汽车底盘电控技术-自动变速器(液压控制系统)

主要内容：,1、概述,2、供油与调压系统,3、自动换挡控制参数信号转换,第四章液压控制自动换档系统,4、换挡控制阀及各挡油路,5、换挡品质及控制,第一节概述,1、换挡控制系统的作用根据自动变速器换挡杆的位置及汽车行驶状态（车速、负荷等因素），按照设定的换挡规律，通过控制换挡执行元件，实现挡位的自动变换。2、换挡控制的基本要求保证最佳的换挡规律；以获得良好的动力性、经济性和排放性换挡平稳、换挡品质好、使用寿命长；换挡准确、及时；驾驶员可干预自动换挡；操纵系统工作稳定、可靠；,一、自动变速器换挡控制的基本要求,二、液压控制系统的原理和组成,1、控制原理液压控制系统的主要组成：油泵、阀体和控制阀等自动换挡的控制信息(或参数)：变速杆位置、油门开度、车速,主要组成：油泵、阀体和控制阀等根据功能包括：供油和调压部分；油泵和调压阀等换挡参数信号转换部分；变速杆位置、油门、车速换挡控制器；各种换挡控制阀换挡执行机构；离合器、制动器、单向离合器换挡品质控制部分；蓄压器、缓冲阀、定时阀、压力调节阀等换挡品质即换挡过程的平稳性（或平顺性）,2、系统组成,阀体内安装各种控制阀，是液压控制系统的主要组成部分；车型不同，阀体和控制阀也不尽相同。本田MPYA自动变速器阀体：下阀体：主阀体、辅助阀体、节流阀体上阀体：缓冲阀体、油压调节阀体、油泵本体,3、阀体和控制阀,本田MPYA自动变速器阀体,下阀体：主阀体、辅助阀体、节流阀体,上阀体：缓冲阀体、油压调节阀体、油泵本体,丰田A540E自动变速器阀体：上阀体：2挡滑行调节阀、孔板节流阀、节气门阀、节气门油压控制随动阀、止回阀、1号蓄压器控制阀、锁紧中继控制阀下阀体：次压调节阀、2号蓄压器控制阀、保险阀、3-4挡换挡阀、低档滑行调节阀、1-2挡换挡阀、2-3挡换挡阀、次级调压阀、减压阀等手动阀阀体：手动阀,上阀体,下阀体,图为一液压控制阀当压力为P2的液压油注入B口时，设压力作用在左D1和右D2端面的力分别为F21和F22，则：,三、液压控制基础知识,合力为：,结论：液压阀的两端有不同直径的阀环时，液压油合力的大小取决于两直径的差，合力的方向指向直径大的一端。当A口作用有P1的液压油时，其作用力为：,则阀的移动情况：F1F2+Fs时，阀左移至左端；F1F2+Fs时，阀右移，液压油从C口流出；F1F2+Fs时，处于平衡状态。,第二节供油与调压系统,1、供油系统的功能与组成功能：向变矩器供油，并维持油压；向液压控制系统供油，并维持主油路油压；向换挡执行(或操纵机构)机构供油；向各变速器运动零件提供润滑油；对工作油液进行冷却；主要组成：各分支供油系统变矩器供油系统、冷却和润滑系统油泵及辅助装置油泵、油箱、油滤、油管等调压与控制装置调压阀、溢流阀、安全阀等,一、供油系统,油泵作用：使液压油产生一定压力，供给液压控制系统，保证操纵系统各零件润滑。类型：定量泵：排量一定。如：齿轮泵、转子泵、叶片泵变量泵：排量可变。齿轮泵类型：内啮合和外啮合组成：见图注：主动齿轮有两个花键与泵轮轴相连，发动机转油泵就转供油；油泵输出油路中装有泄压阀，以限制最高输出压力；,2、油泵及辅助装置,转子泵（摆线泵）是一种特殊齿形的内啮合的齿轮泵组成：内转子和外转子特点：高速性能好，噪音小，运转平稳；流量脉动大原理：内转子为主动齿，外转子的转速比内转子每圈慢一个齿。,叶片泵组成：定子、转子、叶片等特点：运转平稳，噪音小，流量均匀；结构复杂原理：转子直径、宽度、偏心越大，泵的排量越大。,变量泵排量可变。可减少高速时过多的泵油量使泵的运转阻力增大，以减少发动机动力的损失。多用叶片泵设计成变量泵组成：定子、转子、销轴等特点：定子可绕销轴作一定摆动原理：低速时，调压阀使反馈油压下降，定子顺转，加大偏心，排量增大；高速时，使定子逆转，减小偏心，排量减小。,变量泵泵油量曲线发动机转速超过一定时，泵油量不在增加。从而减少了油泵高速运转的阻力。而定量泵的泵油量随发动机转速成正比增加。2变量泵泵油曲线1定量泵泵油曲线,辅助装置油箱类型：总体式以变速器油底壳为油箱分离式由油管与变速器相通滤清器设有三种滤清器：进油滤清器（粗滤器）油泵吸油端。防大颗粒或纤维杂质油底壳有磁铁吸附金属颗粒以金属滤网或纺织物为材料精滤器回油管或油泵输出管上。防微小颗粒阀前专业滤清器精密的控制阀前。更精密用多层金属丝或微孔滤纸,1、供油系统的功能与组成功能：调节各供油系统的压力常见各供油系统油压：操纵控制系统主油压；液力变矩器补偿油压；换挡控制油压；换挡品质控制油压；泄油背压等主要组成：初级调节阀（主压力阀）、次级调压阀、节气门阀、顺序阀、减压阀、安全阀等下图为丰田A43D自动变速器油压调节与控制阀：,二、压力调节与控制（以丰田A43D为例）,1-次级调节阀2-节气门阀3-止回阀4-限压阀5-初级调节阀6-降挡柱塞7-油泵8-冷却器旁通阀,节气门阀与降挡柱塞与降挡柱塞安装在同一阀孔中，滚轮与一凸轮接触，凸轮与节气门相连。节气门阀的作用：将节气门开度变换为液压信号（节气门压力），以调节主油路油压、变矩器补偿油压和润滑油压。降挡柱塞的作用：节气门开度大（86%），输出降挡压力，实现强制降挡，以获得良好加速性能。止回阀的作用：根据变速器工况，调节节气门输出压力。(车速反馈阀)P、R、N挡时，止回阀位于上端，节气门压力增加；D、2、L挡时，止回阀位于下端，节气门压力减少。,原理：降挡柱塞上移，使节气门阀上移，开通油泵压力油路，形成节气门压力。此压力作用与初、次级调节阀和各换挡阀，同时作用于节气门阀上部，当上部压力较大时，会使节气门阀复位。车速越高，止回阀越向下移，作用在节气门阀上端压力越大，节气门油压降低。,初级调节阀（主调压阀）作用：根据发动机转速和节气门开度自动调节整个液压控制系统油压（主油路油压），并保持各系统油压稳定。组成：调节阀、弹簧、调节柱塞等,原理：油泵不工作时，在弹簧作用下，调节阀和调节柱塞分别处于上、下端；油泵工作时，作用在调节阀上端的油压使其下移，通过调节出油口和泄油口的面积，调节系统油压。,节气门开度较大时，节气门压力增大，使调节柱塞上移，使系统油压提高，以满足大负荷的要求。R挡时，来自手动阀的压力油使柱塞上移，使系统油压升高。,次级调节阀作用：根据节气门开度自动调节液力变矩器和润滑油路油压。,原理：当系统油压升高时，阀下移，使润滑油压增大；系统油压过高时，阀下移而连通泄油孔，使油压下降。节气门油压增大时，阀上移，油压升高。停机时，单向阀将变矩器油路关闭。,结论：液压控制系统主油路油压随发动机负荷的增大而增大；变速杆在P、R、N位时，由于节气门阀输出压力增大而使主油路油压也增大。变速杆在D、2、L位时，负荷相同下，车速提高而使节气门阀输出油压降低，主油路油压也降低。,1、ATF的功能与性能要求功能：传递动力的介质（变矩器）传递压能的介质（液压控制系统）润滑作用冷却作用要求：适当的粘度和良好的粘度稳定性。自动变速器的工作温度范围一般为-40+170，其粘度变换范围也较大。下表为PTF-1类传动液的粘度特性：,三、自动变速器传动液(ATFAutomaticTransmissionFluid),良好的热氧化稳定性。否则会产生高温氧化沉淀物良好的抗磨性。保证齿轮变速器零件不易磨损良好的抗泡性。起泡会降低液力传动效率和液压控制的灵敏度，油压波动，甚至供油中断。对橡胶密封材料具有良好的适应性。不会使其产生明显膨胀、收缩和硬化，以导致传动液泄漏。,2、ATF的类型进口车多采用美国的传动液PTF(PowerTransmissionFluid)，其类型如下：,3、ATF的使用注意事项ATF不能错用、混用。不同类型的自动变速器使用的ATF会不同散热器工作良好。传动液正常使用温度一般为5080，最高达170，过高会变质。通风塞保持通畅。位于变速器壳体上，若堵塞会使传动液因压力过高而泄漏。,第三节自动换挡控制参数信号转换,功能：将油门开度变换为液压控制信号类型：机械式如：节气门阀（成正比）特点：简单、灵敏度高、适应性强，但连接轴销易磨损，需经常调整。真空式输入信号装置为真空罐结构与原理如下图所示：,一、油门调压阀,一般自动换挡控制信息有3个：变速杆位置、油门开度、车速,原理：当节气门开度小时，皮膜上室真空度大，皮膜和油道2的作用力使阀上移，油道3（油泵油道）的通道减小，而油道1的通道增大，使节气门阀油压（油道2）下降；反之，阀下移，油压升高。,功能：将车速变换为液压控制信号调速器输出压力类型：复锤式调速器结构：两个大小不同的重锤内外套装于同一调速阀上原理：低速时，离心力使重锤和滑阀向外移动较小，调速器输出油压较小，高速时，外移较多，输出压力较大。转速继续升高，当调速阀轴移动被阀壳凸台挡住时，滑阀只能靠自身的惯性外移。所以，调速器输出油压与动力输出轴转速关系是两级的。,二、速度调压阀调速器,1-调速器轴；2-重锤；3-滑阀；6-动力输出轴,双锤式调速器结构：由初级调速阀和次级调速阀组成。静止时，在弹簧作用下，初级调速阀靠近输出轴，而次级调速远离输出轴。,原理：输出轴转动时，来自手动阀的油先进入次级调速阀，面积差使次级调速阀向输出轴靠近，开通进入初级调速阀的油道。同时，初级调速阀在离心力的作用下外移，从而输出调速器油压，转速越快，输出油压越高。较低转速时，初级调速阀由于离心力不足会使调速器无油压输出。,功能：通过变速杆带动手动阀位置的改变，从而选定不同的自动换挡范围（如：P、R、N、D、2、L）下图为丰田A43D自动变速器手动阀：,三、手动阀,a,b-到2-3挡换挡阀；c,d-到前进挡油道；e-来自油泵；f-至倒档执行元件；g,h-到1-2挡换挡阀，倒档和低挡制动器；,丰田A43D自动变速器换挡范围手动阀：,第四节换挡控制阀及各挡油路,1、换挡规律即：换挡时油门开度和车速的关系最佳的换挡车速取决于油门开度，如图所示,一、换挡规律及其对汽车性能的影响,AA曲线决定挡升入挡时刻BB曲线决定挡降入挡时刻升降挡之间有一重叠区降挡速差：V2-V1即，可减少不必要的换挡干预换挡：同一车速下，改变油门开度，可实现升降挡。,1、换挡规律对汽车性能的影响对动力性的影响图为一定油门开度下，相邻挡位变速器输出功率与车速的关系,车速在Vc点换挡可利用最大输出功率;考虑降挡速差，降挡点选在VA结论：降挡速差越大，功率利用越差；换挡点越靠近功率曲线交点，动力性越好。,对换挡次数的影响图为一定油门开度下，相邻挡位的牵引力与车速的关系若升挡点为V1；降挡点选在V2。,由a点起，牵引力大于行驶阻力，车速升高，在b点升挡至c点，此时牵引力小于行驶阻力，车速降低，到e点降挡至f点，此时牵引力又大于行驶阻力，车速又升高至b点而升挡，出现循环换挡。若降挡点选在V3，则可消除这种现象，车速将稳定在h点。,3、换挡规律的类型单参数等速差换挡规律即：只有达到规定车速才换挡，和油门开度无关。,特点：简单不能干预换挡难于兼顾动力性和经济性适用性差可用于城市公交车（行驶阻力变化不大）,发散型换挡规律即：降挡速差随油门开度增大而增大。,优点：可实现干预换挡小油门开度能升入高档，有利于改善经济性大油门开度时，升挡车速高。动力性好,收敛型换挡规律即：降挡速差随油门开度增大而减小。,优点：大油门开度时降挡速差小动力性好小油门开度时降挡速差大经济性好,3、电控自动变速器换挡规律包括：普通型NORM、动力型PWR、经济型ECON普通型换挡规律介于动力型和经济型之间，适用于一般驾驶条件同一油门开度，升挡车速高于降挡车速,动力型换挡规律汽车可获得最大动力性，适用于坡道和山区驾驶,油门开度相同情况下：动力型换挡输出转速高于普通型动力性好普通型换挡输出转速低于动力型经济性好（换挡车速越高，动力性越好；越低，则经济性越好）,经济型换挡规律汽车可获得最佳经济性，适用于良好城市和高速公路驾驶,1、1-2挡换挡阀,二、换挡控制阀（43D自动变速器）,作用：实现挡升挡或挡降挡的换挡。结构：1-2挡换挡阀阀体（由2个柱塞组成）、低挡滑动换挡阀、弹簧等。原理：调速阀的油压作用在下端；节气门阀油压作用在上端；换挡杆D位，手控阀第二油道接通，C1接合。当车速较高时，1-2挡换挡阀上移，手动阀油压可通向B2，1挡升入2挡换挡杆置“”挡锁止位时，手动阀第五油道油压通向B1，可实现发动机制动。,D-2挡C0、F0、C1、B2、F1结合2-2挡时，B1结合,换挡杆置D位，手控阀第二油道接通。当车速较低时，1-2挡换挡阀下移，手动阀通向B2的油路关闭，2挡降到1挡。强制降挡时，强制降挡阀的油压作用在1-2挡阀上端，使阀下移，强制降到1挡。,D-1挡：C0、F0、C1、F2结合。2-挡或L挡时，B3也结合,换挡杆置“L”挡锁止位时，手控阀第四油道接通。来自低挡调压阀油压作用在低挡滑动换挡阀上端，其下移使1-2挡换挡阀下移，实现强制降低挡。同时，压力油通向B3，实现发动机制动。R挡时，低挡调压阀的压力油经油道2使低挡滑动换挡阀上移，也使B3制动。注：2挡时，关闭节气门阀油道，在节气门开度不变时，由于降挡车速低于升挡车速，形成降挡滞后，从而避免循环换挡。,2、2-3挡换挡阀,作用：实现挡升挡或挡降挡的换挡。结构：上部为中间换挡阀体，下部为2-3挡换挡阀阀体，弹簧等。原理：调速阀的油压作用在下端；节气门阀油压作用在上端；换挡杆D位，手控阀第二油道接通，C1接合。当车速较高时，2-3挡换挡阀上移，来自1-2挡换挡阀的油经油道5可通向C2(此时1-2挡换挡阀上位，B2接合)，2挡升入3挡。强制降挡时，强制降挡阀油压经油道9作用在2-3挡阀上(SASC)，手动阀一道的压力油经油道7和6作用在2-3挡换挡阀的中间滑动换挡阀的上方，使2-3挡换挡阀下移，3挡降至2挡。,8、蓄压器,在离合器C1、C2和制动器B2的油路上，分别设有蓄压器，结构基本相同，尺寸略有差异。作用：满足离合器和制动器接合过程中工作压力的增长先快后慢的要求，使之接合平稳，并吸收冲击，保持压力稳定。,1、锁止信号阀,三、锁止离合器控制阀,作用：改变流向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。组成：锁止信号阀、锁止阀,作用：检测调速器油压，控制锁止阀动作。原理：,原理：调速器油压作用在阀的上端，变速器在挡工作时，3-4挡换挡阀的主油路油压(C0油道)经油道6作用在弹簧端，因SASB，阀体不会下移。超速挡时，制动器B0油道接通，而C0油道关闭，此时调速器油压仅与弹簧力平衡，当车速升高，调速器油压大于弹簧力时，阀体下移，3-4挡换挡阀的主油路油压经油道9和3作用在锁止阀上，将变矩器闭锁。,锁止信号阀,2、锁止阀,作用：接受锁止信号阀传递的锁止油压，改变变矩器压力油的流动方向，使锁止离合器接合或分离。原理：当无锁止油压信号时，上端主油路的油压和弹簧力使阀体处于下位。来自次级调压阀的压力油经油道2和1流入变矩器的活塞端，而叶轮端的油经油道4和5流向散热器，锁止离合器处于分离状态。当有锁止油压信号时，锁止信号油压经油道3作用在阀下端，使阀体上移，这样，来自次级调压阀的压力油经油道2和4流入变矩器的叶轮端，而活塞端的油经油道1回油，锁止离合器处于接合。注：锁止离合器分离时车速小于接合时车速，避免接合与分离循环交替。分离时：Pv1SAF簧接合时：Pv2SA+P主(SB-SA)F簧;Pv1Pv2,从油道进油，锁止离合器接合；从油道进油，分离。,四、A43DL自动变速器工作过程,主油路油压发动机运转，油泵工作，主油路油压即建立。节气门阀油压节气门打开油压即建立，随开度增大而增大。C0主油路油压未经手动阀通往C0，超速挡时油路被切断。C1D、2和L位时，手动阀第2油路接通C1。C2D3、D4挡时，手动阀第5油路经2-3挡换挡阀接通C2的外活塞；R挡时，C2的内外活塞均接通。B0D4挡时，主油路接通B0。B12-2挡时，手动阀第1油路经1-2挡换挡阀接通B1。B2D2-D4挡、2-2挡时，手动阀第2油路经1-2挡换挡阀接通B2。B3P、R、L位时，手动阀第4、5油路经1-2挡换挡阀接通B3。,1、P位时工作过程,C0、B3、F0起作用手动阀第4油道接通（接通B3）,P位,2、R位时工作过程,C0、C2(内外)、B3、F0起作用手动阀第4、5油道接通（接通B3、C2）无调速器油压；主油路油压高于前进挡时油压。,R位,3、N位时工作过程,C0、F0起作用手动阀无油压输出,N位,4、D位时工作过程,C1在一直起作用，C0除D4挡外起作用；手动阀第2油道接通。D1挡C0、C1、F0、F2起作用,D1挡,D2挡C0、C1、B2、F0、F1