電控自動變速器-ppt

1、汽 車 電 子 控 制 技 術,沈陽大學 凌永成,第3章 電子控制自動變速器,3.1 自動變速器概述,汽車自動變速器經(jīng)過70多年的發(fā)展，使汽車傳動系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化。,自動變速器的采用，使汽車的駕駛變得方便，乘著舒適性大大提高。,因此，自動變速器廣泛用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上，尤其轎車上。,轎車自動變速器的裝車率，日本高達78%，美國為70%，德國為62%，中國為24%。,3.1.1 自動變速器的發(fā)

2、展和應用,汽車自動變速器的研究和應用可以追溯到20世紀30年代。,1939年美國通用汽車公司首先在其生產(chǎn)的奧茲莫比爾(Oldsmobile)轎車上裝用了液力變矩器——行星齒輪組成的液力變速器，可謂之現(xiàn)代自動變速器的雛形。,20世紀40年代末50年代初，出現(xiàn)了根據(jù)車速和節(jié)氣門開度自動控制換擋的液力控制換擋自動變速器，使自動變速器進入了迅速發(fā)展時期。,到1975年，自動變速器在重型汽車及公共汽車上的應用已相當普及。,自動變速器采用電子控制系

3、統(tǒng)始于20世紀60年代中期。,法國雷諾(Renault)公司于1968年率先在自動變速器上使用了電子元件。,70年代中期，電子控制技術開始應用于汽車變速器，日本豐田汽車公司首先研制成功了世界上第一臺電子控制變速裝置，并在1976年實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。,但由于這種電子控制自動變速器在控制精度和自由度方面效果并不十分理想，因此，包,括日本在內的許多國家又把重要精力轉向計算機控制變速器的研究和開發(fā)。,以計算機為控制核心的電子控制自動變速器迅速發(fā)展

4、。,自1981年起，美國、日本等國家的一些汽車公司相繼開發(fā)出各種微機控制的自動變速系統(tǒng)，如電子控制液力變矩式自動變速器、電子控制多級齒輪變速器等等。,電子控制自動變速器的真正飛躍發(fā)展是在1982年，這一年豐田公司將微機技術應用于電子控制變速器系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動變速器的智能控制，首先應用于豪華型皇冠牌轎車上。,電子控制自動變速器有最佳的換擋規(guī)律，換擋精確性好，具有良好的燃料經(jīng)濟性、動力性，降低污染。,隨后，德國Bosch公司于1983年研制

5、成功發(fā)動機和自動變速器共用的電子控制單元。,電控自動變速器可實現(xiàn)與發(fā)動機最佳匹配，并可獲得最佳的經(jīng)濟性、動力性、安全性，達到降低發(fā)動機排氣污染的目的。,因此電子控制變速器廣泛用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上，并且裝車率迅速提高，尤其在美、日、德等國生產(chǎn)的轎車上，采用電子控制器的比例越來越高。,國產(chǎn)轎車中采用自動變速器最早的車型當屬中國第一汽車集團公司生產(chǎn)的紅旗CA770型三排座高級轎車。,該型轎車在1965到1980年

6、間共生產(chǎn)了1283輛，其所裝用的自動變速器在結構上與美國克萊斯勒汽車公司生產(chǎn)的Power Flite自動變速器相似。,一汽大眾1998年底在國內首家推出批量生產(chǎn)的裝用電控自動變速器的轎車捷達AT，該車采用德國大眾(VW)原廠生產(chǎn)的第三代95型01M電控4擋自動變速器。,神龍汽車公司亦于1999年初展示了其裝備自動變速器的富康988轎車。,這種電控4擋自動變速器由法國的雪鐵龍和雷諾公司共同研制，在意大利生產(chǎn)，1998年6月開始應用的。,近

7、年來，隨著我國轎車工業(yè)的快速發(fā)展，各轎車制造企業(yè)都推出了裝有自動變速器的車型，可以斷言，國產(chǎn)轎車普遍裝用自動變速器的時代正在到來。,3.1.2 自動變速器的優(yōu)點,相比于傳統(tǒng)的機械式手動變速器，自動變速器具有如下優(yōu)點。,(1) 汽車起步平穩(wěn)，能吸收、衰減振動與沖擊；提高乘坐的舒適性。,(2) 自動適應行駛阻力和發(fā)動機工況的變化，實現(xiàn)自動換擋，有利于提高汽車的動力性和平均車速。,(3) 液力變矩器使傳動系的動載荷減小，提高了汽車的使用壽命

8、。,(4) 駕駛操縱簡單，實現(xiàn)換擋自動化，有利于行車安全。,(5) 能以較低的車速穩(wěn)定行駛，提高車輛在壞路上的通過性。,(6) 減少了廢氣污染。,自動變速器的主要缺點是結構復雜、成本高，傳動效率相對偏低，導致油耗要高于機械,變速器。,但是，現(xiàn)代汽車普遍采用的電子控制自動變速器，可按照最佳油耗規(guī)律控制自動換擋，加之采用了超速擋和變矩器閉鎖控制等，從而使自動變速器的油耗有了明顯的下降。,3.1.3 自動變速器類型,在自動變速器的發(fā)展過程中

9、出現(xiàn)了多種結構形式。,自動變速器的驅動方式、擋位數(shù)、變速齒輪的結構形式、變矩器的結構類型及換擋控制形式等都有不同之處。,下面從不同角度對自動變速器進行分類。,1. 按汽車驅動方式分類,自動變速器按照汽車驅動方式的不同，可分為前輪驅動自動變速器(如圖3.1)和后輪驅動自變速器(如圖3.2)所示兩種。,后輪驅動自動變速器的變矩器和行星齒輪機構的輸入軸及輸出軸在同一軸線上。,因此，軸向尺寸較大，閥體總成則布置在行星齒輪機構下方的油底殼內。,前

10、輪驅動自動變速器(又叫自動變速驅動橋)除了具有與后輪驅動自動變速器相同的組成外，在自動變速器的殼體內還裝有差速器和主,減速器。,前輪驅動汽車的發(fā)動機有縱置和橫置兩種。,縱置發(fā)動機的前輪驅動自動變速器的結構和布置與后輪驅動自動變速器汽車基本相同，只是在后端增加了一個差速器。,橫置發(fā)動機的前驅動自動變速器由于汽車橫向尺寸的限制，要求有較小的軸向尺寸。,變矩器和行星齒輪機構輸入軸布置在上方，輸出軸則布置在下方。,因此，通常將輸入軸和輸出軸設計

11、成兩個軸線的方式。,這樣的布置減少了變速器總體的軸向尺寸，但增加了變速器的高度。,因此，可將閥體總成布置在變速器的側面或上方，以保證汽車有足夠的最小離地間隙。,2. 按自動變速器前進擋位數(shù)分類,自動變速器按前進擋的擋數(shù)的不同，可分為2(前進)擋自動變速器、3擋自動變速器、4擋自動變速器等。,早期的自動變速器通常為2個前進擋或3個前進擋。,這兩種自動變速器都沒有超速擋，其最高擋為直接擋。,現(xiàn)代轎車裝用的自動變速器基本上都是4個前進擋，即設

12、有超速擋。,這種設計雖然使自動變速器的構造更加復雜，但由于設有超速擋，大大改善了汽車的燃油經(jīng)濟性。,在商用車上，大多采用5擋和6擋自動變速器，一些新型轎車上也開始采用5擋和6擋自動變速器。,3. 按變矩器的類型分類,按液力變矩器的類型，自動變速器大致可分為普通液力變矩器式、綜合液力變矩器式和帶閉鎖離合器的液力變矩器式自動變速器三種。,普通液力變矩器是指由泵輪、渦輪和導輪三個元件組成的液力變矩器。,綜合式液力變矩器是指在導輪與固定導輪的套

13、管之間裝有單向離合器的液力變矩器，它可以自動進行變矩器工況與液力偶合器工況的轉換。,新型轎車的自動變速器普遍采用帶閉鎖離合器的液力變矩器。,當汽車達到一定車速時，控制系統(tǒng)使閉鎖離合器接合，將液力變矩器的輸入部分和輸出部分連成一體，使發(fā)動機動力直接傳入齒輪變速器，從而提高了傳動效率，降低了油耗。,4. 按齒輪傳動機構的類型分類,自動變速器按其齒輪傳動機構的類型不同，可分為普通齒輪式和行星齒輪式兩種。,普通齒輪式自動變速器體積大，最大傳動比

14、小，只有少數(shù)幾種車型使用。,行星齒輪式自動變速器結構緊湊，能獲得較大的傳動比，為絕大多數(shù)轎車采用。,5. 按控制方式分類,自動變速器按控制方式不同，可分為全液壓自動變速器和電子控制自動變速器兩種。,全液壓自動變速器是通過機械的手段，將汽車行駛的車速及節(jié)氣門開度這兩個參數(shù)轉變,為液壓控制信號；,閥體中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號的大小，按照設定的換擋規(guī)律，通過控制換擋執(zhí)行機構的動作，實現(xiàn)自動換擋，如圖3.3所示。,電子控制自動變速器是

15、通過各種傳感器，將發(fā)動機轉速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機冷卻液溫度、自動變速器油溫度等參數(shù)轉變?yōu)殡娦盘?，并輸入計算機；,計算機根據(jù)這些信號，按照設定的換擋規(guī)律，向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出電子控制信號，換擋電磁閥和油壓電磁閥再將計算機,的電子控制信號轉變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?，閥體中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號，控制換擋執(zhí)行機構的動作，從而實現(xiàn)自動換擋，如圖3.4所示。,6. 按工作原理分類,按工作原理不同，自動變速器分為液力自動變速器(A

16、T)、機械自動變速器(AMT)和無級自動變速器(CVT)三種。,液力自動變速器通常指含有液力變矩器的自動變速器；,機械自動變速器是在普通手動機械變速器(MT)的基礎上增加了一套自動換擋控制系統(tǒng)構成；,無級自動變速器指無級控制速比變化的變速器，它的種類很多，有機械式、流體式和電動式等等。,目前，應用最多的是金屬帶式機械無級變速器，如圖3.5所示。,3.1.4 電子控制自動變速器組成,電子控制自動變速器主要由液力變矩器、輔助變速器、電液控

17、制系統(tǒng)等幾個部分組成。,1. 液力變矩器,液力變矩器位于自動變速器的最前端，安裝在發(fā)動機的飛輪上。,它是通過工作輪葉片的相互作用，引起機械能與液體能的相互轉換來傳遞動力，通過液體動量矩的變化來改變轉矩的傳動元件，具有無級連續(xù)改變速度與轉矩的能力。,液力變矩器對外部負載有良好的自動調節(jié)和適應性能，從根本上簡化了操作；,液力變矩器能使車輛平穩(wěn)起步，加速迅速、均勻、柔和；,液力變矩器由于用液體來傳遞動力，它進一步降低了尖峰載荷和扭轉振動，延長

18、了動力傳動系統(tǒng)的使用壽命，從而提高了乘坐舒適性和車輛平均行駛速度及安全性和通過性。,2. 輔助變速器,液力變矩器的無級變速性能雖然很好，但從經(jīng)濟性考慮它不能完全滿足車輛改變速度和變化動力兩方面的要求，故需與齒輪傳動串聯(lián)或并聯(lián)，以擴大其傳動比與高效率工作范圍。,齒輪傳動有行星齒輪式與定軸式兩種。,雖然，人們熟悉的定軸式機械變速器工藝性好、成本低，但由于行星齒輪傳動易于實現(xiàn)自動化、結構緊湊、質量輕，特別是其具有與液力變矩器可實現(xiàn)功率分流的長

19、處，故目前AT中多為行星齒輪式自動變速器此型。,行星齒輪變速器包括行星齒輪組和換擋執(zhí)行機構。,換擋執(zhí)行機構可以使星齒輪組處于不同的嚙合狀態(tài)，以實現(xiàn)不同的傳動比。大部分行星齒輪變速器有3到4個前進擋和1個倒擋。,顯然，機械傳動在AT中屬于輔助地位，故又稱其為輔助變速器。,3. 控制系統(tǒng),液力自動變速器的控制系統(tǒng)有液壓式和電液式兩種。,新型液力自動變速器均采用了電液式控制系統(tǒng)，簡稱電子控制自動變速器(ECT)。,控制系統(tǒng)的組成如圖3.6所示

20、。,1) 系統(tǒng)能源,它是各個機構的動力源，對早期的全液壓自動控制系統(tǒng)，由油泵、調壓閥等組成；,對目前廣泛采用的電液式控制系統(tǒng)，除上述外，還需直流電源為電控提供所需能源。,2) 控制參數(shù)信號發(fā)生器,自動換擋是根據(jù)汽車行駛中選定的控制參數(shù)的變化來確定是否需要進行換擋的。,目前主要是采用二參數(shù)控制(車輛速度與發(fā)動機節(jié)氣門開度)，但這僅是原始信號，還必須,加以調制，才能被液壓和電控系統(tǒng)所接受。,即所選參數(shù)不僅應能按比例精確地變換成控制信號，且要

21、求反應迅速、便于實現(xiàn)，且工作可靠。,過去全液壓系統(tǒng)采用的是速度調壓閥和節(jié)氣門開度調壓閥。,但在電液系統(tǒng)中它們均已被結構簡單的磁感應式、霍爾式、光電式、激光式等車速傳感器以及節(jié)氣門電位器等所代替。,3) 換擋控制器,換擋控制器實質上是向換擋執(zhí)行機構發(fā)出換擋指令的發(fā)生器。,換擋控制器接受來自車速、油門加速度及換擋選擇機構所傳來的信號，進行比較和處理，并按預定的規(guī)律選擇擋位和換擋時刻，及時發(fā)出相應的換擋指令至換擋執(zhí)行機構：,對全液壓系統(tǒng)由換擋

22、閥完成；而電液式則由ECU與其控制的電磁閥、換擋閥承擔。,4) 換擋執(zhí)行機構,換擋執(zhí)行機構的功能是接受控制指令去具體完成擋位變換。,一般均是通過液壓缸充、卸壓力油使離合器、制動器或單向離合器的分離或接合實現(xiàn)換擋。,5) 換擋品質控制機構,換擋品質控制機構的作用是控制換擋過程平穩(wěn)、無沖擊，從而使乘員舒適，動力傳動系統(tǒng)動載荷降低。,一般它是在通向液壓缸的油路上增加蓄能器、緩沖閥、定時閥、執(zhí)行壓力調節(jié)閥、協(xié)調閥和單向離合器等部件，以改善換擋品

23、質。,近年來，電子控制軟件的作用漸呈明顯優(yōu)勢，它不僅可取代原單向離合器的功能，簡化了結構，而且逐步向智能化發(fā)展。,此外，在自動變速器的外部還設有一個自動變速器油（ATF）散熱器，用于散發(fā)自動變,速器油在工作過程中產(chǎn)生的熱量。,電子控制系統(tǒng)可存儲與處理多種換擋規(guī)律，可一機多能，實現(xiàn)更復雜、更合理的控制；,自控系統(tǒng)改變規(guī)律或參數(shù)時，僅調整局部電路，即可適應性能，開發(fā)周期短；,無慣量、控制精度高、反應快、動作準確；結構緊湊，質量輕；與整車動力

24、傳動系統(tǒng)控制如EFI、巡航、牽引力控制、四輪驅動控制等兼容性好。,因此，電控所獲得的優(yōu)良換擋平順性和操縱方便性及與汽車上其他電子控制裝置之間的聯(lián)系，導致它代替液壓控制的趨勢是必然的。,3.2 電子控制自動變速器的結構與工作原理,電子控制自動變速器由液力變矩器、輔助變速器與電液換擋控制系統(tǒng)三大部分組成。,液力變矩器多采用帶閉鎖離合器的三元件綜合式結構，可以自動調節(jié)傳遞轉矩的大小。,輔助變速器普遍采用行星齒輪傳動，用來擴大液力變矩器的傳動

25、范圍并實現(xiàn)倒擋傳動。,電液換擋控制系統(tǒng)是電子控制自動變速器的核心，電子控制裝置通過傳感器采集變速器及整車的相關信息，通過電磁閥來控制液壓執(zhí)行機構，使整個自動變速器協(xié)調工作。,3.2.1 液力變矩器,液力變矩器(Hydraulic Torque Converter，HTC)，它是通過工作輪葉片的相互作用，引起機械能與液體能的相互轉換來傳遞動力的。,1. 液力變矩器的工作原理,液力傳動裝置的基本形式為液力偶合器與液力變矩器。,液力偶合器的

26、基本構件是具有若干徑向平面葉片的、構成工作腔的泵輪和渦輪。,液力偶合器工作原理如圖3.7所示，液力傳動油在工作腔里高速循環(huán)流動傳遞動力，油液,隨著泵輪作牽連運動的同時因受離心力作用而作離心運動，從泵輪(輸入軸)吸收機械能并轉化為動能，高速液流從泵輪沖入渦輪做向心流動釋放動能，推動渦輪(輸出軸)旋轉，帶動工作機(負載)做功。,液力變矩器如圖3.8所示的結構與偶合器的區(qū)別是在泵輪P與渦輪T之間增加了一個固定在單向離合器上的導輪D。,油液在各

27、工作輪(P、T與D)組成的閉合的循環(huán)流道(循環(huán)圓)內傳遞動力，發(fā)動機帶動泵輪旋轉，其離心力使油液在泵輪中向半徑大的方向流動，封閉的循環(huán)圓迫使液體沖進渦輪，推動葉片轉動，以驅動汽車。,為了提升渦輪上的轉矩，一般葉片是空間曲面，使液體離開渦輪時，方向與流入渦輪時的方向相反，以產(chǎn)生盡可能大的動量矩，從而提供最有效的轉矩傳遞。,導輪的作用是再將液體回流至泵輪，且使流動方向再次反向。,液體回流至泵輪后，推動其葉片的后表面，促使泵輪旋轉，故在來自發(fā)

28、動機轉矩的基礎上，再加上從導輪回流的轉矩，將合成的轉矩傳遞至渦輪，即,,(3.1),式中，TP、TT、TD 分別為泵輪、渦輪及導輪上的作用轉矩。,導輪上受到的轉矩TD隨泵輪與渦輪的轉速差的減小而逐漸變小。,當渦輪轉速升高，渦輪出口油液的速度方向與導輪弧形葉片相切時，導輪上受到的轉矩為零。,而當渦輪轉速進一步升高，渦輪出口油液的速度方向指向導輪葉片的凸面時，支承導輪的單向離合器使導輪在油液的作用下可自由旋轉。,此時，導輪上受到的轉矩為零，

29、液力變矩器轉化為液力偶合器，這種不同的工作狀態(tài)稱為相，故今為二相；,而置于泵輪與導輪或導輪與導輪之間的渦輪數(shù)稱為級，工作葉輪又稱為元件。,在現(xiàn)代轎車上采用最多的是單級三元件二相形式，對二相或多相又稱綜合式液力變矩器。,2. 液力變矩器性能,1) 變矩系數(shù),液力變矩器輸出轉矩與輸入轉矩(即泵輪轉矩TP)之比稱為變矩系數(shù)，用K表示。,,,(3.2),液力變矩器是以液體的動能來傳遞能量的，在泵輪與渦輪之間的轉速差大時，渦輪旋轉所形成的反壓力小

30、，則從泵輪處流入渦輪的流速高，循環(huán)圓中的流量也大，故渦輪上的轉矩也隨之增大。,顯然，當渦輪不動(nT＝0)時，循環(huán)流量達到最大，渦輪上轉矩也增至最大。,此時的變矩系數(shù)稱為失速變矩系數(shù)K0，也將達到最大，對轎車通常在1.6到2.4之間。,對汽車上常用的向心渦輪式(即指進口半徑大于出口半徑的渦輪)變矩器，變矩系數(shù)隨速比的變化如圖3.9所示。,對液力變矩器，要正向驅動，應使nP＞nT ，一般速比i可以工作到0.98左右。,,,為了具有可比性，

31、一般用渦輪轉速nT與泵輪轉速nP之比i(稱為速比， )來代替描述K的變化。,這種不需要控制，就能根據(jù)外界負荷變化自動改變其轉速和轉矩的性能，非常接近于理,想牽引特性，其良好的自動適應性，對于各種運輸車輛都是十分重要的。,2) 效率,,效率性能是指變矩器在傳遞能量過程中損失的變化，用 來表示：,,(3.3),它是具有極大值的拋物線，如圖3.9所示：,在失速點時，泵輪雖有功率輸入，但因nT =

32、 0而使η = 0 ；,隨nT 增大，流量逐漸下降，與其平方成正比的通流(摩擦)損失而隨之不斷下降，從而效,率不斷提高，在計算工況點i*(附近)各葉輪液流均無沖擊地進入入口，從而使效率η值達到最高；,速比再增加時，雖然通流損失仍在下降，但沖擊損失又繼續(xù)增加，使η值下降。,當達到最大速比imax＝1時，流量為零，無功率輸出，η值再次為零。,由于汽車經(jīng)常在大速比工況下工作，為了克服這一缺陷，故將導輪通過單向離合器后再與殼體相連。,設計中使速

33、比i大于變矩系數(shù)K=1的速比im點時，用液流的反向作用使導輪可自由轉動，,使液力變矩器轉變?yōu)榕己掀鞴r，故當i＞im以后的范圍，理論上效率η ＝1，從而使最高效率可達到0.95到0.97，提高了車輛的燃料經(jīng)濟性。,3) 透過性,透過性是指變矩器渦輪軸上轉矩和轉速變化時，是否影響泵輪軸上轉矩和轉速也相應變化的能力。,通常以能容系數(shù)C＝f(i)表示，如圖3.10所示，C為,,(3.4),也有用力矩系數(shù)λP來描述的，則 C＝

34、λP*ρ*g*D5 ，ρ為液體密度，D是變矩器循環(huán)圓有效直徑，g為重力加速度。,λP越大，則C越大，即傳遞相同功率時，變矩器的尺寸越小，負荷能力強。,而dC/di值則反映了透過性。,dC/di =0，變矩器為非透過性，即外部負荷TT及速度nT變化不會影響到泵輪與發(fā)動機的工況，發(fā)動機僅受油門開度的控制，顯然，這可充分保護發(fā)動機；,轎車上多用正透過性，即dC/di <0 ，起步時， TT0工作在發(fā)動機大轉矩處，隨nT增加，nP,向發(fā)

35、動機大功率工況移動，從而可以充分利用發(fā)動機的性能。,有時在低速比區(qū)會有一些dC/di＞0負透過性，而后很快就轉為正透過性，這種混合透過性也是可以用的，但在車輛中不采用dC/di＞0的透過性。,3. 液力變矩器的閉鎖與滑差控制,液力變矩器的性能優(yōu)越，但最大的缺陷是效率低。,為了降低裝用液力變矩器汽車的油耗，而采用了閉鎖，即在液力變矩器的泵輪與渦輪之間，安裝一個可控制的離合器，當汽車的行駛,工況達到設定目標時，控制離合器將泵輪與渦輪鎖成一體

36、，液力變矩器隨之變?yōu)閯傂詸C械傳動，提高傳動效率。,早在1953年就有了液力變矩器閉鎖專利，由于當時油價便宜而忽視了它，到1967年能源危機以后，對其才日趨重視。,開始人們認為閉鎖降低了乘坐舒適性，只適用于公共汽車、載貨汽車，這一觀念直到十多年后才被打破。,1978年克萊斯勒公司在轎車上首次成功使用了閉鎖離合器，可節(jié)油4%到6%，現(xiàn)在各種轎車上的液力變矩器均已推廣應用，不僅閉鎖,范圍擴大，有滑差控制的離合器也在興起。,1) 閉鎖控制,閉鎖

37、離合器的工作原理如圖3.11所示，當閉鎖壓力油從油道進入離合器3的左邊，而其右邊的油液經(jīng)油道回流。,兩邊的壓力差使裝于渦輪軸花鍵上活塞右移，直至變矩器前蓋4與閉鎖離合器之間的油被排出，使渦輪與泵輪穩(wěn)定地鎖在一起，如圖3.11(a)。,為了彌補液力變矩器的阻尼作用，吸收發(fā)動機扭轉振動，在有的閉鎖離合器中還裝有減振彈簧。,離合器分離時，油從油道進入離合器3的右邊，而其左邊的油液經(jīng)油道泄油[圖3.11(b)]。,閉鎖的實質是液力傳動與機械傳動

38、之間的轉換，故有在何點閉鎖為佳的問題。,從理論上講，閉鎖點定在轉入偶合器工況點為好，該點變矩器系數(shù)K＝1，既保證充分利用變矩器的自適應長處，又減少了因閉鎖而造成的轉矩與轉速的突變；,但也有為了擴大高效率范圍在變矩器最高效率對應的速比處閉鎖；,還有將閉鎖點設在最高效率與偶合器工況點之間的；,另外，也有少數(shù)將閉鎖點定在大于偶合器工況點的，以縮小閉鎖時的轉速差。,對于以提高效率為主要目的的城市大客車、載貨汽車、軍用汽車等，可將閉鎖點定在最高效

39、率附近；,而轎車還需兼顧舒適性，則以定在偶合器工況點附近為宜。,2) 滑差控制,完全閉鎖對提高燃油經(jīng)濟性直接有效，故其閉鎖范圍在不斷擴大；但它妨礙吸收振動和沖擊，特別是低速時，即使二段式的減振器也很難將其衰減。,而且在過低速比時閉鎖，當車輛快速制動時，還可能導致發(fā)動機熄火，故在變矩器工況與全閉鎖工況間增加過渡的滑差控制。,所謂滑差控制是指閉鎖離合器處于打滑的半接合狀態(tài)。,其控制原理是：,通過閉鎖控制閥控制閉鎖離合器的接合壓力與分離壓力，

40、接合壓力與分離壓力之間的壓力差，就代表了閉鎖離合器的轉矩容量，故它可以實現(xiàn)全閉鎖控制或各種程度滑差控制。,3.2.2 行星齒輪變速器,液力變矩器的無級變速性能雖然很好，但從經(jīng)濟性考慮它不能完全滿足車輛改變速度和變化動力兩方面的要求，故需與齒輪傳動串聯(lián)或并聯(lián)，以擴大其傳動比與高效率工作范圍。,齒輪傳動有旋轉軸式(行星齒輪系)與定軸式兩種。,雖然，人們熟悉的定軸式機械變速器工藝性好、成本低，但由于行星齒輪傳動易于實現(xiàn)自動化、結構緊湊、質量

41、輕，特別是其具有與液力變矩器可實現(xiàn)功率分流的長處，故目前AT中多為此型。,顯然機械傳動在AT中屬于輔助地位，故又稱其為輔助變速器。,1. 單排行星齒輪傳動原理,行星傳動類型很多，最簡單的是由太陽輪S、齒圈R、行星架C和行星架上的行星齒輪組成，如圖3.12所示。,圖3.12(a)所示的單行星排三元件的轉速特性方程：,,(3.5),式中，nS、nR、nC分別為太陽輪轉速、齒圈轉速和行星架轉速；,α為行星排結構參數(shù)，α =ZR/ZS，ZR、Z

42、S分別為齒圈和太陽輪齒數(shù)；通常取4/3< α <4 。,式(3.5)是三元一次齊次方程，清楚地反映了單個行星排是二自由度機構，這正是其與一自由度定軸式不同之處。,3構件中任意兩者之間均無固定的轉速聯(lián)系，必須加一個約束條件(用制動件使其一固定)或用離合器連接二者以同一轉速旋轉，才能獲得確定的傳動比。,同時，還可以看出方程的3個系數(shù)之和為0，這說明單行星排具有用離合器把其中任意兩個元件閉鎖，使行星排整體轉動的特性。,這就是說，單

43、行星排的輸入與輸出軸可實現(xiàn)減(超)速、等速或反轉(倒擋)，即兩個前進一個倒車的3個排擋。,但實際使用中，轎車目前均多為4前1倒或5前1倒，6前1倒的自動變速器也即將投放市場。,大客車、軍車、重型貨車等所需擋位更多。,故實際行星齒輪變速器中是多個行星排的組合輪系，這時傳動比可以通過解各個單行星排的運動方程及結構的約束方程所組成的聯(lián)立方程組來得到。,對太陽輪經(jīng)過兩個相互嚙合的行星輪才與齒圈相連的雙星行星排[圖3.12(c)]，在行星架不轉時

44、，因太陽輪與齒圈旋轉方向相同，故在式(3.5)中以“- α”代入即可。,其α可應用范圍比單行星排擴大了，且能以較少的齒輪組成變速器排擋，但結構復雜、難加工，裝配精度要求更高。,2. 換擋執(zhí)行機構,因為所有齒輪是處于常嚙合狀態(tài)，AT擋位變換不同于手動變速器用移動撥叉變速，它是以對行星機構的基本元件進行約束來實現(xiàn)。,通常有離合器、制動器和單向離合器3種執(zhí)行機構，具有連接、固定或鎖止功能，使變速器獲得不同傳動比，從而達到換擋的目的。,1) 離

45、合器,離合器的作用是連接行星排二元件成為一體，采用的是多片濕式結構。,通常由離合器鼓、活塞、回位彈簧、鋼片與摩擦片組、離合器轂及密封圈組成。,離合器鼓與輸入軸相連、離合器轂與輸出軸相連，如圖3.13所示。,其特點是徑向尺寸小，接合柔和，能獲得較大的摩擦面積，所以能傳遞較大的轉矩，改變離合器片數(shù)的多少，即可改變所傳遞轉矩的大小。,離合器鋼片由鋼板沖壓而成，靠外齒與離合器鼓連接，可軸向移動。,離合器摩擦片通?？績三X與離合器轂連接。,離合器摩

46、擦片分為鋼片與摩擦材料兩部分。,其摩擦材料以紙基摩擦材料為主，以石棉、碳、纖維素等纖維或棉、本材、合成纖維作為母體材料，添加無機、有機的高摩擦性材料，攪拌后，浸漬酚醛類樹脂硬化而成。,然后將其粘在鋼片上，厚度為0.38mm到0.76mm。,這種材料特點是多孔，網(wǎng)狀，具有彈性，摩擦系數(shù)高，高壓、高溫、高圓周速度時的穩(wěn)定性好。,離合器片每片厚1.5mm到2mm，平均每片間的間隙為0.3mm到0.5mm，總間隙因總片數(shù)不同而異,一般為2 mm

47、到5 mm。,離合器接合：,當壓力油經(jīng)過油道進入活塞缸時，油壓克服彈簧張力推動活塞右移，將所有主、從動件依次壓緊，即鋼片與摩擦片在摩擦力的作用下,一同旋轉，離合器接合，動力從輸入軸經(jīng)離合器傳到輸出軸。,離合器分離：,當油壓撤除后，活塞在回位彈簧作用下回位，離合器分離，切斷輸入軸至輸出軸的動力傳遞。,離合器液壓缸內的離心油壓，在接合時影響壓緊力和儲備系數(shù)，分離時影響徹底分離。,為防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，在活塞外圈上設有單向球閥。,當壓力油經(jīng)油

48、道進入活塞油腔時，單向閥的鋼球在油壓作用下封閉活塞上的排油孔，使,工作油液不能從活塞缸內排出，這時油壓推動活塞克服彈簧張力，使離合器接合。,當油壓撤除后，單向閥的鋼球在離心力作用下離開球座，開啟泄油孔，使離心油壓得以釋放，保證離合器徹底分離。,但是，利用單向閥釋放離心油壓，其效果不太理想。,近年出現(xiàn)了離心平衡油室結構(如圖3.14所示)取代了過去的單向閥，通過向離心平衡油室輸入潤滑油，消除了隨離合器鼓轉速變化而引起的附加離心壓力，保證了

49、換擋過程的質量。,富康轎車自動變速器中已采用了這種最新的結構。,2) 制動器,制動器的作用是使所控制元件固定不轉，常用帶式與片式兩種。,帶式制動器的結構如圖3.15所示，由制動帶及其伺服裝置(控制液壓缸)組成。,制動帶是內表面帶有鍍層的開口式環(huán)形鋼帶。,制動帶開口的一端支承在與變速器殼體固連的支座上，另一端與伺服裝置相連。,按變形能力區(qū)分，可分為剛性制動帶和撓性制動帶。,剛性制動帶比撓性制動帶厚，具有較大的強度和熱容性，其缺點是不能產(chǎn)生

50、與制動鼓相適應的變形。,撓性制動帶在工作時可與制動鼓完全貼合，而且價格低廉。,按結構區(qū)分，制動帶有單邊式和雙邊式兩種類型。,雙邊式制動帶具有自行增力功能，制動效果更好，多用于轉矩較大的低擋和倒擋制動器。,用于不同擋位的同類型制動帶內表面鍍層的材料不盡相同。,低、倒擋制動帶鍍層多采用金屬摩擦材料，其作用是保證足夠的制動力矩。高擋制動帶一般使用有機耐磨材料防止制動鼓過度磨損。,帶式制動器平順性差，襯片磨損不均，故近來濕式多片制動器應用較多。

51、,濕式多片制動器在工作原理上，它與濕式多片離合器結構類似，僅鋼片為固定不動，如圖3.16所示。,因其摩擦面積大，轉矩容量大，且反作用元件不產(chǎn)生徑向集中反力，并易于通過增減摩擦片數(shù)來實現(xiàn)系列化。,3) 單向離合器,單向離合器可以起到離合器與制動器的作用，所不同的是以單向鎖止原理來實現(xiàn)固定或連接作用。,單向離合器傳遞轉矩容量大，空轉時摩擦小，且無須控制機構，工作完全由與之相連的元件的方向控制，瞬間即可接合或分離，自動切斷或接通變速時轉矩，從

52、而保證平順無沖擊換擋，且簡化了液壓控制系統(tǒng)。,單向離合器常用的是滾柱斜槽式[如圖3.17(a)]和楔塊式[圖3.17(b)]所示。,早期的自動變速器，為了提高換擋品質，采用單向離合器比較普遍，反而使結構變得更加復雜。,隨著電控自動變速器的發(fā)展，采用電控軟件技術同樣可以達到換擋平順的目的。,因此，取消與減少單向離合器已成為自動變速器的一種趨勢。,3. 幾種典型的行星齒輪變速器,目前自動變速器中的行星齒輪變速器大多為三自由度結構，主要有三類

53、：即辛普森(Simpson)式、拉維娜(Ravigneaux)式及CR—CR式。,1) 辛普森結構,這是以發(fā)明者Simpson工程師命名的結構，其結構特點是由兩個完全相同齒輪參數(shù)的行星排組成，如圖3.18所示。,優(yōu)點是齒輪種類少、加工量少、工藝性好、成本低；,以齒圈輸入、輸出，強度高，傳遞功率大；,無功率循環(huán)，效率高；,組成的元件轉速低，換擋平穩(wěn)。,雖然是三自由度的變速器，每次換擋需操縱兩個執(zhí)行機構，但因安排合理，實際上僅需更換一個執(zhí)行

54、機構。,故從40多年前發(fā)明迄今，一直廣泛為世界各國所采用。,我國的CA774、通用公司的THM125C、日產(chǎn)3N71B等均是這種結構。,為了提高換擋品質，如圖3.18所示中由2擋換3擋時，釋放制動器B1與接合離合器C1的交換應及時。,否則，C1接合過早，使各元件間會產(chǎn)生運動干涉；B1釋放太快，則使發(fā)動機出現(xiàn)空轉、轟響，且使換擋沖擊增加。,為此，在B1與太陽輪元件之間又串聯(lián)了一個單向離合器F2，可使換擋平順。,但為了在需要時2擋能產(chǎn)生發(fā)動

55、機制動，又增設了制動器B3，這樣使結構更為復雜。,為進一步提高燃料經(jīng)濟性和降低噪聲，車輛向多擋化發(fā)展，4擋自動變速器已成為轎車的標準裝備。,4擋自動變速器除前后行星排用一個輔助構件相連外，其他行星排完全獨立，形成具有5個獨立元件(上述為4個獨立元件)的辛普森機構。,故可用增加一個執(zhí)行機構的辦法(離合器或制動器)即實現(xiàn)4擋，如圖3.19所示。,Hydra—Matic700—R4A、B4A—EL都是采用該結構。這種結構具有尺寸小、質量輕的特

56、點。,4擋自動變速器也有在原3擋辛普森結構基礎上用積木構成法，加一個參數(shù)與前兩排一樣的行星排來增加擋位的。,圖3.20所示為豐田A340E自動變速器的行星齒輪傳動機構，所加的行星排可前置或后置，以實現(xiàn)超速或減速傳動。,Benz、Allison AT-540、日產(chǎn)K-R80等都采用了類似的結構。,2) 拉維娜結構,拉維娜行星齒輪機構是由一個單行星排與一個雙星行星排組合而成的復合式行星機構。,拉維娜行星齒輪機構共用一行星架、長行星輪和齒圈

57、，故它只有4個獨立元件(如圖3.21所示)。,其特點是構成元件少、轉速低、結構緊湊、軸向尺寸短、尺寸小、傳動比變化范圍大、靈活多變、適合FR式布置。,改進的拉維娜4擋變速器，如捷達、帕薩特選裝的AG4(如圖3.22所示)僅用3個離合器、2個制動器和1個單向離合器，就實現(xiàn)了4擋變速。,3) CR-CR結構,CR-CR結構是指將2組單行星排的行星架C和齒圈R分別組配的變速器，其特點是變速比大、效率高、元件軸轉速低。,福特公司的CD4E與通用

58、公司的THM440-T4均屬此型。,神龍富康AL4四擋自動變速器是1997年投產(chǎn)的CR-CR型，其結構如圖3.23所示。,由于在液壓系統(tǒng)中的電磁閥增加至9個，不僅對擋位離合器(制動器)的油壓，并且對壓力儲能器、節(jié)流孔等均實現(xiàn)電子化控制。,更主要的是換擋時發(fā)動機與變速器間進行綜合控制，從而使其取代了單向離合器的功能，且各擋都具有發(fā)動機制動作用，結構簡單。,3.2.3 液壓系統(tǒng),液壓系統(tǒng)是自動變速器的重要組成部分，為液力變矩器提供傳動介質

59、，完成變速器自動換擋控制。,同時，它還保證變速器各部分的潤滑，使變速器得到可靠的散熱和冷卻。,可見，液壓系統(tǒng)起到傳動、控制、操縱、冷卻和潤滑等功能。,1. 液壓系統(tǒng)的組成,在電子控制自動變速器中，采用的是電控式液壓系統(tǒng)。,自動變速器的液壓系統(tǒng)由動力源、執(zhí)行機構、控制機構、冷卻潤滑系統(tǒng)等組成。,動力源是被液力變矩器泵輪驅動的油泵，它向控制機構和執(zhí)行機構供應壓力油以完成換擋，同時為液力變矩器提供傳動介質并進行冷卻補償，向行星齒輪系統(tǒng)提供潤滑

60、油。,執(zhí)行機構是指行星齒輪系統(tǒng)的離合器、制動器。,控制機構的作用是在汽車行駛過程中接收換擋信號，控制執(zhí)行機構的動作，使變速器得到不同擋位。,同時，它能改善換擋平順性，保證換擋過程正常進行。,控制機構由主油路調壓裝置、換擋閥和緩沖安全裝置及液力變矩器控制裝置組成。,1) 油泵,通常用內嚙合齒輪泵、擺線轉子泵或葉片泵，為減少在高速時油泵引起的過高的動力損失，目前所用葉片泵大多為流量可變型。,三種油泵在結構上的共同點是：轉子與定子之間有一定的

61、偏心距。,葉片泵的轉子與定子之間的偏心距可自動調節(jié)，達到改變流量的目的，防止了發(fā)動機轉速高時供油太多的缺陷，提高了系統(tǒng)效率。,2) 主油路調壓閥,由于油泵供油的脈動性，必須經(jīng)過調節(jié)使主油路的壓力實現(xiàn)穩(wěn)定。,主油路調壓閥的結構和工作原理如圖3.24所示。,來自油泵的壓力油從進油口進入閥體并作用于活塞端面。,當主油路壓力小于規(guī)定值時，活塞上端面的液體壓力小于彈簧預緊力，泄油口處于關閉狀態(tài)。,當主油路壓力超過規(guī)定范圍后，活塞在液壓力的作用下克

62、服彈簧預緊力下移，泄油口開啟。,部分壓力油被排出，從而保證主油路壓力不至過高。,由此可見，主油路壓力是由調壓閥彈簧的預緊力控制的。,對于使用齒輪泵或轉子泵的自動變速器來說，由調壓閥排出的多余壓力油將回到油底殼。,若采用葉片泵，這部分壓力油會被送入葉輪殼內，定子在油壓的作用下產(chǎn)生徑向移動，使其和轉子之間的偏心距減小，油泵的泵油量得到控制，進而從根本上限制了主油路壓力。,如果主油路系統(tǒng)中只有一個調壓閥，它除了控制主油路壓力之外，還要調節(jié)進入

63、液力變矩器和潤滑系統(tǒng)的油壓。,某些自動變速器的主油路系統(tǒng)包括兩個調壓閥：一個是主油路調壓閥，另一個是第二調壓閥，也稱變矩器閥，用來控制變矩器的油壓。,如果將控制油壓引入主油路調壓閥彈簧腔，則可以通過調節(jié)控制油壓來改變主油道的,壓力，使變速器在不同的擋位均可獲得不同的離合器(制動器)工作油壓。,在電控自動變速器中，通過控制比例電磁閥，可以使主調壓閥的輸出油壓隨發(fā)動機的負荷大小而變化，而且對換擋離合器和制動器的接合壓力及液力變矩器的閉鎖離合

64、器的接合壓力也可調制，使其更適應提高換擋品質的需要。,3) 手控制閥,手控制閥的作用是提供換擋操縱手柄位置信號，控制液壓系統(tǒng)接通不同的操縱油路，使自動變速器按照駕駛員的操縱意圖工作。,如圖3.25所示，選擋操縱手柄通過連桿與手控制滑閥的一端相連。,當選擋手柄位于空擋或停車擋時，由手控制閥通往操縱油路的油道被關閉，操縱油路中無液壓油、來自油泵的壓力油經(jīng)A口進入閥體，由B口輸出至主油路調壓閥。,若手柄位于前進擋或其他位置時，滑閥沿閥體移動到

65、相應位置，接通操縱油路，液壓系統(tǒng)按照駕駛員選擇的擋位完成相應的工作。,4) 換擋閥,主油路壓力油經(jīng)換擋閥控制流入相應的擋位離合器(制動器)。,在AT中，換擋閥滑閥一端受離心調速器輸出油壓的作用，另一端受到節(jié)氣門閥輸出油壓和彈簧的共同作用，換擋閥的工作取決于節(jié)氣門閥和離心調速器的綜合作用。,在電控自動變速器中，車速和節(jié)氣門信號均輸入ECU，由ECU通過電磁閥來控制換擋閥的換向，如圖3.26所示。,5) 緩沖安全裝置,緩沖安全裝置用來改善換

66、擋品質。較為常見的有蓄能器和單向節(jié)流閥等。,(1) 蓄能器,蓄能器由減振活塞和彈簧組成，如圖3.27所示。,在自動變速器的每個前進擋都設有相應的蓄能器，它并聯(lián)在換擋執(zhí)行機構的油路中。,自動變速器換擋時，從換擋閥的主油路來的壓力油在進入執(zhí)行機構液壓缸的同時也進入蓄能器的減振活塞下部。,在換擋執(zhí)行機構接合初始，油壓增長迅速，使液壓缸的活塞迅速克服它的自由行程，使換擋執(zhí)行機構接合。,當油壓增長到一定值時，液壓缸活塞下方的油壓大于活塞上方的彈簧

67、力，使減振活塞上,升，油路中的一部分液壓油進入蓄能器，延緩了換擋執(zhí)行機構液壓缸充油時間，減小了換擋沖擊。,通常在減振活塞上方還有調節(jié)油壓，或稱為蓄能器背壓，調節(jié)油壓隨節(jié)氣門開度變化。,在節(jié)氣門開度較大時，適當?shù)亟档托钅芷鞯臏p振能力，會加快換擋過程，防止大負荷傳遞動力時換擋執(zhí)行機構打滑，以滿足換擋要求。,(2) 單向節(jié)流閥,單向節(jié)流閥串聯(lián)在換擋執(zhí)行機構的油路中，它的作用是用來對流向換擋執(zhí)行機構的液壓油,產(chǎn)生節(jié)流作用，使換擋執(zhí)行機構在接合時

68、能延緩油壓增長速率，以減小換擋沖擊。,在換擋執(zhí)行機構分離過程中，單向節(jié)流閥不起節(jié)流作用，以加快換擋執(zhí)行機構的泄油分離過程。,單向節(jié)流閥，如圖3.28所示。,它有兩種形式，一種是彈簧節(jié)流閥式，一種是球閥節(jié)流孔式。,除此之外，在不同型號自動變速器的液壓系統(tǒng)中，還有定時閥、順序閥和限流閥等元件，它們的功能都是通過控制壓力油的流量(速)以達到提高換擋品質的目的。,6) 液力變矩器控制裝置,若液力變矩器的油液在發(fā)動機熄火后被部分或全都排干，將導致