汽车底盘电控技术培训课件

汽车底盘电控技术第1章汽车底盘电控系统概述11电子控制系统的基本组成电子控制系统主要组成可以分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三大部分，如图11所示。信号输入装置电子控制单执行元件（各类传感器）元（ECU）图11电子控制系统的基本组成第1章汽车底盘电控系统概述1）传感器电子控制系统中的信号输入装置是各种传感器。传感器安装在发动机的各个部位，其功用是检测汽车运行状态的电量参数、物理参数和化学参数等，并将这些参数转换成单片机能够识别的电信号输入ECU。这些电信号主要包括两种类型（1）模拟信号信号电压（或电流）随时间变化而连续变化的信号称为模拟信号。（2）数字信号信号电压（或电流）随时间变化而不是连续变化的信号称为数字信号。第1章汽车底盘电控系统概述2）电子控制器ECU电子控制器ECU（ELECTRONICCONTROLUNIT）又称电子控制组件或电子控制单元，如图12所示。ECU是以单片机为核心而组成的电子控制装置，具有很强的数学运算和逻辑判断功能。汽车电子控制器ECU主要由输入回路、单片微型计算机（单片机）和输出回路三部分组成。输入回路和输出回路一般都与单片机一起制作在一个金属盒内，固定在车内不易受到碰撞的部位，如仪表台下面或座椅下面等。图12电子控制器ECU第1章汽车底盘电控系统概述3）执行元件执行元件是控制系统的执行机构，其功用是接受ECU输出的各种控制指令，完成具体的控制动作，从而使底盘各种控制处于最佳的工作状态等。执行元件类型主要包括电动机、继电器、开关和电磁阀。第1章汽车底盘电控系统概述12汽车底盘电子控制技术的应用汽车底盘电子控制系统主要包括电控自动变速器、制动防抱死系统、驱动防滑转系统、电控悬架系统、转向控制系统等。第1章汽车底盘电控系统概述1电控液力自动变速器电控自动变速器ELECTRONICAUTOMATICTRANSMISSION可以通过自动变速器ECU对发动机的负荷和汽车车速信号的判断，自动地实现挡位的变换，减轻驾驶员体力消耗，提高汽车行驶安全性。电控液力自动变速器由液力变矩器、变速齿轮和电控液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式达到变速变矩。由节气门位置传感器提供负荷信号，由安装在变速器输出轴的转速传感器得到对应的车速信号，自动变速器ECU通过对负荷信号和车速信号的分析，得出最佳的换挡时刻，控制电磁阀使相应的油路通断，实现不同的齿轮组合，得到适合的挡位。现今越来越多的轿车甚至货车都安装了自动变速器。第1章汽车底盘电控系统概述2无级变速器无级变速器ELECTRONICCONTINUOUSLYVARIABLETRANSMISSION是一种比较理想的汽车动力传动装置。通过V型金属带实现动力的传递，根据发动机的状况和汽车的车速，可以连续地改变传动比，使发动机处与最佳的稳定转速，得到最佳的动力性、经济性和排放性能。电控无级变速器采用金属传动带和可变槽宽的带轮进行动力传递，由电控单元控制带轮变化改变槽宽，相应改变驱动带轮与从动带轮上传动带的接触半径进行连续变速。第1章汽车底盘电控系统概述3制动防抱死系统制动防抱死系统以最佳车轮滑移率（或最佳减速度）为控制目标，ECU根据轮速传感器（有的车上还设有减速度传感器）检测到的车轮转速进行控制。在制动过程中，当ECU根据车轮转速信号判断到车轮即将被抱死时，便向执行元件发出控制指令，使执行元件动作，调节作用在制动轮缸内的液压，从而控制作用在车轮上的制动力，使车轮始终工作在不被抱死（滑移率为1030）的状态下，达到最佳制动效果。第1章汽车底盘电控系统概述4驱动防滑转系统汽车在起步或加速过程中，四个车轮上的轮速传感器不停地向驱动防滑转系统ECU输送各车轮转速信号，ECU根据这四个轮速信号计算出车轮的滑转率，并判断滑转率是否在最佳范围内。当ECU判断出某车轮的滑转率不在最佳范围内时，便向执行器发出指令，采用调节发动机的输出功率对驱动车轮进行制动，以及对差速器进行锁止控制等控制方式降低滑转率，使车轮的滑转率保持在最佳范围内，充分利用地面附着力，提高汽车起步、加速等工况的方向稳定性。第1章汽车底盘电控系统概述5电控悬架系统所谓主动悬架，是根据行驶条件随时对悬架系统的刚度、减振器的阻尼力以及车身的高度和姿式进行调节，使汽车的有关性能始终处于最佳状态。调节方式可以是机械式的，也可以是电子控制式的。这种调节需要消耗能量，因此系统中需要能源。半主动悬架仅对减振器的阻尼力进行调节，有些还对横向稳定器的刚度进行调节，调节方式也有机械式和电子控制式两种。这种调节不需消耗能量，因此系统中不需要能源，即系统是是无能源的。1987年，世界上首次推出装有空气弹簧的主动悬架，它是一种通过改变空气弹簧的空气压力来改变弹性元件刚度的主动悬架。1989年又推出了装有油气弹簧的主动悬架。第1章汽车底盘电控系统概述6转向控制系统转向控制主要包括动力转向控制和四轮转向控制。采用动力转向系统的目的是使转向操纵轻便，提高响应特性。理想的动力转向系统应在停车和低速状态时提供足够的助力，使转向轻便；而随着车速的增加，助力逐渐减少，在高速行驶时则无助力或助力很小，以保证驾驶员有足够的路感。为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需的力都是最佳值，电子控制转向系统应运而生。第1章汽车底盘电控系统概述7其它电控系统碰撞报警/避撞系统碰撞报警/避撞系统可以分为2类，即被动碰撞报警系统和主动避撞系统。被动系统在探测到潜在危险时只向驾驶者发出报警，而主动系统在这种情况下会自动采取措施以避免碰撞的发生。尽管主动系统可以控制节气门、制动甚至转向，但二者探测危险的工作原理是相同的。目前，用于障碍物探测的技术通常有激光扫描雷达传感器、定波长频率调制技术、摄像机及其相关的算法。第1章汽车底盘电控系统概述ESP电子稳定装置ELECTRONICSTABLITYPROGRAM。ESP是由奔驰汽车公司首先应用在它的A级车上的，实际上也是一种防滑控制系统。其通过方向盘转角传感器和横向加速度传感器、横摆率传感器的信号进行比较，判定车辆在转向时的状态是转向不足、还是转向过度，同时控制制动系统制动相应的车轮，防止高速转向时不稳定现象的发生，提高了汽车安全性、转向稳定性、通过性。第1章汽车底盘电控系统概述EBD电子制动力分配系统。EBD能够根据汽车制动时产生轴荷转移的不同，自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件是不同的。EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。第1章汽车底盘电控系统概述EHB电控液压制动系统通过高压储液缸产生制动力。在制动时，EHB的ECU根据踏板力的大小，并结合汽车的其它数据（如滑移率等）计算各个车轮所需的制动压力，然后由车轮制动压力调节器控制各车轮的制动压力。在电控液压制动系统中，仍将保留液压的车轮制动器。在正常工作情况下，它们与制动踏板是相互独立的，而当EHB系统失效时，驾驶者的踏板力会按照传统的液压制动方式经制动主缸传递到前轮制动器上。第1章汽车底盘电控系统概述VSC车辆稳定控制系统。车辆稳定性控制VSC就是用来帮助避免事故发生，且部分地可参与自动避免事故的发生。VSC系统的作用是帮助普通驾驶员完成限制汽车侧滑的最佳驾驶操作。也就是说，VSC系统是除ABS和TRC之外，在汽车所有运行方向前进、后退和侧向提供有限防护功能，以限制汽车操纵失控的控制系统。第2章电控液力自动变速器21概述1自动变速器的特点1）优点（1）整车具有更好的驾驶性能（2）良好的行驶性能（3）较好的行车安全性（4）降低废气排放（5）故障自诊断2）缺点（1）结构较复杂（2）传动效率低第1章汽车底盘电控系统概述2自动变速器的分类自动变速器有多种分类方式。1按驱动方式分类按照汽车驱动方式的不同，可以分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器。2按前进挡的挡位数分类按前进挡的挡位数不同，可以分为3个前进挡、4个前进挡、5个前进挡。新型轿车的自动变速器基本上都是4个前进挡，即没有超速挡。现在已经出现了5、6、7个前进挡的自动变速器。第1章汽车底盘电控系统概述3按齿轮变速器的类型分类按齿轮变速器类型的不同，可以分为行星齿轮式自动变速器和平行轴式自动变速器。行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能获得较大的传动比，被大多数轿车使用。平行轴式自动变速器体积较大，最大传动比较小，只有少数几种车型使用，如本田ACCORD轿车。4按控制方式分类按控制方式不同，可以分为液力控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。液力控制自动变速器通过机械方式，将汽车行驶时的车速和节气门位置开度两个参数变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压信号的大小，按照设定的换挡规律，通过控制换挡执行元件的动作，实现自动换挡，如图21所示。第2章电控液力自动变速器液力变矩器节气门行星齿轮变速器调速器油压图21液压自动变速器控制过程第1章汽车底盘电控系统概述电子控制自动变速器通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器油温等参数转变为电信号，并输入ECU。ECU根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子控制信号，换挡电磁阀、油压电磁阀再将ECU的电子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，控制换挡执行元件的动作，实现自动换挡，如图22所示。图22电控自动变速器控制过程第1章汽车底盘电控系统概述3自动变速器型号的含义1）自动变速器型号代表的含义（1）变速器的性质字母“A”表示自动变速器，字母“M”表示手动变速器。（2）自动变速器的生产厂家例如，德国ZF公司生产的自动变速器，其型号前面大多标有“ZF”。（3）驱动方式一般用字母“F”表示前驱动，用字母“R”表示后驱动。第1章汽车底盘电控系统概述（4）前进挡位数表示自动变速器前进挡位的个数，用数字表示。（5）控制类型主要说明变速器的控制方式，包括电控、液控或电液控制。电控一般用字母“E”表示，液控一般用字母“L”表示，电液控制一般用字母“EH”表示。（6）改进序号自动变速器在原变速器基础上改进的顺序号。（7）额定驱动转矩在通用、宝马公司的自动变速器型号中有此参数。第1章汽车底盘电控系统概述2）主要公司的自动变速器具体型号含义（1）通用公司的自动变速器型号该公司自动变速器的型号主要有4T60E、4L60E等。左起第一位的阿拉伯数字表示前进挡的个数，“4”表示有4个前进挡。第二位的字母表示驱动方式，“T”表示自动变速器横置TRANSVERSE；第二位的字母为“L”的表示后驱动。第三位、第四位的数字“60”表示自动变速器的额定驱动转矩为60NM。第五位的字母表示控制类型，“E”表示电子控制。（2）宝马ZF4HP22EH“ZF”表示德国ZF公司生产；“4”表示前进挡位的个数为4；“H”表示控制类型为液压控制；“P”表示齿轮类型为行星齿轮机构；数字“22”表示额定驱动转矩为22NM；“EH”表示电液控制的类型。第1章汽车底盘电控系统概述（3）丰田汽车自动变速器型号型号中有两位数字的自动变速器此类型号有A40、A41、A55、A55F、A40D、A44DL等。左起第一位字母“A”代表自动变速器。左起第一位数字表示汽车的驱动方式，若左起第一位数字分别为“1”、“2”、“5”，则表示该自动变速器为前驱动车辆用，即自动变速器内有主减速器与差速器。若左起第一位数字分别为“3”、“4”，则表示该自动变速器为后驱动车辆用。左起第二位数字代表生产序号。数字后附字母的含义分别为“H”或“F”表示该自动变速器用于四轮驱动车辆；“D”表示该自动变速器有超速挡；“L”表示该自动变速器有锁止离合器；“E”表示该自动变速器为电控式，同时带有锁止离合器；若无“E”，则表示该变速器为全液压控制自动变速器。第1章汽车底盘电控系统概述型号中有三位数字的自动变速器此类型号有A130L、A240L、A440F、A340E、A340F、A141E、A241E、A540H等。左起第一位字母“A”表示自动变速器，左起第一位数字以及后附字母的含义同上。左起第二位数字代表该自动变速器前进挡的个数。左起第三位数字代表生产序号。注意A340H、A340F、A540H型自动变速器型号后省略了“E”，均为带有锁止离合器的电控自动变速器；A241H、A440F、A45DF型自动变速器型号后省略了“L”，但都带有锁止离合器。第1章汽车底盘电控系统概述4自动变速器的挡位自动变速器换挡元件有按钮式和拉杆式两种类型，驾驶员可以通过其换挡元件进行挡位选择。按钮式一般布置在仪表板上；拉杆式即换挡操纵手柄，可布置在转向柱上或驾驶室地板上，如图23所示。图23换挡操纵手柄的位置（A）布置在转向柱上；（B）布置在驾驶室地板上第1章汽车底盘电控系统概述自动变速器的换挡操纵手柄通常有47个位置，如本田车系有7个位置，分别为P、R、N、D4、D3、2、1；丰田车系操纵手柄的位置为P、R、N、D、2、L，日产车系操纵手柄的位置为P、R、N、D、2、L，如图24所示。图24换挡操纵手柄第1章汽车底盘电控系统概述5停车锁止机构目前，大多数自动变速器都是通过锁止输出轴实现驻车（停车）。停车锁止机构的结构如图25（A）所示，主要由停车棘爪、停车齿圈和锁止杆等组成。停车棘爪上制作有一个锁止凸齿，一端支承在变速器壳体的支承销上，且可以绕支承销转动。锁止杆的一端制作成直径大小不同的圆柱杆，如图25（B）所示，另一端经连杆机构与选挡操作手柄连接。图25停车锁上机构（A）机构组成（B）锁止杆结构1锁止杆；2停车棘爪；3停车齿圈；4复位卡簧第1章汽车底盘电控系统概述22电控自动变速器的结构与工作原理电控自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速机构、换挡执行机构、液压控制系统和电子控制系统组成，如图26所示。612345图26自动变速器的组成1液力变矩器；2油泵；3油底壳；4液压控制系统；5输出轴；6齿轮变速机构第1章汽车底盘电控系统概述液力变矩器安装在发动机与变速器之间，将发动机转矩传给变速器输入轴。它相当于普通汽车上的离合器，但在传递力矩的方式上又不同于普通离合器。普通汽车离合器是靠摩擦传递力矩，而液力变矩器是靠液力来传递力矩，而且液力变矩器可改变发动机转矩，并能实现无级变速。齿轮变速机构可以形成不同的传动比组合成电控自动变速器的挡位。目前大多数电控自动变速器采用行星齿轮机构，但也有少数车型采用普通齿轮机构。第1章汽车底盘电控系统概述电控自动变速器的换挡执行机构，其功用与普通变速器的同步器有相似之处，但电控自动变速器的换挡执行机构受电液系统控制，而普通变速器的同步器由人工控制。电控自动变速器的换挡执行机构包括离合器、制动器、单向离合器三种。电控自动变速器中的液压控制系统主要控制换挡执行机构的工作，由液压泵及各种液压控制阀和液压管路等组成。第1章汽车底盘电控系统概述221液力变矩器1液力偶合器的结构与工作原理1）液力偶合器的结构组成液力偶合器是一种液力传动装置，又称液力联轴器。在不考虑机械损失的情况下，输出力矩与输入力矩相等。它主要有两个方面的功能，一是防止发动机过载，二是调节工作机构的转速。其结构主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如图27所示。图27液力偶合器基本构造1输入轴；2壳体；3泵轮；4涡轮；5输出轴第1章汽车底盘电控系统概述2）液力偶合器的工作原理当工作轮转动时，其中的油液也被叶片带动一起旋转，在离心力作用下，油液从叶片内缘向外缘流动。因此，叶片外缘处压力较高，而内缘处压力较低，其压力差取决于工作轮的半径和转速。由于泵轮和涡轮的半径相等，因此当泵轮的转速大于涡轮的转速时，泵轮叶片外缘的液压力大于涡轮叶片外缘的液压力。于是，油液不仅随工作轮绕其旋转轴线作圆周运动，而且在上述压力差的作用下，沿循环圆作如箭头所示方向的循环流动。其形成的流线如同一个首尾相连的环形螺旋线，如图28所示。图28液力偶合器工作过程（A）两种旋转运动；（B）两种旋转运动合成1泵轮；2涡轮第1章汽车底盘电控系统概述3）液力偶合器的传动效率由于液体在液力偶合器中作循环流动时，没有受到任何其他附加外力，因此发动机作用于泵轮上的转矩与涡轮所接受并传给从动轴的转矩相等，液力偶合器只起传递转矩的作用，而不改变转矩的大小。设泵轮转速为NB，涡轮转速为NW，为液力偶合器的转速比I，则偶合器的传动效率为PMWNWWPMBNBB式中，是传动效率；P是泵轮输入功率；PW是涡轮B输出功率；N是泵轮输入转矩；NW是涡轮输出转矩。B图29液力偶合器的特性曲线第1章汽车底盘电控系统概述2液力变矩器的结构与工作原理1）液力变矩器的功用液力变矩器位于发动机和变速器之间，以自动变速器油（ATF）为工作介质，主要完成以下功用1传递转矩。发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过自动变速器油传给液力变矩器的从动元件，最后传给变速器。2无级变速。根据工况不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。3自动离合。液力变矩器由于采用自动变速器油传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。4驱动油泵。自动变速器油在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。第1章汽车底盘电控系统概述2液力变矩器的组成典型的液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮组成，如图210所示。它们是由铝合金精密铸造或用钢板冲压而成的，在环状壳体中径向排列着许多叶片。图210液力变矩器的组成第1章汽车底盘电控系统概述3液力变矩器的工作原理变矩器工作时，壳体内充满液压油，发动机带动外壳旋转，外壳带动泵轮旋转，泵轮叶片间的液压油在离心力的作用下，从内缘流向外缘。当泵轮转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮外缘的液压，油液在绕着泵轮轴线作圆周运动的同时，在上述压差的作用下由泵轮流向涡轮。泵轮顺时针旋转，油液将带动涡轮同样按顺时针方向旋转。如果涡轮静止或涡轮的转速比泵轮的转速小得多，则由液体传递给涡轮的动能就很小，而大部分能量在油液从涡轮返回泵轮的过程中损失，油液在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，四周速度和动能逐渐减小。当油液回到泵轮后，泵轮对油液做功，使之在泵轮叶片内缘流向外缘的过程中动能和圆周速度渐次增大，再流向涡轮，如图211（A）所示。第1章汽车底盘电控系统概述当液力变矩器输出的转矩，经传动系传到驱动车轮上所产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车即起步并开始加速，与之相连的涡轮转速NW也从零起逐渐增加。设液流沿叶片方向流动的相对速度为，沿圆周方向运动的牵连速度为U，设泵轮转速不变，即液流在涡轮出口处的相对速度不变，如图211（B），冲向导轮叶片的液流的绝对速度V将随牵连速度U的增大而逐渐向左倾斜，使导轮上所受转矩逐渐减小。图211液力变矩器工作原理图ANW0BNW0第1章汽车底盘电控系统概述4液力变矩器的工作特性（1）特性参数描述液力变矩器的特性参数主要有转速比、泵轮转矩系数、变矩系数效率和穿透性等。转速比液力变矩器转速比IWB是涡轮转速NW输出转速与泵轮转速NB输入转速之比，用来描述液力变矩器的工况。其数学表达式为IWBNWNB第1章汽车底盘电控系统概述变矩系数K液力变矩器变矩系数K是涡轮转速NW和泵轮转矩NB之比，用来描述液力变矩器改变输入转矩的能力。其数学表达式为KMWBM第1章汽车底盘电控系统概述效率液力变矩器效率是涡轮轴输出功率PW与泵轮轴输入功率PB之比。即PMWNWKIWPMNBWBBB第1章汽车底盘电控系统概述穿透性液力变矩器的穿透性是指变矩器和发动机共同工作时，在节气门开度不足的情况下，变矩器涡轮轴上的载荷变化对泵轮轴转矩和转速即发动机工况影响的性能。具体说在上述情况下，若涡轮轴上的转矩和转速出现变化而发动机工况不变时，这种变矩器称为是不可透的；反之则称为可透的。汽车自动变速器上采用的液力变矩器是可透的，当涡轮轴因负荷增大而转速下降时，转速比随之下降而使发动机的负荷增大。第1章汽车底盘电控系统概述（2）失速特性液力变矩器失速状态是指涡轮因负荷过大而停止转动，但泵轮仍保持旋转的现象，此时液力变矩器只有动力输入而没有输出，全部输入能量都转化成热能，因此变矩器中的油液温度急剧上升，会对变矩器造成严重危害。失速点转速是指涡轮停止转动时的液力变矩器输入转速，该转速大小取决于发动机转矩、变矩器的尺寸和导轮、涡轮的叶片角度。第1章汽车底盘电控系统概述3液力变矩器的锁止机构1由锁止离合器锁止的液力变矩器在带有锁止机构的液力变矩器中，以锁止离合器作为锁止机构最常见，其结构如图213所示。锁止离合器的从动盘安装在涡轮轮毂花键上，主动部分压盘（包括传力盘和活塞）与泵轮固连。如果压力油经油道进入活塞左腔室，推动压盘右移压紧从动盘，离合器结合，泵轮与涡轮固连在一起，于是变矩器的输入轴与输出轴刚性连接。当活塞左腔室油压被卸除后，主、从动部分分离，锁止离合器解除锁止状态，变矩器恢复正常液力传动。当锁止离合器结合时，单向离合器脱开，导轮可在油液中自由旋转。1涡轮；2泵轮；3导轮；4单向离合器压盘；5涡轮轮毂；6输出轴；7起动齿圈；8油缸；9导向销；10曲轴凸缘盘；11油道；12活塞；13从动盘；14传力盘；15连接盘图213带锁止离合器的液力变矩器工作原理第1章汽车底盘电控系统概述图214是带有锁止离合器的液力变矩器的另一种结构。这种锁止离合器的工作由压力油的流向控制。带有摩擦材料的传力盘总成与涡轮相连，随涡轮一起旋转。涡轮轴制有内、外两条压力油道，当压力油从内油道进入传力盘左腔而经外油道排出时，离合器处于分离状态。当压力油经涡轮轴外油道进入传力盘右腔而经内油道排出时，传力盘总成被压向变矩器壳，传力盘上摩擦材料与变矩器壳接触并逐渐压紧，涡轮与变矩器壳即泵轮连接成一体。图214锁止离合器工作原理示意图A锁止状态；B分离状态1涡轮轮毂2变矩器壳体3锁止活塞4扭转减振器第1章汽车底盘电控系统概述2由离心式离合器锁止的液力变矩器由离心式离合器锁止的液力变矩器如图215所示。离心式离合器通过单向离合器与涡轮轮毂相连，其外缘通过弹簧与腹板相连，腹板上固定有若干摩擦片。当离合器处于分离状态时，腹板被弹簧拉向离合器中心。随着涡轮转速的升高，腹板在离心力的作用下外张，靠近变矩器壳。图215离心式离合器式液力变矩器第1章汽车底盘电控系统概述3由行星齿轮机构锁止的液力变矩器变矩器在三元件液力变矩器的基础上增加了一套行星齿轮机构，如图216。行星架与发动机曲轴相连，为输入元件，太阳轮通过花键与涡轮轴相连，齿圈与泵轮相连，与太阳轮和齿圈同时啮合的行星齿轮安装在行星架上。发动机的动力传递给行星架后，一部分经太阳轮传递给涡轮轴，另一部分经齿圈传递给泵轮，再由涡轮输出。1泵轮2导轮；3涡轮轴；4太阳轮；5行星架；6齿圈；7涡轮图216行星齿轮机构锁止的液力变矩器第1章汽车底盘电控系统概述222齿轮变速机构3行星齿轮变速机构1行星齿轮机构的组成行星齿轮机构有不同的类型，其中最简单的行星齿轮机构由一个太阳齿轮、一个内齿圈、一个行星架及若干个行星齿轮组成，一般称为单排行星齿轮机构。太阳轮、齿圈和行星架是行星排的基本构件，具有公共的固定轴线。行星齿轮安装于行星架的行星齿轮轴上，与齿圈和太阳齿轮两者啮合。行星齿轮既可围绕行星齿轮轴旋转（自转），又可在齿圈内行走，围绕太阳齿轮旋转（公转），如图221所示。这种运动方式有两个自由度，其齿圈、行星架和太阳齿轮能够具有不同的传动比。图221行星齿轮机构组成1太阳轮；2齿圈；3行星架；4行星轮第1章汽车底盘电控系统概述2单排行星齿轮机构的运动规律为分析单排行星齿轮机构的运动规律，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Z1、Z2和Z3。齿圈齿数Z2与太阳轮齿数Z1之比，即Z2/Z1。根据能量守恒定律，单排行星齿轮机构运动规律的特性方程式N1N21N30第1章汽车底盘电控系统概述单排行星齿轮机构具有两个自由度，因此没有固定的传动比，不能直接用于变速传动。为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将太阳轮、齿圈和行星架这三个基本构件，任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一元件固定不动（即使该元件转速为0），或使其运动受一定的约束，则机构只有一个自由度，整个轮系以一定的传动比传递动力，如图222所示。图222单排行星齿轮机构的工作状态第1章汽车底盘电控系统概述223换挡执行机构行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，实现挡位变换必须通过不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束（即固定或连接某些基本元件）。对这些基本元件实施约束的机构就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。第1章汽车底盘电控系统概述1多片离合器1多片离合器的结构多片离合器是自动变速器中最重要的换挡执行元件之一，它既可以作为驱动元件，又可以作为锁止元件。离合器的作用是将变速器的输入轴和行星排的某个基本元件连接，或将行星排的某两个基本元件连接在一起，使之成为一个整体转动。自动变速器中所用的离合器为湿式多片离合器，通常由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片、花键毂等组成，其结构如图223所示。图223多片离合器第1章汽车底盘电控系统概述2工作原理如图224所示，当离合器处于分离状态时，活塞在回位弹簧作用下处于左极限位置，钢片、摩擦片间存在一定间隙。当压力油经油道进入活塞左腔室，液压力克服弹簧张力使活塞右移，将所有钢片、摩擦片依次压紧，离合器接合。该元件成为输入元件，动力经主动元件、离合器鼓、钢片、摩擦片和花键毂传至行星齿轮机构。油压撤出后，活塞在回位弹簧的作用下回位，离合器分离，动力传递路线被切断。1主动元件；2回位弹簧；3活塞；4离合器鼓；5钢片；6卡环；7压盘；8摩擦片；9花键毂；10弹簧保持座图224多片离合器工作原理A分离状态；B结合状态第1章汽车底盘电控系统概述为保证离合器分离彻底，需要满足以下要求。首先，离合器处于分离状态时，主、从动片之间必须有足够的间隙，这一间隙称为离合器的自由间隙，其标准范围为0520MM，可以选择适当的卡环和从动片厚度等方法调整。如间隙过大，表明离合器片摩擦严重，应及时更换；否则，即使复位弹簧被压至全部压紧而离合器仍未完全接合，将造成离合器打滑；而间隙过小，往往由于离合器片翘曲，也需更换，否则离合器分离不彻底。其次，油压撤除以后，活塞进油腔不能残存压力油。为此，某些驱动离合器在活塞进油腔设置由钢球组成的安全阀，即球阀控制辅助泄油通道开关。当压力油被撤除时，球体在离心力的作用下离开阀座，开启辅助泄油通道，使压力油迅速而充分地撤除，如图225所示。AB图225离合器安全阀的作用A安全阀关闭；B安全阀开启第1章汽车底盘电控系统概述2制动器制动器的作用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有片式制动器和带式制动器两种。1片式制动器片式制动器由制动器活塞、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动器毂等组成，如图226所示。图226片式制动器第1章汽车底盘电控系统概述其工作原理与湿式多片离合器基本相同，如图227所示，只是其钢片通过外花键齿安装在变速器壳体的内花键齿圈上，摩擦片则通过内花键齿和制动器毂上的外花键槽相连，制动器毂与行星齿轮机构的元件相连。当液压缸中没有压力油时，制动毂可以自由旋转，当压力油进入制动器的液压缸，通过活塞将钢片和摩擦片压紧在一起，制动器毂以及与其相连的行星齿轮机构的某一元件被固定而不能旋转。图227片式制动器工作原理示意图1摩擦片；2钢片；3变速器壳体；4活塞；5油缸；6制动器毂第1章汽车底盘电控系统概述2带式制动器带式制动器由制动带及其伺服装置（控制油缸）组成。制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带，开口的一端支撑在与变速器壳体固连的支座上，另一端与伺服装置相连。按结构可以分为单边式和双边式制动带两种类型，如图228所示。双边式制动带具有自行增力功能，制动效果更好，多用于转矩较大的低挡和倒挡制动器。用于不同挡位的同类型制动带内表面镀层的材料不尽相同，低、倒挡制动带镀层多采用金属摩擦材料，其作用是保证足够的制动力矩，高挡制动带一般使用有机耐磨材料，防止制动鼓过度磨损。图228制动带A单边制动带；B双边制动带图229直接作用式制动器图230间接作用式伺服装置第1章汽车底盘电控系统概述3单向离合器滚子式单向离合器如图231所示，由滚子、弹簧、弹簧保持座和内、外座圈组成。外座圈的内表面制有若干偏心的弧形滚道，因此，由光滑的内座圈和外座圈构成的滚子滚道的宽度不均匀，滚子被弹簧压向小端。在外座圈固定的情况下，内座圈可沿顺时针方向旋转，带动滚子压缩弹簧，使其落入滚道大端。若内座圈沿逆时针方向旋转，滚子被带向滚道小端，内座圈卡住不能转动，单向离合器锁止。图231滚子式单向离合器1外座圈；2滚子；3弹簧；4弹簧保持座；5内座圈第1章汽车底盘电控系统概述楔块式单向离合器如图232所示，内、外座圈组成的滚道宽度是均匀的，采用不均匀形状的楔块，楔块大端长度大于滚道宽度，在外座圈固定的情况下，内座圈可沿逆时针方向旋转，带动楔块顺时针方向转动。若楔块沿顺时针方向转动，楔块将被卡在内、外座圈之间，单向离合器内座圈锁止。图232楔块式单向离合器A自由转动B锁止1外座圈；2楔块；3保持架；4内座圈第1章汽车底盘电控系统概述224组合式行星齿轮系统1辛普森式行星齿轮系统辛普森式行星齿轮系统是由辛普森式行星齿轮机构（如图233（A）和相应的换挡执行元件（如图233（B）组成的，目前大部分轿车自动变速器都采用这种行星齿轮变速器。图233辛普森式行星齿轮系统B辛普森式行星齿轮机构换挡执行元件A辛普森式行星齿轮机构L前齿圈；2前行星轮；3前行星架和后齿圈组件；4前、后太阳轮组件；5后行星轮；6后行星架1第一轴；2前行星排；3二挡制动器；4低、倒挡制动器；5单向离合器；6第二轴；7后行星排；8前进离合器；9直接挡离合器图234三挡行星齿轮机构C1直接挡离合器；C2前进挡离合器；B1二挡制动器；B2低、倒挡制动器；F单向离合器表21执行元件的工作情况表第1章汽车底盘电控系统概述2拉维娜式行星齿轮系统典型的三挡拉维娜是行星齿轮系统采用双行星排组合，其结构特点是两行星排共用行星架和齿圈，小太阳轮1、短行星轮4、长行星轮5、行星架3及齿圈6组成一个双行星轮式行星排，大太阳轮2、长行星轮5、行星架3及齿圈6组成一个单行星排，如图235（A）所示。其具有四个独立元件小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈。行星架上的两套行星齿轮相互啮合，其中短行星齿轮与小太阳轮啮合，长行星齿轮与大太阳轮啮合的同时与齿圈啮合。BA图235拉维娜式行星齿轮系统B拉维娜式行星齿轮机构换挡执行元件A拉维娜式行星齿轮机构C1前进挡离合器；C2直接挡离合器；小太阳轮；2大太阳轮；3行星架；B2低、倒挡制动器；B1二挡制动器；F单向4短行星轮；5长行星轮；6齿圈离合器；表22执行元件工作情况第1章汽车底盘电控系统概述3丰田A341E自动变速器动力传递路线分析1）A341E型自动变速器行星齿轮机构结构A341E型自动变速器行星齿轮机构的结构如图236所示。C0超速离合器，联接太阳轮和行星架；C1前进离合器，联接输入轴和前齿圈；C2高、倒挡离合器（直接挡离合器），联接输入轴和太阳轮；B12挡滑行制动器，直接制动太阳轮；B2制动单向离合器F1的外圈，直接制动太阳轮；B3低、倒挡制动器，制动后行星架；F0超速单向离合器，行星架顺锁太阳轮；F1单向离合器，逆锁太阳轮；F2单向离合器，逆锁行星架。图236A341E型自动变速器行星齿轮机构的结构1超速（OD）行星排行星架；2超速（OD）行星排行星轮；3超速（OD）行星排齿圈；4前行星排行星架；5前行星排行星轮；6后行星排行星架；7后行星排行星轮；8输出轴；9后行星排齿圈；10前后行星排太阳轮；11前行星排齿圈；12中间轴；13超速（OD）行星排太阳轮；14输入轴；C0超速挡（OD）离合器；C1前进挡离合器；C2直接挡、倒挡离合器；B0超速挡（OD）制动器；B1二挡滑行制动器；B2二挡制动器；B3低、倒挡离合器；F0超速挡（OD）单向离合器；F1二挡（一号）单向离合器；F2低挡（二号）单向离合器表23A341E变速器的换挡执行元件工作表ABCDEFG图237A341E自动变速器的传动路线第1章汽车底盘电控系统概述4大众01M型自动变速器动力传递路线分析1）基本结构01M型自动变速器的基本结构主要由液力元件、控制机构、变速机构、主传动机构、变速器壳体及相关部件等五部分组成。液力元件包括液力变矩器、油泵等，用于动力传递和提供液压元件的动力源。控制机构采用电、液混合控制技术，电控部分包括电子控制单元J217及相应的传感器、执行元件，液控部分包括滑阀箱及换挡执行元件。变速机构主要由拉维娜式行星齿轮机构组成，前排为单级结构，后排为双级结构。2个太阳轮独立运动，共用行星架和齿圈，齿圈为动力输出端。通过对大、小太阳轮及行星架的不同驱动及制动组合，组成4个前进挡和1个倒挡。第1章汽车底盘电控系统概述2）动力传动路线如图238所示，大众01M型自动变速器采用拉维娜式行星齿轮机构，是一种双排单、双级复合式行星齿轮机构，其前排为单级结构，后排为双级结构，前、后排共用1个齿圈和1个行星架。在行星架上，外行星齿轮为长行星轮，与前排大太阳轮啮合；内行星齿轮为短行星轮，与后排小太阳轮和长行星轮同时啮合。2个太阳轮能独立旋转，齿圈为动力输出端。通过对大、小太阳轮及行星架的不同驱动和制动组合，组成4个前进挡和1个倒挡。离合器K0单向锁止导轮；离合器K1驱动小太阳轮；离合器K2驱动大太阳轮；离合器K3驱动行星架；制动器B1制动行星架；制动器B2制动大太阳轮；单向离合器F单向制动行星架。图23801M型自动变速器结构表2401M型自动变速器各挡位执行元件的作用K1K2K3B1B2FPRND1D2D3D421221图239D位1挡动力传动路线图240D位2挡动力传动路线图241D位3挡动力传动路线图242D位4挡动力传动路线图2431位1挡动力传动路线图244R位动力传动路线第1章汽车底盘电控系统概述5BAYAMAYA自动变速器动力传递路线分析1）基本结构BAYAMAYA自动变速器基本结构如图245所示。变速器主轴由变矩器驱动，在主轴上装有4挡和5挡离合器以及4挡、5挡、倒挡齿轮倒挡齿轮与4挡齿轮制为一体和惰轮。副轴上装有主减速器驱动齿轮及1挡、2挡、3挡、4挡、5挡、倒挡、驻车挡齿轮和3挡离合器。第二轴上装有1挡、2挡离合器和1挡、2挡齿轮、单向离合器及惰轮。副轴5挡齿轮及倒挡齿轮可以锁止在副轴中部，工作时是锁止5挡齿轮还是倒挡齿轮则取决于接合套的移动方式。主轴和第二轴上的齿轮与副轴上的齿轮保持常啮合状态，当通过控制系统使变速器中某一组齿轮实现啮合时，动力将从主轴经过第二轴传递到副轴，并由副轴输出。图245BAYAMAYA自动变速器动力传递路线图246D位1挡动力传递路线图2471位1挡动力传递路线图2482挡动力传递路线图2493挡动力传递路线图2504挡动力传递路线图2515挡动力传递路线图252R挡动力传递路线第1章汽车底盘电控系统概述225液压控制系统自动变速器的自动控制是靠液压控制系统完成的。液压控制系统由动力源、执行机构和控制机构三部分组成，主要元件如图253所示。动力源是由液力变矩器泵轮驱动的液压泵，除了向控制机构、执行机构供给压力油实现换挡外，还向液力变矩器提供冷却补偿油，向行星齿轮变速器提供润滑油。执行机构包括各离合器、制动器的液压缸。其功用是在控制油压的作用下实现离合器的接合和分离、制动器的制动和松开动作，以便得到相应的挡位。控制机构包括阀体和各种阀，主要有主调压阀、副调压阀、手动阀、换挡阀、节气门阀、速控阀（调速器）、强制降挡阀等。图253液压控制系统的基本组成第1章汽车底盘电控系统概述1动力源动力源是被液力变矩器泵轮驱动的液压泵。液压泵又称油泵，一般位于液力变矩器和行星齿轮系统之间。其类型主要有齿轮泵、转子泵和叶片泵，如图254所示。三种泵的共同特点是内部元件（转子）由液力变矩器花键毂或驱动轴驱动，外部元件与内部元件之间有一定的偏心距。图254液压泵A齿轮泵B转子泵C叶片泵1腔室；2外部元件；3内部元件第1章汽车底盘电控系统概述2控制机构的结构和工作原理控制机构主要包括主油路系统、换挡信号系统、换挡阀系统和缓冲安全系统。根据其换挡信号系统和换挡阀系统采用的控制方式，可将控制机构分为液控式和电控式两种。1主油路系统液压油从液压泵输出后，即进入主油路系统，液压泵是由发动机直接驱动的，输出流量和压力均受发动机运转状况的影响，变化很大。因此在主油路系统中必须设置主油路调压阀，其作用是将液压泵输出压力精确调节到所需值后再输入主油路。主油路系统在不同工况、不同挡位时，具有不同油压的要求第1章汽车底盘电控系统概述油门开度较小时，自动变速器所传递的转矩较小，执行机构中的离合器、制动器不易打滑，主油路压力可以降低。当发动机油门开度较大时，因传递的转矩增大，为防止离合器、制动器打滑，主油路压力要升高。汽车在低速挡行驶时，所传递的转矩较大，主油路压力要高。而在高速挡行驶时，自动变速器传递的转矩较小，可以降低主油路油压，以减少液压泵运转阻力。倒挡的使用时间较少，为减小自动变速器尺寸，倒挡执行机构做得较小。为避免出现打滑，需提高操纵油压。第1章汽车底盘电控系统概述（1）主调压阀主调压阀通常采用阶梯型滑阀，如图255所示。它由上部的阀芯、下部的柱塞套筒及调压弹簧组成。在阀门的上部A处，受到来自液压泵的液压力作用；下端则受到柱塞下部C处来自调压电磁阀所控制的节气门油压作用，以及调压弹簧的作用力。共同作用的平衡，决定了阀体所处的位置。图255主调压阀图255主调压阀第1章汽车底盘电控系统概述（2）次调压阀次调压阀由阀体4和调压弹簧5组成，如图256。其作用是调节液力变扭器油压和润滑油压。图256次调压阀第1章汽车底盘电控系统概述2换挡信号系统给自动变速器提供换挡操作的有两个换挡信号发动机负荷与车速。在液力自动变速器的液压控制系统中这两个信号分别由节气门阀和离心调速阀提供。1节气门阀节气门阀受发动机加速踏板的控制，随节气门开度大小（即发动机负荷大小）而改变其输出油压力，输出油压的高低是自动换挡的一个信号。根据输入方式的不同，节气门阀分为机械式和真空式两种。图257机械式节气门阀1真空气室；2弹簧；3膜片；4推杆；5滑阀；A主油压；B节气门油压；C泄油口；D真空口图258真空式节气门阀第1章汽车底盘电控系统概述2离心调速阀离心调速阀也被称作离心调速器，或称速控阀，其作用是为自动变速器换挡阀提供一个随车速大小而变化的控制油压。离心调速阀通常都装在变速器的输出轴上，由输出轴直接或间接驱动。离心调速阀有两种普通复合式双级调速阀和中间传动复合式双级调速阀。普通复合式双级调速阀如图259所示，通常装在变速器的输出轴上，由输出轴直接驱动。当自动变速器输出轴不转动时，速控阀无速控油压输出，如图259（A）。当自动变速器输出轴转动时，速控阀输出油压的高低与车速相对应，如图259（B）。车速低，速控阀输出的油压低；车速高，速控阀输出的油压高。图259离心调速阀（A）自动变速器输出轴不转动；（B）自动变速器输出轴转动第1章汽车底盘电控系统概述3换挡阀系统换挡阀的功用是根据换挡控制信号或油压切换挡位油路，以实现两个挡位的转换。换挡阀直接与换挡控制元件（离合器、制动器）相通。当换挡阀动作后，会切换相应的油道以便给相应挡位的离合器和制动器供油，得到所需要的挡位。换挡阀的数量与自动变速器前进挡的个数有关。一般四挡自动变速器需要三个换挡阀，即12挡换挡阀、23挡换挡阀和34挡换挡阀。换挡阀系统主要由手动阀、换挡阀和强制低挡阀组成。图260自动变速器手动阀图26123挡换挡阀（A）二挡时；（B）三挡时图262电控换挡阀图263强制降挡阀（A）由节气门拉索控制；（B）由电磁阀控制1节气门拉索；2节气门阀凸轮；3强制降挡阀；4加速踏板；5强制降挡开关；6强制降挡电磁阀；7阀杆；8阀芯；9弹簧；A通主油道；B通换挡阀。图264蓄压器调压阀1来自主油路；2泄油；3调压弹簧；4来自节气门阀调压阀（节气门油压）；5蓄压器调压阀阀体；6流向蓄压器（背压侧）54312图266中间调压阀1流向12当换挡阀（去B3）；2调压弹簧；3泄1中间调压阀阀体；2流向二挡强制制动器B1；3调压弹簧；4泄图265低挡调压阀油；4来自23挡换挡阀（手控阀第五道）；5低油；5来自12挡换挡阀（手控挡调压阀阀体阀第四道）第1章汽车底盘电控系统概述3锁止离合器控制部分的组成与工作原理锁止离合器控制部分由锁止阀和锁止信号阀组成，当ECU控制锁止电磁阀动作时，锁止信号阀和锁止阀相应移动，改变流向液力变矩器的压力油的流动方向，控制锁止离合器的接合与分离。1）锁止信号阀如图267所示，锁止信号阀由阀体6和弹簧4组成。锁止电磁阀未通电时，主油路压力油经油道1作用在锁止信号阀上端，克服弹簧力，将阀体6推移到下位。自动变速器在1挡工作时，油道3无压力油；当自动变速器升入2挡后，12挡换挡阀接通手控阀第三道至2挡制动器B2的油路，同时压力油经油道3流入锁止信号阀，但由于锁止信号阀工作在下位，油道3和油道7不能连通，因而此压力油不能流向锁止阀。当升高到一定车速后，ECU控制锁止电磁阀通电，锁止信号阀上端泄油，在弹簧力作用下阀体上移，使油道3和油道7连通，这样，来自12挡换挡阀的压力油经油道3和油道7作用在锁止阀下端，推动锁止阀移动，改变压力油流通方向，使锁止离合器接合。第1章汽车底盘电控系统概述2）锁止阀锁止阀结构如图268。当锁止电磁阀未通电时，主油路压力油经油道1作用在锁止阀上端，且锁止阀下端没有来自锁止信号阀的压力油，因而锁止阀工作在下位，来自次调压阀的压力油经油道9和油道4流向液力变扭器的活塞端，变矩器叶轮端压力油经油道5和油道6流向散热器，即变矩器活塞端进油，叶轮端回油，锁止离合器处于分离状态。当自动变速器升入2挡，且车速升高到规定值以后，ECU控制锁止电磁阀通电，锁止阀上端泄油，且锁止信号阀动作，压力油经油道7作用在锁止阀下端，推动锁止阀上移，油道9与油道5连通，来自次调压阀的压力油经油道5流向变矩器叶轮端（同时有部分压力油经节流小孔流向散热器冷却），活塞端压力油经油道4和油道10回油，即变矩器叶轮端进油，活塞端回油，锁止离合器接合，自动变速器处于闭锁状态。12873645图268锁止阀1来自主油路（通锁止电磁阀）；2泄油；3弹簧；4通变扭器活塞端；5通变扭器叶轮端；6通散热器；7来自锁止信号阀；8锁止阀阀体；9来自次调压阀；10回油；11套筒；12柱塞图267锁止信号阀1来自主油路；2、5泄油；3来自12挡换挡阀（升入二挡后）；4弹簧；6锁止信号阀阀体；7流向锁止阀（下端）；8通锁止电磁阀第1章汽车底盘电控系统概述4液力自动变速器的控制原理