自动变速器-典型汽车电控系统结构原理与故障诊断

第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3.1电控自动变速器3.2电控—液力式差速系统思考与练习第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3.1电控自动变速器电控自动变速器的发展历程：　1940年美国通用汽车公司在奥兹莫比尔(01dsmobile)汽车上装了第一台现代意义的自动变速器20世纪50年代起美国三大汽车公司都开始批量生产自动变速器1968年法国雷诺公司率先在自动变速器上使用了电子元件　1982年丰田公司生产出第一台由微机控制的自动变速器，它就是装备在佳美汽车上的丰田A-140E型自动变速器　1983年德国成功地研制了电喷发动机和电控自动变速器共用的电子控制单元　1984年美国的第一台电控自动变速器，即THM440-T4由通用汽车公司推出。目前日本、美国、欧洲地区汽车公司生产的轿车越来越多地装有了自动变速器第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3.1.1结构特点1.操作简化且提高了行车安全性在汽车起步和运行时，自动变速器无需离合器操作和手动换挡操作，减少了驾驶员操作的劳动强度，可使驾驶员集中精力注意路面交通情况，因此，行车的安全性得以提高。2.提高了发动机和传动系统的使用寿命由于自动变速器在自动换挡过程中无动力中断、换挡平稳、减小了发动机和传动系统零件的动载荷，此外，液力变矩器这个“弹性元件”可以吸收动力传递过程中的冲击和动载荷，因此，采用自动变速器的汽车发动机和传动系统零件的寿命比采用机械式变速器要长。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3.提高了汽车的动力性自动变速器在起步时，由于液力变矩器可连续自动变矩，可使驱动轮上的牵引力逐渐增加，换挡时动力不中断，发动机可维持在一稳定的转速，因此可使汽车平稳起步、加速性能和平均车速提高。4.提高了汽车的通过性能液力变矩器可以在一定的范围内自动变速来适应汽车行驶阻力的变化，在必要时又可自动换挡以满足牵引力的需要，因此显著提高了汽车的通过性能。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断5.减少了排气污染自动变速器由于有液力传动和自动换挡，在换挡过程中发动机可保持在稳定的转速，发动机的燃烧条件不会恶化，因此可减少发动机排气污染。6.可降低燃料消耗由于自动变速器换挡及时，换挡过程中发动机仍可在理想的状态下稳定运转，因此，在需要频繁换挡的市区行驶，自动变速器汽车就比较省油一些。尤其是现代汽车自动变速器采用电子控制换挡，可按照最佳油耗规律控制换挡，加之采用了超速挡和锁止离合器等，使自动变速器汽车的油耗有了明显的下降。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3.1.2系统分类与组成1.自动变速器的分类1)按汽车驱动形式不同分类自动变速器可分前轮驱动的自动变速器(又称变速驱动桥)和后轮驱动的自动变速器两大类。如美国通用汽车公司的4L80-E是典型的后轮驱动自动变速器。其结构如图3-1所示。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-14L80-E后轮驱动自动变速器第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-24T60-E横置式前轮驱动自动变速器第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断2)按前进挡挡位的多少分类按自动变速器前进挡位数分为2挡、3挡、4挡、5挡、6挡自动变速器。目前自动变速器一般为4个挡，4挡即为超速挡；少数自动变速器有5个挡或6个挡，5挡或6挡即为超速挡。3)按齿轮变速部分的结构类型分类按自动变速器齿轮变速部分结构的不同可分为普通齿轮式(即非行星齿轮式)和行星齿轮式两种。行星齿轮根据其组合形式或结构的不同可分为辛普森(Simpson)式、和拉维尼约喔(Ravigneaux)式。由于行星齿轮自动变速器结构紧凑，又能获得较大的传动比，因此，目前的自动变速器普遍采用行星齿轮结构形式。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断4)按自动换挡的控制方式分类按自动换挡的控制方式可分为液控自动变速器和电控自动变速器两种形式。(1)液控自动变速器。液控自动变速器换挡控制方式是通过机械手段将节气门开度和车速参数转化为液压控制信号，使阀体中各控制阀按照设定的换挡规律控制换挡执行机构动作，实现自动换挡。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断(2)电控自动变速器。电控自动变速器通过各种传感器将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度参数转变为电信号，输入自动变速器电脑，电脑根据这些电信号确定自动变速器换挡控制信号。电脑输出的换挡信号控制相应的换挡电磁阀动作，并通过换挡阀产生相应的液压控制信号，使有关的换挡执行机构动作，实现自动换挡。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断2.电控自动变速器的组成液压自动换挡控制系统液力变矩器电控自动变速器的组成电子控制装置机械传动装置冷却装置和滤清器第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3.1.3结构与原理电控自动变速器基本原理如图3-3所示，电控自动变速器上有节气门位置传感器和车速传感器两个核心传感器。节气门位置传感器向TCU(自动变速器电子控制装置)传递发动机负荷信号， 装在自动变速器输出轴上的车速传感器向TCU传递车速信号。TCU根据这些信息控制换挡电磁阀工作，换挡电磁阀通过液压控制阀体内的换挡阀动作，从而操纵离合器和制动器，实现自动换挡。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-3电控自动变速器基本原理示意图第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断1.液力传动装置1)液力变矩器的组成常用的汽车液力变矩器如图3-4所示，它由泵轮、蜗轮和导轮组成，称为三元件液力变矩器。液力变矩器有如下一些功用。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-4液力变矩器第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断①驱动油泵。大部分汽车自动变速器液力油泵由变矩器泵轮驱动毂直接驱动，少部分汽车由变矩器蜗轮带动油泵轴间接驱动。②低速区域内增矩。汽车起步时所需转矩很大，运行中逐渐减小。自动变速器低速时增矩，主要依靠变矩器。所以汽车在低速时速度上不去，中、高速后汽车加速良好，是典型的液力变矩器故障。③变矩器和挠性板一起充当发动机的飞轮。液力变矩器前端安装在挠性板上，挠性板具有足够的弹性。以允许液力变矩器受热或受压时的膨胀以及冷却时收缩带来的前后移动。变矩器及其内部油液及挠性板的重量一起相当于发动机飞轮的重量。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断④柔和地传递转矩。液体在传力的同时，可以比机械传动更有效地吸收振动。变矩器与摩擦式离合器不同之处是在停车时不用脱开传动系，也能维持发动机的怠速运转。因为曲轴和泵轮是同步运转的，曲轴转速低，泵轮转速也同样低。泵轮转速低，液流就无法驱动蜗轮，动力就没有输出。液力变矩器的结构简图如图3-5所示。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-5液力变矩器结构简图第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断(1)泵轮。图3-6表示拆去蜗轮和导轮后，只剩下泵轮的示意图。左边薄盘是与飞轮相当的驱动盘。由于液力变矩器较重，可当作飞轮使用，装在外缘的齿圈与驱动盘形成一体。驱动盘用螺栓与泵轮连接，液力变矩器左边与曲轴相连接。发动机转动时，液力变矩器随曲轴转动。其内部的自动变速器油(以下简称ATF)由于离心力向外侧射出，形成驱动力。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-6泵轮示意图第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断(2)蜗轮。蜗轮如图3-7所示，它是有很多叶片的圆盘，可以在液力变矩器内自由转动。蜗轮轮毂的花键与输出轴(即自动变速器的输入轴)的花键相啮合。它是液力变矩器的输出元件，将液体的动能转变为机械能。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-7蜗轮示意图第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断(3)导轮。导轮是液力变矩器中的反作用元件，用来改变液体流动的方向。安装在蜗轮与泵轮之间，如图3-4所示。导轮与导轮轴之间装有单向离合器。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断2)液力变矩器的工作原理液力变矩器的基本工作原理就像两台电风扇对置时，一台电风扇不接电源，另一台电风扇接通电源。后者转动时，产生的气流可以吹动前者的扇叶使其转动。液力变矩器的泵轮相当于接通电源的电风扇，变矩器的蜗轮相当于未接通电源的电风扇，变矩器内的ATF相当于空气。发动机带动泵轮，泵轮转动把发动机的机械能转换成ATF的液体动能。当ATF高速进入蜗轮，推动蜗轮转动，又把ATF的液体动能转换成机械能，由输出轴输出动力。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断为了易于理解变矩器的工作原理和性能，先省去导轮，只分析泵轮、蜗轮和ATF之间的工作关系。图3-8是ATF在泵轮与蜗轮间的流动示意图。发动机带动泵轮，泵轮叶片内ATF由于离心作用沿叶片外侧射出，并且流向蜗轮。也就是ATF形成一环流，很像螺旋状旋转流动来传递动力。泵轮与蜗轮之间形成的环流在中心部分产生紊流，造成动力损失。为消除这一损失，泵轮和蜗轮的中央部分做成空心。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-8ATF在泵轮与蜗轮间的流动示意图第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断若在泵轮和蜗轮之间安装了导轮，ATF的流动情况如图3-9所示。当蜗轮转动时，从蜗轮流出的ATF有残留的动能，此动能施加在泵轮上可以增大转矩。泵轮与蜗轮的转速相差越大，即泵轮转速越快而蜗轮转速越慢时，由于单向离合器的作用，导轮固定在导轮轴上而不转动，转矩随之增大(约2.5倍)。当蜗轮转速逐渐加快与泵轮转速接近时，从泵轮叶片流过的ATF变成从叶片面流过，流动方向改变了。导轮由于单向离合器的作用在导轮轴上空转。导轮空转开始点称为偶合点。开始空转后，变矩器丧失了变矩的功能而只有液力偶合器离合动力的功能。偶合点实际是转变变矩器功能的转折点，所以将导轮空转的范围称为偶合范围，导轮不空转的范围称为变矩范围。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断图3-9ATF的流动情况(安装了导轮)第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断3)液力传动的特性液力传动的特性是指当发动机的转速(ne)和转矩(Me)一定，泵轮的转速(nＢ)和转矩(MＢ)也一定时，蜗轮与泵轮之间的变扭比(K)、转速比(i)和传动效率(η)三者的变化规律。最佳泵轮转速蜗轮转速转速比泵轮输入转矩蜗轮输出转矩变矩比9.0~8.0,1)(,)(BWBWnniMMK转速比i只能小于1，不同于常用齿轮式变速器转速比(传动比)，它是输入轴转速与输出轴转速之比(也等于输出轴转矩与输入轴转矩之比)。1BWNN泵轮输入功率蜗轮输出功率传动效率第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断(1)变矩比(K)与转速比(i)的关系变矩比(K)随转速比(i)的增大而减小，又随转速比(i)的减小而增大。这一特性，对行驶阻力变化较大的汽车最有利，即适应性强，在一定的范围内能自动无级变矩。例如：①怠速时，液流速度慢，MW小，蜗轮不动，汽车不能行驶。②起步时，nW＝0，nB＞nW, K＞1, MW最大，能产生高能量来克服静止惯性。此时的变矩比(K)多在1.7～2.5之间，又叫“起步变矩比”，该点称为“失速点”。了解失速点的概念很有必要，以便利用“失速试验”来检验发动机和变矩器及行星齿轮系统的性能好坏。K越大，说明汽车加速性能越好。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断③逐渐加速时，nW增大，MW减小，达偶合点时，K＝1，MW＝MB。再加速时，MW＜MB,而汽车经常使用的转速比(i)多在0.8～1之间，需采取措施来改进偶合区的性能。例如：增设单向离合器或锁止离合器等。第三章现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断(2)变矩器的传动效率(η)与转速比(i)的关系变矩器的传动效率(η)随nW的增大而增大，在转速比为0.8时最高，转折点在偶合点附近(i＝0.85时)。由于导轮的存在，传动效率特性曲线呈抛物线形状，超过偶合点，在i＝0.95时迅速下降。变矩器在低速区能自动