(专)第九章汽车自动变速器.ppt

1,发动机所能提供的与汽车驱动轮所需的转速和转矩有较大差别，需要传动系统来改变发动机到驱动轮之间的传动比，将发动机的动力经济而方便地传至驱动轮。,2,汽车自动变速器是指在汽车行驶过程中，驾驶员仅根据需要控制加速踏板，变速器即可根据发动机的负荷以及车速等的变化，自动换入不同挡位工作的一种变速器。,缺点：结构复杂、零件精度要求高、制造难度大、成本较高、维修技术较复杂。 优点：可使换挡操作简化并提高行车安全性；液力变矩器的使用能使汽车自动适应驱动轮负荷的变化，提高汽车的通过性；自动变速的挡位变化快且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性；通过液体传动或微电脑控制换挡，可消除或降低动力传动系统中的冲击和动载，从而大幅度延长发动机和传动系统零部件的寿命；自动变速器可使发动机经常处于经济转速区运转，使整车获得最佳的动力性和燃油经济性，降低排气污染等。,3,9.1 自动变速器的组成与工作原理 9.2 自动变速器行星齿轮系统 9.3 自动变速器液压控制系统 9.4 自动变速器的电子控制系统,本章内容：,4,1) 按汽车驱动方式分类 自动变速器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两种。,2)按自动变速器前进档的档位数不同分类 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个前进挡三种。,3)按齿轮变速器的类型分类 自动变速器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。,9.1 自动变速器的组成与工作原理,1、自动变速器的类型,5,4)按变矩器的类型分类 轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件（泵轮、涡轮和导轮）综合式变矩器。这种变矩器又分为有锁止离合器（变矩器锁止离合器的主要功能是：在汽车低速时，利用变矩器低速扭矩增大的特性，提高汽车起步和坏路的加速性；在高速时，变矩器锁止离合器作用，使液力偶合（“软连接”）让位于直接的机械传动（“硬连接”），提高传动效率，降低燃油消耗。）和无锁止离合器两种。,5)按控制方式分类 自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动变速器（电控自动变速器）两种。,6,6)按变速方式分类 汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器、无级变速器和综合式自动变速器（在一定范围内实现无级变速，即通常所指的液力自动变速器AT）。 有级变速器：是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式电子控制机械式自动变速器，简称AMT。主要包括自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统等。通过电动和液压或气压分别对节气门开度、离合器接合或换档三者进行控制，实现最佳匹配。,7,无级变速器CVT ：这种变速器和普通自动变速器的最大区别是，它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，由两组变速轮盘和一条传动带组成。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速的，设计构思十分巧妙。比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳。（PPT47),8,由液力变矩器、齿轮变速机构和换挡操纵机构等三大部分组成。除此之外还有保证系统运转的供油、冷却和润滑等必备系统。,液力变矩器和齿轮变速机构为变速系统，是液力自动变速器的必要条件和结构基础。自动换挡控制系统为控制中枢。,2、液力自动变速器的基本组成,9,10,液力变矩器是通过液体动量矩的变化来改变转矩，但其本身变矩与变速能力有限，因此需与机械式变速机构串联形成综合式液力变矩器。 液力变矩器的三个基本部件是泵轮、涡轮和导轮 。它不仅能够传递扭矩，而且还能增大扭矩。(PPT40),11,齿轮变速机构包括齿轮和轴以及为变速器提供各种传动比的变速执行元件如多片离合器、制动箍带和伺服油缸、单向离合器等部件。,换挡控制系统由控制参数（节气门位置信号和车速信号）信号发生系统、换挡控制系统（其作用是接受信号，确定最佳换挡时刻，并发出换挡指令到执行机构）、换挡执行机构（由换挡离合器、制动器、单向离合器等组成）等组成。,12,3、自动变速器的工作过程,发动机的动力通过液力变矩器输入自动变速器的变速机构，控制系统根据发动机的转速、负荷以及车速的大小，按照既定的程序，通过制动器、离合器使齿轮机构各元件进行不同的组合，从而得到不同的传动比，使自动变速器完成自动变速、变矩及倒车、空档等输出。,13,根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变换挡位。 液控液压式自动换挡系统是通过机械与液压的方式接受来自调速阀所反映的车速、来自节气门阀所反映的节气门位置以及手动换挡阀所传递的换挡位置等液压信号（控制信号），按照设定的换挡规律，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，从而实现自动换挡。,1)液控液压式自动变速器的工作过程（P240图9-4）,14,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，并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号输入到ECU； ECU根据这些信号，通过运算选择设定的换挡规律，确定换挡点，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号； 电磁阀控制液压换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。,2)电控液压自动变速器的工作过程（P240图9-5）,15,9.2 自动变速器行星齿轮系统,、 行星齿轮机构传动的基本原理,简单行星齿轮机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性（如图9.1、2所示）(PPT43)。,16,简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构，三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就确定了。,17,简单行星齿轮机构的三元件经组合后六种不同的运动状况。,18,2、行星齿轮机构变速执行元件,制动箍带和伺服油缸,使传动比和旋转方向产生变化的元件称为变速执行元件，它们分别是多片离合器、制动箍带和伺服油缸、单向离合器。,行星齿轮机构中的三大构件，都允许自由旋转，但为了要实现某一档位的变换，需要把其中的一件加以固定，承担该任务的就是制动箍带和伺服油缸，两者是配套使用的，有时又称两者为制动器。它通过将行星齿轮机构中某一元件与变速器壳体相连，使该元件约束制动而固定。,19,多片离合器,多片离合器的功能之一是进行动力切换，变速器的输入动力来自变矩器涡轮轴，为了实现档位状态的变化，必须要把输入动力接通到行星齿轮机构的某一主动件上，比如把动力接通到太阳轮，但在另一档位又必须把同一输入动力接通至行星架。架通输入动力和机构中某一构件的桥梁就是多片离合器，通过多片离合器，既可以把传动路线导通，也可将其断开。 多片离合器的功能之二是固定行星齿轮机构的某一构件。在这种情况又把它称为制动器。,20,单向离合器,自动变速器中单向离合器是一种固定装置，它的功能和制动带相似。制动带能够在两个方向都能锁止制动鼓旋转，而单向离合器只能在一个方向锁止，而在另一方向则能自由转动。,单向离合器的内外圈中有一件是直接和壳体固定的，而另外一件则和行星齿轮机构的某一构件连接。在自动变速器中常用的单向离合器有两种不同的型式：滚柱式和凸块式，如图。,21,9.3 自动变速器液压控制系统,液力自动变速器的控制方式主要有两种：一种完全采用液压控制方式，称之为液控自动变速器；另一种采用电子控制方式，称之为电控自动变速器。 无论是液控液压式还是电控液压式，其换挡离合器的接合和分离、制动器的制动和释放都最终由液压控制系统的控制动作来完成 。 液压控制系统的基本组成：液压泵、主油路调压阀、节气门阀、调速阀、手动换挡阀、缓冲阀等。 例如：液力自动变速器中的多片离合器、制动带和变矩器锁止离合器的状态改变都依赖于液压系统中的控制阀，通过改变控制阀滑阀的位置，从而改变液压系统中的液体通道，实现对执行元件的控制。,1、液压控制系统的组成（P245图9-9）,22,23,2、 液压控制系统的主要工作元件,供油和调压部分 控制参数信号转换装置 换挡控制系统 换挡品质控制装置,24,所有液控自动变速器都存在三种基本控制油压：主回路油压、节气门开度油压和速度油压。这些油压都是由调压阀、节气门开度阀和速度阀（调速阀）调节的。,供油和调压部分,是整个液压控制系统各个机构的动力源,向各个机构提供压力足够的液体,压力随发动机的负荷、车速及挡位等不同而不同,主要由油泵(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)和主油路调压阀(稳定主油路油压)等组成.,25,主回路油压是经调压阀调节后的油泵输出压力，变速器中的所有其他油压都是由主回路油压调节后形成的，主回路油压是液压系统设置的最高油压，该油压又称为主回路油压或工作油压（见图105）,主回路油压主要用于驱动制动带和多片离合器，经过减压装置或节流通道之后的油压则用于变矩器、润滑变速器以及作为控制滑阀的移位。速度油压是根据车速变化调节的油压。节气门开度油压是根据发动机负荷或节气门开度变化调节的油压。节气门开度油压和速度油压的综合作用控制变速器换档。,26,控制参数信号转换装置,液控自动换挡系统主要是通过节气门阀(是随节气门开度的大小即发动机负荷大小而改变其输出油压力的液压阀)和调速阀(其作用是将汽车车速参数转换为相对应的油压信号输出,此压力将作用在换挡阀上)把节气门开度和车速转换成液压信号,根据这两个信号实现自动换挡。,换挡控制系统,换挡控制系统由若干个换挡控制阀组成。它们接受来自车速,节气门及变速杆位置传来的信号,并按预定的换挡规律选择挡位、选择换挡时间,同时发出相应的换挡油压指令,使换挡执行机构(换挡离合器和制动器)动作(分离或者接合)而实现换挡。,27,换挡品质控制装置,换挡品质控制装置的作用是使换挡执行机构接合柔和、换挡平稳、无冲击。常用的有缓冲阀和蓄能器。,缓冲阀,蓄能器,通过对流入换挡元件的压力油的节流来减小换挡冲击；增大换挡元件中压力油的泄流量使换挡元件迅速分离。,又称蓄能减振器。传动液压力同时作用在换挡执行元件和蓄能器的活塞上,当油液压力升高到一定值时,蓄能器的活塞下移使部分油液流入蓄能器,使两活塞的油压升高速度减慢,从而防止换挡元件接合时产生冲击现象。,28,3、 自动换挡规律,换挡规律指换挡时刻与控制参数(车辆的运行工况)之间的关系。即根据车辆的运行工况，变速器应处于的档位。 是按照车辆动力性和经济性对自动换挡系统的要求来设计的。,较常用的自动换挡规律一般按节气门开度和车速两个参数来控制（P249 图9-17）。,每个自动换挡系统都有相应的换挡规律，它的曲线形状取决于车辆传动系统的要求由自动换挡系统的结构和参数来实现。,29,9.4 自动变速器的电子控制系统,1、电子控制系统的基本组成,传感器（信号发生装置）、ECU（换挡控制系统）和电磁阀（执行元件）,ECU根据传感器提供的信号确定换挡或锁止时机，并将相应的控制信号输送给换挡电磁阀；,电磁阀控制液压换挡阀的动作，完成电子控制单元下达的换挡、锁止等命令。,传感器提供车速、节气门开度等信号；,30,2、电子控制系统的主要工作元件,车速传感器,车速传感器通常安装在变速器的壳体上，与液控的调速阀几乎处于相同的安装位置，在变速器的输出轴上安装一个齿轮，随输出轴一起旋转。正对齿轮的车速传感器，通常都属于电磁式传感器。,在一块永久磁铁上缠绕了一组线圈，当齿轮旋转时，切割磁力线使线圈内部感应出交变的低电压，通过交变电压的频率来判定汽车车速。,1） 传感器 （输入装置）,31,节气门位置传感器就是利用电位器工作的传感器，电位器的转轴和节气门轴联动，当处于不同开度时，电位器处于不同的电阻值，从而输出信号电压不同。计算机发送给电位器一个标准的参考电压，从接受的反馈电压变化，就能判定节气门开度。电控自动变速器的发动机负荷信号就来自节气门位置传感器。,在电控自动变速器中，油温传感器都采用负热敏电阻传感器，它实际上是一个简单的电子温度计。传感器完全浸没在变速器的油液中，其电阻值随温度上升而下降。当反馈的电压发生变化，计算机就能判定变速器的油温高低。计算机根据这一信号帮助控制换档品质，因为变速器油液的特性会随油温而变化。,电位器、热敏电阻和压力传感器的电阻，随其工作条件的变化而改变。,32,压力传感器（压力开关，如图示）是主要反映液压回路的油压大小的感应元件，当液压增大时，通过膜片使接触器变形，同时使触点闭合。当作用于膜片上的油压不同时，接触器变形状态不同，电阻值也不同。,压力传感器在电控自动变速器采用的目的，主要是把多片离合器和伺服油缸的工作状态（油压大小、油压建立的时间、实际的档位状况）输入计算机，从而判断是否需要调节主回路油压。,33,计算机把处理后的指令发送到执行元件。电控自动变速器中典型的输出装置有电磁阀线圈、电动机和继电器等。 这些装置可以使变速器某一机构的状态发生变化。,2） 电磁阀 （执行元件/输出装置）,例如换档电磁阀线圈处于通断电状态时，换档阀的滑阀位置就会发生变化，从而引起行星齿轮机构的变速执行元件处于接合或释放状态，变速器的档位也随之发生变换。,34,计算机发送给输出装置的指令，绝大多数都是一种开关信号，如换档电磁阀线圈，仅有通断电两种状态。 但有时，计算机发出的指令是根据汽车工作条件需要的可变信号，如电控自动变速器的压力控制电磁阀的线圈，计算机发送给该线圈的电流大小是根据发动机负荷大小变化的，从而调节主回路的油压。 另外计算机发出的指令还可以是一种引起输出装置周期变化的可变信号，如控制变矩器锁止离合器工作的占空比电磁阀，计算机发送给线圈的信号是一种周期变化的脉冲信号，而且该脉冲信号的宽度在不同的时间是可变的，通过调节脉冲宽度实现锁止离合器作用释放时间的变化，以及改变作用的油压大小。,35,开关式电磁阀(P253 图9-21) 由电磁线圈、衔铁和阀芯等组成。开启和关闭变速器油路。只有两种工作状态：全开或全关。当线圈不通电时，阀芯被油压推开，打开泄油孔，该油路经电磁阀泄油，油路压力为零；当线圈通电时，电磁力使阀芯左移，关闭泄油孔，油路压力上升。,脉冲式电磁阀(P253图9-22) 也由电磁线圈、衔铁和阀芯等组成。其作用是控制油路中油压的大小。与开关式电磁阀不同的是其电压信号是一个频率固定、占空比可调的脉冲电信号。电磁阀在该信号作用下不断反复地开启和关闭泄油孔。可调的占空比来改变电磁阀开启和关闭的时间比例，从而控制油路压力。,36,3） 电子控制单元,ECU接受来自输入传感器的信号之后，首先要把这种低压弱信号通过放大器进行放大，并且通过AD转换器把模拟信号转换成数字信号，把这些转换后的数据与存储的数据进行比较，然后作出处理信息。 在ECU的存储器中，存储了理想的换档规律和执行的逻辑程序，它们提供了最佳换档时刻。而且可以设置多种的换档规律，来满足汽车不同使用工况下的最佳换档点。 每一种发动机变速器都有不同的一组换档规律的数据。 决定换档规律的主要因素是预选杆位置、当前的档位、节气门开度和车速。ECU同时也要查看各种温度、负荷和发动机工况等多种输入信息。,37,不同的车型会选择不同的换档规律，通常的轿车都设置了两种以上的换档规律模式。它包括正常模式（或称经济型模式）、特性模式（动力型模式）、冬季模式和手动换档模式。 正常模式是以节省燃油消耗为主要目的，通常在高速公路使用。这种换档模式又称为提前换档，车速增加对档位的上升起明显的作用。 动力模式以发挥发动机动力为主要目的，充分发挥变速器的低档扭矩大的特性，适用于坏路、爬坡和牵引状态。这种换档模式又称之为延时换档。在这种模式下，计算机指令压力控制电磁阀给主回路获得更高油压，防止多片离合器和制动带打滑。当变速器提升下一个更高档位时，计算机命令延长换档时间来提供汽车更大的加速度。,38,手动换档模式允许驾驶员以与手动变速器相同的操纵方式来变换自动变速器的档位。 驾驶员可以使用预选杆，就像使用手动变速器的换档杆一样在手动1档（第1档），手动2档（第2档），手动3档（第3档）和超速档（第4档）之间进行换档。 尽管如此，一旦驾驶员企图滞留在1档或2档而发动机又处于超速状态运转，此时计算机将会对变速器提供超速的保护。,冬季模式主要是在冬季冰雪路面起步或在滑溜路面起步使用。由于自动变速器按常规的换档规律必须是1档起步，但变速器的1档具有很大的传动比，因此在冰雪路面或滑溜路面经常会出现轮胎打滑现象，起步困难而且不安全，在这种情况下，选择冬季模式，自动变速器就会转换成2档或3档起步，避免上述现象发生。,39,9.1 自动变速器的组成与工作原理 9.2 自动变速器行星齿轮系统 9.3 自动变速器液压控制系统 9.4 自动变速器的电子控制系统,本章小结：,40,变矩器壳体用螺栓与发动机飞轮连接在一起。壳体又和泵轮焊接在一起。因此，壳体与泵轮随发动机转动，作为发动机的动力输入。泵轮的叶片冲焊在壳体上。当泵轮转动时，在离心力的作用下，液体被从中央甩到泵轮的边缘。 液力偶合的下一步连接是涡轮。液体从泵轮外缘甩出，撞击到涡轮的外边缘。涡轮和泵轮相似，在其内部有叶片。液体撞击涡轮叶片边缘，冲击力使涡轮转动。机械变速器的输入轴用花键与涡轮相连，当涡轮和输入轴旋转时，动力输入到机械变速器。,3、液力变矩器的工作原理,主动部分，将发动机动力变成油液动能。,输出部分，将动力传至机械式变速器的输入轴。,反作用元件，它对油流起反作用，达到增扭作用。,41,变矩器新增了一个导轮，它介于泵轮和涡轮之间，导轮通过中间的单向离合器内花键和固定轴相连，固定轴与变速器壳体连接，它允许导轮在一个方向自由旋转，而在另一个旋转方向则锁止。增加导轮的目的，是为了使变矩器在某些工况下具有增大扭矩的功能。导轮的叶片通常由铝合金浇铸而成，其叶片呈斜面。,汽车行驶阻力大时，涡轮转速低于泵轮转速，从涡轮流入导轮的油液方向与泵轮旋转方向相反，导轮对油流起反作用，达到增扭作用。,汽车行驶阻力小时，涡轮转速提高与泵轮转速接近，此时从涡轮流入导轮的油液方向与泵轮旋转方向趋于一致，导轮开始自由旋转以减少阻力。,42,图示为在变矩器中三个叶轮间液体的流动关系。当液体离开泵轮冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡轮的液体从中间流出，撞击导轮叶片的正面（此时单向离合器锁止），液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射，,具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。 流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器的输出扭矩提高两倍甚至更多。,返回10,43,（三） 行星齿轮机构,44,45,46,返回15,47,主动锥形轮,钢制链条,被动锥形轮,无级变速机构由两组锥形轮组成，包括一对主动锥形轮和一对被动锥形轮,同时有一根链条运行在两对锥形轮V形沟槽中间,主动锥形轮由发动机的辅助减速机构驱动,发动机的动力通过链条传递给被动锥形轮直至终端驱动,48,在每组锥形轮中有一个锥形轮可以轴向移动 两组锥形轮必须保持协调相同的调整，以保证链条始终处于张紧状态。,49,链条采用多片式钢制链条,在主动锥形轮相对被动锥形轮工作直径较小时，主动锥形轮可以传递给被动锥形轮较大的牵引转矩，部分轿车的牵引转矩可高达300 Nm。,50,变速原理,51,3变 速 原 理,应用多的是V形带传动的无级变速器。 变速部分由主动带轮、V形带和被动带轮所组成。 每个带轮都由两个带有斜面的半个带轮组成一体，其中一个半轮是固定的，另一个半轮是可以通过液压伺服油缸控制其移动，改变半轮间的轴向相对位置； 两个带轮轴之间的距离是固定的，传动带的周长是固定不变的。 传动比为：ir2/r1n1/n2。,52,变 速 原 理,当主动轮两个半轮之间的距离最宽，被动轮两个半轮间的距离最窄时，系统传动比最大，相当于汽车低档行驶； 两个带轮轴之间的距离和传动带的周长是固定的，用液压伺服缸控制改变主、被动轮半径值，则可连续无级地变化改变传动比。,53,变 速 原 理,通过作用在可滑动半轮上的液压力调节主、被动轮半径大小。 液压力减小则相应的带轮与V形带的接触半径减小；反之增大。 主、被动轮之间的传动比为l :1时，传动效率最高(约0.92)，其它传动比下传动效率将下降(如传动比2.6:1时传动效率为0.86)。,54,变 速 原 理,V形带主要是采用钢带，由一层层带有V形斜面的金属片通过柔性的钢带所组成，靠V形金属片传递动力，而柔性钢带则只起支撑与保持作用。 与普通的带传动不同， V形带的边分为紧边和松边，主动轮通过钢带推着被动轮旋转来传递动力。,返回7,