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1、0 引言21世纪展现在人们面前的是一个高科技，信息化和高速发展的时代，自动变速器作为一项新技术在汽车得到了广泛的应用，特别是大排量，高档次的高级轿车装备自动变速器的比例相当高，随着我国改革开放的日益发展，人们生活水平的提高，现代汽车的普及化，家庭化趋势要求，人们更多的了解和熟悉汽车的基本知识，掌握汽车自动变速器的基本原理结构与维修方法。汽车自动变速器可以根据发动机负荷和车速等工况自动变换传动系统的传动比，以使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，并且有效地减少发动机排放污染以及显著的提高车辆行驶安全性，乘坐舒适性和操纵轻便性。汽车自动变速器由液力变矩器，行星齿轮机构，油泵，电子控制系统等组成。液力
2、变矩器利用液力传动原理，将发动机输出的转矩传递给它的后方的行星齿轮机构。在传动过程中，它能自动的根据汽车行驶阻力，改变输出的转速和转矩，及具有无极变速器的功能，汽车在起步或换挡时，液力变矩器还可以切断或结合发动机动力，即起到自动离合的作用。本论文介绍了自动变速器的结构原理及维修方法。1 概述电控自动变速器作为汽车底盘中最重要的电子控制总成之一，它由液力变矩器、辅助变速器与电子控制系统三大部分组成，其中电子控制系统是自动变速器的核心。随着电子控制技术的发展，电控自动变速器的发展朝着与发动机及底盘其他控制系统一体化的方向发展。1.1 电控自动变速器的特点1自动变速器的优点（1）提高发动机和传动系的
3、使用寿命。液力自动变速器通过液力变矩器将发动机和传动系“柔性”联结起来，能起到缓冲和过载保护的作用。（2）提高了行车安全性，降低了劳动强度。由于简化了驾驶操作，驾驶员可以更集中注意力观察和处理道路情况，掌握好行驶方向和车速。（3)提高了乘坐舒适性。自动变速器把发动机的转速控制在一定范围内，避免急剧变化，有利于降低发动机的震动和噪声，同时能实现自动平顺地换挡，因此可提高汽车行驶的平顺性，即乘坐舒适性。（4）改善了汽车的动力性。由于液力变矩器的性能以及自动变速器能实现自动换挡，在自动换挡的过程中功率传递不中断，从而使汽车起步加速性大大提高以及发动机的功率得以充分利用。（5）操作简便省力。取消了离合
4、器和变速杆，使驾驶操作大大简化。自动变速器设置了自动换挡区选择手柄，当选定某1挡区位置后，在行驶中，驾驶员只需控制好油门即可。（6）可减少汽车排放污染。自动变速器在形式换挡过程中能把发动机的转速限制在较小的范围内工作，不需要频繁变换油门开度大小，从而使发动机的排放污染大大减小。1.2 自动变速器的类型1从控制方式上看按控制方式的不同，自动变速器可分为液力控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。2从齿轮变速器的类型看按齿轮变速器类型的不同，自动变速器可分为行星齿轮式自动变速器和平行轴式自动变速器两种:行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能获得较大的传动比，为绝大多数桥车采用;平行轴式自动变速器体积较大
5、，最大传动比较小，只有少数几种车型使用(如本田ACCORD桥车)。3从驱动方式上看按驭动方式的不同，自动变速器可分为后驭动自动变速器和前驭动自动变速器。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后轮。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
6、器总体的轴向尺寸，但增加了变速器的高度。4根据前进挡的挡位数不同来分自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为2个前进挡、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是4个前进挡，即设有超速挡。目前已经开发出装有5个前进挡自动变速器的轿车。2 自动变速器结构组成和基本原理2.1 自动变速器基本结构组成自动变速器主要由液力变矩器、控制系统、行星齿轮机构、油泵等几个部分组成。 图2-1 1液力变矩器；2锁止离合器；3输入轴；4行星齿轮机构5控制装置6输出轴7壳体1液力变矩器液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器汽车中的离合器相似。可在一定范
7、围内实现减速、增矩。2控制系统新型汽车自动变速器的控制系统有液压式控制系统和电液式控制系统两种。液压式控制系统包括由许多控制i阅组成的i阅体，总成及液压管路。电液式控制系统除了阀体总成及液压管路之外，还包括微机、传感器、执行器及控制电路等。此外，在自动变速器的外部还设有一个自动变速器的散热器，用于散发自动变速器油在工作过程中产生的热量。3行星齿轮机构行星齿轮机构包括行星齿轮组和换挡执行机构。换挡执行机构可以使行星齿轮组处于不同的啮合状态，以实现不同的传动比。4油泵通常安装在液力变矩器之后，由飞轮通过液力变矩器壳直接驭动，为液力变矩器、控制系统及换挡执行机构的工作提供一定压力的自动变速器油。2.
8、2 传统液力控制自动变速器与电控式液力变速器1传统液力控制自动变速器传统液力控制自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度变化，自动变换挡位。其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件(离合器和制动器)的油路。这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。2电控式液力自动变速器电控液力自动变速器是在液力控制自动变速器的基础上增设电子控制系统而形成的，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
9、开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温等参数转变为电信号，并输入电子控制信号;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，控制换挡执行机构动作，从而实现自动换挡，如图2-2所示图2-22.3 液力变矩器液力变矩器位于发动机和机械变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，起传递转矩、无级变速、放大转矩、自动离合、驱动油泵等作用。2.3.1液力变矩器的结构组成典型的液力变矩器是由泵轮、涡轮和导轮组成，如图2-3所示，是由铝合金精密铸造或用钢板总压而成，在它们的环状壳体中径向排列着许多叶片。1泵轮泵轮是液力变矩器的输入元件，位于
10、液力变矩器后端，与变矩器壳体刚性连接。变矩器壳体总成用螺栓固定发动机曲轴后端，随发动机曲轴一起旋转。2涡轮 涡轮是液力变矩器的输出元件，它通过花键孔与行星齿轮系统的输入轴相连。涡轮位于泵轮前方，其叶片面向泵轮叶片。3导轮 导轮位于涡轮和泵轮之间，是液力变矩器的反应元件，通过单向离合器单方向固定在导轮轴或导轮套管上。泵轮、涡轮和导轮装配好后，会形成断面为循环圆的环状体，在环形内腔中充满液图2-3 液力变矩器2.3.2液力变矩器的工作原理1动力的传递。液力变矩器工作时，壳体内充满ATF，发动机带动壳体旋转，壳体带动泵轮旋转，泵轮的叶片将ATF带动起来，并冲击到涡轮的叶片，如果作用在涡轮叶片上的冲击
11、力大于作用在涡轮上的阻力，涡轮将开始转动，并使机械变速器的输入周一起转动。由涡轮叶片流出的ATF经过导轮后再流回到泵轮，形成如图所示的循环流动。具体来说，上述ATF的流动是两种运动的和运动，当液力变矩器工作，泵轮旋转时，泵轮叶片带动ATF也旋转起来，形成绕着泵轮轴线做圆周运动，同样随着涡轮的旋转，ATF也绕着涡轮轴线做圆周运动。旋转起来的ATF在离心力的作用下，从内缘流向外缘。当泵轮转速大于涡轮时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮外缘的液压，因此，ATF在做圆周运动的同时，在上述压差的作用下由泵轮流向涡轮，再流向导轮，最后返回泵轮，形成在液力变矩器环形腔内的循环运动。液力变矩器要想能够传递转矩，必须
12、要有ATF冲击到涡轮的叶片，即泵轮与涡轮之间一定要有转速差。图2-4 ATF液力变矩器中的流动1泵轮；2导轮；3涡轮；4油流2转矩的放大。在泵轮与涡轮的转速差较大的情况下，由涡轮甩出的ATF以逆时针方向冲击导轮叶片，此时导轮是固定不动的，因为导轮上装有单向离合器，它可以防止导轮逆时针转动，导轮的叶片形状使得ATF改变为顺时针方向流回泵轮，即与泵轮的旋转方向相同，泵轮将来自发动机和从涡轮回流的能量一起传递给涡轮，使涡轮输出转矩增大。液力变矩器的转矩放大倍数一般为2.2左右。3无极变速。液力变矩器的变矩特性只有在泵轮与涡轮相差较大的情况下才成立，随着涡轮转速的逐渐提高，涡轮输出的转矩逐渐下降，而且
13、这种变化是连续的，同样，如果涡轮上的负荷增加了，涡轮的转速要下降，而涡轮输出的转矩增加正好适应负荷的增加。2.4 齿轮变速传动系统在液力自动变速器中，齿轮变速传动装置有两种类型，即平行轴式齿轮变速机构和行星齿轮变速机构。目前绝大多数轿车的自动变速器采用行星齿轮机构。目前自动变速器中的行星齿轮变速器大多为三自由度结构，主要有辛普森式、拉维那式。2.4.1辛普森式行星齿轮变速传动系统这是以发明者Simpson工程师命名的结构，其结构特点是由两个完全相同齿轮参数的行星排组成。如图2-5所示。辛普森机构的结构特点：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，即公用太阳轮。称为前后太阳轮组
14、件，前行星架与后齿圈相连并作为输出轴，前齿圈和太阳轮通常作为输入轴。图2-5 辛普森3挡行星齿轮变速器为了提高换挡品质，如图所示中由2挡换3挡时，释放制动器B1与接合离合器C1的交换应及时，否则C1接合过早，使各元件间会产生运动干涉，B1释放太快，则使发动机出现空转，轰响，且使换挡冲击增加。为此，在B1与太阳轮元件之间又串联了一个单项离合器F2，可使换挡平顺，但为了在需要时2挡能产生发动机制动，又增设了制动器B3，这样使结构更为复杂。为进一步提高燃油经济性和降低噪声，车辆向多挡化发展，4挡自动变速器已成为轿车的标准配备，除其前后行星排用一个辅助构件相连外，其他行星排完全独立，形成具有5个独立元
15、件（上述为4个独立元件）的辛普森机构，故可用增加一个执行机构的办法（离合器或制动器）即实现4挡，如图1-6所示图2-6 4挡辛普森结构2.4.2拉维娜式行星齿轮变速传动系统拉维娜式行星齿轮机构是由一个单行星排与一个双行星排组合而成的复合式行星机构，共用一行星架、长行星轮和齿圈，所以它只有四个独立元件。拉维娜行星齿轮结构特点：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轮系行星排；有四个独立元件，两套行星轮互相啮合。图2-7 拉维娜4挡行星齿轮机构结构2.5 电子控制系统电子控制自动变速器采用电液式控制系统，即电控液压操纵系统。电液式控制系统的核心是电子控制系统，电子控制系统由信号输入装置（传感器、控制开关）、电子控制器（ECU）和执行机构三部分组成。传感器将汽车及发动机的各种运动参数转变为电信号、ECU根据这些电信号，按照设定的控制程序发出控制信号，通过各种电磁阀（换挡电磁阀、油压电磁阀）来操控阀体总成中各个控制阀的工作，以完成各种控制任务。图2-8电子控制系统组成框图ECU实质上是向换挡执行机构发出换挡指令的发生器。他接收来自车速油门、加速度及换挡选择机构所传来的信号，进行比
