合与分离来实现换挡的。第二节自动变速器的分类一、自动变速器的分类自动变速器有多种分类方法，下面介绍几种主要的分类方法。1．按驱动方式分类按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器即自动驱动桥。后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经变矩器、变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个驱动轮。前驱动自动变速器在自动变速器的壳体内还装有主减速器和差速器，纵置发动机前驱动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同。横置发动机前驱动变速器由于汽车横向尺寸的限制，要求有较小的轴向尺寸，通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式，变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴布置在下方，减少了变速器总体的轴向尺寸，但增加了变速器的高度。2．按前进挡的挡位数不同分类按前进挡的挡位数不同，可分为3个前进挡、4个前进挡、5个前进挡。新型轿车装用的自动变速器基本上都是4个前进挡，即没有超速挡。目前已经开发出装有5个前进挡自动变速器的轿车。3．按齿轮变速器的类型分类按齿轮变速器类型的不同，可分为行星齿轮式自动变速器和平行轴式（定轴式）自动变速器两种。行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能