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1、第 9 章 汽车自动变速器,主要内容,自动变速器的组成与工作原理 自动变速器行星齿轮系统 自动变速器的液压控制系统 自动变速器的电子控制系统 自动变速器的使用、故障自诊断与试验,9.1 自动变速器的组成与工作原理,一、概述自动操纵式变速器可根据发动机负荷 和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。,二、自动变速器的分类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。 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。,1
2、.有级式自动变速器简称AMT。电控机械式自动变速器AMT的基本控制原理,2.无级式自动变速器简称CVTCVT传动原理图,1主动轴 2主动轮 3V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,3.综合式自动变速器 简称AT。,液压控制系统,液力变矩器,齿轮变速机构,制动器,离合器,三、自动变速器的组成与工作原理,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,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。 换档执行机构
3、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。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,图9-4 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,图9-5 电控液压式自动换档系统工作简图1自动变速器ECU 2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,电控液压式自动变速器的优点：1
4、)计算机能够存储与处理多种换挡规律以及其他多种数据，可以按车辆的行驶需要，对自动换挡过程实现更合理、更复杂、更精确、更快速的控制，从而使车辆获得更理想的燃料经济性和动力性。2)可大大简化液压系统，从而使结构紧凑、重量轻。3)与整车其他电子控制系统(如发动机控制、巡航控制等)比较，该系统兼容性好，并具有自我故障诊断、失效保护等功能。4)自动换挡系统变更换挡规律或参数时，只需改变控制程序和某些电子元件的型号规格就能达到要求，所以适应性强，开发周期短，有利于系列化生产。,n1 ：太阳轮转速n2 ：齿圈转速n3 ：行星架转速Z2 ：齿圈齿数Z1 ：太阳轮齿数a： a = Z2 / Z1,由平衡条件及能
5、量守恒定律可得：,特性方程式： n1 + an2 - (1+ a)n3=0,9.2 自动变速器行星齿轮系统,图9-6单排行星齿轮机构及作用力示意图1太阳轮2齿圈3行星架4行星轮,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1,主动件-太阳轮，n1=（1+) n3 ；被动件-行星架；固定件-齿圈，n2=0 。传动比i 采用这种方案传动时，是一种减速增扭传动。,主动件-齿圈；被动件-行星架；固定件-太阳轮，n1=0； 。传动比i 采用这种方案传动时，是一种减速增扭传动。,减速传动2,主动件-太阳轮 ；被动件-齿圈 ；固定件-行星架 ，n3=0。传动比
6、i 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3,增速传动1,主动件-行星架， n1=0；被动件-齿圈；固定件-太阳轮。传动比i,增速传动2,主动件-行星架，n1=（1+) n3 ；被动件-太阳轮；固定件-齿圈，n2=0 。传动比i 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。,增速传动3,主动件-齿圈；被动件-太阳轮；固定件-行星架，n3=0 。传动比i “”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。,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
7、第三个元件必然与前二者转速相同，即传动比i1。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。,表9-1单排行星齿轮机构传动情况,2.行星齿轮机构的执行机构,离合器,制动器,单向离合器,离合器通常采用圆盘式多片湿式离合器。,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。,带式制动器的工作原理,单向离合器,楔块式单向离合器,滚柱式单向离合器,B,C,A,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。,ABC,3、典型行星齿轮式自动变速器复合式行星齿轮机构一般有两种形式：,辛普森
8、式,拉挪威式,辛普森式行星齿轮变速器,结构特点：前后两个行星排的齿轮参数完全相同；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；前行星架与后齿圈相连并做为输出轴；前齿圈和太阳轮通常做为输入轴。这样，六元件变成四元件,结构特点：两行星排共用行星架和齿圈；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；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；有四个独立元件：小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈；两套行星轮互相啮合。,拉维娜式行星齿轮变速器,典型行星齿轮式自动变速器,丰田A341E自动变速器行星齿轮变速系统,A341E型自动变速器各挡位与换挡执行元件的工作情
9、况对照表,丰田A341E自动变速器D位1挡传动路线图,1档：C0 、C1接合，F0、 F2锁止；动力传递路线：1、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；2、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,一、液压控制系统的组成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 供油部分主要由液压油泵7、主油路调压阀3等
10、组成。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。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。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。,二、液压控制系统的主要工作元件1.供油和调压部分,(1)自动变速器油泵其作用是使液压油产生一定的压力，向变矩器、控制机构、齿轮系统、油液冷却器等部件提供足够的油液，以实现传递转矩、控制油路的压力和流向、润滑和降温等目的。(2)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 。,典型主油路调压阀结构示意图1柱塞 2弹簧 3阀芯,2.控制参数信号转换装置,（1）节气门阀
11、 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，输出油压的高低即为自动换挡的一个信号。,弹簧A,节气门滑阀,反向阀,弹簧B,降挡柱塞,凸轮,（2）调速阀，又称速控阀、速度调压阀、调速器等，它通常安装在自动变速器的输出轴上，与输出轴一起转动。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。,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,3、换挡控制系统,手控制阀供驾驶员手动选择挡位。,手控制阀结构示意图,换挡控制阀 是自动换挡操纵系统中的核心构件。,丰田A34
12、1E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,4、换挡品质控制装置,缓冲阀 安装在换挡阀至换挡执行元件之间的油路中。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,工作原理：当换挡执行元件接合时，通过对流入换挡元件的压力油进行节流，来延缓换挡元件接合时油压上升的速度，从而减小换挡冲击；当换挡元件分离时，增大换挡元件中压力油的泄流量，加速泄流过程，使换挡元件迅速分离。,蓄能器又称为蓄能减振器作用：防止换挡元件接合时产生冲击。其进、排
13、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A 2活塞B 3弹簧,三、自动换挡规律,两参数换挡规律示意图,油门开度,车速,从1挡换入2挡,从2挡换入1挡,油门全开,发动机怠速时的油门开度,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：（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。（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。（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,一、电子控制系统基本组成,图9-18液
14、力自动变速器电子系统的基本组成,二、电子控制系统主要工作元件,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 2O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,电磁阀 （
15、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,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,
