006电控自动变速

汽车电控自动变速技术,主讲：舒华教授军事交通学院,第八章汽车电控自动变速系统,第一节自动变速概述第二节齿轮变速系统第三节液压控制系统第四节电子控制系统,第一节自动变速概述,图81凌志LS400型轿车A341E、A342E型电控自动变速器组成,一、电控自动变速系统组成,自动变速器A/T：AutomaticTransmission电控自动变速系统ECT：ElectronicControlledTransmissionSystemECT组成：齿轮变速系统：液力变矩器齿轮变速机构换挡执行机构液压控制系统：液压传动装置、阀体、油道电子控制系统：传感器、ECTECU、执行器,二、自动变速器功用,变速器定义：变速器：能够改变驱动车轮转矩和转速的装置。自动变速器：自动变换汽车驱动车轮的转速和转矩，适应汽车负载和道路条件变化地要求。自动变速器功用：自动改变驱动车轮的转速和转矩，使车轮倒向行驶或中断发动机与车轮之间的动力传递。,ECT子系统的功用,1、液力变矩器：安装在发动机飞轮上功用：利用液力传动原理，将发动机动力传递给自动变速器的输入轴。还能实现无级变速，具有一定的减速增扭作用。2、齿轮变速器功用：变速器的不同挡位与液力变矩器配合，实现由起步至最高车速范围内的传动比。（1）齿轮变速机构：超速行星排、前行星排和后行星排功用：组成34个前进挡和1个倒挡（2）换挡执行机构：离合器、制动器功用：改变齿轮机构的传动比，获得不同速比的挡位。3、液压控制系统：根据电磁阀状态，控制换挡元件油路的状态。液压传动装置：油泵、传动液ATF阀体：电磁阀、换挡阀、调压阀和控制阀等油道：连接液压装置4、电子控制系统：控制电磁阀状态传感器与控制开关：车速传感器VSS、TPS、CTS，换挡规律开关电控单元：ECTECU执行器:换挡电磁阀、锁止电磁阀,三、自动变速器的类型,全液压机械传动式自动变速器A/T：AutomaticTransmission控制原理：流体力学电控ECT：逐级ECT、无级CVT、手自一体ActivematicECT控制原理：电工电子学自动控制理论流体力学,四、自动变速器挡位代号的含义,（1）P：停车挡。P位置时，停车锁止机构将变速器的输出轴锁止，使驱动轮不能转动，从而防止汽车移动。（2）N：空挡。N位置时，变速器齿轮空转，不能输出动力。只有当选挡手柄处于“N”或“P”位置、使变速器处于空转状态时，发动机才能启动。此功能由空挡启动开关控制。（3）R：倒车挡。R位置时，接通自动变速器倒挡传动的油路，使倒挡的动力传递路线接通，汽车驱动轮反转而实现倒退行驶。（4）D：前进挡。D位置时，可获得不同的传动比传递动力。在良好道路上行驶时，手柄应当拨到“D”位置。（5）2：“前进低档”或“高速发动机制动挡”位置。2位置时，控制系统只能接通一、二挡的油路，使汽车具有足够的驱动力稳定地上坡，下坡时又可利用发动机制动，故称为“高速发动机制动挡”。（6）L（或1）：前进低档”或“低速发动机制动挡”位置。L（或1）位置时，只能接通一挡油路在一挡行驶。可获得比“2”位置更强的发动机制动效果，故又称为“低速发动机制动挡”。适用于汽车在山区、上坡或下坡行驶，使汽车具有足够的驱动力稳定地上坡，下坡时又可利用发动机制动。,五、电控自动变速原理,换挡时，ECTECU据换挡规律选择开关信号在换挡规律MAP中选择相应的换挡规律；根据TPS、VSS和开关信号在换挡规律MAP中查寻换挡时机、在变矩器锁止时机MAP中查寻确定液力变矩器的锁止时机。CPU向相应的电磁阀发出控制指令，电磁阀控制换挡阀（或锁止阀）动作，换挡阀（或锁止阀）阀芯移动改变换挡离合器和制动器（或锁止离合器）的控制油路，使离合器或制动器接合或分离，从而实现自动换挡（或液力变矩器锁止）。,（一）换挡时机控制原理,换挡（升挡或降挡）时机：自动切换挡位（速比）时机，又称换挡点。控制原理：选挡手柄位置：D、2或L位信号ECTECU换挡规律开关：NORM、PWR、ECONECTECU换挡规律TPS、VSS信号ECTECU换挡时机电磁阀换挡阀换挡离合器和制动器实现换挡（改变车速）,（二）锁止时机控制原理,良好道路行驶时：提高行驶速度和燃油经济性，锁止离合器接合，使变矩器的输入轴与输出轴成为刚性连接，将发动机动力直接传递到齿轮变速机构。控制原理：选挡手柄位置：D位置；O/D开关：ON位置换挡规律开关：NORM、PWR位置ECTECUTPS：开度5%、VSS：达到一定值ECTECU电磁阀锁止阀锁止离合器变矩器锁止（直接传力）,第二节齿轮变速系统,一、液力变矩器二、行星齿轮机构三、换档执行机构,定义：一种柔性传递扭矩的液力传动装置。功用：将发动机输出力矩传递到齿轮变速机构。类型：普通液力变矩器综合式液力变矩器锁止式液力变矩器：传动效率可达100%,一、液力变矩器,（一）普通液力变矩器结构,图91三元液力变矩器（a）元件结构；（b）工作原理1发动机飞轮；2涡轮；3泵轮；4导轮；5输出轴；6导轮固定套；7发动机曲轴涡轮2：圆盆状（工作轮或叶轮）泵轮3：圆盆状（工作轮或叶轮）导轮4：扇叶状（工作轮或叶轮）叶轮由铝合金精密铸造而成或由冷轧钢板冲压成形。,（二）普通液力变矩器连接关系,三个工作轮在密闭的变速器壳体中，壳体内充满自动传动液ATF：AutomaticTransmissionFluid泵轮：与发动机飞轮圆盘固定连接，主动部件。涡轮：与变矩器输出轴（即变速器输入轴）花键连接，从动部件导轮：固定在轴套上，轴套固定在变速器壳体上。导轮与涡轮和泵轮的叶片端面之间留有一定间隙；三个工作轮之间没有机械联系；三个工作轮上的叶片都径向倾斜排列；叶片都弯曲成一定弧度，保证ATF循环良好。,（三）变矩器传动液流动情况,图92工作轮叶片结构及传动液流动情况1涡轮；2导轮；3泵轮传动液流动情况：泵轮3涡轮2导轮1泵轮3,（四）普通液力变矩器力矩传递过程,发动机曲轴旋转飞轮圆盘带变矩器泵轮3一同旋转泵轮叶片带动ATF绕轴线作圆周运动ATF在离心力作用下沿叶片内缘向外缘甩出。由于泵轮3与涡轮1的转速差会使泵轮外缘与涡轮外缘之间产生压力差，因此ATF便从压力高的泵轮叶片外缘冲入涡轮叶片外缘，涡轮在高速液流的冲击力作用下，便随泵轮一同旋转，将力矩传递到输出轴。流入涡轮的ATF从涡轮叶片内缘流出并进入导轮2，由于导轮固定不动，因此液流经导轮叶片改变方向后，重又返回泵轮，ATF完成从泵轮涡轮导轮泵轮的工作循环，将发动机飞轮输出的扭矩传递到变速器输入轴。,（五）液力变矩器增扭原理,图93未设置导轮时传动液ATF流向图94设置导轮后传动液ATF流向液力变矩器传递到变速器的扭矩可以大于发动机的原始输入扭矩关键在于增设了固定不动的导轮。（1）不设导轮：液力偶合器在泵轮与涡轮转速差很大、ATF从涡轮回流到泵轮时，液流就会冲击泵轮叶片内缘前面（靠旋转方向一面），阻碍泵轮旋转。（2）增设导轮：导轮叶片将改变从涡轮回流至泵轮的液流方向，使液流冲击泵轮叶片背面，促使泵轮旋转。泵轮传递到涡轮的扭矩发动机输入扭矩从涡轮回流至泵轮液流冲击扭矩,（六）液力变矩器变扭系数,泵轮传递到涡轮的扭矩发动机输入扭矩从涡轮回流至泵轮液流冲击扭矩变扭系数（变扭比）K：液力变矩器输出扭矩增大的倍数当涡轮转速nw为零（nw0）时：称为发动机失速。失速时变扭系数KKmax：最大变扭系数或失速扭矩比。普通液力变矩器：适用于小型车辆K1.92.5，Kmax3（增大3倍）8086,（一）综合式液力变矩器结构,定义：在导轮与导轮套管之间安装有单向离合器的液力变矩器目的：在泵轮与涡轮的转速差小时，提高传动效率提高燃油经济性。96、K2.22.5，用于轿车、大型客车和工程车,图95综合式变矩器3导轮4单向离合器外座圈5单向离合器内座圈11滚柱8导轮固定套管（花键）,（二）普通液力变矩器转速差大时,图96传动液从涡轮流入导轮的流向（导轮固定）（a）转速差大时；（b）转速差小时（1）当转速差大时：导轮不动，使液流改变方向冲击泵轮叶片背面，促使泵轮旋转，增大扭矩。当转速差大时，由于泵轮与涡轮叶片外缘的压力差很大，因此沿涡轮叶片内缘流出的液流速度A很高。液流速度A在涡轮旋转速度（即ATF圆周运动速度）B的影响下，方向发生偏移，按合成速度方向C冲击导轮叶片前面（靠旋转方向一面，下面）。因为导轮不动，所以导轮叶片会使液流改变方向冲击泵轮叶片背面，促使泵轮旋转，从而增大扭矩。,（三）普通液力变矩器转速差小时,图96传动液从涡轮流入导轮的流向（导轮固定）（a）转速差大时；（b）转速差小时（2）当转速差小时：液流冲击泵轮叶片前端背面，产生涡流降低传动效率。当转速差小时，涡轮转速B增大，泵轮与涡轮叶片外缘的压力差减小，涡轮流速A减小，传动液按合成速度C冲击导轮叶片前端的背面（即上面）因为导轮固定不动，所以传动液将产生涡流，阻碍传动液顺利流动，造成能量损失，降低传动效率。,（四）综合式变矩器提高转动效率,图97转速差小时ATF流向（增设单向离合器后）增设离合器后：导轮通过单向离合器固定在变速器壳体上。传动液从涡轮回流到泵轮的流动方向，取决于泵轮与涡轮之间的转速差。当转速差大时：离合器锁止，导轮锁住不动，增大扭矩（同普通变矩器）。当转速差小时：离合器松驰（如图97所示，导轮旋转，ATF顺利回流至泵轮能量损失减小传动效率提高,（五）滚柱式单向离合器结构,图98滚柱式单向离合器结构与安装1内座圈；2滚柱与复位弹簧；3外座圈；4导轮；5导轮固定套内座圈1：与导轮固定套花键连接外座圈3：与导轮内圆连接，可随导轮转动滚柱总成2：滚柱、复位弹簧3,（六）滚柱式单向离合器原理,图99滚柱式单向离合器结构原理（a）自由状态；（b）锁止状态1外座圈；2滚柱；3复位弹簧；4内座圈当泵轮与涡轮转速差大时，滚柱将内外座圈卡成一体，使离合器锁止，变矩器增扭，如图（b）。（可达K2.5）当转速差减小（速比i0.8左右）时，离合器自由旋转，外座圈和导轮与泵轮同向转动，液力变矩器相当于液力偶合器传递动力，图a。,（七）楔块式单向离合器结构,图910楔块式单向离合器的结构（a）结构简图；（b）楔块尺寸1外座圈；2楔块；3保持架；4内座圈外座圈1：与导轮固定连接内座圈4：与导轮固定套花键连接固定楔块2：ABC片状弹簧保持架3：,（八）楔块式单向离合器原理,图99滚柱式单向离合器结构原理（a）自由状态；（b）锁止状态1外座圈；2滚柱；3复位弹簧；4内座圈当泵轮与涡轮的转速差大时，楔块将内、外座圈卡成一体，离合器锁止，增扭，如图（b）。（可达K2.2）当转速差减小（i0.8左右）时，楔块倾斜，离合器自由旋转，相当于液力偶合器传递动力，如图（a）所示。,（一）锁止式液力变矩器定义,定义：装有锁止离合器，能够直接传递动力的液力变矩器，又称为闭锁式液力变矩器。液力自动变速器汽车正常行驶时的燃油经济性不如机械式变速器的原因：变矩器传递扭矩过程中：传动液ATF摩擦、冲击损失能量（使ATF温度升高）涡轮与泵轮之间至少存在有45的转速差液力变矩器传动效率（100）机械式变速器（100）解决措施：综合式液力变矩器锁止离合器当锁止离合器分离时，锁止变矩器综合式变矩器当锁止离合器接合时，直接传递动力（传动效率：100）,（二）锁止式液力变矩器结构,图912锁止式液力变矩器的结构1涡轮输出轴（变速器输入轴）；2单向离合器；3变矩器壳体前盖；4锁止压盘；5减振弹簧；6减振盘；7泵轮；8涡轮；9导轮；10导轮固定套（外花键套）安装位置：涡轮与变矩器壳体前盖之间三元件液力变矩器：泵轮、导轮、涡流楔块式单向离合器：单向离合器锁止离合器：湿式离合器主动部件：液力变矩器壳体的前盖3从动部件：锁止压盘4减振盘6减振弹簧5,（三）锁止式液力变矩器工作原理,变矩器工作情况由ATF流向进行控制。当低速行驶时，速比小，变矩器变矩，离合器分离。ATF：由变速器输入轴（变矩器输出轴）中心油道（内油道A）流入锁止压盘左侧，压盘后移，离合器分离。油道A流入变矩器油道B流出。当高速行驶时，速比大，变矩器偶合器，离合器接合。ATF：由导轮固定套上外油道B变矩器内油道A流出。锁止压盘左侧油压降低，右侧仍为变矩器油压，压力差使锁止离合器接合。涡轮与泵轮接合成一体，传动效率100。发动机动力：变矩器前盖压盘涡轮壳变速器输入轴。,二、行星齿轮机构,（一）行星齿轮机构结构组成（二）行星齿轮机构运动规律（三）行星齿轮机构变速原理,（一）行星齿轮机构结构组成,太阳轮1：中心齿轮内齿圈2：环形齿圈行星架3：将行星轮连成一体行星轮4：36个对称布置行星轮轴5：各行星轮与太阳轮和内齿圈保持啮合，行星轮既能绕行星轮轴自转，又能围绕太阳轮公转，如同太阳系中地球与太阳的关系一样，故称为行星齿轮机构。,（二）行星齿轮机构运动规律,单排行星齿轮机构受力情况：太阳轮1力矩：M1F1R1内齿圈2力矩：M2F2R2行星架3力矩：M3F3R3设内齿圈齿数Z2与太阳轮齿数Z1之比为，则式中R1、R2太阳轮和内齿圈的节圆半径；Z1、Z2太阳轮和内齿圈的齿数；R3太阳轮与行星轮的中心距。,行星齿轮机构运动规律方程式,由行星轮4的受力平衡条件可得：F1F2F3（F1F2）2F1因此，太阳轮力矩M1、内齿圈力矩M2、行星架力矩M3分别为：根据能量守恒定律，太阳轮、内齿圈和行星架三个部件上输入与输出功率的代数和应等于零，即M1n1M2n2M3n30式中n1、n2、n3分别为太阳轮、内齿圈和行星架的转速。由此可得单排行星齿轮机构运动规律方程式：,（三）行星齿轮机构变速原理,由运动规律方程式：将太阳轮、内齿圈和行星架三者中的任意元件与主动轴相连作为输入主动件，第二元件与被动轴相连作为输出从动件，再将第三元件强制固定（制动）使其转速为零或约束其运动使其转速为某一定值，则整个轮系能以一定的传动比传递动力，实现不同挡位速度的变化。,1.内齿圈固定：太阳轮输入，行星架输出减速传动,设：太阳轮齿数Z124内齿圈齿数Z256内齿圈固定（n20）主动件（输入）：太阳轮1从动件（输出）：行星架3（图a）太阳轮：顺时转动行星轮：既绕各自的轴逆时针自转，还沿内齿圈滚动并绕太阳轮沿顺时针公转行星架：行星轮公转时，带动行星架绕太阳轮顺时旋转主、从动件旋向相同，且从动件转速低于主动件转速，实现减速传动。,内齿圈固定：行星架输入，太阳轮输出超速传动,设太阳轮齿数Z124内齿圈齿数Z256内齿圈固定（n20）主动件：行星架3从动件：太阳轮1（图b）行星架：顺时转动行星轮：逆时自转，同时顺时滚动太阳轮：行星轮驱动太阳轮顺时转动,（二）太阳轮固定（n10）,图917太阳轮固定时行星齿轮机构工作情况（a）内齿圈输入，行星架输出；（b）行星架输入，内齿圈输出；1太阳轮；2内齿圈；3行星架；4行星轮；5行星轮轴；表示输入；表示输出,（1）内齿圈输入，行星架输出减速传动,设太阳轮齿数Z124内齿圈齿数Z256太阳轮固定（n10）主动件：内齿圈2从动件：行星架3（图a）内齿圈：顺时转动行星轮：顺时自转，还绕太阳轮顺时滚动（公转）行星架：行星轮带动行星架顺时旋转,（2）太阳轮固定：行星架输入，内齿圈输出超速传动,设太阳轮齿数Z124内齿圈齿数Z2561太阳轮固定（n10）主动件：行星架3从动件：内齿圈1（图b）行星架：顺时转动行星轮：既顺时自转，又绕太阳轮顺时滚动（公转）内齿圈：行星轮带动内齿圈顺时转动,（三）星形架固定（n30）,图918行星架固定时行星齿轮机构工作情况（a）太阳轮输入，内齿圈输出；（b）内齿圈输入，太阳轮输出；1太阳轮；2内齿圈；3行星架；4行星轮；5行星轮轴；表示输入；表示输出,（1）太阳轮输入，内齿圈输出倒档减速传动,设太阳轮齿数Z124内齿圈齿数Z256行星架固定（n30）主动件：太阳轮从动件：内齿圈（图a）负号示主、从动件旋向相反。行星架固定时，各行星轮只能自转而无公转，作为惰轮使从动轮（内齿圈）与主动轮（太阳轮）反向转动。,（2）内齿圈输入，太阳轮输出倒档升速传动,设太阳轮齿数Z124内齿圈齿数Z256行星架固定（n30）主动件：内齿圈从动件：太阳轮（图b）行星架固定时，行星轮作为惰轮使主、从动轮反向转动实现升速、倒挡传动。,（四）联锁任意两个元件直接挡传动,任意两个元件联锁时：n1n2或n1n3或n2n3任意两个元件联锁时：各齿轮间无相对运动，整个行星齿轮机构将成一整体而旋转。n1n2n3,（五）所有元件都不受约束空挡传动,无元件受约束（无元件固定）：各元件自动转动，不传动力。,（六）单排行星齿轮机构运动规律,表91单排行星齿轮机构的运动规律五种传动方式、八种工作状态,五种传动方式、八种工作状态,单排行星齿轮机构的变速范围有限，不能满足实际需要。汽车自动变速器是由几个单排行星齿轮机构和几组离合器组成。通过控制离合器或制动器动作，组合不同的行星齿轮机构来获得不同档位的速比。组合形式多种多样，但变速原理与单排行星齿轮机构相同,三、换挡执行机构,（一）换档执行机构类型（二）换档离合器（三）换档制动器（四）停车锁止机构,（一）换挡执行机构类型,换挡离合器：结构原理与起动机离合器基本相同单向离合器：结构原理及类型同液力变矩器离合器片式离合器：利用传动液ATF压力推动活塞移动，使离合器片接合活塞式离合器换挡制动器：片式制动器：利用传动液ATF压力推动活塞移动，使制动器片接合活塞式制动器带式制动器：同自行车用带式制动器,（二）换挡离合器,功用：将变速机构的输入轴与行星排的某一个或两个元件连成一体，实现变速功能。类型：单向离合器：结构原理及类型同液力变矩器片式离合器：利用传动液ATF压力推动活塞移动，使离合器片接合活塞式离合器,（二）换挡离合器结构,离合器鼓4：内圆制有键槽，以安放离合器主动钢片11活塞5：压盘复位弹簧8：复位离合器片：从动摩擦片10；主动钢片11离合器花键鼓：制作在行星齿轮机构的齿圈外圆上（图中未画出）外圆制有键槽，以安放离合器从动摩擦片10,（三）片式换挡离合器工作情况,环状油腔：活塞3与离合器鼓4之间，并与控制油道1连通，活塞内外圆上的“O”形密封圈5保证密封。接合原理：ATF经油道1进入环形油腔时，油压使活塞克服弹簧弹力向右移动，主、从动片压紧，离合器接合，将离合器鼓和离合器花键鼓连接的机件（变速器轴或行星排的元件）连成一体。当控制油压解除后，活塞在弹簧弹力的作用下复位，离合器分离。,（四）换挡品质控制装置,保证离合器彻底分离的两个条件：（1）当离合器分离时，主、从动片之间必须具有足够的间隙，标准间隙为0.250.38mm。间隙不当时，可选用不同厚度的止推垫圈或从动摩擦片进行调整；（2）当控制油压解除后，环形油腔内不能残存传动液。但是，离合器油腔内仅设一条油道，设在旋转中心部位。当离合器分离时，残留传动液在离心力作用下使油腔外缘产生一定的油压，使离合器分离不彻底磨损缩短离合器寿命。,（五）安全阀的作用原理,图921带安全阀的片式离合器（a）ATF流入；（b）ATF流出1安全阀；2环形油腔；3“O”形密封圈；4球阀阀口；5活塞作用：保证离合器彻底分离。安全阀作用原理：ATF流入油腔时，油压将球阀压在阀座上，阀口关闭，油压升高。当离合器分离时，ATF流出，油压降低，离心力使球阀离开阀座，阀口开启，残留ATF在离心力作用下从安全阀口流出，使离合器快速、彻底分离。,三、换挡制动器,功用：将行星排中的三元件之一锁定，以便实现变速传动。类型：片式制动器：与片式离合器基本相同，仅零部件的名称不同。带式制动器：制动带：内表面镀一层摩擦材料的开口式环形钢带伺服装置：控制油缸,（一）带式制动器制动带结构,图922带式制动器制动带的结构（a）刚性单边制动带；（b）挠性单边制动带；（c）双边制动带1光滑表面；2摩擦材料镀层单边制动带：镀层采用有机耐磨材料，目的是防止制动鼓过度磨损。用于高挡制动器双边制动带：镀层采用金属摩擦材料，目的是保证具有足够的制动力矩（制动效果比单边制动带好）多用于转矩较大的低挡和倒挡制动器,（二）直接作用式伺服装置,图923直接作用式带式制动器1调整螺杆；2变速器壳体；3制动带；4油缸盖；5活塞；6复位弹簧；7推杆直接作用式伺服装置结构：制动带3：活塞5：复位弹簧6：推杆7：直接作用式伺服装置原理：制动器不工作时，弹簧弹力和活塞左腔油压使活塞5右移复位到极限位置。制动器工作时，ATF进入右侧油腔，活塞克服弹力和左腔油压推动推杆左移，制动带收紧，使制动鼓停止转动，行星排的某个元件处于锁止状态。,（三）间接作用式伺服装置,图924间接作用式带式制动器1制动带；2制动带推杆；3杠杆；4活塞推杆；5油缸壳体与直接作用式的区别：增设了一套杠杆机构杠杆放大作用力，可增大制动力矩。,四、停车锁止机构的结构,功用：锁止输出轴实现驻车。结构：锁止凸轮1：圆锥柱体形，直径一端大，一端小锁止棘爪5：一端连接变速器壳体上的支承销输出轴外齿圈2：工作原理手柄拨到P位时，手控阀通过连杆机构与弹簧推动锁止凸轮将锁止棘爪推向输出轴外齿圈，使棘爪上的凸齿嵌入外齿圈的齿槽，将输出轴与变速器壳体连成一体而无法转动。当选挡操纵手柄拨到P位以外的任一位置时，连杆机构与