第15章 自动变速器1.ppt

,第15章自动变速器,自动变速器是可根据汽车行驶速度和发动机负荷变化自动改变传动比,使汽车获得良好的动力性和经济性,并减少发动机排气污染的新型变速装置。,一、自动变速器的特点,1、汽车起步平稳，减小振动与冲击，提高乘坐舒适性；2、汽车能以较低速稳定行驶，提高通过性；3、自动适应道路阻力变化，提高平均速度和动力性；4、便于实现自动换挡、减轻驾驶员体力，提高安全性；5、减轻空气污染；6、减小换挡冲击，消除动力传动动载荷，延长使用寿命；7、但结构复杂，制造精度和成本高；传动效率低；使用、维修及故障排除难度大，技术水平要求高。,二、自动变速器的分类,液压控制液力换挡；电子控制液力换挡；电子控制机械式。,1、按变矩方式分：,液力传动式；机械传动式；电力传动式。,2、按变速控制方式分：,目前轿车自动变速器多采用液力自动变速器（AT），以液力变矩器和行星齿轮变速器串联为特征。,三、液力自动变速器的组成,1、液力耦合器,（1）结构：,泵轮结构,1驱动盘2叶片3导环注：泵轮与变矩器壳体连成一体内部径向装有许多扭曲的叶片叶片内缘则装有让变速器油液平滑流过的导环,涡轮结构,涡轮叶片的扭曲；方向与泵轮叶片的扭曲的方向相反；涡轮中心有花键孔与输入轴相连；泵轮叶片与涡轮叶片相对安置；中间有3-mm间隙。,（2）液力耦合器动力传递原理,液力耦合器工作原理类似两台对置的电风扇，一台通电，一台不通电，通电风扇产生的气流可吹动不通电的风扇转动。,泵轮相当于通电风扇，涡轮相当于不通电风扇。工作时，发动机动力经输入轴传给泵轮转动，带动工作液旋转，高速旋转的工作液冲涡轮，使涡轮转动。,优点,汽车平稳起步、加速,防止传动系过载；减少换档次数,缺点,只传递而不改变转矩,须加装离合器,质量大，尺寸增加,液流损失，传动效率低,（3）液力耦合器的特点,2、液力变矩器,利用液压油的流动来传递扭矩，将曲轴输出的动力传给变速器，特点是既能传递转矩又能增大转矩。,传递动力：油液流动增加扭矩：导轮缓振：柔性连接锁止：,(1)液力变矩器结构,泵轮和变矩器外壳与发动机曲轴固定连接，随发动机转动；涡轮和从动轴与变速器输入轴固定连接；导轮通过自由轮（单向离合器）与变速器外壳连接；变矩器内部充满液压油。,液力变矩器结构图,液力变矩器的零件,1前盖2锁止离合器片3减振器4涡轮5导轮6推力轴承7泵轮,导轮结构,导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器安装在与油泵连接在一起的导轮轴上，油泵安装在变速器壳体上。导轮也是由许多扭曲叶片组成。,单向离合器,单向离合器工作原理,1外座圈2内座圈,当外座圈按图示方向顺时针转动时，外座圈推动楔快转动，由于L1L楔快起到楔子作用，锁住外座圈，使其无法转动。,作用：在路况较好的情况下，为了避免不必要的动力传递损失（油液搅动等），故将泵轮和涡轮锁止，形成刚性连接。相当于把两个风扇用一棒刚性连接。,锁止离合器,锁止条件：汽车处于50km/h以上的高速或三档以上的档位汽车行车制动系统处于非制动状态，发动机的水温处于50-60以上，发动机节气门处于非怠速状态。,锁止离合器接合状态,锁止离合器分离状态,(2)液力变矩器原理,与液力耦合器类似，不同的是变矩器在泵轮与涡轮之间加了导轮。类似在两个风扇后装一空气道。,利用中间加装一导轮装置改变油液传递的方向。导轮的作用是：增加涡轮的输出力矩，导轮不转时：变矩状态；导轮转动时：偶合状态。,起步时，高速流动的液压油通过涡轮叶片后反冲导轮正面，欲使导轮向相反方向转动，但导轮被自由轮（单向离合器）锁死而固定不动，正是对固定不动的导轮的反冲力，才使涡轮获得很大的转矩。这一过程称为变矩过程。随着涡轮转速的上升，涡轮与泵轮之间的转速差减小，涡轮转矩相对减小，当转速差接近为“0”时，液压油通过涡轮叶片后反冲导轮反面使导轮转动，转动方向与涡轮方向相同。这一过程称为耦合过程。,液力变矩器原理,泵轮,导轮,涡轮,液压油流动回路,泵轮随发动机曲轴同步转动，泵轮内部的液压油高速冲击涡轮叶片使涡轮转矩增大。,3、行星齿轮变速机构,行星齿轮变速机构由太阳轮、行星齿轮、行星架和齿圈组成。,（1）基本（单套）行星齿轮组结构,3个行星轮的轴构成行星架，3个行星轮既可以沿着内齿圈滚动，也可以沿着太阳轮外齿圈滚动。所有齿轮长期固定啮合。太阳轮、内齿圈和行星架既可以作为主动部分输入也可以被制动（固定不动）；被动部分可通过内齿圈或行星架输出。,（2）基本（单套）行星齿轮组工作原理,太阳轮、内齿圈和行星架交替作为主动或被动或固定不动，可获得6种不同变速等级和两种倒档。如果将太阳轮、内齿圈和行星架均抱死即为第七种直接传递（速比11）,1档：太阳轮驱动，内齿圈抱死，行星架输出。行星轮沿着内齿圈滚动，也可以沿着太阳轮外齿圈滚动。太阳轮驱动，内齿圈抱死，行星架输出。,n2=0,太阳轮驱动，内齿圈抱死，行星架输出,2档：太阳轮抱死，内齿圈驱动，行星架输出。,n1=0,太阳轮抱死，内齿圈驱动，行星架输出,3档:,传动比i=1,行星轮抱死，太阳轮，内齿圈，行星架同步转动,倒档:,太阳轮驱动,内齿圈输出,行星架抱死,双排行星齿轮机构:为获得多个前进挡位，需采用多排行星齿轮机构，现代轿车液力自动变速器通常采用有Simpson（辛普森）行星齿轮系和Ravigneaux(拉威娜)行星齿轮系。,辛普森行星齿轮系:,由一个公用太阳轮、两套内齿圈和两套行星架（6个相同的行星齿轮）。,由一个公用内齿圈、一个公用行星架、两个太阳轮（一大一小）和两套行星齿轮（35个短行星齿轮，35长个行星齿轮）组成。,拉威娜式行星齿轮系:,请标出下图的种类和名称,辛普森行星齿轮系,3公用内齿圈,1大太阳轮,2小太阳轮,拉威娜行星齿轮系,(3)行星齿轮机构应用(以辛普森行星齿轮系为例),辛普森式行星齿轮机构是一种双排行星齿轮机构，其结构特点是：前后两个行星排的太阳轮连接为一体（共用），前1个行星排的行星架和后1个行星排的齿圈连为一体（前行星架和后齿圈组件），输出轴通常与前行星架和后齿圈组件相连。整个机构包括：前齿圈、前后太阳轮组件、后行星轮、前行星架和后齿圈组件4个独立元件。下面以A340E变速器为例介绍其各挡动力传递路线：,（该变速器有3个行星排和10个换挡执行元件）,动力传递路线如图14-18：液力变矩器超速输入轴超速行星排（C0接合，F0锁止，超速太阳轮、超速齿圈与行星架成为一体）输入轴（C1接合）前齿圈前行星轮前行星架同时太阳轮后行星轮后齿圈（F2锁止，后行星架固定）输出轴。,1）D位1挡：此时节气门开度小或汽车行驶阻力大，液压控制装置自动接通1挡油路，离合器C0、C1、F0和F2工作。,动力传递路线如图14-19：液力变矩器超速输入轴超速行星排（C0接合，F0锁止，超速太阳轮、超速齿圈与行星架成为一体）输入轴（C1接合）前齿圈（B2工作，F1锁止，太阳轮固定）前行星架输出轴。,2）D位2挡：此时节气门开度增大或汽车行驶阻力减小，液压控制装置自动接通2挡油路，离合器C0、C1、B2、F0和F1工作。,动力传递路线如图14-20：液力变矩器超速输入轴超速行星排（C0接合，F0锁止，超速太阳轮、超速齿圈与行星架成为一体）输入轴前齿圈（C1接合）同时太阳轮（C2接合）前行星轮前行星架输出轴。,3）D位3挡：节气门开度更大或汽车行驶阻力更小，液压控制装置自动接通3挡油路，离合器C0、C1、C2、B2和F0工作。,动力传递路线如图14-21：液力变矩器超速输入轴超速行星架（B0工作）超速行星轮超速齿圈输入轴前行星架输出轴。所以，在D挡位时，电子控制装置能根据发动机负荷和车速的大小，控制液压系统使变速器能在1-4挡间自动增减挡位，实现自动变速。,4）D位4挡：节气门增大或汽车行驶阻力减小，液压控制装置自动接通超速挡油路，离合器C1、C2、B0、B2工作。,6）2位2挡：与D位2挡基本相同。区别是此时B1工作，可实现发动机制动，如图14-22：输出轴前行星架前齿圈离合器C1输入轴超速齿圈超速行星架超速输入轴液力变矩器发动机；,5）2位1挡：与D位1挡相同；,7）2位3挡：与D位3挡完全相。,但由于B3参与工作，可实现发动机制动，如图14-23：输出轴后齿圈（B3和F2工作，后行星架固定）后行星齿轮太阳轮前齿圈离合器C1输入轴超速齿圈超速行星架超速输入轴液力变矩器发动机）。,8）L位:此时变速器只能处于1挡或被从高速挡强制降到1挡，液压控制装置自动接通1挡油路，C0、C1、B3、F0、F2工作.其动力传递路线与与D位1挡相同。,动力传递路线如图14-24：液力变矩器超速输入轴超速行星架超速行星轮超速齿圈输入轴经C2至太阳轮后行星轮后齿圈输出轴。,9）R位:液压控制装置自动接通倒挡油路，C0、C2、B3、F0工作.,10）N位:变速杆置N位时，自动变速器中单向离合器和制动器均不工作，虽然超速离合器C0工作，但对超速行星轮和太阳轮形成不了约束，所以动力不能传至输出轴。11）P位:变速杆置P位与N位时基本相同，但此时，手控联运机构会推动停车闭锁机构动作，使输出轴被固定。,拉威挪式行星齿轮机构拉威挪式行星齿轮机构也采用双排行星齿轮机构，其结构特点是：两个行星排的具有公共行星架和齿圈，前太阳轮、短行星齿轮、长行星齿轮、行星架和齿圈组成一个双行星轮式行星排，后太阳轮、长行星齿轮、行星架和齿圈组成一个单行星轮式行星排。整个机构包括：前太阳轮、后太阳轮、行星架和齿圈4个独立元件。拉威挪式四挡行星齿轮变速器中有2个行星排，8个执行元件（4个离合器、2个制动器和2个单向离合器），如图14-27。,非行星齿轮机构（以本田车自动变速器为例）特点：（1）平行轴式变速器采用普通外啮合齿轮，各对齿轮都是常啮合，但传递动力与否取决于相应的离合器是否接合；（2）平行轴式变速器由三条平行轴构成，变速器总长度小，一般用于前驱动的轿车上；(3)其操纵元件只有多片式离合器和单向离合器，没有制动器。本田ACCORD轿车自动变速器如图14-28。,（1）离合器,作用：连接作用，将行星机构中某一组件与输入部分相连；连锁作用，将行星机构中任意两组件连为一体。自动变速器多采用多片式离合器。,4、换挡执行机构,执行机构由离合器、制动器等组成，由电液系统自动控制。,1回位弹簧；2输出轴；4摩擦片；5钢片；7活塞8输入轴；9密封圈；10单向阀,实物,I.离合器接合,当控制油液流至活塞缸时，推动单向阀钢球，使其关闭单向阀。活塞克服回位弹簧力的作用将摩擦片与钢片压紧，产生摩擦力。动力从输入轴传递到输出轴。,II.离合器分离,当控制油压减小时，使单向阀在离心力的作用下离开阀座，活塞缸缘的油液经单向阀流出。这样由于回位弹簧的作用，活塞返回到原来的位置，离合器分离。,III.离合器的组合应用,离合器C1的接合,离合器C1起作用时，动力从输入轴经齿圈输入。,离合器C2的接合,离合器C2起作用时，动力从输入轴经太阳轮输入。,离合器C1及C2同时接合,动力从输入轴同时传至齿圈及太阳轮，这是直接挡。,（2）制动器,（带式制动器）,1内弹簧2回位弹簧3活塞4推杆5转鼓6制动带7壳体8调整螺钉,实物,1太阳轮2行星齿轮3行星架4齿圈5钢片6摩擦片8活塞9回位弹簧,（盘式制动器）,实物,5.液压控制系统,（2）要求：,要保证最佳换档规律；换档过程要平稳无冲击；换档动作要准确及时；驾驶员可干预自动换档；操纵系统要工作稳定、可靠。,自动换挡控制，能根据工作情况自动换挡；液力变矩器锁止控制，当车速达到一定值时，实现直接传动；换挡品质控制，换档过程要平稳无冲击；提供一定压力、足够流量、适当温度液压油。,（1）功能：,液压控制系统主要包括：液压泵、节气门阀、调速阀、调压装置、手动控制阀、换档阀、锁止离合器控制阀等。,（3）组成：,换档控制原理：将节气门开度信号、车速信号、换档控制手柄的位置信号等转变成液压信号，利用液压原理，由液控装置向执行元件输送压力油，使其工作，以得到不同的档位。,(4)液压控制原理,液控自动变速器低速工作状态,液控自动变速器高速工作状态,1）油泵：产生工作压力，分别到节流阀、调速阀和手动控制阀。以内啮合齿轮泵为例。,(4)液控系统主要部件,2）调压装置,调压装置主要将油泵泵出的油压稳定在一定范围（0.5-1MPa），保持油路中油压稳定，防止油压过高造成元件损坏，同时防止油压过低造成离合器和制动器打滑。,组成：由主阀芯、调压柱塞、调压弹簧、弹簧座、套筒等。,主阀芯,调压柱塞,调压弹簧,主阀芯,调压柱塞,调压弹簧,工作原理：,来自油泵的压力油经调压油道流向主油道，同时流向压阀上部，与调压弹簧力相平衡。,当主油路压力较高时，作用在主调压芯上部压力增大，推动阀体下移，接通回油道，主油路泄压；当主油路压力降低时，主调压阀阀体上移，泄油减少，主油路油压上升。,换挡手柄由司机选定。一般有六个位置，即：P、R、N、D、2、L。,3）手动控制阀：,在液压控制系统中相当于油路总开关，由驾驶室内换挡手柄控制。手柄在不同位置，手控阀将液压油分配到不同工作油道，可控制相应的离合器和制动器，得到相应的档位。,共有7道油路，其中2为进油路，与主油路相通，其余均为出油路。,D位：3、4、5开，通C0、C1、12挡换挡阀、23挡换挡阀、34挡换挡阀油路通，其余油路关闭；,P位：3通C0油路通，其余油路关闭；,R位：1路开，通向B3和C2油路通，其余油路关闭；,N位：无手控阀油路；,2位：3、4、5、7开，通12挡换挡阀、23挡换挡阀油路通，其余油路关闭；,L位：3、4、5、6、7开，变速器只能在1挡工作。,操控手柄,操控手柄一般位置：,4）节气门阀,用以反映节气门开度的控制阀，根据节气门开启角度产生节气门油压。根据节气门信号输入方式不同有真空式和机械式两种节气门阀。节气门阀向各换挡阀提供与调速阀油压相反的节气门油压。,根据发动机负荷（真空度）的变化利用进气总管的真空度使阀芯工作，达到调压目的。,节气门关闭，真空压力，膜片向下弯曲，节流阀关闭，真空调节压力；,节气门打开，真空压力，膜片向上弯曲，节流阀打开，真空调节压力。,真空式节气门阀,根据节气门信号输入方式不同有真空式和机械式两种节气门阀。,真空式节气门阀工作原理,机械式节气门阀工作原理,由节气门拉索或凸轮驱动阀芯，达到调压目的。当节气门开度增大时凸轮推动滑阀向上运动量增大，从油泵通向节气门油压通道增大，使节气门油压升高；反之油压下降。,根据发动机负荷（节气门开度）的变化产生节气门油压。,5）调速阀,调速阀装在输出轴上，位于油流分配器后面，由初级调速阀和次级调速阀组成。根据变速器输出转速的变化，将工作压力变换成调节压力，从而控制液力自动变速器的换档时机。调速阀轴由变速器输出轴驱动。,1-初级调速阀、2-调速阀壳体、3-输出轴、4-次级调速阀、5-油流分配器、A-主油路压力、B-调速压力,作用是将主油路压力调节成调速压力。,I.次级调速阀,当车速较低时，泄油孔开度较大，油路压力低，调速油压低；当车速高时，阀芯受离心力作用向外（下）移动，使泄油孔开度减小，油路压力升高，调速油压升高。,II.初级调速阀,作用是将次级调速阀所调节的调速压力送往各控制阀。,初级调速阀工作原理,车速高时，阀芯离心力增大，推动阀芯向外（下）运动，出油口开启，将调速压力送往各控制阀。,车速低时，弹簧力大于阀芯离心力，出油关闭。,6）换档阀：,作用：是自动选择挡位，完成换挡操纵，进行换挡区范围的人工选择。自动变速器中一般有若干个换挡阀，以控制各挡离合器和制动器。,一般一个换挡阀只控制一个前进挡油道，而前进2挡油道由手控阀直接控制，所以一个液压系统中换挡阀比前进挡数少一个。,接收发动机节气门开度和汽车行驶速度信号，进行适时控制。自动变速器上换挡阀均由电磁阀控制。电磁阀通断电控制阀芯上下运动，从而控制油路，实现换挡。,工作原理：,7）强制降档阀：,作用：当节气门全开或接近全开时，强制性地将自动变速器降低一个挡位，以获得良好的加速性能。强制降挡阀有机械式和电磁式两种。,机械式强制降挡阀：当节气门接近全开时，通过凸轮推动强制降挡阀，使之打开一条通向各个换挡阀的油路，使换挡阀移至低挡位，即使自动变速器降低一个挡位；电磁式强制降挡阀：当节气门接近全开时，使强制降挡开关闭合，电磁阀6通电，电磁阀作用在阀杆上的推力消失，阀芯在弹簧作用下右移，打开油路，通向各换挡阀，使换挡阀移至低挡位，即使自动变速器降低一个挡位两种。,8）锁止离合器控制阀（液力变矩器控制装置）,作用是当车速达到一定值时，将液力变矩器泵轮与涡轮直接连接起来，实现液力变矩器直接传动。,当车速较低时:锁止离合器处于分离状态，自动变速器为液力传动工况。,液力变矩器控制装置工作状况一,当超速档行驶时:离合器接合，自动变速器成为机械传动工况。,液力变矩器控制装置工作状况二,.电子控制系统,目前自动变速器控制系统多采用电子控制辅助液压控制系统完成换挡及调节油压。电子控制系统包括电子控制单元（ECU）、传感器、执行元件及控制电路等。,安装在节气门体上，用于检测节气门的开度，然后将有关数据传递给ECU，对液压系统油压和换档系统进行控制。,1）节气门位置传感器（TPS),（1）传感器,2）车速传感器,用于检测车速。,3）油温传感器,作用：感知油液温度。,工作原理：采用热敏电阻传感器，具有负温度系数热敏电阻特性，即冷却液温度升高，热敏电阻值降低。,（2）电磁阀,作用：用于换挡控制、锁定控制、超速挡控制。,开关式电磁阀,工作原理：不通电时，阀芯在弹簧作用下向上，排油孔打开；通电时，在电磁力作用向下，排油孔关闭，油液保持工作压力。,线性脉冲式电磁阀,作用：用于油路压力调节和锁定控制。,工作原理：线圈通电时间越长电磁力越大，阀芯移动程度大，调节油压越大；反之调节油压小。,（3）电子控制系统,以三档位拉威娜行星齿轮系为例,四、自动变速器的工作举例,（1）N档位置怠速:所有离合器及制动带均释放，主动轴动力通过离合器外壳和单向离合器传递给小太阳轮，由于内齿圈和行星齿轮没有被固定而空转，输出轴无动力。,（2）D档位置1档:所有离合器均释放，大太阳轮被制动带抱死。主动轴动力通过离合器外壳和单向离合器传递给小太阳轮，小太阳轮驱动行星轮，行星架绕大太阳轮滚动，由于大太阳轮被抱死给行星架一个反作用力，故行星架轴有动力输出。,（3）D档位置2档:随着汽车的加速，发动机转速上升，真空压力增大，真空调节压力减小；与此同时转速调节压力，变档阀活塞左移使工作压力加载于2档离合器，并保持1档加载制动带。,2档加载离合器的啮合使变矩器与内齿圈动力连通并驱动长行星轮，长行星轮绕着被抱死的大太阳轮转动而驱动行星架。行星架轴有动力输出。小太阳轮也被行星架驱动而空转。,（4）D档位置3档:随着发动机转速继续上升，真空压力进一步增大，真空调节压力减小,转速调节压力，变档阀活塞左移使工作压力同时加载于3档离合器，并消除对制动带制动力。,3档加载离合器的啮合使变矩器与小太阳轮连通,行星轮抱死,小太阳轮带动内齿圈和行星架转动,太阳轮，内齿圈，行星架同步转动。行星架轴有动力输出。大太阳轮也被长行星轮驱动而空转。,（5）倒挡:倒挡离合器和3挡离合器起作用，使内齿圈被制动,变矩器与小太阳轮连通，由于内齿圈被固定,短行星轮在小太阳轮带动下绕内齿圈转动,从而带动行星架转动,行星架轴有动力输出。大太阳轮也被长行星轮驱动而空转。,各挡位时各控制元件工作情况（三档位拉维奈行星齿轮系）,注释：S1-小太阳轮；S2-大太阳轮；H-齿圈；PT-行星架；*-起作用,动力输出至传动轴,五、机械式无级变速器,随着传动系的挡位的增加,发动机处于经济工作状况的机会也大了,有利于提高燃油经济性和动力性。但是汽车挡位的增加必然会使变速器的结构变得更复杂,而且也不便于操作选用，应该理想的传动系统应该是挡数无限多的,于是一种能够连续换挡的机械式无级变速器(ContinuouslyVariableTransmission,简称CVT)得到了发展。在上个世纪70年代中后期,荷兰的VDT(VanDoornesTransmissionb.V)公司,成功地研制了一种新型的机械式无级变速系统金属带式无级变传动系统。,1、无级变速器的特点,各种工作状态保持最佳的传动比；全程无级变速驱动力与车速平滑过渡；它使汽车动力性经济性和操纵性能显著提高。,2、无级变速器基本组成,电子控制系统液压控制系统执行机构,传感器,倒档行星排前进离合器伺服油缸,发动机转速传感器车速