汽车电控自动变速器的故障诊断与分析毕业论文.doc

毕业设计（论文）毕业设计 (论文)题 目： 汽车自动变速器的故障诊断与分析 目 录 摘要IAbstractII前言11 绪论21.1 变速器的发展状况21.2 研究目的及意义31.3 研究内容32 自动变速器的概述42.1 自动变速器的种类42.2 自动变速器的组成42.3 自动变速器的特点53 液压控制部分73.1 液力变矩器73.1.1 液力变矩器的作用和组成73.1.2 液力变矩器的工作原理83.2 油泵83.3 主油路系统93.4 换挡信号系统113.4.1 节气门阀113.4.2 速控阀123.5 换档阀143.6 蓄压减震器154 机械装置及电控装置174.1 组合式行星齿轮机构174.1.1 D-1档和2-1档174.1.2 R档184.1.3 “N”位和“P”位194.2 电控装置204.2.1 传感器结构与工作原理204.2.2 执行器234.3 故障自诊断和失效保护265 电控自动变速器的故障诊断与分析275.1 电控自动变速器故障的诊断方法275.1.1 自我诊断法275.1.2 人工经验诊断法275.1.3 检测诊断法285.2 电控自动变速器故障诊断中的注意问题285.3 变速器故障诊断分析295.4 自动变速器的检验305.4.1 油压试验305.4.2 时滞实验315.4.3 失速实验315.4.4 道路实验325.4.5 手动换档试验345.5 典型案例分析356 常见故障与排除方法366.1 异响366.2 自动变速器油易变质376.3 打滑386.4 汽车不能行驶397 结论40总结与体会41致 谢42参考文献资料43附录一 英文原文44附录二 英文译文54摘要电控自动变速器(AT)由于具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠等优点，自20世纪80年代以来倍受各大汽车厂家重视，对其研究也在逐年增加力度。随着汽车工业的发展，对汽车的要求越来越高。各种先进的技术也应用于汽车中，其中之一就是故障诊断技术。故障诊断技术提高了汽车的安全性和稳定性，对于保护人生安全具有非常重要的意义。本论文首先总结变速器的种类、组成和特点，分析变速器的结构和工作原理，各种传感器和电磁阀的工作原理；其次给出自动变速器的诊断思路、方法、步骤和流程，阐述诊断分析中应注意的问题；最后对变速器使用过程中常见故障给予分析处理，以实现对汽车电控自动变速器的熟练使用。关键词：电控自动变速器；故障诊断技术；工作原理；常见故障分析AbstractAutomatic Transmission(AT) have the advantages of high transmission efficiency, compact structure, reliable working etc. Since the 20th century 80 big auto makers value it, in the study of increasing strength year by year.With the development of automobile industry, the requirements for automobile have become more and more exigent. Fault diagnosis is among the advanced technologies which is applied to automobile. Fault diagnosis improves the safety and stability of automobiles and has great significance to the safety of people.Firstly, this paper mainly summarizes the category、composition and feature of the AT, analysing its structure and working principle and the working principle of all kinds of sensor and solenoid valve. Secondly, giving the diagnosis think、means、procedure and technological process of the AT. Expounding some problem of diagnosis analyzing. Finally, to analyse and deal with the conmon fault. In order to realize the automatic transmission of automotive electronic control of the skilled use.Key word：AT; Fault Diagnosis; Working Principle; Analysing the conmon fault前言汽车的发展经历了三大革命：动力革命、传动革命与控制革命。发达国家目前正处于控制革命阶段，即自动控制阶段，从各总成的单独控制向动力传动系统一体化综合控制；从一般控制向智能化、网络化控制发展。当前我国使用的汽车大多数仍为手动变速，手动变速汽车由于频繁换挡的操作，易使驾驶员疲劳，影响行驶安全；而不同的驾驶技术水平对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成极大差异，所以自动变速是人们长期追求的目标，是车辆向高级阶段发展的重要标志。目前我国自动变速器在轿车、城市客车、高级旅游客车、军用车、重型载货车上使用也越来越多，逐渐迈向自动控制阶段。为了适应国情的发展，汽车自动变速器的维修也要达到一定的技术标准，其中故障诊断与分析是维修过程中的核心，只有正确的理论分析，才能从根本上解决问题。本文首先概述电控自动变速器的各组件及工作原理；其次，分析变速器故障诊断的方法和诊断过程中需要注意的问题；最后，以常见故障为例进一步分析并能排除故障。1 绪论1.1 变速器的发展状况 汽车传动系中变速的自动化是车辆发展的高级阶段，自动变速技术一直是人们追求的目标，它的发展经历了漫长的历程。随着变速理论与设计的不断完善，自动变速器已被广泛地应用于轿车、大客车、重型自卸车、越野车、货车与工程机械、拖拉机及履带车辆上。在应用过程中，自动变速技术也不断地完善和发展。1904年：美国通用汽车公司的凯迪拉克汽车采用了手操纵的三挡行星齿轮变速器。福特汽车采用了二挡行星齿轮变速器。1926年：别克小轿车上开始使用液力机械传动的变速器。1933年：美国的瑞欧汽车使用了一种半自动变速器。1938年：美国克莱斯勒汽车公司采用了液力偶合器，这为自动变速器的成功打下了基础，后来由液力变矩器代替液力偶合器。1940年：通用汽车公司在奥兹莫比尔汽车上采用了全自动变速器，它是由液力偶合器，四个挡位的行星变速器和自动换挡系统组成的。1948年：别克汽车上采用了全自动变速器。 与此同时，英国、联邦德国等国家生产的汽车也相继采用了自动变速器。自20世纪50年代起：美国福特、克莱斯勒及通用等公司均将多种型号的自动变速器投入批量生产。此后20年，英国、法国、意大利、原联邦德国、瑞典、日本等国都已成立了一批自动变速器的专业化生产公司和专业厂，如美国的阿利森、英国的伯格伐努、原联邦德国的ZF、意大利的菲亚特和日本的丰田等。随着自动变速器的发展，其结构和性能也在不断完善，特别是近年来随着电子技术和自动控制技术在汽车上的应用，出现了电控自动变速器，它包括电控液力机械传动的自动变速器和电控齿轮式机械传动的自动变速器。电控自动变速器可实现与发动机的最佳匹配，并可获得最佳的经济性、动力性、安全性及达到降低发动机排汽污染的目的。1.2 研究目的及意义电控自动变速器不管是从乘坐舒适性能和汽车的动力性能，还是从汽车的使用寿命和行车安全方面，都比手动变速器高一个台阶，当然还有降低排放，车辆在坏路上的通过性能等优良特点。研究的目的就是为了防止故障的产生和产生故障时能分析故障原因所在，不需要盲目的寻找故障部位，意义就是为了能减少故障产生概率，减少维修工时，减少驾驶员的疲劳、提高汽车使用寿命。1.3 研究内容本论文主要是通过探讨电控自动变速器的结构、工作原理和诊断方法，总结故障诊断的思路、方法、步骤和流程，分析自动变速器各主要元件的工作原理和各种传感器信号变化对自动变速器性能的影响，对电控系统、齿轮变速机构和液压控制装置进行故障诊断和分析，对变速器工作中易出现的故障给予排除，以实现对汽车电控自动变速器的熟练使用。2 自动变速器的概述2.1 自动变速器的种类自动变速器种类很多，主要有液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)。从技术发展角度看，关键是电子技术、电液控制技术和传感技术。（1）液力自动变速器(AT) 它是将发动机的机械能平稳地传给车轮的一种液力机械装置，以其良好的乘坐舒适性、方便的操纵性、优越的动力性、良好的安全性奠定了在汽车工业的主导地位。（2）电控机械式自动变速器(AMT) AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。是非常适合我国国情的机电一体化高新技术产品，它是在现生产的机械变速器上进行改造的。保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换挡杆部分。生产继承性好，改造的投人费用少，非常容易被生产厂家接受。它的缺点是非动力换挡,这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。（3）无级自动变速器 无级自动变速器(CVT)，世界最早的无级自动变速器，因为受传动橡胶带强度所限制，难于推广实用。直到1984年因VanDoone发明了金属v型带才获新生。CVT速比光滑变化，无级传递扭矩，乘坐舒适，加速性好，燃料经济性高。但它的起动性能差，故需另加起动装置，现在较多的CVT选液力变矩器为起动装置，又称双无级自动变速器。2.2 自动变速器的组成自动变速器主要由液力变矩器、机械变速机构、阀体总成、电控系统等四个部分组成。前两个部分主要完成转矩与转速的调节，阀体总成完成液力控制，执行件为各档离合器与制动器，电控系统的核心为电子控制单元ECU，执行件为各种电磁阀。（1）液力变矩器 液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用是与采用手动变速器中的离合器相似，并可在一定范围内实现减速增矩。（2）机械变速机构 机械变速机构包括变速机构和换档执行机构。换档的执行机构可以使变速机构处于不同的啮合状态，以实现不同的传动比。大部分自动变速器的行星齿轮机构有34个前进档和1个倒档。（3）液压控制系统 液压控制系统由自动变速器的阀体总成和许多控制阀以及液压管路组成。（4)电液控制系统 电液控制系统除了阀体及液压管路之外，还包括ECU（电子控制单元）、传感器、执行器及控制电路等。2.3 自动变速器的特点电控自动变速器较手动变速器具有智能化程度高、换挡品质好、扭矩覆盖面大及结构紧凑等特点。当然也也存在一些缺点。自动变速器的优点:（1）自动变速消除了驾驶员换挡技术的差异性 自动变速系统可按最佳换挡规律，自动地完成换挡需求，从而获得整车的最佳燃油经济性、动力性及较低的污染排放。（2）自动变速器提供了良好的传动比转换性能 自动变速器的速度变换不仅迅速而且连续平稳，提高了乘坐舒适性，也提高了变速器及传动系零件的使用寿命，因为采用液力元件，可吸收动力传动装置中的动载荷。同时自动换挡避免了粗暴换挡所产生的冲击与动载。（3）自动变速器改善了车辆的动力性和通过性 自动变速器因其液力变矩的变矩性能可实现无级自动换挡，而使汽车的起步、加速性能大大提高。自动换挡过程中传动系功率不中断，且可获得最佳换挡时刻进行换挡，提高了车辆的加速性能和平均行驶速度。另外，液力传动的自动换挡，可显著地改善车辆的通过性，能以较高的速度通过雪地、松软路面。（4）自动变速器可减轻驾驶员疲劳强度，提高行车的安全性 自动变速器从根本上简化了操纵，由于取消了离合器踏板和变速杆，驾驶员只需操纵油门踏板，即可实现自动变速。若用巡航控制，连油门也无需人工控制了。这样极大地降低了驾驶员的劳动强度，使驾驶员从频繁的换挡操纵中解放出来，集中精力观察路面状况，操纵方向盘。（5）自动变速器可减少发动机排气污染 汽车排放的CO和HC有毒物质的含量与发动机使用条件有关。发动机在稳定工况下排放量小，而在非稳定状况下排放量大。发动机在极高与极低转速工作或加速时，容易产生黑烟。 由于无级变速和自动换挡技术的使用，能把发动机限制在污染较小的转速范围内工作，从而可降低发动机排放中害物含量。自动变速器除具有以上优点外，还有一些缺点：（1）较手动变速器，自动变速器结构复杂，制造精度要求高，加工量大，制造难度大，成本高。（2） 传动效率低。一般液力传动效率最高可达80%90%，比机械传动效率低8%12%，但从整车效率看，通过采用与发动机的最佳匹配，遵循最佳换挡规律，并采用变矩器的锁止，增加机械挡数与采用超速换挡装置，可使其机械效率达到手动变速器的水平。（3） 由于自动变速器结构复杂，相应的维修技术也较复杂。要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。3 液压控制部分3.1 液力变矩器3.1.1 液力变矩器的作用和组成液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上。它利用液力传动的原理，将发动机的动力传给自动变速器的输入轴。它具有以下作用：（1）起到自动离合器的作用，传递或不传递发动机扭矩至变速器。（2）减速增扭。（3）实现无级变速。（4）缓和冲击。（5）驱动控制系统的油泵。（6）起到飞轮的作用，使发动机转动平稳。简单的液力变矩器结构示意图及主要零件如图1所示，变矩器由泵轮、涡轮和导轮三个基本元件以及外壳组成。图1 液力变矩器的结构示意图1-发动机曲轴；2-变矩器壳；3-涡轮；4-泵轮；5-导轮；6-导轮固定套管；7-从动轴各工作轮用铝合金精密铸造，或用钢板冲压焊接而成。泵轮与变矩器外壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘上。壳体做成两半，装配后焊成一体（有的用螺栓连接）。涡轮通过从动轴与传动系的其他部件相连。导轮则固定在不动的套管上。所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。3.1.2 液力变矩器的工作原理液力变矩器的工作原理可以用两台电风扇作形象描述：一台电风扇接通电源就像变矩器中的泵轮，另一台电风扇不接电源就像变矩器中的涡轮。将两台电风扇对置，当接通电源的电风扇旋转时，产生的气流可以吹动不接电源的风扇使其转动。这样两个电风扇就组成了偶合器，它能够传递扭矩，但不能增大扭矩。如果添加一个管道，空气就会从后面通过管道，从没有电源的电风扇回流到有电源的电风扇。这样会增加有电源电风扇吹出的气流。在液力变矩器中，导轮起到了这种管道的作用。变矩器起动时，从泵轮喷射出的自动变速器油ATF流入静止的涡轮中形成环流。当泵轮转速增高时，环流作用使涡轮的扭矩增大，涡轮开始缓慢地旋转，并逐渐加快，缩小了泵轮的转速差而提高了传动效率。此时是没有导轮的情况，相当于液力偶合器。当在泵轮和涡轮中安装了导轮后，当涡轮转动时，从涡轮流出的自动变速器油ATF有残留的动能，通过导轮加在泵轮上从而增大扭矩。泵轮与涡轮的转速差越大，扭矩增大也越快。液力变矩器之所以能起变矩作用，就是由于结构上比液力偶合器多了一个导轮。在自动变速器油ATF循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的扭矩不同于泵轮输入扭矩。3.2 油泵油泵是自动变速器最重要的总成之一，其技术状况的好坏，对自动变速器的使用性能及使用寿命有很大影响，它通常安装在液力变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器提供压力油。常见的型式有啮合齿轮泵、摆线转子泵、叶片泵。本章只介绍啮合齿轮泵。内啮合齿轮泵 它是自动变速器中应用最多的一种油泵，各种丰田汽车自动变速器都采用这种泵。它具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、自吸能力强、流量波动小、噪声低等特点。内啮合齿轮泵的结构如图2所示，它由小齿轮、内齿轮、月牙形隔板、泵壳、泵盖等组成。图2 内啮合齿轮泵1-小齿轮；2-内齿轮；3-月牙形隔板；4-吸油腔；5-压油腔；6-进油道；7-出油道小齿轮由变矩器壳体后端轴套驱动，为主动齿轮，内齿轮为从动齿轮，月牙形隔板的作用是将工作腔分隔为吸油腔和压油腔，泵壳上有进油口和排油口。发动机运转时，小齿轮带动内齿轮如图2中顺时针方向旋转。在吸油腔，因齿轮不断退出啮合，容积增大，形成真空吸油；在压油腔，因齿轮不断进入啮合，容积减小，将液压油压出。3.3 主油路系统因油泵由发动机直接驱动，故其理论泵油量与发动机转速成正比，液压油由油泵输出后进入主油路系统，从而使主油路系统压力发生变化。发动机高速时，泵油量多，主油路压力高，引起换挡冲击及泵油消耗功率增大；发动机低速时，泵油量少，主油路压力低，引起制动器、离合器打滑。为防止上述两种现象发生，油泵的泵油量应在发动机处于怠速时即可满足自动变速器各部分的所需，而在发动机转速增加时利用主油路系统中的主油路调压阀来调节压力，让多余的液压油返回油底壳，使主油路系统的压力稳定一定的范围之内。同时，主油路调压阀应能满足主油路系统在不同工况、不同挡位时，具有不同油压的要求：（1）油门开度较小时，自动变速器所传递的扭矩较小，离合器、制动器不易打滑，主油路压力可以降低。而当油门开度较大时，因传递的扭矩较大，为防止离合器、制动器打滑，主油路压力要升高。（2）汽车低速挡行驶时，所传递的扭矩较大，主油路压力要高。而在高挡行驶时，所传递的扭矩较小，可降低主油路油压，以减小油泵运行阻力。（3）倒挡的使用时间较少，为减小自动变速器的尺寸，倒挡执行机构做得较小（摩擦片数少），为防止打滑，主油路压力要比前进挡时有所提高。主油路调压阀通常采用阶梯型滑阀，如图3所示。它由上部的阀芯、下部的柱塞套筒及调压弹簧组成。在阀门的上端A处，受来自油泵的液压力的作用；下端则受到柱塞下部C处的来自发动机油门所控制的节气门阀的液压力的作用（该液压力与油门开度成正比关系），以及调压弹簧的作用力。柱塞上下两端的力的平衡，决定阀体所处的位置。若油泵泵油量增大，油压升高，作用在A处向下的液压力增大，推动阀体下移，出油口打开，液压泵输出的部分油液排回油底壳，使主油路压力调整到规定值。当油门开大时，发动机转速增加，油泵产生液压力也升高，A处向下的液压力增大，但此时受油门控制的节气门阀油压也增大，使得在C处向上的作用力也增大，于是主油路调压阀继续保持平衡，满足了油门开度大时对主油路油压增大的要求。倒挡时，手动阀打开另一条油路，将压力油引入主油路调压阀柱塞的B腔，使作用在下端向上的油压力增大，阀芯上移，出油口变小，主油路压力增高，从而满足了倒挡时油压较前进挡有所增大的要求。图3 主油路调压阀的工作原理3.4 换挡信号系统给自动变速器提供换挡操纵的有两个换挡信号，即发动机负荷与转速。在液压控制系统中，这两个信号分别由节气门阀和速控阀提供。3.4.1 节气门阀节气门阀受发动机加速踏板控制，是随节气门开度大小（即发动机负荷大小）而改变其输出油压力的液压阀，其输出油压与节气门开度成正比关系。此油压作为液压控制系统自动换挡的一个信号。节气门阀根据控制方式的不同分为机械式和真空式两种。在这里主要讲述一下真空式节气门阀。如图4所示，真空式节气门阀由真空气室、推杆和滑阀等组成。上部被膜片隔开的真空气室通过软管与发动机节气门后的进气管相通，与膜片相连的推杆则在膜片弹簧的作用力下将滑阀的阀芯往下推。阀芯上有三个油道口：进油口A与主油路相通，出油口B输出节气门阀油压，泄油口C用以泄油。从出油口B输出的油压流至阀芯底部，其液压作用力使滑阀芯上移，与膜片弹簧的作用力平衡。油液从进油口A到出油口B或出油口B到泄油口C，均要经阀口节流。图4 真空式节气门阀1-真空气室；2-膜片弹簧；3-膜片；4-推杆；5-滑阀；A-主油路进油口；B-节气门油压出油口；C-泄油口；D-真空接口当节气门开度较小时，进气管的真空度大，真空室膜片对阀芯向下的推力减小，阀芯上移，节流口变小，输出油压减小；当节气门开度大时，进气管真空度小，真空室膜片对阀芯向下的推力增大，阀芯下移，节流口变大，输出油压力增大；当节气门开度维持不变时，阀芯维持在将进油口A、泄油口C两口关闭的平衡状态，输出油压不变，若此时减速小开度则通过C泄油使输出油降低，反之增大开度，则从进油口A进油使输出油增大。3.4.2 速控阀速控阀也称为调速器，其作用是为自动变速器换挡控制提供一个随车速变化的控制油压。该油压与节气门阀油压一起共同控制换挡阀的工作。它一般安装在自动变速器的输出轴上，随输出轴一起转动，或者安装在自动变速器的壳体上，通过齿轮与输出轴相连。其基本原理是利用离心力来控制滑阀阀芯的位置，来控制速控阀油压的大小。速控阀也称为调速器，其作用是为自动变速器换挡控制提供一个随车速变化的控制油压。该油压与节气门阀油压一起共同控制换挡阀的工作。它一般安装在自动变速器的输出轴上，随输出轴一起转动，或者安装在自动变速器的壳体上，通过齿轮与输出轴相连。其基本原理是利用离心力来控制滑阀阀芯的位置，来控制速控阀油压的大小。双级式速控阀的结构如图5所示，重块为初级飞块，滑阀为次级飞块的一种安装在输出轴上的双级式速控阀。进油孔与主油路相通，出油孔输出速控阀油压，泄油孔用来泄油以调节速控阀油压。 图5 节流式双级速控阀1-滑阀；2-重块；3-进油孔；4-出油孔；5-输出轴；6-销轴；7-弹簧；8-调速器外壳；9-泄油孔在低速区工作时，重块在离心力的作用下外移，并通过弹簧带动滑阀一起外移，打开进油孔，主油路压力油经进油孔节流减压后成为速控阀油压。作用在油阀上的速控阀油压向下的作用力使油阀下移，关小进油孔，直至速控阀油压的作用与离心力平衡时，关闭进油口，速控阀输出油压不变。双级式速控阀工作特性曲线如图6所示，因重块质量大，随着车速提高，输出轴转速升高，离心力增大，速控阀油压急剧升高。图6 双级式速控阀工作特性曲线图3.5 换档阀换挡阀工作原理示意图如图7所示，换挡阀是一种由液压控制的2位换向阀。它有两个工作位置，可以实现升挡或降挡的目的。图7中换挡阀的右端作用来自速控阀的输出油压，左端作用着来自节气门阀的输出油压和弹簧的作用力。换挡阀的位置取决于两端控制压力的大小。当右端的速控阀油压低于左端的节气门阀油压和弹簧作用力之和时，换挡阀保持在右端；当右端的速控阀油压高于左端的节气门阀油压和弹簧作用力之和时，换挡阀移至左端。换挡阀改变方向时，主油路的方向发生变化，以实现不同的挡位。在图7中，当换挡阀从左端移至右端时，自动变速器升高1个挡位；反之则降低1个挡位。由此可知，自动变速器的升挡和降挡完全受节气门阀油压和速控阀油压控制。节气门阀油压大小反映的是油门的开度大小，速控阀油压大小反映的车速大小。若汽车行驶时油门开度保持不变，车速低时换挡阀在左端处于低挡，随着车速升高至规定值将推动换挡阀移至右端升入高挡，这个车速的规定值称为升挡车速（或升挡时刻）。当油门开度增大时，节气门阀油压增大，从而使相应的升挡速控阀油压增大即升挡车速将增大，这种规律十分符合汽车的实际使用要求。因每个换挡阀只有两个工作位置，只能在2个挡之间变换，故对三挡自动变动器而言要设置两个换挡阀，对四挡自动变速器而言要设置3个换挡阀，它们的工作原理完全一样，只是控制的挡位不同而已。 图7 换档阀工作原理示意图1-换档阀；2-弹簧；3-主油路进油孔；4-至低档换档执行元件；5-至高档换档执行元件；6、7-泄油孔；P1-速控阀油压；P2-节气门阀油压；F-弹簧力3.6 蓄压减震器蓄压减振器也称贮能减振器。常见的蓄压减振器由减振活塞和弹簧组成，如图8所示，图中的3个蓄压减振器分别与3个挡位换挡执行元件的油路相通，对应在各挡起作用。蓄压减震器的主要目的是使液压缸内压力升高速度减缓，离合器、制动器接合柔和，减小换挡冲击。图8蓄压减震器1-减震活塞；2-减震弹簧；A、B、C-同换档执行元件油路；D-节气门油压4 机械装置及电控装置4.1 组合式行星齿轮机构不同车型的自动变速器在结构上往往有较大的差别。如前进档的档数不同，离合器、制动器及单向离合器的数目和布置方式也不同，所采用的行星齿轮机构的类型也不同。早期自动变速器常采用两个或三个前进档，新型轿车自动变速器大部分采用四个或五个前进档。前进档的数目越多，行星齿轮变速器中的离合器、自动器及单向离合器的数目就越多。离合器、自动器及单向离合器的布置方式主要取决于行星齿轮变速器前进档的档数及所采用的行星齿轮机构的类型。对行星齿轮机构类型相同的行星齿轮变速器来说，其离合器、制动器及单向离合器的布置方式及工作过程基本上是一致的。因此，了解各种不同的行星齿轮机构所组成的行星齿轮变速器的结构和工作原理，是掌握各种不同车型自动变速器结构和工作原理的基础，也是深入分析自动变速器故障因果关系、为排除故障建立清晰、正确的思路的前提。目前轿车上采用的行星齿轮变速器主要有辛普森（Simpson）式和拉维娜（Ravigneaux）式以及行星排组合式等几种类型。本章主要以辛普森（Simpson）式行星齿轮机构为主，对其档位传递的路线进行分析和研究。典型的辛普森式行星齿轮机构结构特点如下：（1）由双排行星齿轮机构组成，公用一个太阳轮；（2）动力输出元件是前齿圈和后行星架组件或前行星架和后齿圈组件；（3）动力输入元件是公用太阳轮、非组件的齿圈；（4）通过对公用太阳轮和非组件的行星架的固定、动力输入元件的连锁实现各种档位变化。4.1.1 D-1档和2-1档图9所示是D-1档传动路线原理图，在D-1或2-1档时，O/D离合器，前进档离合器接合工作。接合使O/D太阳轮与O/D行星架连接在一起，即超速行星齿轮机构连成一整体一起转动，传动比为1，使主动轴输入动力直接传给前进档离合器的主动部件。图9 D-1档传动路线原理图由于前进档离合器接合，使动力通过中间轴传到后齿圈并使之顺时针转动；后行星架和前齿圈由于输出阻力较大，使后齿圈带动后行星轮顺时针转动，前后太阳轮逆时针方向转动，造成前行星架也有朝逆时针方向转动的趋势。由于2号单向离合器的逆时针方向锁止作用，使前行星架转动受阻，固定不动。D-1档的动力传递路线为：输入轴O/D行星架O/D齿轮（由于结合直接传动）前离合器接合中间轴后齿圈后行星轮后行星架功率输出轴前后太阳轮前行星轮（固定前行星架）前齿圈输入的转矩即通过后行星架，又通过前齿圈传到功率输出轴上，使前后行星齿轮机构均能承受一定的负荷，减轻了齿轮的负载，以防止齿轮损伤。4.1.2 R档图10所示是R档传动路线原理图，在R档时，O/D离合器结合，超速排直接传动，动力从输入轴过超速排直接传递到直接档离合器的主动部件。由于直接档离合器接合工作，动力传递到前后太阳轮并作顺时针转动。低/倒档制动器结合工作使前行星架固定不动。在前行星齿轮排中，输入为前后太阳轮、前行星架被固定，输出为前齿圈。所以动力由前后太阳轮通过前行星轮传到前齿圈，并使齿圈向逆时针方向转动，实现倒档传动。图10 R档传动路线原理图R档传动路线为：输入轴O/D行星架O/D齿圈（由于结合直接传动）直接档离合器结合前后太阳轮前行星轮（接合，固定前行星架）前齿圈功率输出轴。4.1.3 “N”位和“P”位当换档杆在“N”（空档）和“P”（停车档）时，尽管O/D离合器仍处于结合状态，但前进档离合器、直接档离合器均分离，动力不可能传至输出轴，也即空档。在“P”位时，利用机械停车锁爪锁定前行星齿轮的齿圈（见图11）以保证可靠停车。图11 P位停车锁爪4.2 电控装置自动变速器的电控装置如图12所示，主要由传感器、控制开关、执行器及电子控制单元等组成。电子控制单元根据传感器检测所得节气门开度、车速、油温等运转参数，以及各种控制开关送来的当前状态信号，经运算比较和分析后按设定的程序，向各个执行器发出指令，以操纵阀板总成中各种控制阀的工作，从而最终实现对自动变速器的控制。图12 自动变速器电控装置4.2.1 传感器结构与工作原理（1）节气门位置传感器 用以检测发动机节气门开度的大小，是自动变速器换挡控制的一个重要依据。图13是自动变速器通常采用的线性节气门位置传感器。节气门轴带动线性电位计和怠速开关的滑动触点。 图13 节气门位置传感器1-怠速开关滑动触点；2-线性电位计滑动触点；A-基准电压；B-节气门开度信号；C-怠速信号；D-接地节气门关闭时，怠速开关接通；节气门开启时，怠速开关断开。当节气门开度不同时，电位计电阻不同，这样节气门开度的变化被转变为电阻或电压信号输入电子控制单元，电子控制单元就可获得节气门变化的信号和变化的速率，以此作为其控制不同行驶条件下的挡位变换的重要依据。（2）车速传感器车速传感器主要有磁电感应式车速传感器、霍尔式车速传感器、光电式车速传感器，以下主要对磁电感应式具体分析。图14是一种磁电感应式的车速传感器，它固定于自动变速器输出轴附近的壳体上，靠近安装在输出轴上的停车锁止齿轮或感应转子。用于检测自动变速器输出轴的转速，并换算成汽车行驶的车速，它也是自动变速器换挡控制的一个重要依据。当输出轴转动时，停车锁止齿轮或感应转子的凸齿不断靠近或离开车速传感器，感应线圈内的磁通量发生变化，从而产生交流感应电压。电子控制单元根据感应电压脉冲频率的大小计算出车速。车速传感器通常安装在驱动桥壳或变速器壳内，车速传感器信号线通常装在屏蔽的外套内，这是为了消除有高压电火线及车载电话或其他电子设备产生的电磁及射频干扰，用于保证电子通讯不产生中断，防止造成驾驶性能变差或其他问题。图14 车速传感器1-输出轴；2-停车锁止车轮；3-车速传感器（3）输入轴转速传感器图15是输入轴转速传感器，用以检测自动变速器输入轴转速信号，该信号使电子控制单元对换挡过程的控制更为精确，同时该信号与发动机转速信号比较可计算出液力变矩器的传动比，优化油路压力控制过程和锁止离合器的控制过程，改善换挡质量，提高汽车的行驶性能。其结构、工作原理与车速传感器相同。图15 输入轴转速传感器1-行星齿轮变速器输入轴；2-输入轴转速传感器（4）油温传感器图16是液压油温度传感器，用以检测液压油的温度，作为电子控制单元进行换挡控制、油压控制和锁止离合器控制的依据。油温传感器位于油底壳内阀板上，内部结构为一热敏电阻，其阻值随温度发生变化，通常温度越高，阻值越小，电子控制单元根据其阻值的变化计算出油温。图16 液压油温度传感器1-滑板；2-液压油温度传感器4.2.2 执行器电子控制装置中的执行器是各种电磁阀。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。常见电磁阀的有开关式和脉冲线性式两种。（1）开关式电磁阀开关式电磁阀的作用是开启或关闭自动变速器油路，可用于换挡及液力变矩器的锁止离合器的控制。图17是开关式电磁阀，由电磁线圈、衔铁、阀芯和回位弹簧等组成。它只有两种工作状态：全开或全关。图中当线圈不通电时，阀芯被油压推开，打开泄油孔，该油路压力泄为0；当线圈通电时，电磁力将阀芯左移，关闭泄油孔，油路压力上升。图17 开关式电磁阀1-电子控制单元（ECU）；2-电磁线圈；3-衔铁和阀芯；4-阀球；5-泄油孔；6-主油道；7-控制油道（2）脉冲线性式电磁阀图18是脉冲线性式电磁阀，它的结构与开关式电磁阀相似，也是由电磁线圈衔铁、阀芯或滑阀等组成。图18 脉冲线性式电磁阀1-电子控制单元（ECU）；2-电磁线圈；3-衔铁和阀芯；4-滑阀；5-滤网；6-主油道；7-泄油孔；8-控制油道脉冲线性式电磁阀用来控制油路中的油压。通电后，电磁力使阀芯或滑阀开启泄油孔，压力下降；不通电，在弹簧作用下阀芯或滑阀关闭泄油孔，压力上升。其控制电信号为一个频率固定的脉冲电信号，脉冲电信号使电磁阀不断反复地开启和关闭泄油孔，电子控制单元通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比例即所谓的占空比来控制油路压力。占空比控制也称电控脉宽调制技术，它是通过电子控制装置对加在工作执行元件上一定频率的电压信号进行脉冲宽度的调制，以实现对所控制的执行元件工作状态精确，连续的控制。占空比实质上是指受控制的电路被接通的时间占整个电路工作周期的百分比。图19是占空比与油路压力成反比关系图。即电流接通的时间A与整个周期所占的时间A+B的比值。图19 脉冲线性式电磁阀的控制信号4.3 故障自诊断和失效保护在电子控制装置中电子控制单元能不停地监测所有传感器和部分执行器的工作，一旦发现某个传感器或执行器有故障，工作不正常，它立即采取以下几种保护措施：（1）在汽车行驶时，仪表盘上的自动变速器故障警告灯亮起，以提醒驾驶员立即将汽车送至修理厂检修。（2）将检测到的故障内容以故障代码的形式贮存在电子控制单元的存储器中。（3）电子控制单元按设定的失效保护程序控制自动变速器的工作，以保证汽车的基本行驶能力。5 电控自动变速器的故障诊断与分析汽车技术状况的诊断是通过检查、测试、分析和判断等一系列步骤完成的。传统的汽车故障诊断建立在人工经验检查基础上，主要依赖于人工观察、推理分析和逻辑判断。现代汽车故障诊断则通过先进的仪器设备、利用电子控制技术，对汽车故障作出准确、快速的诊断。电控自动变速器是由机械系统、液压系统和电控系统组成的机、电、液一体化产品，其故障诊断的特点和方法与其他装置不同，尤其是液压系统的诊断及检测与其他电控系统有很大差别，要进行基础检验、手动换挡试验和机械试验等。本章对汽车电控自动变速器故障诊断中的自我诊断、检测诊断与人工经验诊断之间相辅相成的关系及检测时应注意的问题进行阐述。5.1 电控自动变速器故障的诊断方法5.1.1 自我诊断法电子控制自动变速器ECU内设有故障自诊断电路，利用汽车电子控制系统提供的故障自诊断功能，能在汽车行驶过程中不断监测自动变速器控制系统各部位的工作情况，检验出控制系统中的大部分故障，并将故障以代码形式存储在ECU中，为自动变速器控制系统检修提供依据。但自诊断系统通常只能提供与本系统有关的电气装置或线路故障，一般只能作出初步诊断，具体故障原因需通过直观诊断和简单仪表深入查找(利用以万用表为主的通用仪表提取数据流，并与标准值比较来进行诊断)。这种方法主要用于电子控制系统和电气装置的诊断，通常可用于对故障进行深入诊断。5.1.2 人工经验诊断法经验诊断法是维修人员凭借丰富的实践经验和一定的理论知识，在变速器不解体或局部解体情况下，借助简单工具，根据汽车运行时表现出来的异常状况，用眼看、耳听、手摸等手段，边检查、边试验、边分析，进而对汽车状况作出判断的一种方法。具有不需要复杂仪器设备、可随时随地应用、投资少、见效快等优点。虽然其诊断速度慢、准确性较差、不能进行定量分析，但人工诊断作为一种传统的故障诊断方法，不论在以前、现在，还是将来，都是诊断汽车故障的一种重要方法。由于其准确性直接取决于维修人员的水平，所以要求维修人员具有扎实的理论”功底、丰富的实践经验和熟练的操作技能，掌握准确的判断方法。与电控发动机一样，电控自动变速器故障自诊断系统的监测范围有限，不能把故障全部列举出来。当自动变速器出现故障但无故障码输出时，应根据经验对故障现象进行检查、检测，分析故障原因，进而排除故障。如汽车行驶中自动变速器有异响、汽车停驶时异响消失的故障，根据经验，故障原因有：（1）变速器油面过高或过低或油泵磨损严重；（2）变矩器锁止离合器、导轮单向离合器损坏；（3）行星齿轮系统出现故障；（4）变速器换挡执行元件运动干涉。故障诊断与排除方法有：（1）检查自动变速器油面的高度，将油面调整到正常高度；（2）用举升机将汽车举起，起动发动机，分别在空挡、前进挡和倒挡时检查自动变速器的异响情况，如果在任何挡位下自动变速器前部始终发出连续异响，则可能是油泵或液力变矩器发出的异响；如果在挂入空挡后异响消失，则为行星齿轮变速器发出的异响。5.1.3 检测诊断法检测诊断法是在不解体情况下，利用检测设备和仪器获取行驶状态下自动变速器的性能曲线及液力变矩器的工作状况。汽车自动变速器检测设备包括检测试验台和电涡流测功机、驱动部分和控制部分，可测试自动变速器的扭矩和油压，从而判断自动变速器的故障。目前，我国汽车维修企业在自动变速器诊断与维修中，只能对自动变速器进行彻底的解钵检查，修理后装车进行路试，若出现其他故障，则必须再次解体检修。有的前后解体多达10次，甚至还未能找到故障原因，造成修理费用居高不下。因此，有必要开发、应用故障检测设备。目前，正在不断开发、应用自动变速器检测设备，相信检测诊断法在汽车故障诊断中的应用将越来越广泛。5.2 电控自动变速器故障诊断中的注意问题电子控制自动变速器故障检修较为复杂，许多故障原因涉及机械、液压和电子控制等系统故障，而各个系统故障出现的概率和检修的难易程度不同。为迅速、准确地排除故障，诊断中应注意如下问题：（1)首先应考虑常见的故障部位。自动变速器的许多故障原因虽然涉及多个系统，但自动变速器中的液压阀、变矩器等出现故障的概率一般很小。常见的故障原因是自动变速器油面高度不当或油质变差、节气门拉杆或换挡等联动装置松动或调节不当、发动机怠速不当、液压系统出现漏油而使油压不足、电子控制系统线路插接器松动而使电路接触不良等。对这些较常见的故障，通过直观检查往往可简单而又迅速地排除。（2)要取得自诊断故障信息。当自动变速器电子控制系统出现故障时，其自诊断系统会记录下故障代码，检修前进行故障自诊断操作，可准确、迅速地排除自动变速器电子控制系统故障。（3)仔细、全面地分析故障。仔细辨别自动变速器故障现象，必要时可以通过有关试验来确认故障特征，这样既可避免盲目检查与故障现象无关的部位，又不会漏检有关的部件而导致故障不能排除。（4）不要盲目拆卸。在未拆卸前，可通过有关试验区分故障性质和大致范围。在未确定故障的大致范围前盲目解体自动变速器，对迅速查找故障部位极为不利。即使盲目地拆卸看到摩擦片等部件烧伤，更换后也还同样会烧伤，因为没有具体找出故障原因。5.3 变速器故障诊断分析简而言之，自动变速器故障诊断就是针对变速器故障现象（症状），进行检测和分析，作出故障部位和原因的判断。清洗的检测思路、缜密的综合分析、逻辑推理和判断是实现快速、准确、有效的故障诊断的关键。（1）故障树诊断法故障树诊断法是变速器故障诊断最常用的分析方法。故障树诊断法又称故障树分析法，它是将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级细化的分析方法，其目的是判断基本故障，确定故障的部位和原因。它是对复杂系统进行故障诊断的有效工具。（2）变速器故障诊断流程图变速器故障诊断流程图是变速器故障诊断中检测思路、综合分析、逻辑推理和判断方法最常用的具体表达方式，深受汽车维修一线工作人员的欢迎。变速器故障诊断流程图是根据变速器故障现象的特征和技术状态之间的逻辑关系，反映变速器故障诊断综合分析、逻辑推理和判断思路，描述变速器故障诊断操作顺序和具体方法，从原始故障现象到具体故障部位和原因的顺序框图。5.4 自动变速器的检验自动变速器的很多故障都是通过这些检验发现的，因此，这些检验项目对于自动变速器的故障诊断非常重要。掌握正确的检验方法，是进行自动变速器维护与修理的基础，检验项目可以分为油压实验、时滞实验、失速实验、道路实验、手动换挡实验等等。5.4.1 油压试验自动变速器控制油压过高或过低，都会对自动变速器的工作影响很大。油压过高，会造成自动变速器换挡时冲击过大，液压系统容易损坏。油压过低，会使离合器、制动器等换挡执行元件打滑，影响自动变速器的正常工作，且加速了离合器和制动摩擦片的磨损，严重时会导致摩擦片烧坏。因此油压实验是自动变速器检修中一项重要的检验内容。实验目的：测量液压控制系统管路中的油压，用以判断各泵、阀的工作性能好坏。准备工作：（1）让汽车行驶，使发动机及自动变速器达到正常工作温度；（2)将车辆停放在水平路面上，检查发动机怠速和自动变速器的油面高度。如不正常，应补加或更换自动变速器油；（3)准备一个量程为2MPa的压力表；（4)找出自动变速器各个油路测压孔的位置。通常在自动变速器外壳上有几个用方头螺栓堵住的用于测量不同油路油压的油压孔。实验步骤：主油路油压测试时，应分别测出前进档和倒档的主油路油压。（1）前进挡主油路油压的测试 拆下变速器壳体上主油路测压孔或前进档油路测压孔螺栓，接上油压表。起动发动机，将变速杆拨到前进档位置。读出发动机怠速运转时的油压。该油压即为怠速工况下的前进档主油路油压。（2）倒档主油路油压的测试 拆下自动变速器壳体上倒档油路油压孔螺塞，接上油压表。起动发动机，将变速杆拨至倒档位置。在发动机怠速运转工况下读取油压值，即怠速工况下的倒档主油路油压。用左脚踩下制动踏板，同时用右脚将加速踏板踩到底，在发动机失速工况下读取油压值，即怠速工况下的倒档主油路油压。用左脚踩住制动踏板，同时用右脚将加速踏板踩到底，在发动机失速工况下读取油压，即为失速工况下的倒档主油路油压。5.4.2 时滞实验在发动机怠速运转时将变速杆从空档拨至前进档或倒档，需要有一段短时间的迟滞或延时才能使自动变速器完成换挡工作，这一时间称为自动变速器换挡