汽车电子第六章自动变速器

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1、第六章 自动变速器,采用自动变速器在驾驶时，可以不踩离合器、实现自动换档而且发动机不会熄火，所以能有效的提高驾驶方便性，减轻驾驶员的劳动强度。80年代以来随着电子技术的发展，变速器自动控制进一步完善，在各种使用工况下能实现发动机与传动系的最佳匹配，控制更加精确、有效，性能价格比大大提高。目前得到广泛采用，在汽车上安装自动变速器的数量已远超过手动变速器。,一、自动变速器概述,与手动变速器（Manual Transmission，MT）不同，自动变速器（Automatic Transmission，AT）是指汽车驾驶中离合器和变速器的操纵都实现了自动化，即可以实现自动换挡的变速器。,自动变速器的优

2、点,(1) 汽车起步平稳，能吸收、衰减振动与冲击；提高乘坐舒适性。,(2) 自动适应行驶阻力和发动机工况的变化，实现自动换挡，有利于提高汽车的动力性和平均车速。,(3) 液力变矩器使传动系的动载荷小，提高了汽车的使用寿命。,(4) 驾驶操纵简单，实现换挡自动化，有利于行车安全。,(5) 降低了尾气污染，提高了排放性能。,自动变速器的发展趋势,1.向多挡位方向发展,2.向手动/自动一体化方向发展,3.向高智能、模糊逻辑控制方向发展,4.向无级变速方向发展,二、自动变速器类型 按汽车驱动方式分类,可分为前轮驱动自动变速器和后轮驱动自变速器两种。 前轮驱动自动变速器 1液力变矩器；2油泵；3行星齿轮

3、机构；4输入轴；5输出轴；6差速器,后轮驱动自动变速器 1液力变矩器；2油泵；3输入轴；4行星齿轮机构；5阀体总成；6输出轴；7油底壳,2. 按自动变速器前进挡位数分类 可分为：2挡、3挡、4挡自动变速器等。早期的自动变速器通常为2个前进挡或3个前进挡。这两种自动变速器都没有超速挡，其最高挡为直接挡。 现代轿车装用的自动变速器基本上都是4个前进挡，即设有超速挡。这种设计虽然使自动变速器的构造更加复杂，但由于设有超速挡，大大改善了汽车的燃油经济性。在商用车上，大多采用5挡和6挡自动变速器，一些新型轿车上也开始采用5挡和6挡自动变速器。,3. 按变矩器的类型分类 可分为：普通液力变矩器式、综合液力

4、变矩器式和带闭锁离合器的液力变矩器式自动变速器三种。 4. 按齿轮传动机构的类型分类 可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。,电子控制自动变速器控制过程原理图,5. 按控制方式分类 可分为液力自动变速器和电子控制自动变速器两种。,6. 按工作原理分类,CVT传动装置结构原理 1主动半可动锥轮； 2行星架； 3双行星齿轮； 4输入轴； 5太阳轮； 6倒挡制动器； 7前进挡离合器； 8主动缸； 9中间减速齿轮； 10半轴； 11从动半固定锥轮； 12从动缸,按工作原理不同，自动变速器分为液力自动变速器(AT)、机械自动变速器(AMT)和无级自动变速器(CVT)三种。,1液力变矩器 2齿轮变速机构 3.

5、 换挡执行机构 4液压控制系统 5电子控制系统,二、电子控制自动变速器组成,系统能源 液压、直流电源 2) 控制参数信号发生器 车速传感器和节气门位置传感器 3) 换挡控制器 全液压系统由换挡阀完成；而电液式则由ECU与其控制的电磁阀、换挡阀承担。 4) 换挡执行机构 离合器、制动器或单向离合器 5) 换挡品质控制机构 蓄能器、缓冲阀、定时阀、执行压力调节阀、协调阀和单向离合器等,控制系统的组成,三、电子控制自动变速器的结构与工作原理 电子控制自动变速器的组成：由液力变矩器、齿轮变速机构、 换挡执行机构、液压控制系统、电子控制系统组成。 （一）液力变矩器（ HTC Hydraulic Torq

6、ue Converter） 液力变矩器的作用：起传递转矩、变矩、变速及离合作用。 1. 液力变矩器的工作原理,（1）液力偶合器 液力变矩器由液力偶合器演变而来，液力偶合器的基本构件是具有若干径向平面叶片的、构成工作腔的泵轮和涡轮。 液力偶合器只能等力矩传递动力。,液力偶合器的缺点： 液力偶合器不能使输出扭矩增大，只起液力联轴离合器的作用。因此，汽车上很少采用。,（2）液力变矩器的组成: 由泵轮、涡轮、导轮、导轮单向离合器组成。,泵轮与壳连成一体为主动元件； 壳体做成两半，用螺栓连接，壳外有起动齿圈 涡轮悬浮在变矩器内与从动轴相连； 导轮悬浮在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速

7、器外壳上，单向离合器使导轮可以顺时针方向转动，而不能逆时针方向转动。,液力变矩器的实物图,液力变矩器结构示意图,（3）液力变矩器的工作原理,当发动机带动液力变矩器的泵轮旋转时，液力变矩器内的自动变速器液一方面随泵轮一起做圆周运动，形成旋转流。 另一方面，在离心力的作用下由泵轮的内侧沿泵轮叶片向外侧流动，绕循环圆形成涡流。 实际的液流是这两个方向液流的合成，即所谓的螺旋流。 当螺旋流由泵轮流向涡轮时，液流冲击涡轮叶片，使涡轮旋转液流的动能转变成为涡轮的机械能。,旋转流,涡流,螺旋流,液流冲击涡轮叶片,导轮的作用：液流经过涡轮后沿循环圆流向导轮，当涡轮不动或转速较低时，由涡轮流向导轮的液流冲击导轮

8、的正面，此时由于单向离合器的锁止作用，导轮不动，导轮叶片使液流的方向改变。,改变后的液流再次流向泵轮时，其方向与泵轮的转动方向相同，因此在这种传动情况下液力变矩器可以增扭。如果此时没有导轮改变液流的方向，流向泵轮的液流方向将与泵轮的转动方向相反，会阻碍泵轮的转动。,导轮单向离合器的作用： 随着涡轮的转速增加，涡轮出口处液流由于牵连速度的增大而使其绝对速度的方向发生变化。当涡轮转速增大到一定值以后，液流绝对速度恰好与导轮叶片平行时，此时没有液流冲击力作用于导轮叶片正面，导轮单向离合器释放。（如图） 。,如果再增大涡轮转速，涡轮出口处的液流绝对速度方向会指向导轮叶片背面，如果导轮此时仍然固定不动，

9、液流经导轮叶片反射后就会以与泵轮转动方向相反的方向冲向泵轮，阻碍泵轮的转动。但实际上此时导轮由于单向离合器被释放而自由转动，不会使液流改变方向（如图） 。,导轮单向离合器的结构和工作原理 作用：可以起到离合器与制动器的作用，所不同的是以单向锁止原理来实现固定或连接作用。 类型：滚柱斜槽式和楔块式。,滚柱斜槽式单向离合器 A向自由状态； B向锁紧状态 1外圈；2滚柱；3回位弹簧；4内圈；5楔块,楔块式,楔块式单向离合器 A向自由状态； B向锁紧状态 1外圈；2滚柱；3回位弹簧；4内圈；5楔块,2. 液力变矩器性能 1）转矩放大特性:涡轮不转或转速低时，因液流对三元件的作用力矩分别为Mb、Mw、M

10、d，Mw=Mb+Md，即增扭。可以看出导轮起增扭的作用。,2）偶合工作特性:随着涡轮转速的增加，经涡轮反射至导轮的液流方向改变，当液流穿过导轮叶片或反方向冲击导轮叶片时，单向离合器打滑，导轮空转，说明Md=0,此时为偶合特性Mw=Mb，此时涡轮轮速约为泵轮90%左右。,3）变矩系数：液力变矩器输出转矩TT与输入转矩(即泵轮转矩TP)之比称为变矩系数，用K表示。,液力变矩器工作时，变矩系数是变化的。当涡轮不动(nT0)时，变矩系数最大，称为失速变矩系数K0，对轿车通常在1.6到2.4之间。 随着液力变矩器涡轮转速的升高，变矩系数逐渐减小，当变矩器由转矩放大特性转为耦合特性时，变矩系数等于1。 在

11、涡轮不动时变矩系数最大的特性，非常适合汽车起步克服较大阻力的要求。,4）效率：效率性能是指变矩器在传递能量过程中损失的变化，用 来表示：,在失速点时，泵轮虽有功率输入，但因nT = 0而使 = 0 ；随着传动比的增大，增大直至达到最高点；随后下降，在耦合点，变为耦合器工作特性，效率提高。,3. 液力变矩器的闭锁与滑差控制 1)闭锁控制,闭锁离合器工作原理 1泵轮；2涡轮；3闭锁离合器；4前盖,目的:提高传动效率 闭锁点一般在偶合器工况点。,带锁止离合器的液力变矩器既利用的了液力变矩器在涡轮转速较低时具有的增扭特性，又利用了液力偶合器在涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。,小结： 1、自动变

12、速器概述 自动变速器的发展和应用 自动变速器的优点 自动变速器类型 电子控制自动变速器组成 2、电子控制自动变速器的结构与工作原理 液力变矩器 作业： 1自动变速器有哪些优点？ 2液力变矩器的工作原理？,多数自动变速器是采用多排行星齿轮机构提供不同的传动比。传动比可以由驾驶员手动选择，也可以由电控系统或液压控制系统通过接合和释放换档离合器和制动器自动选择。,（二）行星齿轮变速器,（）单行星排,单排行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个带有两个和多个行星齿轮的行星架和一个齿圈组成的。,1-太阳轮；2-齿圈；3-行星架；4-行星齿轮,设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分别为zl、z

13、2和z3，齿圈与太阳轮的齿数比为。根据能量守恒定律，可得单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式:,其中：=Z2/Z11,n1+n2-(1+)n3=0,单排行星齿轮机构的传动原理,行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈和行星架这三者中的任一元件作为主动件，使它与输入轴联结，将另一元件作为被动件与输出轴联结，再将第三个元件加以约束制动。这样整个行星齿轮机构即以一定的传动比传递动力。,1）齿圈固定，太阳轮主动，行星架被动,太阳轮带动行星齿轮沿静止的齿圈旋转，从而带动行星架以较慢的速度与太阳轮同向旋转，传动比为： i13=1 + 为前进降速档， 减速相对较大。,2）齿圈固定，行星架主动，太阳轮被动,传动比

14、为 ： i31=1/(1 +) 为前进超速档，增速相对较大。,3 ）太阳轮固定，齿圈主动，行星架被动,传动比为： i23=1+z1/z2 =1+1/ 为前进降速档，减速相对较小。,4）太阳轮固定，行星架主动，齿圈被动,传动比为： i32=z2/(z1+z2) = /(1+ ) 为前进超速档， 增速相对较小。,5）行星架固定，太阳轮主动，齿圈被动,行星架固定，行星齿轮只能自转，太阳轮经行星齿轮带动齿圈旋转输出动力。齿圈的旋转方向与太阳轮相反。传动比为： i12=z2/z1=- 为倒档，减速档。,6）行星架固定，齿圈主动，太阳轮被动,行星架固定，行星齿轮只能自转，齿圈经行星齿轮带动太阳轮旋转输出动

15、力。太阳轮的旋转方向与齿圈相反，传动比为： i21=-z1/z2 =-1/ 为倒档，超速档。,7）直接传动 若三元件中的任两元件被连接在一起，则第三元件必然与这两者以相同的转速、相同的方向转动。 8）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。,行星齿轮机构的工作情况,行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比具有以下优点： 1）所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。 2）行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。 3）行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比

16、，减小了变速器尺寸。 4）行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。,（）双行星排,离合器 作用：是连接行星排二元件成为一体，采用的是多片湿式结构。 组成：离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片与摩擦片组、离合器毂及密封圈。,多片离合器原理图 1单向阀；2密封圈；3输入轴；4活塞；5离合器鼓；6密封圈；7钢片；8摩擦片；9卡环；10离合器毂；11回位弹簧,2. 换挡执行机构,原理： 摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。 从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。 活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。,工作情况,安全阀的功用,压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸的密封。 压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的