【QC033】汽车变速器控制技术研究[论文类]【开题报告+任务书+SX】
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【QC033】汽车变速器控制技术研究[论文类]【开题报告+任务书+SX】,qc033,汽车,变速器,控制,节制,技术研究,论文,开题,报告,讲演,呈文,任务书,sx
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黑龙江工程学院本科生毕业论文 1 第 1章 概 述 究的目的和意义 汽车是 20 世纪的最大发明之一。汽车工业的发展有力地推动了社会经济和人类近代文明的向前发展。随着电子技术、控制技术的飞速发展以及社会化要求的不断提高，汽车的结构得以不断完善。特别是随着人们对汽车动力性能和安全性能的不断提高，在汽车上广泛采用了微机数字化控制技术，这使得汽车在结构上、概念上都发生了很大的变化，使传统的机械式动力传动装置变成了机电一体化产品。汽车的发展在经历了动力革命、传动革命后，己进入控制革命阶段，即由从各总成的单独控制向动力传动系统一体化综合控制 ;由 一般控制向智能化、网络化控制发展 1。 随着汽车工业和运输事业的日益发展，人们对汽车的使用性能提出了更高的要求。在汽车的操纵使用中，传统的手动换 档 过程所存在的问题显得尤为突出，因此， 汽车传动系的自动操纵已成为改进和完善汽车性能的重要方向。由于发动机输出的转速和转矩与车辆驱动轮所需的转速和转矩之间存在着矛盾，必须设立传动系来解决，即通过传动系改变传动比，调节发动机的性能，将动力传至车轮，以适应外界负荷与道路条件变化的需要。因此，车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于传动系以及传动系与 发动机的匹配。传动系的性能，很重要的两个标志是经济性和方便性。经济性就是传动系本身的功率损失要小，即效率要高。方便性则是指 档 位的变换容易实现。 在汽车一百多年的发展历史中，传动系的发展始终围绕着这两个目标。从最初 档位固定的减速器，到有多个 档 位可变换的齿轮变速器，直到现在应用计算机控制实现换 档 的自动变速器，都有力地推动了汽车技术和汽车工业向前发展。 通过对汽车变速器控制技术的研究，介绍变速器的结构、原理及比较分析各种类型变速器的结构特点、性能、控制机理及使用、维修中存在的问题，提出改进建议，以供从事汽车专业技 术人员、使用维修人员参考借鉴。 车变速器控制技术的研究现状 内汽车变速器 控制技术 研究现状 我国 汽车 市场在急切呼唤汽车自动变速器，随着国家改革开放政策的日益众发展，国家日益强大， 人民生活水平不断 提离。人们对 工作方式、劳 动条件以及 生活质量都开始不断提出新的要求。 不 仅期望 以车代步， 而且希望各种车辆在手动变速和自动变速方面有选择余地，即使用同一型号的车辆也应给用户创造手动到自动变速的任选空间。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 2 妇女、年长者 、相当部 分的 中年以及新崛起的富有者，他们都急切期望拥有具备自动变速功能的 汽车自动变速器会给驾驶者带来操作简单、驾驶省力、乘坐舒适、行驶安全等好处 。 由于国内不能 提供自 制的大、中型自动变速器， 所以近年来， 外公司 速器郎、德国 司和 司都在 积极开拓市场，成了国 内知名的自动变速器 供应 商，他们一直在进行着 市 场推广和市场培育、尽管步履有些沉重，但前景相当广阔。 我国有百余家汽车厂， 有百余家变速器厂。都 挤在手动变速器这个既单一、 又拥挤的瓶颈通道中。相互竞争。 40 多年来，却没有一个 大变速器厂 敢于参与大批量生产制造自动变速器的挑战。一个是市场需求在呼唤，一个是裹足徘徊，望而生畏，望洋兴叹，广阔的市场需求与供给在这里几乎断了线，所以中国自动变速器行业发展出路的探讨 如下。 （ 1） 传统的液力变矩器行星齿轮排式的自动变速器。这种自动变速器已有 60余年历史，至今仍占据着自动变速器的主导地位。其优点是无可非议的，不论在北美、日本或欧洲，带液力变矩器的自动变速器长盛不衰就是证明。这种传统自动变速器技术的长寿命和延续力，的确说明了它的优越性和可信性无可置疑。 但是，自动变速器技术难度大，不具备成熟的自动变速器 设计和制造的软件技术，没有足够大的投资力度，不解决好配套对象的市场问题，而仅仅依靠国内自身的力量，自力生产制造销售，难度和风险确实很大。 （ 2） 新兴的车用钢带推挤式自变速器 会成为自动变速器的有力竞争对手。新技术的不断发展和更新，正在面临着 挑战。 崛起和逐渐扩大应用，将会挤占自动变速器市场的相当份额。 （ 3）拥有中国自主专利权的自动机械变速器 大有发展前途。只要能使驾驶简单省力、乘坐舒适、可靠安全、价格适当即可。这就是当今中国潜在市场的客观现实。 在传统手动变速器的基础上， 通过巧妙的设计、采用计算机对系统进行控制，选用独立开发、拥有专利技术的电动离合器和液动换 档 机构或电动换 档 机构的方式，实现自动换 档 ，取消离合器踏板和频繁的手动换 档 操作，能以比传统的自动变速器成本低得多的价格和较快的速度，来满足中国汽车市场对自动变速器的热切需求。以实现在中国还没有适用的自动变速器之前，先期用 替代虽世界早已普遍使用、但在我国短期内尚不能成为气候的自动变速器。 现阶段的中国，会有很大发展前途。 （ 4） 中国独立发明创造、具有超自动变速器水平的 90 年代末，中国两位工程师，已分 别发明研究出两种机理不同的、全机械、纯刚性、匀变速无级变速黑龙江工程学院本科生毕业论文 3 传动理论，并已设计和制造出完全符合该理论的功能性样机。如果将现在已发明成功的 术，移植到汽车的自动无级变速传动这个领域，理论上其所具有的无比优越性是现在自动变速器、 都无法比拟的，它无论在机械效率方面或是加速性能方面，特别是生产制造成本、使用维修成本以及安全可靠性等各个方面，都具有相当的挑战性。如果经完善的 成功用于汽车自动变速器，那么，其未来顶替几十年来几乎占统治地位的自动变速器以及正在发展中的 ，是有可能的，而且其可能创造的社会价值和经济效益绝不是仅仅数十亿美元可以计量的。 外汽车变速器研究现状 在汽车变速 器 100 多年的历史中，主要经历了从手动到自动的发展过程。目前世界上使用最多的汽车自动变速器为 动式变速 器 、 力自动变速器、 子控制机械式自动变速器、 属带式无级自动变速器四种型式。 机械式变速器历史悠久、价格低廉，具有结构简单、工作可靠、传动效率高的优点，所以现在在一些货车及其他车辆上仍使用很多。而液力式变速器是目前使用最广泛的变速器，在美国采用液力变速器的轿车已达 90%以上，采用液力式变速器的汽车起步平稳、自动适应行使阻力的变化、减小传动系的动载荷、驾驶操纵简单、在一定范围内进行无级变速，实现了换 档 自动化和半自动化。装载无级变速器的汽车目前较少，但会成为将来变速器的发展方向。 1、 自动变速前期 1938 年至 1941 年美国 司采用了液力偶合器代替了离合器，取消了驾驶时的离合器踏板操作。随后出现了 及 车的液力变速器。美国 弟在 1904 年发明了自动变速器，它根据发动机转速变化，利用离心力的作用使齿轮啮合或脱开来实现两 档 之间的转换， 1934 年 制了自换 档 器 (由两个变速器串联而成，用车速作为控制信号其控制原理与前者相同。 1937 年 比汽车的自动安全变速器都采用 离合器来改变车辆行驶方向，前进 档 由两个液压控制的行星机构自动变速，它是 1938 年出现的 力自动变速器的前身。 2、 液力变速阶段 该阶段以 1938 年的通用 上的 始为标志，以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征，在这个阶段以液力变矩器和几个前进 档 和后退 档 的行星齿轮传动装置为主，控制系统主要由液压系统来实现。油门调压阀产生控制信号，控制系统是由若干复杂的液压阀和油路组成，按照设定的换 档 规律，控制换 档 机构的工作，最后由液压油缸来执行对各换 档 离合器和制动器的操纵，实 现黑龙江工程学院本科生毕业论文 4 自动换 档 。 3、 电控自动变速阶段 1969 年法国雷诺 车自动变速器首先采用了电子控制换 档 点。从 70 年代末到 80 年代末，电子控制逐步实用化，越来越多的自动变速器采用了电子控制。自动变速器的电子控制系统包括微机，各种传感器，电磁阀及控制电路等。它将控制换 档的参数 (如车速，油门开度等 )通过传感器变为电信号，通过微机的处理将控制信号作用于换 档 电磁阀，从而利用液压换 档 执行机构实现自动换 档 ，微机里面可以存储和处理多种换 档 规律，所以驾驶员可以根据车辆行驶，作业要求选用适当的换 档 模式，如运动型 (动力性最佳 )，经 济型 (燃油经济性最佳 )及普通型 (动力性和经济性的折衷 )。 4、 智能自动变速时代 现在，车辆自动变速技术己经进入智能化的时代，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术发展的主流， 1992 年起宝马公司推出自动变速器的自适应系统，能自动识别驾驶员的类型，环境条件和具体行驶状况，并对换 档 规律做了适当的调整，该系统通过减少驾驶员的干预改善了操纵舒适性，在运动模式下降低了换 档 次数，在平稳行驶工况下降低了油耗，在平滑的路面上提高了行驶安全性，宝马新型四 档 自动变速器中，将各种输入信号和驾驶员的选 档 通过神经网络建立联系，利用神 经网络的学习功能，使得许多情况下能够按照驾驶员的愿望自动换 档 6。 究的主要内容 （ 1） 本文主要介绍了变速器的功用、类型及结构特点，通过对功用等的介绍，知道变速器在汽车结构中的重要地位，变速器性能的好坏会直接影响到传动系以及传动系与发动机的匹配，从而影响到整车的动力性能、经济性能。 （ 2）通过各种图表介绍几种典型变速器结构、控制机理，并在次基础上分析每一种典型变速器的性能特点以及优缺点。主要是变速器的控制技术分析。 （ 3）通过对变速器的结构、性能、控制方法及使用维修等方面的对比分析，找出目 前广泛使用的变速器存在的问题，包括动力性能、经济性能、体积大小、制造成本及维护方便性等，并针对每一种变速器所存在的问题，提出改进措施。 （ 4）阐述了变速器的发展趋势。自动变速的发展是随着车辆技术的发展而发展的，车辆自动变速系统的发展将朝着控制系统智能化，车辆电子一体化，开发工具通用化，开发手段先进化的方向发展。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 5 第 2 章 汽车变速器控制技术 车变速器的作用、类型及特点 车变速器的功用 （ 1） 改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况 下满 足可能 的行驶速度要求。 （ 2） 实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。 （ 3） 中断动力传递，在发动机起动，怠速运转，汽车换 档 或需要停车进行动力输出时，中断向驱动轮的动力传递。 车变速器分类及特点 变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。在分类上 有多种 方式：按传动比变化方式 、 按操纵方式的不同 和按 变速器的控制方式不同等。 1、 按传动比变化方式不同分类 （ 1） 有级式变速器 是目前使用最广的一种。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按 所 用轮系型式不同，有轴线固定式变速器 (普通变速器 )和轴线旋转式变速器 (行星齿轮变速器 )两种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有 3前进 档 和一个倒 档 ，在重型货车用的组合式变速器中，则有更多 档 位。所谓变速器 档 数即指其前进 档 位数。 （ 2） 无级式变速器 其的传动比在一定的数值范围内可按无限多级变化，常见的有电力式和液力式 (动液式 )两种。电力式无级变速器的变速传动部件为直流串激电动机，除在无轨电车上应用外，在超重型自卸车传动系中也有广泛采用的趋势。动液式无级变速器的传动部件为液力变矩器。 （ 3） 综合式变速器 是指由液力变矩器和齿轮式有级变速 器组成的液力机械式变速器，其传动比可在最大指与最小值之间的几个间断的范围内作无级变化，目前应用较多。 2、 按操纵方式不同分类 （ 1） 强制操纵式变速器 是靠驾驶员直接操纵变速杆换 档 。 （ 2） 自动操纵式变速器 黑龙江工程学院本科生毕业论文 6 其传动比选择和换 档 是自动进行的，所谓 “ 自动 ” ，是指机械变速器每个 档 位的变换是借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换 档 系统的执行元件而实现的。驾驶员只需操纵加速踏板以控制车速。 （ 3） 半自动操纵式变速器 有两种型式：一种是常用的几个 档 位自动操纵，其余 档 位则由驾驶员操纵；另一种是预选式，即驾驶员预先用按钮 选定 档 位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通一个电磁装置或液压装置来进行换 档 。 3、 按控制方式不同来分类 （ 1）手动式变速器 手动式变速器是由司机直接控制的，主要由变速传动机构和操纵机构构成。其中变速传动机构根据变速器齿轮轴的类型不同，分为普通齿轮式和行星齿轮式。 （ 2）自动变速器 相对手动式变速器自动变速器根据传递或切断动力方式不同又分为液控液力式自动变速器、电控液力式自动变速器、电子控制机械式变速器和无级变速器。 械式变速器 械式变速器的类型及特点 变速器包括变速传动装置 和操纵机构两大部分。按工作轴的数量（不包括倒 档 轴）可分为三轴式变速器和二轴式变速器；变速传动机构的主要作用是改变速比，旋转方向；操纵机构的作用是实现换 档 。 （ 1） 三轴式变速器 变速传动机构主要由齿轮、轴、壳体和支撑件等组成。它有三根主要轴，即第一轴、第二轴和中间轴，故称三轴式。另外还有倒 档 轴。 （ 2） 二轴式变速器 在传统的发动机前置后轮驱动的传动系中，通常采用三轴式变速器，输入轴与输出轴在同一轴线上，有利于万向传动装置的设计安装。在发动机前置前轮驱动或发动机后置后轮驱动的汽车上，由于总体结构布置的需要，采用 两轴式变速器，其传动机构的特点是输入轴与输出轴平行，无中间轴。 （ 3） 组合式变速器 重型汽车的装载质量大，其工作条件复杂。欲保证重型车具有良好的动力性和经济性，须有更多的 档 位和更大的传动比以适应其需要。故常采用由主、副变速器组成的组合式变速器。 械式变速器的结构 黑龙江工程学院本科生毕业论文 7 1、 三轴式变速器的构造及结构分析 典型的三轴式五 档 变速器 8，其构造、结构简述如图 示。 该变速器通过壳体前端面的四个螺栓固定在离合器壳后端面上，它有三根主要轴，即第一轴、第二轴和中间轴，故称三轴式。另外还有倒当轴。 （ 1） 第一 轴。第一轴（输入轴）前后端以轴承分别支撑在曲轴后端的内孔及变速器壳的前壁，其前部花键部分装离合器的从动盘，后部有长啮齿轮 2，后端有一短齿轮为直接 档 齿圈。第一轴轴承盖 26 的外圆面与离合器壳相应的孔配合，保证第一轴和曲轴的轴线重合。 1234 5 6 7 8 9 1213141516172918192021222324252610 1112啮齿轮； 34、 95 齿轮接合齿圈； 6 齿轮； 7 齿轮； 8 齿轮接合齿圈； 10 齿轮接合齿圈； 11 第二轴 二 档 齿轮； 12 档 滑 动齿轮；13141516 轴； 17、 19 中间齿轮； 18 齿轮； 20齿轮； 21 齿轮； 22 齿轮； 2324、 2526图 轴式五 档 变速器结构简图 （ 2）中间轴 。 中间轴 15 两端用轴承支撑在壳体上，与第一轴齿轮常啮的齿轮 23、二三四 档 齿轮 20、 21、 22 用半圆键装在轴上，一、倒 档 齿轮 18 与轴制成一体。 （ 3）第二轴 。 第二轴（输出轴）前后端分别用轴承支撑于第一轴后端内孔和 壳体。一、倒 档 齿轮 12 与轴以花键形式配合传力，可轴向滑动。二、三、四 档 齿轮 11、 7、6 分别以滚针轴承形式与轴配合，并与中间轴齿轮 20、 21、 22 常啮，其上均有传力齿黑龙江工程学院本科生毕业论文 8 圈。第二轴前端花键上套装四、五 档 花键毂 25，用卡环轴向定位，接合套 4 在花键毂25 上轴向滑动实现换 档 转换。花键毂 24 和接合套 9 实现二、三 档 的动力传递。在二、四 档 齿轮后面分别装有承受轴向力的止推环。 后轴承盖内装有里程表驱动蜗杆和蜗轮，轴后端花键上装有凸缘，连接万向传动装置。 （ 4）该轴固定在壳体上，倒 档 齿轮 17、 19 制成一体，以滚针轴承的形式套装在倒 档 轴上，齿轮 19 与中间轴齿轮 18 常啮合。 2、 二轴式变速器的构造及结构分析 二轴式变速器的结构简图，如图 示 8。 161312111098712345612 主动齿轮； 3 主动齿轮； 4 主动齿轮； 5 主动齿轮； 6 主动齿轮； 7 轴； 8 从动齿轮； 9 档 同步器的接合套； 10 从动齿轮； 11 从动齿轮； 12 档 同步器的接合套和倒 档 从动齿轮； 13 从动齿轮； 141516图 轴式变速器结构简图 图 与前置发动机横向布置型式相配套使用的两轴式变速器，四个前进 档 一黑龙江工程学院本科生毕业论文 9 个倒 档 。变速传动机构由输入轴、输出轴、倒 档 轴、轴承、若干齿轮等组成。在输入轴上固连者一、二、三、四 档 主动齿轮，与之常啮合的四个 档 位从动齿轮则通过轴承空套在输出轴上。所有前进 档 装有锁环式惯性同步器，保证换 档 顺利，减少齿轮冲击。倒 档 轴固定在壳体上，滑套着一个倒 档 齿轮。应该说明：主减速器的主动圆柱齿轮 16直接装在输出轴的输出端。若发动机、离合器和变速器是纵向布置的，则主减速器应为锥齿轮传 动副。 3、 组合式变速器结构分析 组合式变速器常用一个四 五 档 与一个二 四 档 副变速器串联，总体结构紧凑。 副变速器的变速传动机构与主变速器的区别是其没有倒 档 。副变速器有超速 档 时多串联在主变速器之前，传动比较大的副变速器多串联在变速器之后，以减少主变速器的负荷。 械式变速器控制技术 1、 工作原理 普通齿轮变速器也叫定轴式变速器，它由一个外壳、轴线固定的几根轴和若干齿轮组成，可实现变速、变扭和改变旋转方向。 （ 1）变速原理 一对齿数不同的齿轮啮合传动时，若小齿轮为主动齿轮，带动大齿轮转动时，转速就 降低了；若大齿轮驱动小齿轮时，转速升高。这就是齿轮传动的变速原理。汽车变速器就是根据这一原理利用若干大小不同的齿轮副传动而实现变速的。 （ 2）换 档 原理 若将下图 齿轮 3 与 4 脱开，再将齿轮 6 与 5 啮合，传动比变化，输出轴 I I 的转速、扭矩也发生变化，即 档 位改变。当齿轮 4、 6 都不与中间轴上的齿轮 3、 5 啮合时，动力不能传到输出轴，这就是变速器的空 档 。 （ 3）变向原理 如图 示，相啮合的一对齿轮旋向相反，每经一传动副，其轴改变一次转向。图 a 所示的两对齿轮传动（ 1 和 2、 3 和 4），其输出轴与输入轴的转向相同 ，这就是普通三轴式变速器前进 档 的传动情况。图 b 所示的齿轮 4 装在中间轴与输出轴之间的倒档 轴上，三对传动副（ 1 和 2、 3 和 4、 4 和 5）传递动力，输出轴与输入轴的转向相反，这就是三轴式变速器倒 档 的传动情况。齿轮 4 称为倒 档 轮或惰轮。 2、控制方法 驾驶员操作变速杆，变速杆操纵拨叉，拨叉作用于接合套，与待啮合的齿轮啮合， 实现换 档 。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 10 3、控制机理 146325123456图 级齿轮传动简图 ( b )( a )345112 23（ a）前进 档 ；（ b）倒 档 图 轮传动的转向关系 （ 1）离合器的控制包括以下三项。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 11 接合状态。离合器接合状态时，弹簧将压盘、飞轮以及从动盘互相压紧。发动机的转矩经飞轮及压盘通过摩擦面的摩擦力矩传至从动盘，再经从动轴向传动系输出 分离过程。踏下踏板时，拉杆拉动分离叉外端向右移动，分离叉内端则通过分离轴承推动分离杠杆的内端向前移动，分离杠杆外端便拉动压盘向后移动，使其在进一步压缩压紧弹簧的同时，解除对从动盘的压力。于是离合器的主从 动部分处于分离状态而中断动力的传递。 接合过程。当需要恢复动力的传递时，缓慢地抬起离合器踏板，分离轴承减小对分离杠杆内端的压力，压盘便在压紧弹簧作用下逐渐压紧从动盘，并使所传递的扭矩逐渐增大。当所能传递的扭矩小于汽车起步阻力时，汽车不动，从动盘不转，主、从动摩擦面间完全打滑；当所能传递的扭矩达到足以克服汽车开始起步的阻力时，从动盘开始旋转，汽车开始移动，但仍低于飞轮的转速，即摩擦面间仍存在着部分打滑的现象。再随着压力的不断增加和汽车的不断加速，主、从动部分的转速差逐渐减小，直到转速相等滑磨现象消失，离合 器完全接合为止，接合过程即结束。由上可知，汽车平稳起步是靠离合器逐渐接合中滑磨程度的变化来实现的。 （ 2）变速操纵的控制。变速器操纵机构多为机械式。按操纵杆与离合器的相互位置不同，分为直接操纵式和远距离操纵式两类。 直接操纵式。变速器布置在驾驶员座位附近，操纵机构多集装于盖或变速器侧面 ，结构简单，操纵方便。驾驶员直接操纵变速杆来换 档 且手感明显。 这种操纵机构由变速杆、拨块、拨叉、拨叉轴及所止装置等组成。 远距离操纵式。有的汽车驾驶员座位离变速器较远，通常在变速杆与拨块之间增加若干传动件，组成远距离操纵 机构，其变速杆在驾驶员侧旁穿过驾驶室底板安装在车架上，中间通过传动杆来操纵变速器实现换 档 。远距离操纵机构应有足够的刚度，各连接件间隙不能过大，否则换 档 手感不明显，且不能保证换 档 齿轮全齿长啮合。 控液力式自动变速器 控液力式自动变速器的类型及特点 1、液控液力式自动变速器的类型 目前，由于车辆自动变速技术的理论和设计已比较成熟，产品品种相当多，使用对象除军用车辆外，还有轿车、客车、重型自卸车、货车、工程机械等车辆。车辆自动变速装置大致有两类。 （ 1）液体传动 液体传动是以液体作为 工作介质的传动机械，其基本原理是利用工作装置实现部黑龙江工程学院本科生毕业论文 12 件与工作液体之间的相互作用，引起机械能和液体能相互转换，以次传递动力。这其中有液力传动和液压传动。它们都具有传力柔和，吸收振动的特点。 （ 2）机械传动 有级式机械传动。由液力元件、旋转轴式齿轮变速器、自动变速控制系统所组成的自动变速器，有时也被归于有级式机械传动一类。即由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动变速器（ 这种自动变速器主要有三个部分：自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统。 无级式机械传动。机械无级传动（ 即常称的 机械自动无级变速器，具有节油、操纵方便、行驶舒适等特点。 电力传动。电力传动取消了机械传动中的传动机构，它用电动机驱动汽车。电力传动有多种型式，如直流发电机 直流驱动，交流发电机 直流变频 交流驱动等。 2、组成和特点 汽车液力自动变速器的结构相当复杂，不同型号变速器的局部结构又各有所不同，使得自动变速器的结构多样化。 （ 1） 自动变速器大致都由以下三部分组成 液力变矩器 行星齿轮变速器 液压操纵及控制系统 （ 2）特点 汽车起步平稳，能吸收、衰减振动与冲击，提高乘坐的舒适性。 自动适应 行驶阻力的变化，在一定范围内进行无级变速，有利于提高汽车的动力性和平均车速。 液力传动使传动系的动载荷减小，提高了汽车的使用寿命。 驾驶操纵简单，实现换 档 自动化和半自动化，有利于行车安全。 能以较低的车速稳定行驶，提高车辆在坏路面上的通过性。 控液力式自动变速器的结构 1、 液力变矩器 利用液力传递发动机扭矩，有两种方式：一为偶合器，只能传递扭矩；二为变矩器，它既能传递扭矩又能增大扭矩（即降速增扭），是应用较广的液力传动装置。液力变矩器多用三元件式结构，能平稳地输出扭矩，自动增大输出 扭矩 24 倍 9。 （ 1）变矩器的构造 汽车常用的液力变矩器为三元件变扭器，主要由泵轮（ B）、涡轮（ W）和导轮（ D）黑龙江工程学院本科生毕业论文 13 组成。泵轮为主动件，由若干曲面叶片组成，固定在变扭器壳内，发动机曲轴同步转动；涡轮为从动件，也由若干叶片组成，它通过花键与变速器输入轴连与接；导轮介于泵轮和涡轮之间，通过单向自由轮与套管相连，其上也有若干叶片。叶片的内圆有导流环，促进油液的循环。泵轮的叶片数目多于涡轮的叶片数，可防止传力时发生共振现象，各工作轮的叶片均弯曲成一定的形状。 （ 2）变矩原理 蜗流的产生。当泵轮随飞轮转动时，由 于离心力的作用，液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动，外缘的油压高于内缘的油压。其压力差的大小取决于泵轮的半径和转速。若涡轮处于静止状态或其转速低于泵轮的转速，则泵轮外缘的油压高于涡轮外缘的油压，泵轮内缘的油压低于涡轮内缘的油压。因泵轮和涡轮封闭在同一壳体内，泵轮外缘的油液冲流到涡轮的外缘，并沿涡轮叶片间的通道向内缘流动，在此过程中，涡轮内缘的液体有流向泵轮内缘，可见在轴向断面内，液体流动形成循环流，称为“涡流”。泵轮与涡轮的转速差愈大，涡流愈大，流量就愈大，传递的扭矩愈大。若转速差为零，涡流就停止运动，不再传 递扭矩。 环流的产生。因涡流的产生，液体冲击涡轮，使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转的扭矩。可见，循环圆内的液体绕轴旋转形成“环流”。其大小取决于泵轮转速的高低。 上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋形传力油流。当涡轮的扭矩大于汽车的行驶阻力矩时，汽车才能行驶。可见，由泵轮和涡轮二元件组成的传力装置，即为液力偶合器。 导轮（ D）的作用。螺旋形油流的回流方向与泵轮的旋转方向相反，阻止了泵轮的旋转，能量损失较大，这是液力偶合器的缺点。利用导轮可引导油流的流向，使涡轮的扭矩增大 24 倍。 2、 行 星齿轮机构 变矩器因尺寸的限制，变矩比在 24 范围内变化。此值仍满足不了汽车各使用工况的需要。为此，变矩器之后再串联行星齿轮机构，也可串联定轴式齿轮变速器，以扩大扭矩的变化范围。 行星齿轮机构由 23 排行星 齿轮组成，每排包括：太阳轮（中心轮）、齿圈、行星轮和架三个元件。单排行星齿轮机构如图 示。 行星齿轮为轴转式齿轮系统，与定轴式齿轮系统一样，有降速增扭或升速降扭作用。 单排行星齿轮机构参数，常用的传动方案如下： （ 1）制动齿圈时，太阳轮为主动件，行星架为从动件，构成降速 档 ，主、从动件黑龙江工程学院本科生毕业论文 14 同向转动。 （ 2）制动太阳轮时： 齿圈为主动件、行星架为从动件，主、从动件构成降速 档 ，同向转动。 行星架为主动件、齿圈为从动件，主、从动件构成升速 档 ，同向转动。 （ 3）制动行星架时，太阳轮为主动件，齿圈为从动件，构成降速 档 ，主、从动件的旋向相反，即为倒 档 。另外，变速器需要有直接 档 、空 档 （ N）、停车 档 （ P）。 直接 档 任意连接两个元件（同速同向转动），行星齿轮不能自转。输入轴和输出轴结成一体转动，传动比为 1。 空 档 一个主动件，其他两个元件自由，行星齿轮空转，不传力。 停车 档 锁住输出元件或输出轴，输入轴和行星 齿轮机构空转，汽车不能行驶。 齿圈太阳轮行星架图 排行星齿轮机构及作用力 控液力式自动变速器控制技术 1、 控制原理 如图 示，变矩器与飞轮固接，输出端是行星齿轮系统的输入端。行星齿轮系统的输出端和汽车万向传动装置连接。液压控制系统多在行星齿轮系统的下方。 档位的自动转换由节气门油压（ 速控油压（ 制。节气门油压与节气门踏板行程成正比；速控油压与输出轴转速成正比。油压 同控制换 档 阀，使换 档阀适时动作，改变油路， 使相应 档 位的离合器和制动器工作，实现变速器换 档 。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 15 图 控液压式自动变速器的总体组成框图 2、 控制方法 液控液力式自动变速器控制系统由各种滑阀组成，可根据驾驶员的意图和工况需要，利用液压使离合器和制动器在一定的条件下起作用，使行星齿轮系统自动改组换档 。 3、 控制机理 液控液力式自动变速器控制系统由各种滑阀组成，可根据驾驶员的意图和工况需要，利用液压使离合器和制动器在一定的条件下起作用，使行星齿轮系统自动改组换档 。 （ 1）主油 路调压阀 主油 路油压（ 控制系统最基本、最重要的压力源。 高低取决于弹簧预紧力的大小，可在体外进行调节（因机而异）。如图 示。阶梯式滑阀能接受多路油压，使主油路油压调节灵敏、及时、合理，满足各工况的需要。其工作原理是：因B 的面积大于 A 的面积，产生一个油压力差 F,方向向下 ,当 F F(弹簧弹力 )时 ,排油孔关 ,不排油 ;当 F F 时排油孔开始泄油 ,从而保证了油压的稳 定。若在滑阀的上下端通过手控阀分别施加两个独立的外来油压，次 2 油压升高或降低时，主油路油压就发生变化 ,满足各工况的需要。 （ 2）手控制机构 驾驶员 操纵手控制阀可实现油路的转换，从而改变自动变速器的工作范围。示，手控制机构主要由选 档 手柄、自锁装置、手控制阀等组成。自锁齿板上的凹 节气门油压 控油压 压控制系统： 同控制换档阀 液压控制系统 行星齿轮机构 变 矩 器 黑龙江工程学院本科生毕业论文 16 P DFP R612P 23456图 泵和主油路调压阀 槽数与手柄的工作位置相对应。 当手控制阀在 D 为时，控制油压通向其他控制阀，变速器能自动换 档 ；当手控阀在 N 位时，封闭油路，变速器处于空 档 。 按控制油路数量的不同，手控阀 分为两柱式和三柱式。两速式自动变速器采用两柱式，即能满足油路转换的需要。 （ 3）节气门阀 它产生与节气门开度成正比的油压 速控油压 同控制换 档 阀，实现自动换 档 。 控液力式自动变速器 控液力式自动变速器的类型及特点 电子控制液力自动变速器（ 用电液式控制系统，它由电子控制装置、液压阀及相应的液压执行元件两大部分组成，即通常所说的电控液压操纵系统 15。 与液压式控制系统相比，电液式控制系统的不同之处在于：自动换 档 的控制系统 （换档 点的选择及换 档 信号的发生）是由微电脑或 称微处理器来完成的。此时，车速、加速度、节气门、选 档 范围等控制换 档 的信号变为相应的电信号。 由于计算机能存储与处理多种换 档 规律，电液式控制系统不仅可以按汽车行驶的 需要选择相应的 档 位，而且能实现更复杂、更合理的控制，可得到更理想的燃料经济性和黑龙江工程学院本科生毕业论文 17 动力性。此外，电液式控制系统还可简化液压系统，提高控制精度和反应速度， 并可实现与整车其他控制系统的匹配，如发动机控制、巡航控制等。因此，现在几乎所有的轿车自动变速器都采用电液式控制系统。其特点是换 档 准时、平稳、加速性能好，具有自诊功能、保护功能和报警功能。 12 制动器； 345 手柄； 6 阀； 7 阀； 89 制动器； 10 离合器； 11121314 启动开关；1516图 压自动换 档 操纵系统简图 （ 1）电控自动变速器的油路与液控液压式的油路、工作元件大部分相同。 （ 2）换 档 阀不像液控液压式那样，两端作用着速控油压和节气门油压，而是一端黑龙江工程学院本科生毕业论文 18 为弹簧，另一端为电磁阀控制油压。 （ 3）锁止离合器的接合与分离也是由一个电 磁阀控制。 （ 4）由电子控制装置（ 控制电磁阀开闭油路，换 档 点准确。 （ 5）第一调节阀控制油泵的输出油压（主油道油压），第二调节阀控制通向变扭器、冷油器、润滑油路的不同油压。 控液力式自动变速器的结构 电子控制自动变速器由液力变矩器、行星齿轮系统、液压控制系统和电子控制系统组成，如图 示。 图 控液压式自动变速器总体结构框图 1、液力变矩器 液力变矩器安装在发动机和变速器之间 ,以液压油 (工作介质 ,起传递 转矩、变矩、变速及离合的作用 ,它有转矩放大、失速、耦合工作特性。液力变矩器有 3 个主要元件 :泵轮、涡轮和导轮。它们都是由铝合金精密制造或钢板冲压而成 ,在它们的环状壳体中径向排列着许多叶片。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 ,在液压油的作用下 ,涡轮工作 ,从而实现动能和转矩的变化。典型的液力变矩器有三元件液力变矩器、四元件液力变矩器、带有锁止机构的液力变矩器。 2、 行星齿轮系统 液力变矩器可以在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比 ,以适应行驶阻力行星齿轮机构 变速阀 电磁阀 力变矩器 液压控制装置 黑龙江工程学院本科生毕业论文 19 的变化 ,但变矩系数小 ,不能完全满 足汽车使用的要求 ,必须与齿轮变速器组合使用 ,扩大传动比的变化范围 ,才能满足汽车行驶要求。目前 ,绝大多数自动变速器都采用行星齿轮系统与液力变矩器组合使用 ,行星齿轮系统由行星齿轮机构和执行机构组成 ,执行机构有多片离合器、单向离合器和制动器 3 种形式 ,执行机构根据自动变速器控制系统的命令放松或固定行星齿轮机构的某个元件 ,通过改变动力传递路线得到不同的传动比。 3、 液压控制系统 液压控制系统起到传递、控制、操纵、冷却和润滑等功能 ,它主要由油泵、主调压阀、 第 2 调压阀、节流阀、止回阀、换 档 阀、手控阀、强制降 档 阀、离心式调 速器、锁定继电器及电磁阀等组成。 4、 电子控制系统 电子控制系统通过电子式自动变速装置把液压控制装置的换 档 操纵机构改为电子操纵机构 ,即以车速和加速踏板开度的电子信号作为输入 ,用微机确定换 档 点 ,由换 档 信号使换 档 阀工作而进行自动换 档 ,从而精确地控制换 档 时机和品质。电子控制系统由传感元件、电控单元、控制软件和执行元件 (电磁阀 )组成。电子控制框图如图 示。 传感元件一般包括车速传感器、节气门位置传感器、发动机水温传感器、空 档 起动开关、制动灯开关、超速开关、模式选择开关等 ,用来检测节气门开度、车速、水温及其它 相关状态 ,以电信号形式输入到电控单元。电控单元有的采用专用电控变速器微机 (有的和汽油喷射发动机共用一个控制微机。电控单元根据各传感元件输入的信号确定换 档 和锁定时机 ,发出信号 ,控制执行元件 ,电磁阀动作 ,完成电控单元下达 的换档 、锁止等命令 电磁阀包括换 档 电磁阀、调油压电磁阀、变矩器锁止电磁阀、加力电磁阀、冬天驾驶防滑阀等。电子控制系统带有自诊断装置 ,并且具有在发生故障时使车辆继续行驶的失效防护功能。 控液力式自动变速器控制技术 1、工作原理 电液式控制系统中有多个传感器，常用的有节气门位 置传感器，发动机转速传感器、车速传感器、输入轴转速传感器和油温传感器 14。电子控制系统通过电子式自动变速装置把液压控制装置的换 档 操纵机构改为电子操纵机构 ,即以车速和加速踏板开度的电子信号作为输入 ,用微机确定换 档 点 ,由换 档 信号使换 档 阀工作而进行自动换 档 ,从而精确地控制换 档 时机和品质。 2、控制方法 自动换 档 的控制系统（换 档 点的选择及换 档 信号的发生）是由微电脑或称微处理器来完成的。此时，车速、加速度、节气门、选 档 范围等控制换 档 的信号变为相应电黑龙江工程学院本科生毕业论文 20 信号。 3、 控制机理及 控制流程 汽车在行驶时，微电脑根据模式开关和 档 位开关的信号从存储器中选出相应的自 图 子控制框图 动换 档 图，再将车速传感器、节气门位置传感器测得的车速、节气们开度与所选的自动换 档 图进行比较。如在一定节气门开度下行驶的汽车达到设定的换 档 车速时，微电脑便向换 档 电磁阀发出电信号，由电磁阀的动作决定压力油通往各操纵元件的流向，以实现 档 位的自动变换 , 如图 示 。 4、电子控制系统 （ 1）换 档 控制 换 档 控制是根据电控单元发出的换 档 指 令 ,通过控制换 档 电磁阀的开、关 ,驱动执行机构动作 ,实现自动升 档 或降 档 的过程控制。选择最佳的时刻换 档 ,可使汽车的动力性和经济性最佳。 （ 2）油压控制 电控变速器微机主要根据节气门的开度、 档 位、液压油温及换 档 等信号 ,计算出相应的主油路油压值 ,并通过输出相应的占空比脉冲信号来控制油压 ,调整电磁阀的开、关传感元件 驾 驶 模 式 空档启动开关 节气门 位置传感器 车速传感器 制动灯开关 主开关 水温传感器 巡航控制 档 控 制 锁 定 控 制 自动诊断功能 失效后备保护 1 号电磁阀 2 号电磁阀 3 号电磁阀 示灯 电控元件 执行元件 黑龙江工程学院本科生毕业论文 21 比率 ,实现对油压的控制。 （ 3）自动模式选择控制 电控变速器采用微机自动模式变换控制。微机根据各个传感器的信号测得汽车的行驶 状态和驾驶员的操作方式 ,经过判断后自动选择经济模式、正常模式或动力模式进行换 档 控制 ,以满足 不同行车条件的驾车要求。 图 动换 档 控制框图 （ 4）锁止离合器控制 电控变速器的微机中储存有不同工作条件下的最佳锁止离合器控制程序。工作中微机根据 档 位、换 档 模式等工作条件 ,选择相应的最佳锁止离合器控制程序 ,并与当前的车速和节气门开度进行比较 ,当车速及其他因素都满足变扭器锁止条件时 ,微机就向锁止离合器电磁阀输出控制信号 ,使锁止离合器接合 ,实现变扭器的锁止。 （ 5）发动机制动控制 电控 变速器的微机根据变速器操纵手柄、车速、节气门开度信号 ,判断汽车的行驶状态 ,是否需要制动 ,当这些参数达到了设定值 ,微机便向制动电磁阀输出控制信号 ,使其通电工作 ,使变速器能逆向传递动力 ,通过发动机的转动阻力制动滑行的汽车。 节气门开度角 车速 车速传感器 节气门位置传感器 换档电磁阀 A 换档电磁阀 B 判断选择自动换档图 使用 要求 黑龙江工程学院本科生毕业论文 22 （ 6）发动机转速与转矩控制 电控变速器的微机根据实际换 档 要求发出相应点火时间或喷油量控制的信号来改变发动机的转速和转矩 ,此时可减小换 档 冲击和输出轴的波动。 子控制机械式自动变速器 子控制机械式自动变速器的类型及特点 1、 电子控制机械式自动变速器 分类 电控机械式自动变速器（ 选换 档 系统可分为电控气动，电控液动和电控 电动 (全电式 )三种类型 14。 （ 1）电控一气动 控气动选换 档 系统对于一般车辆，一般不采用，只有在车上有现成的储气罐时，气动能源可以直接由储气罐提供，不需要额外的能源装置。 （ 2）电控一液动 压系统根据电控单元的指 令控制电磁阀，使执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选换 档 。电控液动选换 档 系统具有能容量大、操作简便、易于实现安全保护、具有一定的吸振与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点。采用高速开关阀控制离合器的系统中，存在的主要缺点就是温度发生变化会使离合器的执行机构中液压油的粘度发生变化，因而使离合器回油管路压力损失产生变化。其次是液压元件对加工的精度要求非常高，使制造成本提高较多。 （ 3）电控一电动 些年，由于电子产品性能的完善，使电力拖动在变速控制系统中得到采用。电控电动式 执行机构由直流电 机驱动，与电控液动的相比，具有结构简单，控制灵活，对环境的适应强，工艺简单，成本低，能耗小等特点。缺点是电机的执行动作没有液压系统精确，而且选换 档 的动作比较迟缓，对于选换 档 速度不需要太快的情况下可以使用电机驱动。 2、 特点 仅保留了手动变速器机械效率高、成本低的特点，实现了液力机械式自动变速器的功能和优点。由于 完全在平行轴式手动变速器的基础上加装自动操纵机构实现自动换 档 的，因此它保留了原手动变速器传动效率高、价廉、易于制造等优点，而且还具有 于实现
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