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汽车电子控制技术ElectronicControlTechnologyforAutomobile第七章自动变速器1自动变速器概述2液力变矩器3变速齿轮机构4自动变速器供油系统5自动变速器操纵机构6典型自动变速器7无级变速电子控制系统简介第一节自动变速器概述自动变速器AT：（AutomaticTransmission）液力机械式HMT（AT）(HydrodynamicMechanicalTransmission)机械式AMT(AutomatedMechanicalTransmission)无级变速器CVT(ContinuouslyVariableTransmission)一、自动变速器的组成⒈液力变矩器⒉齿轮变速机构⒊换挡执行机构⒋液压控制系统⒌电子控制系统组成：⒈液力变矩器:位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上。利用液力传递动力。具有一定的减速增扭功能，并能实现无级变速。⒉行星齿轮变速机构:包括行星齿轮变速机构的太阳轮、齿圈、行星齿轮、行星齿轮架可以实现不同的传动比转换。⒊换档执行机构:换档执行机构的各种元件：离合器、制动器、单向离合器，可以使行星齿轮变速机构处于不同档位，实现不同的传动比。⒋液压控制系统:包括油泵、阀体、电磁阀、及液压管路用于控制自动变速器升降档。⒌电子控制系统:包括电控单元（ECU）、传感器、执行器及控制电路等，可按照设定的换档规律实现自动换档。四、自动变速器的优缺点1．优点（1）整车具有更好的驾驶性能（2）良好的行驶性能（3）较好的行车安全性（4）降低废气排放2．缺点（1）结构较复杂（2）传动效率低第二节液力变矩器1．液力耦合器2．液力变矩器的结构与工作原理3．液力变矩器的工作特性4．液力变矩器的种类5．液力变矩器的锁止机构２.液力变矩器的结构与工作原理⑵液力变矩器的组成主要由泵轮、涡轮、导轮组成,为改善其工作特性增加了单向离合器、锁止离合器。导轮介于泵轮和涡轮之间，通过单向离合器，单向固定在输出轴上。又利用了液力耦合器在涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。锁止离合器在泵轮和涡轮之间建立传动关系。带锁止离合器的液力变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时具有的增扭特性，又利用了在涡轮转速较高时高机械传动效率的特性。液力变矩器的实物图⑶液力变矩器中五个元件的功用：泵轮：将发动机的机械能转变为自动变速器油的动能。涡轮：将自动变速器油的动能转变为涡轮轴上的机械能。导轮：改变自动变速器油的流动方向，从而达到增矩的作用。单向离合器：在涡轮转速较高时使用液力耦合器的特性。锁止离合器：提高高速区的传动效率。⑸液力变矩器的工作原理①增矩过程：MW=MB+MD②耦合点：MW=MB③减矩过程：导轮不转：MW=MB-MD加装单向离合器后，导轮转动：MW=MB（与耦合状态相同）３.液力变矩器的工作特性定义：当发动机的转速和转矩一定，泵轮的转速和转矩也一定时，涡轮与泵轮之间的转矩比、转速比、和传动效率三者的变化规律。变矩比=涡轮输出转矩/泵轮输出转矩转速比=涡轮转速/泵轮转速效率=输入功率/输出功率变矩器的特性曲线液力变矩器的泵轮是主动元件，泵轮的动力通过对工作液体的作用，利用其动能的变化来传递动力到涡轮，通过导轮实现力矩的增大。液力变矩器转矩比K=涡轮输出转矩/泵轮输入转矩、传动效率η=涡轮输出功率/泵轮输入功率、转速比i=涡轮转速/泵轮转速。由特性曲线图中，随着转速比的增大，变矩比线性减小，在转速比为0.85时是耦合点，单向离合器可以使导轮开始自由转动，实现高速比区域的耦合器工况，变矩比为1。传动效率随着转速比的增大提高，在耦合点时，开始为耦合器工况效率即45直线。锁止离合器改善了液力变矩器在高速比区域工作的传动效率。带有锁止离合器的变矩器输出特性曲线第三节变速齿轮机构一、单排行星齿轮机构（简单行星齿轮机构）二、换挡执行机构三、组合式行星齿轮变速机构行星齿轮变速机构多数自动变速器是采用多排行星齿轮机构提供不同的传动比。传动比可以由驾驶员手动选择，也可以由电控系统或液压控制系统通过接合和释放换挡离合器和制动器自动选择。⑴单行星轮齿轮机构单排行星齿轮机构的组成：太阳轮行星齿轮组行星架齿圈中心元件：①太阳轮②齿圈③行星架1-太阳轮2-齿圈3-行星架4-行星齿轮简单行星齿轮机构⑵行星齿轮基本传动特性1－太阳轮2－齿圈3－行星架4－行星轮自由度分析：构件数4低付4高付2N=4×3－4×2－2×1=2行星齿轮运动单行星轮齿轮机构特性：n1＋αn2－（1＋α）n3=0⑸单排行星齿轮机构的传动原理行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈和行星架这三者中的任一元件作为主动件，使它与输入轴联结，将另一元件作为被动件与输出轴联结，再将第三个元件加以约束制动。这样整个行星齿轮机构即以一定的传动比传递动力。单排行星齿轮机构的传动原理单行星轮行星齿轮机构工作情况状态挡位固定件输入件输出件旋转方向1降速挡齿圈太阳轮行星架相同方向2超速挡齿圈行星架太阳轮相同方向3降速挡太阳轮齿圈行星架相同方向4超速挡太阳轮行星架齿圈相同方向5倒挡降速行星架太阳轮齿圈相反方向6倒挡超速行星架齿圈太阳轮相反方向7直接挡没有任意两个第三件同向同速8空挡位没有不定不定不转动⑺行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比的优点：①所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。②行星齿轮工作时，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。③行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式，与单一的外啮合相比，减小了变速器尺寸。④行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。⒊双行星轮齿轮机构n31nn221354双行星齿轮机构的组成：太阳轮行星齿轮组行星架齿圈中心元件：①太阳轮②齿圈③行星架n1－αn2－（1－α）n3=01-太阳轮2-齿圈3-行星架4-内行星齿轮5-外行星齿轮n1－αn2－（1－α）n3=0n1＋(－α)n2－（1＋(－α)）n3=0(－α)αn31nn221354双行星轮机构的工作情况状态挡位固定件输入件输出件旋转方向1倒挡降速齿圈太阳轮行星架相反方向2倒挡超速齿圈行星架太阳轮相反方向3超速挡太阳轮齿圈行星架相同方向4降速挡太阳轮行星架齿圈相同方向5降速挡行星架太阳轮齿圈相同方向6超速挡行星架齿圈太阳轮相同方向7直接挡没有任意两个第三件同向同速8空挡位没有不定不定不转动二、换挡执行机构行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束(即固定或连接某些基本元件)来实现。能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成，离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。⒈多片离合器⑴作用自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。多片离合器⑵构造：一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。基本组成:离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂摩擦片与旋转的花键毂的齿键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出扭矩。活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。花键毂输入轴弹簧活塞壳体主动盘压盘从动盘卡环⒉制动器制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种。⑴片式制动器片式制动器：其结构与片式离合器相同。不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构改组换挡。该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，其缺点是轴向尺寸大。能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多。片式制动器工作过程⒊单向离合器作用：单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。单向离合器解决换挡过程的冲击，使换挡平顺。常见形式：滚柱斜槽式（液力变矩器常用）和楔块式（行星齿轮变速器常用）。楔块式单向离合器工作原理三、组合式行星齿轮变速机构由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变速变矩的需要。为了增加传动比的数目，可以通过增加行星齿轮机构来实现。在自动变速器中，两排或多排行星齿轮机构组合在一起，用以满足汽车行驶需要的多种传动比。目前，常见的复合式行星齿轮机构有：辛普森式(Simpson)齿轮机构拉威娜式(Ravigneanx)行星齿轮机构⑴辛普森行星齿轮系统辛普森式行星齿轮机构由4个独立的元件组成：①前后太阳轮组件n1②前齿圈n2③前行星架和后齿圈组件n3④后行星架n4辛普森式行星齿轮机构是双排行星齿轮机构有三个前进挡和一个倒挡。n1+α1n2－(1+α1)n3＝0n1+α2n3－(1+α2)n4＝0辛普森式行星齿轮机构结构形式前行星架和后齿圈组件后行星架前齿圈前后太阳轮组件1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件4-前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架辛普森式行星齿轮机构啮合形式辛普森式4挡行星齿轮变速器换档执行元件超速挡行星架前行星架后行星架中间轴输入轴输出轴超速挡太阳轮超速挡齿圈前行星齿圈太阳轮后行星齿圈B0：超速挡制动器F0：超速挡单向离合器C0：超速挡离合器B1：Ⅱ挡滑行制动器F1：Ⅱ挡单向离合器C1：前进挡离合器B2：Ⅱ挡制动器F2：低挡单向离合器C2：高挡及倒挡离B3：低挡及倒挡制动器合器四个独立元件：①大太阳轮n1②共用齿圈n2③共用行星架n3④小太阳轮n4n1+α1n2－(1+α1)n3＝0n4－α2n2－(1－α2)n3＝0有四个前进挡和一个倒挡⑵拉维娜行星齿轮系统拉维娜行星齿轮系统拉维娜行星齿轮系统第四节自动变速器供油系统一、油泵⒈内啮合齿轮泵⒉摆线转子泵⒊叶片泵⒋变量泵二、调压装置⒈一次调压阀⒉二次调压阀三、辅助装置⒈油箱⒉过滤器自动变速器的液压控制系统液压控制系统由五部分组成：⒈供油系统—液压泵、单向阀；⒉调压机构—主油路压力调压阀、液力变矩器补偿压力调压阀；⒊换档控制机构—手动阀、换档阀、锁止离合器控制阀。⒋换档执行机构—离合器、制动器、单向离合器；⒌辅助装置—油箱、过滤器、油冷却器第五节自动变速器操纵机构一、电子控制系统㈠信号输入装置㈡执行器㈢ECU㈣换挡控制过程二、自动变速理论三、自动变速器换挡图一、电子控制系统信号输入装置、ECU、执行机构㈠信号输入装置传感器：节气门位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器、输入轴转速传感器、油温传感器。信号开关：超速挡开关、模式选择开关、空挡起动开关等。⑵模式选择开关①经济模式以获得最佳燃油经济性为目标设计换挡规律；②动力模式以获得最大动力性为目标设计换挡规律；③标准模式介于经济模式和动力模式之间；④手动模式以手动方式选择合适挡位。㈡执行器电控系统的执行元件是电磁阀。按其作用不同可分为：换挡电磁阀、锁止电磁阀、调压电磁阀。按其工作方式不同可分为：开关式电磁阀、脉冲式电磁阀。㈢电子控制器ECU⒈ECU工作原理中央处理器CPU每隔一定时间取一次输入信号，处理这些信息（车速、节气门开度等），并从存储器中“读出”预置的该节气门开度下的最佳换挡点速度，与当时采样的车速比较后，判断是否换挡，如需换挡则通过接口发出换挡指令，再通过电磁阀实现升挡或降挡。①快松油门，提前换高挡；②急踩油门，提前降低挡；③将挡位杆置于低位，限制换挡范围。⒉ECU的功能⑴换挡正时的控制（换挡点控制）换挡规律—换挡车速与节气门开度的关系是通过实验事先确定好的。①经济换挡规律②标准换挡规律③动力换挡规律经济换挡规律标准换挡规律动力换挡规律二、自动变速理论⒈自动换挡规律：就是各挡位间的自动换挡时刻随换挡参数变化的规律。换挡控制的要求：⑴主要控制要求是动力性和燃油经济性按动力性确定的换挡规律为最佳动力性换挡规律；按经济性确定的换挡规律为最佳竞技性换挡规律。⑵满足各种道路和各种行驶工况