模块四现代汽车自动变速器技术

现代汽车新技术概论第四章现代汽车自动变速器技术复习提问：1、新能源汽车主要有哪些？2、油电混合汽车的主要优点？导入新课：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。第三章现代汽车自动变速器技术上一页下一页【教学目标】掌握和理解自动变速器新技术的发展现状及各种变速器的基本原理，自动变速器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)。了解自动变速器的自动控制系统。上一页下一页【教学要求】知识要点能力要求相关知识液力变矩器熟悉其基本组成部件，以及变矩器的基本原理。变矩器的特性曲线以及与汽车的匹配方法。行星齿轮变速器掌握行星齿轮的基本组成结构及工作原理，以及辛普森式行星齿轮机构和拉维奈尔赫式行星齿轮机构的结构和工作原理，掌握速比的计算方法。太阳轮、齿圈、行星齿轮架、行星齿轮。AT、AMT了解AT、AMT自动变速器的组成结构，工作原理及控制过程。掌握AT、AMT自动变速器的结构区别，相互之间的优缺点、适用范围。AT、AMT自动变速器的离合器自动控制、变速器换挡的自动控制、发动机节气门开度的自动控制。无级自动变速器(CVT)掌握各部分的组成以及功能,理解其工作原理并能画出原理图，掌握其电气系统的工作原理,掌握其控制原理模型图及控制原理无级变速器由电控系统、液压控制系统、传动装置、速比调节装置、安全缓冲装置和金属带组成.自动控制系统了解自动变速器控制系统的组成以及了解换挡规律通过分析两种控制系统的类型来认知自动变速器的组成。以及单参数、双参数的自动换挡规律控制，以及最佳动力性、最佳经济性换挡特性。第四章现代汽车自动变速器技术4-1自动变速器技术综述4-2液力变矩器4-3液力自动变速4-4电控机械式自动变速器4-5无级变速器CVT4-6自动变速器换挡控制系统本章小结上一页下一页4-1自动变速器技术综述上一页下一页返回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.液力传动自动变速器液力传动是以液体动能传递能量的叶片传动机械，液力自动变速器由三大部分组成：液力变矩器、自动变速器本体、控制系统。液力变矩器具有无级连续变速和变矩的能力，对外部负载有良好的自动调节和适应性能，从根本上简化了操纵。它既具有离合器的功能，又使发动机与传动系之间实现“柔性＂连接和传动，因而将发动机和底盘这两大振动源分隔，减轻了车辆的振动，提高了车辆乘坐舒适性，使车辆起步平稳，加速均匀、柔和。目前，广泛应用的液力自动变速器是液力变矩器与机械传动部件共同构成一个不可分割的整体，它在原有液力变矩器的基础上，利用液力传动、机械传动和功率分流原理，改变和改善变矩器的特性，使之能与多种发动机进行理想的匹配，使各种车辆获得良好的动力性能和燃油经济性，液力自动变速器综合了液力传动技术、液压控制技术、机械传动技术和电子控制技术，成为现代汽车普遍采用的一种自动变速器(简称AT)之一。2.有级式机械自动变速器是在定轴式齿轮变速器的基础上发展起来的，由齿轮变速器与电液控制系统组成。定轴式齿轮变速器是有级排挡的传动机械，以其效率高、成本低、生产技术成熟的特点而获得广泛应用，但这种变速器存在着换挡频繁、劳动强度大、动力中断、以及驾驶员水平对车辆行驶性能有较大影响等缺陷，随着电子技术的发展和微电脑控制技术的应用，现已研制出以机械式手动起步，而换挡自动控制的有级式机械自动变速器；1983年日本五十铃公司最先开发出电子控制全机械式有级自动变速器NAVI5，装于ASKA轿车，以60km/h行驶时，比液力机械自动变速器省油10%～30%左右，受到了普遍的欢迎；此后，美国、欧洲一些国家的汽车公司也相继开始这方面的研究与开发。有级式机械自动变速器的基本理论是：驾驶员通过加速踏板和选挡器（包括排挡范围、换挡时机、巡航控制等），各种传感器随时检测车辆工况，微电脑接收并处理信号输出指令，通过电动和液压分别对油门开度、离合器接合及换挡三者进行控制，以执行最佳匹配，从而获得最佳的行驶性能、平稳起步性能和迅速换挡的能力。有级式机械自动变速器具有自动变速的优点，又保留了齿轮式机械变速器传动效率高、价廉、容易制造的长处，但与液力自动变速器相比，自动换挡控制的难度较高而且控制精度的要求也很高。上一页下一页返回3.电子控制无级自动变速器省油、降低排气污染、操纵简便、行驶舒适的无级变速器(简称CVT)一直是人们追求的目标，早期通过控制双锥体改变接触半径获得传动比连续变化的方法，因接触部分挤压应力太高而难于实用化。目前中小轿车上使用的电子控制无级变速器，以金属三角带进行传动，简称为CVT。这种金属三角带是荷兰VDT公司的专利，它利用10层厚0.2mm的铝合金薄铜带串上约280片三角形的钢片制成，这种金属三角带可承受很大的拉力和侧向压力，钢带装在工作半径可变的带轮上，靠液压改变带轮的半径来改变速比，如图4.2。CVT的最大优点是可以实现全程无级变速，电子控制机构可以使CVT在各种工作状态下保持最佳的传动比和平滑的换挡，使汽车具有良好的牵引性能，驱动力与车速曲线呈平稳圆滑下降。上一页下一页返回图4.2CVT带轮传动变速结构示意图CVT变速器由电子控制部分、液压控制部分、液力变矩器和机械无级变速器等组成，机械无级变速器主要由金属三角带、可变槽宽带轮、一组行星齿轮机构、一组前进多片离合器、一组倒挡多片制动器等组成，主动带轮和从动带轮的槽宽由液压油缸来控制改变，从而改变了三角带与带轮的接触位置获得可变的传动比，执行变速。上一页下一页返回4-2液力变矩器液力变矩器是AT的主要组成部分之一。液力变矩器(TorqueConvener，简称TC)通过液体与工作轮叶片的相互作用，将机械能转换为液体能来传递动力，通过液体动量矩的变化来改变转矩的传动元件，具有无级连续改变速度与转矩的能力。它对外部负载有良好的自动调节和适应性能，从根本上简化了操作；它能使车辆平稳起步，加速迅速、均匀、柔和；由于用液体来传递动力，进一步降低了尖峰载荷和扭转振动，延长了动力传动系统的使用寿命，提高了乘坐舒适性和车辆平均行驶速度以及安全性和通过性。上一页下一页返回1.液力变矩器的结构及工作原理1)液力变矩器的构造液力变矩器的构造与液力偶合器基本相似，主要区别是在泵轮和涡轮之间加装了一个固定的工作油导向工作轮-导轮，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮座固定于变速器壳体，为了使工作油有良好循环以确保液力变矩器的性能，各工作轮都采用了弯曲成一定形状的叶片。图4.3是液力变矩器的构造简图，主要由可旋转的泵轮B和涡轮T，以及固定不动的导轮D三个元件组成。常用液力变矩器的工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成，泵轮与液力变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘或飞轮上（或通过齿轮与飞轮齿圈啮合），壳体做成两半，装配后焊成一体（有的用螺栓连接），涡轮通过从动轴与变速器的其它部件相连，导轮则通过导轮座与变速器的壳体相连，所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。上一页下一页返回Flash2)液力变矩器工作原理液力变矩器正常工作时，贮于循环圆内腔中的工作油，除绕液力变换器轴做圆周运动以外，还在循环圆中循环流动；与偶合器的不同是，由于多了一个固定不动的导轮，在液体循环流动的过程中，导轮给涡轮一个反作用力矩，从而使涡轮输出力矩不同于泵轮输入力矩，因而具有“变矩”的功能。液力变矩器不仅传递力矩，且能在泵轮力矩不变的情况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出的力矩。发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮一同旋转，泵轮内的工作油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片流回泵轮叶片内缘，形成循环的工作油，导轮的作用是改变涡轮上的输出力矩，由于从涡轮叶片下缘流向导轮的工作油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出力矩。液力变矩器中液体同时绕工作轮轴线作旋转运动和沿循环圆的轴面循环旋转运动，如图4.3箭头所示，轴面循环按先经泵轮，后经涡轮和导轮，最后又回到泵轮的顺序，进行反复循环。变矩器工作原理如图4.4所示。图中F为单向离合器。上一页下一页返回图4.4变矩器工作原理图上一页下一页返回2.液力变矩器的特性液力变矩器的特性可用特性参数评价，用特性曲线来描述。如图4.5所示。从特性曲线可以全面了解液力变矩器在各种不同工况时的性能。经常用到的有外特性曲线和原始特性曲线，有时还用到全特性曲线。图4.5液力变矩器的原始特性曲线上一页下一页返回1）液力变矩器的外特性曲线外特性曲线表示液力元件的扭矩、效率与输出转速的关系，一般由试验得出。通常是在试验时，保持nB为定值，测定MT=f（nT）及MB=f（nT），然后计算效率=f（nT）。最后绘成曲线，如图4.6。液力变矩器的外特性曲线，通常还用另一种表示方法：在试验时保持MB为定值，测定MT=f（nT）及nB=f（nT），然后计算的=f（nT），最后绘成曲线如图4.7。图4.6液力变矩器的外特性曲线图4.7（定力矩试验）液力变矩器的外特性曲线上一页下一页返回2）原始特性曲线在外特性曲线基础上,原始特性曲线是以B=f（i）、=f（i）、K=f（i）的形式来表示的特性曲线，如图4.8。上述外特性与原始特性是一般牵引工况的特性曲线，位于直角坐标的第I象限内。在某些工作机上由于载荷的特点工作区域超出第I象限，此时的特性曲线称全特性曲线。全特性曲线表示的是反传工况、制动工况特性。3）液力变矩器的特性参数主要有：泵轮力矩MB、泵轮转速nB涡轮力矩MT、涡轮转速nT、传动比i、变矩系数K、循环圆直径D、传动效率等。i=nT/nB,K=MT/MB图4.8液力变矩器的原始特性曲线3.液力变矩器与整车的匹配汽车动力性能和经济性能的好坏，很大程度上决定于液力变矩器与发动机共同工作的性能。只有做到两者间的合理匹配，才能使液力变矩器、机械传动部分和操纵部分相互协调，将发动机的特性优良的转换为工作机的特性。因此，在选用液力变矩器时，匹配是个重要问题。1)液力变矩器与发动机的匹配原则为使工作机具有良好的动力性能和经济性能，理想的匹配应满足以下几个方面:(1）液力变矩器零速工况的输入特性曲线通过发动机的最大实用扭矩点，以使工作机在载荷最大时获得最大输出扭矩；(2)液力变矩器最高效率工况的输入特性曲线通过发动机最大实用功率的扭矩点，同时高效范围在发动机最大实用功率点附近，以提高发动机的功率利用率。(3)经济性能好，如电动机应始终在额定工况运转，内燃机应在比油耗最低的区域运转。(4)满足工作机使用中的特殊要求。如轿车要求噪声小和舒适性好。实际上，同时满足以上四点是不可能的，因为它们之间互相矛盾和相互制约，所以液力变矩器与发动机的匹配，应根据工作机器的具体要求和特点，综合各方面的情况，分清主次进行研究分析。液力变矩器与发动机匹配方案的确定，一般是给出几个方案同时进行动力性能计算，通过对动力性能和经济性能的全面分析比较，最后选取一种最好的方案。目前，确定液力变矩器与内燃机最合理的匹配应从机器最高生产率和最佳经济性来考虑。在工作范围内，平均输出功率最大和平均燃料消耗最小是最合理的匹配。2)实现匹配方案的方法(1）发动机和液力变矩器都已给定。由式可知，改变B（B泵轮力矩系数、液体重度）可使输入特性的位置移动。改变B，选用具有不同B的变矩器，可改变共同工作范围。如采取设计叶片形状，泵轮叶片可旋转、导轮叶片可旋转、双导轮或双涡轮等措施，不仅改变B同时也会改变其他性能参数如K、i、等。B增大时共同工作范围向低转速区移动。(2）发动机给定和液力变矩器型式的确定。由式可知，增大D，共同工作范围左移，减小D，同工作范围右移。见图4.9。图4.9循环圆直径对共同工作范围的影响4-3液力自动变速器上一页下一页返