自动变速器及其液压控制系统

《汽车液压与液力传动》VehiclehydraulicdriveTechnology教师：陈泽宇[e-mail]东北大学专业课—Partsix—液力自动变速器及其液压控制系统Automatictransmissionandhydrauliccontrolsystem1自动变速器结构与工作原理2液力耦合器与液力变矩器3344自动变速器液压控制阀5—Contents—自动变速器概述油泵、蓄能器与行星齿轮机构6自动变速器液压控制回路第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的诞生1894年法国工程师本哈特(RenePanhard)和拉瓦索(EmileLevassor)首次在汽车上装上变速器。1907年，福特汽车大量使用行星齿轮变速器。换挡时不切断动力不存在同步问题自动变速器1940年，美国通用的奥兹莫比尔汽车率先使用汽车自动变速器。图6-1行星齿轮结构自动变速器的发展第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述液力自动变速器结构：液力耦合器+行星齿轮由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统，按照设定的换挡规律，控制换挡执行机构的动作，实现自动换挡。结构：液力变矩器+行星齿轮自动变速器的发展第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述控制策略的不断改进向多档位自动变速器发展电控自动变速器1969年，法国的雷诺R16TA轿车首先使用电控自动变速器。电控系统由ECU、传感器、电磁阀及控制电路等组成，ECU将控制换挡的信号作用于换挡电磁阀。多电磁阀方式控制换档，明显改善换档质量发展路线全电子控制自动变速器第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的种类手动挡变速器(ManualTransmission,MT)液力自动变速器(AutomaticTransmission,AT)机械式自动变速器(AutomatedMechanicalTransmission,AMT)无级变速器(ContinuouslyVariableTransmission,CVT)双离合变速器(DualClutchTransmission,DCT)(DirectShiftGearbox,DSG)第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的种类手动挡变速器(ManualTransmission,MT)结构简单，技术成熟传动效率高图6-2手动变速器操纵过程繁琐缺点：换挡冲击、动力中断体现驾驶乐趣第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的种类液力自动变速器(AutomaticTransmission,AT)图6-3液力自动变速器效率低免除了手动变速器繁杂的操作结构复杂，成本高自动切换过程柔和、平顺缺点：电控系统根据检测到的车速和发动机转速，来控制离合器和换挡拨叉。这种变速器能够实现自动变速，手动变速的功能。变速器的种类机械式自动变速器(AutomatedMechanicalTransmission,AMT)第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述图6-4机械式自动变速器AMT=手动变速器+自动变速操纵机构MT+ASCS（AutomaticShiftControlSystem）电控气动AMT电控液动AMT电控电动AMT变速器的种类机械式自动变速器(AutomatedMechanicalTransmission,AMT)第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述换挡会有明显顿挫感传动的效率高免除手动变速器繁杂的操作成本低、结构简单缺点：图6-5机械式自动变速器电控系统根据检测到的车速和发动机转速，来控制离合器和换挡拨叉。这种变速器能够实现自动变速，手动变速的功能。第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的种类无级变速器(ContinuouslyVariableTransmission,CVT)采用传动带来传递动力，通过工作直径可变的主、从动轮相互配合来实现传动比的改变。良好的驾驶舒适性优越的燃油经济性图6-6无级变速器无级调速——传动比连续可变。缺点：不能传递大扭矩第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的种类双离合变速器(DualClutchTransmission,DCT)图6-7双离合变速器效率高换挡时无动力中断(DirectShiftGearbox,DSG)成本高缺点：第6章自动变速器液压液力系统6.1自动变速器概述变速器的种类双离合变速器(DualClutchTransmission,DCT)(DirectShiftGearbox,DSG)图6-8双离合变速器结构原理示意图第6章自动变速器液压液力系统6.2液力自动变速器结构与工作原理液力自动变速器的组成图6-9液力自动变速器实物图第6章自动变速器液压液力系统6.2液力自动变速器结构与工作原理液力自动变速器的组成自动变速器在结构上主要是由液力变矩器、行星齿轮机构、换挡执行机构和控制系统组成。图6-10自动变速器结构剖视图离合器制动器第6章自动变速器液压液力系统6.2自动变速器的结构与工作原理工作原理发动机液力变矩器离合器行星轮机构输出制动器液压操作系统换挡阀液压泵换挡执行机构调速阀车速信号节气门阀节气门供油系统机械传动液压回路图6-11液力自动变速器工作原理流程图第6章自动变速器液压液力系统6.2自动变速器的结构与工作原理工作原理根据车速和节气门开度，将油压施加到换挡阀，从而控制换挡阀改变换挡执行元件的油路，使行星轮实现档位变换。图6-12液力自动变速器工作原理流程图发动机液力变矩器离合器行星轮机构输出制动器液压操作系统换挡阀液压泵调速阀车速信号节气门阀节气门机械传动液压回路液力变矩器行星齿轮机构液压控制阀液压控制回路控制系统油泵第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器——奥兹莫比尔——劳斯莱斯——吉姆图6-13液力耦合器结构液力耦合器只能传递转矩，而不能改变转矩大小。应用车型第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器图6-14液力耦合器结构示意图1-发动机曲轴；2-耦合器外壳；3-泵轮；4-涡轮；5-从动轴5第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器工作原理离心力使液体沿泵轮叶片向外缘甩动外缘油压高于内缘油压压力差取决于泵轮半径与转速2vFmR首尾相连的环形螺旋线23OOppO1O2O35第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流。图6-15液力耦合器油液流动方式工作原理第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器工作原理泵轮接收发动机传来的机械能，在带动液体流动的过程中将动能传给涡轮。必要条件：油液在泵轮与涡轮间有循环流动。泵轮转速总是大于涡轮转速nBnWMW=MB力矩关系传给泵轮的力矩与涡轮输出的力矩相等第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器耦合器的传动效率为传动比效率与转速比WBnin图6-16液力耦合器的效率与传动比nBnWMW=MB第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力耦合器可以衰减传动系统的旋转振动以液体作为传动介质，使汽车可以顺利起步和加速防止传动系过载停车时维持发动机的怠速运转作用缺点不能改变所传递力矩的大小第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器图6-17液力变矩器结构示意图工作原理第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器工作原理图6-18液力变矩器工作轮展开环形平面图第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器工作原理图6-18液力变矩器工作轮展开环形平面图第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器工作原理1WBDMMM泵轮给液流一个力矩MB液流冲进涡轮，对涡轮有一个作用力矩MW1，涡轮对液流有一个反作用力矩MW液流流经导轮时，导轮给液流一个反作用力矩MDWBD()MMM第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器工作原理1WBDMMM图6-19液力变矩器液流动力学关系图随着涡轮转速nW的增加，冲向导轮的液流的速度方向将逐渐向左倾斜导轮上的力矩值MD逐渐减小第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器工作原理随着涡轮转速nW的增加，冲向导轮的液流的速度方向将逐渐向左倾斜导轮上的力矩值MD逐渐减小图6-20液力变矩器特性曲线特性曲线第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型泵轮导轮涡轮单向离合器三元件综合式液力变矩器图6-21三元件综合式液力变矩器第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型泵轮导轮涡轮单向离合器三元件综合式液力变矩器ABC图6-22凸块式的单向离合器第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型三元件综合式液力变矩器滚柱式单向离合器图6-23滚柱式的单向离合器导轮锁定——变矩状态导轮未锁——耦合状态单向离合器的作用第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型四元件综合式液力变矩器图6-24四元件综合式液力变矩器结构示意图将导轮分割为两个，分别装在各自的单向离合器上，形成双导轮。泵轮导轮1导轮2涡轮第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型闭锁式液力变矩器可以实现液力变矩器传动和机械直接传动两种功能，把两者的优点结合于一体。锁止离合器主动盘—连接变矩器壳体从动盘—连接涡轮输出轴右边通压力油；左边接锁止控制阀；图6-25锁止离合器分离状态弹性减振盘第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型闭锁式液力变矩器图6-26锁止离合器分离状态第6章自动变速器液压液力系统6.3液力耦合器与液力变矩器液力变矩器的结构与类型闭锁式液力变矩器图6-27锁止离合器接合状态第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构油泵位于变速器的盖中，因此它以与发动机近乎相同的转速旋转，从变速器底部的贮槽中抽取变速器油并供应到液压系统。图6-28变速器齿轮泵向液压控制系统：压力油向液力变矩器：补偿油向行星齿轮机构：润滑油油泵的用途第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构蓄能器蓄能器可以把液压泵输出的多余压力油部分地存储起来，并在需要的时候释放出来。图6-29储能器安装位置——安装在泵的出口，吸收脉动压力——垂直安装，油口向下作用吸收换挡液压冲击短时维持系统压力第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构蓄能器弹簧式蓄能器－弹簧－活塞－液压油——利用弹簧的伸缩来存储、释放能量——结构简单、反应灵敏图6-30弹簧式储能器——容量小第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构蓄能器气体隔离式蓄能器——利用气体的压缩与膨胀的伸缩来存储、释放能量气瓶式图6-31气瓶式储能器活塞式1-气体；2-液压油第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构蓄能器气体隔离式蓄能器——利用气体的压缩与膨胀的伸缩来存储、释放能量气瓶式图6-32气瓶式储能器活塞式1-气体；2-活塞；3-液压油第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构行星齿轮机构行星轮的组成图6-33行星轮结构组成示意图包括4个组成部分：太阳轮，行星轮，行星轮架，齿圈。Vedio第6章自动变速器液压液力系统6.4油泵、蓄能器与行星轮机构