AT液力自动变速器概述课件.ppt

汽车自动变速传动系统,机械传动国家重点实验室,第二章 液力机械自动变速传动,一、液力机械自动变速器概述,液力自动变速器AT（Automatic Transmission），是由液力变扭器和齿轮变速器组合而成的变速器。液力变矩器是能改变所传递扭矩的液力传动装置。,液力传动 机械传动,国外发展历程,1939年，美国通用汽车公司首先成功研制了由液力偶合器和行星齿轮机构变速器组成的四挡液力变速器； 1939一1950年的11年间是液力自动变速器的成长期。这期间其结构特点是液力传动部件采用液力偶合器，机械变速部分采用行星齿轮机构； 1950年，美国福特汽车公司成功研制了装有液力变矩器的三挡液力自动变速器； 1977年以后，日本丰田汽车公司成功研制了具有超速挡的液力自动变速器；,1983年，日产汽车公司成功研制了四挡液力自动变速器所用行星齿轮机构； 1989年日产汽车公司开发的五挡液力自动变速器都已装车使用； 1991年，美国通用汽车公司在前轮驱动的轿车上装用4T60E型电控液力自动变速器； 目前，全球90%以上的AT市场被3家公司垄断，分别为德国ZF公司、日本Aisin公司、日本Jatco公司，现已研发出8AT、9AT,其中8AT已经实现量产。,国内发展历程,从60年代起， “红旗”770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器； 1975年，研制出具有3个前进档的CA774液力自动变速器； 1995年，我国首次在国产公共汽车上装备了Allison自动变速器，遍及深圳、上海、广州、南京等城市，其中深圳已占有40%； 1998年，上海通用汽车公司生产了4T65E电子控制自动变速器； 1999年，中日合资生产的本田雅阁PAX型平行轴式变速装置的轿车也正式投产；,1999年，上海大众的帕萨特B5、一汽大众的捷达都市先锋都装备了自动变速器AG4-95； 2008年6月，哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司投资20亿元引进了口本三菱4AT和5AT技术； 2008年，吉利推出的熊猫新车搭载了其自主研发的4AT自动变速器； 2009年，华泰汽车公司也在内蒙古建设了10万平方米的汽车发动机和变速器厂，自动变速器引进了德国采埃孚4AT技术； 2011年底，吉利自主开发的6AT在全球鹰GC7车型上装车使用； 2011年，盛瑞传动股份有限公司研发出国内首款8AT变速箱。,2.1 AT组成与类型 2.2 液力变矩器/耦合器 2.3 行星齿轮传动机构 2.4 组合式行星齿轮系统 2.5 执行机构 2.6 液压控制系统 2.7 电子控制系统,二、液力机械自动变速器结构及原理,1 液力变矩器 2 齿轮变速器 3 液压控制装置 4 电子控制装置 5 壳体,2.1.1 AT的组成,2.1 AT组成与类型,壳体,油泵,离合器片,行星齿轮变速器,输出轴,输入轴,液力变矩器,电子液压控制系统,底壳,液力传动 机械传动,2.1.2 AT的类型,1）后驱动型AT：用于FR车辆，输入轴与输出轴同轴线，长度尺寸较长。,（一）按变速器内部结构的不同可分为,2）前驱动型AT ：也称自动驱动桥，用于FF车辆，内部还装有主减速器与差速器，输入轴与输出轴呈前后平行布置，横向尺寸较宽，长度尺寸较短。,普通齿轮 又称固定轴式。 行星齿轮 又称旋转轴式。,（二）按变速器内部所采用齿轮形式的不同可分为,定轴固定齿啮合,中间轴,输入轴,输出轴,Accord 采用的液力机械变速箱,旋转轴式,ZF旋转轴式变速器,（三）按变速器换档控制方式的不同可分为,1）液压控制式（液压式）,早期的车辆使用较多，常见型号有： 通用公司的4T60，4L60， 日产公司的RL4F03A， 丰田公司的A43D等。,将决定变速器档位的汽车运行参数转变成液压信号，利用液压控制原理实现对变速器档位的控制。,将决定变速器档位的汽车运行参数转变成电压信号，利用电子控制原理和液压控制原理实现对变速器档位的控制。 目前生产的车辆都装备这种变速器，常见型号有： 通用公司的4T65E 丰田公司的A540E 日产公司的RE4F03A 现代公司的KM177 三菱公司的F4A33等,2）电子液压控制式（电液式）,（四）按变速器前进档位数的不同可分为,2档：如红旗CA770轿车,3档：如雪佛莱子弹头的3T40型变速器；（2档与3档已经越来越少）,4档：如别克轿车的4T65E型变速器；（应用广泛，绝大多数变速器都是4档式）,5档：主要是在4速自动变速箱和6速自动变速箱之间起了一个过渡作用，目前采用的车型比较少，主要是荣威550、海马骑士 、MG6以及本田思域。,奔驰5g-tronic五速自动变速器,6档：AISIN的6挡AG6-09D ；ZF的6HP-28 ；日本Jatco 6挡W6AIA,ZF 6HP26,8挡,奥迪,ZF全新8挡自动变速器,宝马全新设计8挡自动变速,（五）按变速器功能的不同可分为,（1）单纯自动式：只有一种功能，即按自动变档方式工作。 （大都数AT都采用这种） （2）自动/手动一体式：既可以按自动变速方式运行，又可以以手动换档方式运行。 （常见车型有：宝马.奔驰.奥迪等）,2.2 液力变矩器/耦合器,主动元件（泵轮）：叶轮、外壳,从动元件（涡轮）,泵轮与涡轮之间有3-4 mm间隙。两者装合后，通过轴线的纵断面呈环形，称为循环圆。,2.2.1 液力耦合器,1.结构组成,泵轮接收发动机传来的机械能，传给工作液，使其提高动能，然后由工作液传给涡轮。,工作液的循环流动是耦合器实现传动的必要条件。,液力耦合器在正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速，如果二者转速相等，液力耦合器则不起传动作用。,注意：液力耦合器只起传递转矩作用，而不起改变转矩大小的作用。,2.工作原理,3.耦合器传动特点,泵轮的输入转矩与涡轮输出转矩相等-不计液力损失,液力偶合器的传动效率为涡轮轴上的输出功率 Pw 与泵轮上的输入功率 Pb 之比用表示。 Pw/Pbwnw /（bnb） 因：bw 故：nw / nb = i 式中: nb泵轮转速 nw涡轮转速 i液力偶合器的传动比，即输出轴转速与输入轴转速之比。,耦合器只能传递扭矩，但“软连接”给汽车带来多方面的好处： 在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能够很好地适应汽车平稳起步的要求。 “软连接”可以通过液体为介质，吸收传动系统的冲击和振动，延长零部件的寿命和减少噪声,由于液力偶合器不能改变扭矩的大小，结构复杂、成本高、效率低，此自动变速器的车在低、高速行驶时，油耗非常大。,缺点：,1.结构组成,泵轮与壳连成一体为主动元件； 壳体做成两半，用螺栓连接，壳外有起动齿圈 涡轮悬浮在变矩器内与从动轴相连；,导轮悬浮在泵轮与涡轮之间，通过单向离合器及导轮固定套固定在变速器外壳上，单向离合器（只允许导轮单向旋转，不允许其逆转）使导轮可以顺时针方向转动，而不能逆时针方向转动。,2.2.2 液力变矩器,液力变矩器实物图,泵轮,涡轮,导轮,泵轮：泵轮与变矩器壳体连成一体，其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。变矩器壳体与曲轴后端的飞轮相连接。,涡轮：涡轮上也有许多叶片。但涡轮叶片的扭曲方向与泵轮叶片的扭曲方向相反。涡轮中心有花键孔与变速器输入轴相连。泵轮叶片与涡轮叶片相对安装，中间有34 mm的间隙。,导轮：导轮位于泵轮与涡轮之间，通过单向离合器安装在与自动变速器壳体连接的导管轴上。它也是由许多扭曲叶片组成的，通常由铝合金浇铸而成，其目的是为了变矩器在某些工况下具有增大扭矩的功能。,2.变矩器作用,传递转矩：发动机的转矩通过液力变矩器的主动元件，再通过ATF传给液力变矩器的从动元件，最后传给变速器。 无级变速：根据工况的不同，液力变矩器可以在一定范围内实现转速和转矩的无级变化。 自动离合：液力变矩器由于采用ATF传递动力，当踩下制动踏板时，发动机也不会熄火，此时相当于离合器分离；当抬起制动踏板时，汽车可以起步，此时相当于离合器接合。 驱动油泵：ATF在工作的时候需要油泵提供一定的压力，而油泵一般是由液力变矩器壳体驱动的。,3.变矩器输出扭矩增大的原理,涡流: 从泵轮涡轮导轮泵轮的液体流动,环流: 液体绕轴线旋转的流动,变矩器的液流方向是由涡流和环流合成的,增矩过程：MW=Mb+Md,变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速(反映着汽车行驶速度)不同而改变涡轮输出的转矩数值。,增矩原理,变矩器扭矩的增大值并不是一个恒定的值，扭矩增大值与汽车的速度有关,变矩器之所以能起变矩作用，是由于在循环流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。,4.变矩器工作原理,工作原理视频,汽车起步前: nw=0，nb0，nwVb（环流） Mw=Md+Mb 涡轮转矩Mw大于泵轮的转矩Mb，即液力变矩器起了增大转矩的作用,当汽车处于起步状态，变矩器具有最大的扭矩增大值，通常可达1.82.5倍,5.不同工况下变矩器工作过程分析,当涡轮和泵轮转速之比达到0.80.85左右时： Md=0， Mb=Mw,汽车起步后开始加速 （起步后的中间状态）,涡轮转速nw从零逐渐增加。速度vb的增加，冲向导轮叶片的液流的绝对速度vc将随着逐渐向上倾斜，使导轮上所受转矩值逐渐减小。,若涡轮转速nw继续增大，液流绝对速度vc的方向冲击导轮的背面，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反 Mw=Mb-Md 即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。 当 nw=nb ，工作液在循环圆中的流动停止，将不能传递动力。,汽车高速运行,当nw=0.85 nb时，此时nbnw，油液速度Vc流向导轮的正面， Md 0， MwMb+Md ，可见Mw Mb ，起变扭作用。 当nw=0.85 nb 时，油液速度Vc 与导轮叶片相切，Md =0，Mw= Mb ，为偶合器(液力联轴器)。此转速称为“偶合工作点”。 当nwnb时，油液速度Vc流向导轮的背面， Md为负值，导轮欲随泵轮同向旋转，导轮对油液的反作用力冲向泵轮正面，故Mw = Mb-Md 。 当nw=nb时，循环圆内的液体停止流动，停止扭矩的传递。故nw的增大是有限度的，它与nb的比值不可能达到1，一般小于0.9。,液力变矩器特性变矩器在泵轮转速nb和转矩Mb不变的条件下，涡轮转矩Mw随其转速nw变化的规律。 液力变矩器传动比i输出转速与输入转速之比，即i=nw/nb1。0.8-0.9最佳。 液力变矩器变矩系数输出转矩Mw与转入转矩Mb)之比，用K表示，即K=Mw/Mb。,6.液力变矩器特性,为什么说液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变变矩系数的无级变速器？ 变矩系数K是随涡轮转速的改变而连续变化的。当汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的转速和负荷不变，车速将降低，即涡轮转速降低。于是，变矩系数相应增大，使驱动轮获得较大的转矩，保证汽车能克服增大的阻力而继续行驶。,随着液流冲击角度的变化，作用在叶轮上的力发生变化。当液流完全反向时，输出的作用力可为输入力的2倍。考虑到传动效率的损失，液力变矩器输出扭矩可接近输入扭矩的2倍（因此液力变矩器最大变扭系数小于2)。, 滚柱式单向离合器的构造和工作原理,7.单向离合器,导轮逆时针旋转时，滚柱向外座圈和内座圈形成的楔形槽的宽槽处滚动，滚柱与外座圈（包括导轮）一起绕内座圈转动。 导轮顺时针旋转时，滚柱向楔形槽窄槽处滚动，从而阻止外座圈（包括导轮）的滚动。,内座圈固定，当外座圈顺时针旋转时，楔块顺时针旋转，L1L，楔块阻止外座圈旋转。,楔块式单向离合器的构造和工作原理,作用 闭锁控制 将泵轮与涡轮刚性连接，以提高传动效率。,液力变矩器在低速时有增矩的作用，而高速达到耦合之后就没有增矩的作用了。理论上转矩比是1，但由于油内部的摩擦会造成一定的损失，并且泵轮和涡轮之间也有4%5%的转矩损失，这样就导致实际转矩比小于1。为了提高液力变矩器的传递效率，改善变矩器在高速工况下的效率，降低燃油消耗，一般在液力变矩器中都加装锁止离合器,8.锁止离合器,涡轮的背面加装一个液压控制的摩擦式离合器，通过控制进入变矩器油液方向控制接合与分离。汽车高速行驶时，锁止离合器接合，泵轮与涡轮连成一体，提高了传动效率，使得=1。当汽车起步或在颠簸不平的路上行驶时，锁止离合器分离，泵轮与涡轮分开。,带锁止离合器的综合液力变矩器,压力油经油道进入后，推动活塞右移，压紧从动盘，锁止离合器，使泵轮与涡轮接合成一体旋转，变矩器不起作用。,锁止离合器的接合取决于发动机转速和车速，并由液压自动操纵控制机构进行。,锁止离合器的工作过程,9.液力变矩器的锁止控制,锁止控制实质上就是确定在何点进行液力档与机械档之间的转换，即确定最佳锁止点。锁止点的选择应根据实际情况来决定，有在偶合器工况点，也有在对应最高效率点，或者设在它们中间。 为了实现所要求的锁止控制，一般可采用单参数控制和和双参数控制两种方案。单参数控制包括以涡轮转速、车速和档位为参数进行控制。双参数控制，包括以泵轮和涡轮转速为参数的控制方式、涡轮转速和节气门开度为参数的控制方式以及车速和节气门为参数的控制方式。,10.液力变矩器的滑差控制,通过调节驱动离合器动作的油压，可以实现锁止离合器的完全分离、完全锁止和各种锁止程度的滑差控制。由于存在离合器的滑转，一部分动力经液力传递，另一部分经锁止离合器机械传递，不仅能提高传动效率，减小了振动与冲击，并且低速时可以避免紧急制动造成的发动机熄火。,液力变矩器滑差控制的控制策略,在低发动机转速下，完全不考虑锁止，以隔离发动机低速时较大的转矩波动向变速器传递。 在发动机中高转速小负荷时，转矩波动较小，这时液力变矩器完全锁止，以提高传动效率。 在发动机中高转速大负荷时，转矩波动较大，保持锁止离合器一定的滑转。,一个钢片固定在离合器组件毂上，另一个固定在离合器盘上。锁止时，突然作用在一个钢片上的转矩被弹簧的压缩作用所吸收，后一个钢片在弹簧压缩后才转动。发动机的扭转振动在减振弹簧压缩过程中被衰减了。使发动机和传动系之间的刚性联系变成弹性联系，使离合器接合柔和。,离合器的减振,变矩器非锁止工况，靠液力传递转矩，属于软连接，靠油液衰减振动。,锁止工况 靠减振弹簧减振。,减振弹簧均匀地布置在离合盘上（大部分是布置在外端），被夹在两个铆接在一起地钢片之间。,11.液力变矩器供油系统,1. 带走变矩器工作时产生的热量，对工作液体进行强制冷却。 2防止液力变矩器中产生气蚀现象。 3补偿液力变炬器中工作液体的漏损，保证液力变矩器中，始终充满工作掖体。 4当与换档操纵油路系统共用时，保证操纵油路系统的供油。,供油系统的主要功用,变矩器供油系统,1-滤油器 2-液压泵 3-定压阀 4-溢流阀 5-变矩器 6-背压阀 7-冷却器 8-冷却润滑 9-油箱,ATF油的外循环,12.液力变速器的工作特性,1）基本概念：速比，变矩比，偶合工况，失速状态,当发动机的转速N和转矩M一定时，泵轮的转速nB和转矩MB也一定，此时，涡轮与泵轮之间的转矩比K、转速比i和传动效率三者的变化关系：,偶合工况,变矩比 K=1 i=iM 一般希望iM尽可能大,涡轮转矩Mw与泵轮转矩MB相等,失速状态,转速比 i=0,变矩比 K=K0 起动变矩比,一般希望K0较大，以获得较大的起步力矩,指液力变矩器在一定范围内，按一定规律无级地改变由泵轮轴传至涡轮轴的转矩值的能力。,13.液力变矩器的三项基本性能,变矩性能,变矩比,经济性能,指液力变矩器在传递能量过程中的效率,最高效率值,高效区范围速比比值,透穿性能,指变矩器涡轮轴上转矩转速变化时，泵轮轴上转矩转速相应变化的能力,可分为：正透穿、负透穿、不透穿和混合透穿。,透穿性系数:,T 1 正透穿 T 1 负透穿 T 1 不透穿,负荷特性与负荷抛物线,正透穿,负透穿,混合透穿,不透穿,自动变矩和传动效率之间存在着矛盾，其规律是：,14.液力传动的特性曲线,起动工况,高效区工况,偶合器工况,透 穿 度,T,K0,lB0,hmax,lB*,i*,K1,i1,iM,lBM,评价指标体系(10参数),最高效率工况,行星轮,太阳轮,齿圈,行星排中的行星架（行星轮安装在行星架上）及齿圈往往与离合器或制动器联结在一起.,制动器,齿圈,行星轮,太阳轮,2.3 行星齿轮传动,2.3.1 行星齿轮传动结构组成,优点： (1) 体积小，质量小； (2) 结构紧凑，承载能力大； (3) 传动效率高； (4) 传动比大； (5) 运动平稳、抗冲击和振动的能力较强。 缺点： (1) 材料优质、结构复杂； (2) 制造和安装困难； (3) 造价高。,2.3.2 行星齿轮传动的特点,组成：太阳轮、行星轮、行星轮架和齿圈。,2.3.3 单排行星齿轮系统,（一）单排行星齿轮机构的特性方程式,1.作用于太阳轮上的力矩： M1=F1r1,2.作用于齿圈上的力矩： M2=F2r2,3.作用于行星架上的力矩： M3=F3r3,4.齿圈与太阳轮的齿数比为： =Z2/Z1=r2/r1,r3=(r1+r2)/2=(1+)r1/2,由行星轮的力平衡条件可得：F1=F2、F3=2F2,太阳轮、齿圈和行星架上的力矩分别为： M1=F1r1、 M2=F2r1 、 M3=（+1）F1r1,根据能量守恒定律： M11+ M22+ M33=0,单排行星齿轮机构一般运动规律特性方程式,1+2（+1）3 =0,n1+n2（+1）n3 =0,（1）太阳轮为主动件，行星架为从动件，齿圈固定：,n2=0,i13=n1/n3=1+=1+Z2/Z1,（二）单排行星齿轮机构的工作原理,（2）齿圈为主动件，行星架为从动件，太阳轮固定：,n1=0,i23=n2/n3=(1+)/ =1+Z1/Z2,（3）太阳轮为主动件，齿圈为从动件，行星架固定：,n3=0,i12=n1/n2= = Z2/Z1,（4）若使n2=n1 则：,单排单级行星齿轮机构传动方案,行星齿轮传动联想记忆示意图,为方便记忆，可以将行星齿轮传动转换成普通圆柱齿轮传动。太阳轮相当于最小的齿轮，齿圈相当于中等齿轮，行星架相当于最大的齿轮。其中行星架的齿数等于太阳轮齿数与齿圈齿数之和,1齿圈固定 太阳轮主动，行星架被动，最小的齿轮带动最大的齿轮旋转降速，传动比最大，在汽车上用作前进1档；反之，若行星架主动，太阳轮被动，最大的齿轮带动最小的齿轮旋转，升速，传动比最小，在少数汽车上使用，作为前进超速2档。,2太阳轮固定 齿圈主动，行星架被动，较大齿轮带动最大齿轮旋转，降速，传动比较大，在汽车上常用作前进2档；反之，若行星架主动，齿圈被动，最大齿轮带动较大齿轮旋转，升速，传动比略小于1，在汽车上用作前进超速1档。,3行星架固定 太阳轮主动，齿圈被动，最小齿轮带动较大齿轮旋转，降速，反向，在汽车上用作倒档。,单排行星齿轮机构能提供的实际适用的传动比数目有限： 一些传动比的效率低 一些传动比的结构复杂。 为了满足汽车行驶需要的多种传动比，通过增加行星排来实现，一般具有三挡或四挡的自动变速器至少需要两个行星排连接在一起。,2.4 组合行星齿轮系统,行星齿轮机构 行星齿轮机构由3套行星机构和各4个离合器/制动器/单向离合器组成,2号离合器 (C2),3号离合器 (C3),1号离合器 (C1),3号制动器 (B3),前行星齿轮,2号制动器 (B2),4号制动器 (B4),输入轴,4号离合器 (C4),4号单向离合器 (F4),2号单向离合器 (F2),1号单向离合器 (F1),3号单向离合器 (F3),中间轴,中间行星齿轮,输出轴,1号制动器 (B1),后行星齿轮,现代汽车的自动变速器采用行星齿轮机构和非行星齿轮机构两种机构。,复合式行星齿轮机构两排或多排行星齿轮机构连接,辛普森式行星齿轮机构两排行星齿轮，共用一个太阳轮,拉威捺式行星齿轮机构两个太阳轮，两排行星齿轮共用 一个内齿圈,串联式行星齿轮机构,前行星排行星架与后行星排内齿圈为同一构件，前行星排内齿圈则与后行星排行星架为同一构件。,辛普森式行星齿轮变速器从70年代开始，为通用、福特、克莱斯勒、丰田、日产等多家公司用于其汽车自动变速器上。,2.4.1 辛普森式行星齿轮机构,1-前齿圈 2-太阳轮组件 3-行星齿轮 4-后行星架 5-前行星架和后齿圈组件,采用双行星排,前后两行星排的太阳轮连为一个整体，称为太阳轮组件；前排的行星架和后排的齿圈连接成一体，称为前行星架和后齿圈组件输出轴。,辛普森式行星齿轮机构结构,典型三档辛普森式行星齿轮变速器,典型三档辛普森行星齿轮变速器包括两个行星排。 执行机构有： 高倒挡离合器C1 前进离合器C2 二档制动器B1 低倒档制动器B2 单向离合器F,典型三档辛普森行星齿轮变速器工作情况,：接合、制动或锁止,双排轮系特性关系式：,根据连接关系，有：,D位1档工作情况,1档：C2接合，F锁止；此时前、后行星排均参与工作。将n12=n输入、n23=0代入上述方程组，解得： 传动比in输入n输出21/ 动力传递路线：输入轴C2 前排齿圈前后太阳轮组件后排齿圈输出轴。,前行星架,D位2档工作情况,2档：C2接合，B1制动，此时前行星排参与工作。将n12=n输入、n10 代入上述方程组，解得： 传动比in输入n输出11/ 动力传递路线：输入轴 C2 前排齿圈前排行星架输出轴。,D位3档工作情况,3档：C1、C2接合，此时前行星排参与工作。将n12=n1=n输入代入上述方程组，解得： 传动比in输入n输出1 动力传递路线：输入轴 C2 前排齿圈前排行星架输出轴。, C1 前后太阳轮组件,倒档工作情况,倒档： C1接合，B2制动，此时后行星排参与工作。将n1=n输入、n230 代入上述方程组，解得： 传动比in输入n输出- 动力传递路线：输入轴 C1 前后太阳轮组件后排齿圈输出轴。,P档工作情况,由于C1 或 C2没有接合，变速器处于空档状态，动力无法传递。 机械式锁止机构：当变速杆处于P档位置时，停车联锁凸轮使停车爪上的凸起与联锁结构结合，以防止车辆移动。,辛普森式四挡行星齿轮机构,现代轿车的自动变速器大都采用了四挡行星齿轮变速器。其最高挡四挡是传动比小于1的超速挡。 辛普森式四挡行星齿轮变速器有两种类型： 在辛普森式三挡变速器原有的双排行星齿轮机构的基础上再增加一个单排行星齿轮机构； 对辛普森式双排行星齿轮机构进行改进，通过改变前后行星排各基本元件的组合方式和增加换挡执行元件，而成为四挡行星齿轮变速器。,2019/11/16,107,可编辑,带超速档的行星齿轮系统,C0：直接离合器 C1：倒挡及高挡离合器 C2：前进离合器 B0：超速制动器 B1：2挡制动器 B2：低挡及倒挡制动器 B3：2挡强制制动器 F0：直接单向离合器 F1：低挡单向离合器 F2：2挡单向离合器,制动器,离合器,单向离合器,带超速行星排的行星齿轮系统,辛普森式AT工作实例视频,实际上，有些执行元件的设置并不是换挡功能的要求，而是换挡质量的要求。比如，为了改善2挡换至3挡的平顺性，当2挡时，前进挡离合器C1和2挡制动器B1也在工作，汽车加速时，太阳轮组件的受力方向为逆时针方向，但其旋转趋势被2挡制动器B1和单向离合器F1锁止。当行星齿轮变速器由2挡换入3挡时，若2挡制动器B1还没释放，高倒挡离合器C2就已接合，太阳轮组件的受力方向改变为顺时针方向，但由于单向离合器F1对太阳轮组件顺时针方向的运动没有锁止作用，太阳轮组件仍可在顺时针方向旋转，换挡得以平顺进行。如果不设置单向离合器F1，就会使行星齿轮变速器各元件之间产生运动干涉或换挡冲击，加剧变速器内摩擦片或制动带的磨损。,2.4.2 拉维捺行星齿轮系统,优点,齿轮机构更紧凑，由于相互啮合的齿数较多，可以传递较大的转矩。,缺点,结构更复杂，工作原理更难理解。,一般应用于前轮驱动式轿车的自动变速器上，如大众的奥迪、三菱太空等车型。,结构特点,两行星排具有公共行星架和齿圈，前太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个双行星轮式行星排，后太阳轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个单行星轮式行星排。因此，具有四个独立元件：前太阳轮、后太阳轮、行星架和齿圈。,1-前太阳轮 2-后太阳轮 3-行星架 4-短行星轮 5-长行星轮 6-齿圈,四挡拉威捺式行星齿轮变速器的换挡执行机构 4个离合器 2个制动器 2个单向离合器。,1-输入轴 2-大太阳轮 3-小太阳轮 4-齿圈 5-输出轴 6-短行星齿轮 7-长行星齿轮 C1-前进离合器 C2-倒档离合器 C3-前进强制离合器 C4-高速档离合器 B1-2档四档制动器 B2-抵档换档制动器 F1-低档单向离合器 F2-前进单向离合器,拉威捺式行星齿轮变速器各挡位与换挡执行元件的关系,四挡拉威捺式行星齿轮变速器各挡的传动路线,前进挡离合器C1接合，单向离合器F2处于自锁状态，将输入轴与后太阳轮连接，单向离合器F1处于自锁状态，行星架被固定。,式中2行星排的齿圈齿数与后太阳轮齿数之比。,传动比,1. D位1挡,输入轴前进挡离合器C1单向离合器F2后太阳轮短行星轮长行星轮内齿圈输出轴,传动路线,与辛普森式行星排类似，当发动机进入怠速工况，汽车在惯性作用下仍以原来的车速行驶时，输出轴反向驱动行星齿轮变速器，齿圈通过长行星轮对行星架产生顺时针方向的力矩，此时单向离合器F1处于解锁状态，行星架可在顺时针方向自由转动，另外单向离合器F2也处于解锁状态，后太阳轮可自由转动，因此行星齿轮机构失去传递动力的能力，无法利用发动机制动。,前进挡离合器C1接合，单向离合器F2处于自锁状态，将输入轴与后太阳轮连接，2/4挡制动器B1接合，前太阳轮固定.,2. D位2挡,输入轴前进挡离合器C1单向离合器F2后太阳轮短行星轮长行星轮行星架内齿圈输出轴,传动路线,传动比,当汽车滑行时，单向离合器F2处于解锁状态，后太阳轮可自由转动，行星齿轮变速器失去反向传递动力的能力，D位2挡没有发动机制动作用。,1行星排的齿圈齿数与前太阳轮齿数之比。,前进挡离合器C1接合，单向离合器F2自锁，将输入轴与后太阳轮连接，高挡离合器C4也接合，将输入轴与行星架连接，后太阳轮与行星架被连接为一体，齿圈随其一起转动，形成直接挡。,3. D位3挡,D位3挡同D位2挡一样没有发动机制动作用。,高挡离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，2/4挡制动器B1工作，前太阳轮被固定。,i3=1,传动比,4. D位4挡,传动路线,输入轴高挡离合器C4行星架长行星轮内齿圈输出轴,传动比,i41 超速挡,5. L位1挡(或1位1挡，或2位1挡) 前进挡强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接，低倒挡制动器B2工作，行星架被固定，传动路线与D位1挡相同。但是由于单向离合器F2不起作用，制动器B2又代替了单向离合器F1的工作，从而使汽车滑行时，可以利用发动机制动作用。,前进挡强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接，2/4挡制动器B1工作，前太阳轮被固定，传动路线与D位2挡相同。但单向离合器F2不起作用，使汽车滑行时，可以用发动机制动作用。,6. L位2挡(或1位2挡，或2位2挡),7. 1位3挡(或2位3挡) 前进挡强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接，高挡离合器C4也接合，将输入轴与行星架连接，使后太阳轮与行星架一起带动内齿圈转动，形成直接挡。传动路线与D位3挡相同。 当汽车滑行时，离合器C3与离合器C4都能反向传递动力，所以可利用发动机的制动作用。,8.倒挡 倒挡离合器C2工作，将输入轴与前太阳轮连接，低倒挡制动器B2制动，行星架被固定.,输入轴倒挡离合器C2前太阳轮(顺时针)长行星轮内齿圈(逆时针)输出轴,传动比,传动路线,换挡执行机构：离合器、制动器、单向离合器 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，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。,2.5 换挡执行机构,作用：连接行星齿轮机构中的输入或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中的某两个基本元件连接在一起，使之成为一个整体转动。 类型：湿式多片离合器。,2.5.1 离合器,结构： 主动部分：离合器鼓.钢片等 从动部分：离合器毂.摩擦片等 压紧机构：油缸.活塞等 分离机构：回位弹簧等,湿式多片式离合器组成,离合器鼓 是一个油缸，鼓内有内花键齿圈，内圆轴颈上有进油孔与控制油路相通。,活塞为环状，内外圆上有密封圈，安装在离合器鼓内。,离合器片,钢片和摩擦片交错排列,钢片带有外花键齿，与离合器鼓的内花键齿圈连接，并可轴向移动。摩擦片则以内花键齿与花键毂的外花键槽配合，也可作轴向移动。,离合器摩擦材料以纸基摩擦材料为主,以石棉、碳、纤维素等纤维或棉、木材、合成纤维作为母体材料，添加无机、有机的的高摩擦性材料，并在进行搅拌的基础上，浸渍酚醛类树脂硬化而成。将其粘在钢盘上，这种材料的特点是多孔，网状，具有弹性，摩擦系数高、高压、高温、高圆周速度时的稳定性好。,纸基,半金属,将40%以上金属粉末（主要铜粉）与酚醛类树脂结合而成的摩擦材料，并含有提高性能的铅、二氧化硅、石墨等。导热性好，但摩擦系数低。,摩擦片衬面开槽形式会影响摩擦因数和离合器的结合过程。 沟槽作用： 1 破坏油膜，提高滑摩时的摩擦因数； 2 保证油流通过，冷却摩擦表面。 对金属型摩擦材料，以棱形网格槽为佳，它既有较高的摩擦因数，又保证足够的冷却，构槽加工也很方便。对于非金属摩擦材料表面，开槽并不能增加摩擦因数，故仅开冷却槽。,离合器的摩擦片与钢片之间间隙的积累一般为0.5-2.0mm 间隙大小对结合和完全分离有较大的影响,回位弹簧形式 周布弹簧，中央弹簧，膜片弹簧等,自由间隙,在同一个行星齿轮变速器内通常有几个离合器，为使离合器通用化、标准化，将离合器的尺寸做成基本相同或相近，而通过调整每个离合器所使用的摩擦片的片数，来保证不同的离合器传递不同的转矩。,离合器转矩传递能力,大小与摩擦片的面积、片数及离合器片间的压紧力有关。,在离合器活塞或离合器鼓左端的壁面上设有一个由钢球组成的溢流阀。,压力油进入油缸钢球压紧溢流阀关闭保证了油缸的密封,压力油通过油路排出缸体内的油压力下降钢球在离心力作用下离开阀座溢流阀开启残留油因离心力的作用排出离合器彻底分离,离合器安全阀,2.5.2 制动器,作用：约束行星齿轮机构中的基本元件，与变速器壳体相连。,类型：湿式多片制动器和带式制动器。,湿式多片制动器结构：,结构和工作原理与湿式多片离合器具相同，其不同之处为，制动器鼓固定不转动的，通常湿式多片制动器的壳体就是行星齿轮变速器的壳体。,2.5.2.1 片式制动器,2.5.2.2 带式制动器,制动鼓、制动带及活塞等,2.5.3 单向离合器,只要改变传递方向就可以改变单向离合器的工作状态，不需要液压控制装置的控制。但有方向性，不能装反。,作用,单向连接或单向制动,特点,滚柱斜槽式 楔块式,类型,2.6 液压控制系统,（1）泵油并调节油路压力 （2）向换档执行元件提供压力油以控制档位变化 （3）控制液力变矩器的锁止及其ATF油的冷却 （4）控制各摩擦表面的润滑,2.6.1 作用,2.6.2 组成,液压泵、阀板总成、散热器、控制管路、ATF油滤清器。,2.6.3 液压泵,内啮合齿轮泵,由主动齿轮、从动齿轮、壳体、油封等组成。 壳体的从动齿轮槽内有一个月牙形凸台。,摆线齿轮泵,阀板由多个液压阀组成，高度集成在一起，形成一个总成。,2.6.4 阀板总成,油压调节类 换档控制类 换档品质优化类 变矩器控制类,对于纯液压控制式AT，根据阀所起作用的不同，可以将阀分为下列四类：,线性电磁阀 SL1,线性电磁阀 SL2,线性电磁阀 SLT,线性电磁阀 SLU,换档电磁阀 S1,换档电磁阀 S2,换档电磁阀 S3,换档电磁阀 S4,换档电磁阀 SR,2.6.5 散热器,使高温的ATF油散热，以维持油的正常工作温度。 可以与水箱制成一个整体，也可以独立设置，装在水箱的附近。,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，利用液压传动原理，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。,2.6.6 液压系统换档控制原理,控制机构包括主油路系统、换档信号系统、换档阀系统和缓冲安全系统。 液压控制式换档信号系统和换档阀系统采用的是全液压元件 液压系统利用管路把诸多的液压元件(阀类)、换档执行机构合理地连接起来形成油路，控制液流的流向来实现自动换档的目的。 一般汽车自动变速器都把诸多液压元件、液压油的各个通路，都集中设置在一个总的集中组合阀体(简称阀体)内。这些液压元件是根据发动机的输出条件以及车速变化来控制的。,1）换档规律：换档时刻及闭锁时刻的控制。 2）换档品质：离合器（含闭锁离合器）和制动器的充放油控制,AT的控制,换挡控制原理,换挡阀两端作用节气门阀和速控阀油压。换挡时，两端油压发生变化，使换挡阀产生位移，改变油路，从而实现换挡。,液控自动变速器低速工作状态,换档阀关闭高速档油路，工作油压为低速档提供动力。,液控自动变速器高速工作状态,换档阀阀芯左移，高速档油路打开，低速档油路断开。,节气门阀,节气门阀受加速踏板控制，随节气门开度大小(即发动机负荷大小)而改变输出油压力，输出的油压高低即为自动换档的一个信号。根据输入方式的不同，节气门阀分为机械式和真空式两种。,机械式节气门阀由上部的节气门阀体、回位弹簧、下部的强制低档柱塞和调压弹簧等组成。节气门阀体和强制低档柱塞并不直接接触，而是通过调压弹簧连在一起，强制低档柱塞下装有滚轮，与凸轮接触。凸轮经钢丝缆绳与加速踏板相连。,来自液压泵的压力油由节气门阀的进油口进入，经阀口节流后，从出油口接至换档阀。另外节气门阀上还有两个控制油口，分别与来自断流阀的油压及出油口油压相通，使阀体在A、B处受到向下的液压作用力。当发动机怠速时，阀上进油口处的节流口开度很小，输出的油压很低。,踩加速踏板时，节气门缆绳被拉动，凸轮顺时针转动，将强制低档柱塞上推，压缩调压弹簧。调压弹簧则推动节气门阀体向上，使节流口开大，从节气门阀输出的油压力增高。,发动机节气门开度越大，节气门阀凸轮转动角度也越大，强制低档柱塞上移越多，节气门阀体向上移动也就越多，节流口也就越大，使得节气门阀输出的油压力越高。从而使发动机节气门的开度大小与变速器节气门阀输出的油压有了对应关系。,离心调速阀,也称速控阀。作用：为变速器换档阀提供一个随车速大小而变化的控制油压。基本原理：利用轴旋转时重块所产生的离心力来控制滑阀阀芯的位置。常见的离心调速阀也有两种：普通复合式双级调速阀和中间传动复合式双级调速阀。,普通复合式双级调速阀通常装在变速器的输出轴上，由输出轴直接驱动。,调速阀的外壳与盖用螺钉连接，套装并用锁紧螺钉固定在变速器输出轴上，使整个离心调速阀可随变速器的输出轴转动。,在输出轴的一侧有滑阀；另一侧是离心重块。,输出轴不转动时，速控阀无速控油压输出。,输出轴转动时，速控阀输出油压的高低与车速相对应。车速低，速控阀输出的油压低；车速高，速控阀输出的油压高。,手动阀,安装于控制系统阀板总成中的多路换向阀，由自动变速器操纵手柄控制。 手动阀还提供倒档（R）、空档（N）、停车档（P）等功能。 手动阀结构： 在阀体上有多条油道，一条进油道与液压泵主油路相连，其余为出油道， 分别通至“D”、“2”、“L”、“P”和“R”档位相应的滑阀或直接通往换档执行元件。,换档阀,换档阀是弹簧液压作用式的方向控制阀，它有两个工作位置，可以实现升档或降档的自动变换。,D1档换档阀的结构示意,当车速较低而发动机节气门开变较大时。换档阀阀芯右端的节气门阀油压较高，作用力大；左端的调速阀油压较小，作用力小，阀芯被推至左位，主油路油压只能通往低档的执行元件，自动变速器在低档工作。当车速增大时，阀芯左端的调速阀油压随之升高，作用力增大。当压力增至某一值时，阀芯被推至右位，主油路油压接通与高档相应的执行元件，自动变速器自动换至高档工作如车速下降，离心调速阀油压也会降低，换档阀阀芯在节气门阀油压和弹簧力作用下左移，自动变速器又回到低档工作。,节气门开度大，车速低时，节气门油压与弹簧力之和大于速控油压，阀芯下移，自动变速器处于1挡。,节气门开度小，车速高时，节气门油压与弹簧力之和小于速控油压，阀芯上移，接通制动器B2油路，自动变速器处于2挡。,锁止离合器控制阀,早期的电子控制自动变速器中，锁止电磁阀是采用开关电磁阀，即通电时锁止离合器结合，断电时锁止离合器分离。 目前许多新型电子控制自动变速器采用脉冲线性式电磁阀作为锁止电磁阀。当脉冲电信号的占空比为0时，电磁阀关闭，没有油压作用在锁止离合器控制阀右端，此时锁止离合器活塞左右两侧的油压相同，锁止离合器处于分离状态； 当脉冲电信号的占空比愈大，锁止离合器左右两侧的油压差以及锁止离合器的接合力也愈大。当脉冲电信号的占空比达到一定数值时，锁止离合器即可完全接合。这样，ECU在控制锁止离合器接合时，可以通过电磁阀来调节其接合力和接合速度，让接合力逐渐增大，使接合过程更加柔和。,1变矩器 2锁止离合器 3脉冲线性式锁止电磁阀 4锁止离合器控制阀,占空比为0时，电磁阀关闭，没有油压作用在锁止离合器控制阀右端，锁止离合器活塞左右两侧的油压相同，锁止离合器处于分离状态。,当脉冲电信号的占空比愈大，锁止离合器左右两侧的油压差变大，锁止离合器的接合力也愈大。,换挡品质控制装置,换挡品质是指换挡过程的平顺性，即换挡过程能平稳而无颠簸或冲击地进行。 换挡过程的具体要求有两个： 换挡过程应尽量迅速地完成，以减少由于换挡时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换挡期间输入功率低或中断而引起的速度损失； 换挡过程应尽量缓慢平稳过渡，以使车速过渡圆滑，没有过高的瞬时加速度或瞬时减速度，避免颠簸和冲击。 以上两个要求是互相矛盾的。换挡过程快，就不可避免地产生较大的冲击和动载荷，换挡过程的平稳性就不好。而如果为了提高换挡过程的平稳性而延长过渡时间，则摩擦元件的滑转时间延长，导至摩擦元件温度升高、磨损增加。 在一般情况下，在最小摩擦时间的前提下提高换挡过程的平稳性。 用于改善换挡品质的装置很多，其中最常见的有缓冲阀、蓄能器、单向节流阀等。其作用都是使换挡执行元件的接合更为柔和，使换挡平稳，无冲击。,2.7 电子控制系统,通过传感器检测车辆运行参数的信号，由电脑计算和判断后，向执行器发出控制指令，实现对自动变速器的各项控制。,作用与组成,传感器，开关 ， ECU， 执行器,硬件,软件,控制策略，控制算法与控制程序,电子控制系统包括： 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 信号开关装置 超速档开关（OD开关） 模式选择开关 多功能开关 空档起动开关 执行器 开关式电磁阀 脉冲式电磁阀 ECU,安装位置 安装在发动机节气门体上，与节气门联动。 作用 测量发动机节气门的开度，向ECU提供发动机负荷信号，以控制自动变速器换档时刻及主油路油压。 类型 常见的为可变电阻式。,节气门位置传感器 Throttle Position Sensor（TPS）,发动机转速传感器,安装位置 一般安装在分电器内或曲轴、凸轮轴及飞轮处。 作用 测量发动机转速。 类型 电磁式、霍尔式和光电式。以电磁式应用较多。,720,360,基准信号 HZ/转,角度信号 24HZ/转,第四缸 BTDC7,第一缸 BTDC7,G1,G2转子,Ne转子,磁铁,30,30,车速传感器 Vehicle Speed Sensor （VSS）,VSS外形,电磁感应式车速传感器,安装位置 组合仪表内或变速器输出轴上。 作用 检测汽车的车速。 分类 电磁感应式、舌簧开关式、光电式等。目前电磁感应式VSS应用较多。,车速传感器工作原理,车速传感器感应电压曲线,电磁感应式车速传感器工作原理,霍尔式,输入轴转速传感器,安装位置 行星齿轮变速器输入轴（液力变矩器输出轴）或与输入轴连接的离合器鼓附近的壳体上。 作用 检测变速器输入轴的车速。 分类 电磁感应式 工作原理同车速传感器,Transmission Input Speed Sensor（TISS）,输入轴转速传感器,行星齿轮变速器输入轴,TISS外形,车速传感器VSS,输入轴转速传感器TISS,输入轴转速传感器TISS,车速传感器VSS,后驱动车辆传感器安装位置,前驱动车辆传感器安装位置,变速器油温传感器,安装位置 自动变速器油底壳内的液压阀阀板上。 作用 检测自动变速器中液压油的温度，以作为ECU换档控制、油压控制、锁止离合器控制的依据。 结构原理 负温度系数热敏电阻,Transmission Fluid Temperature Sensor （TFT）,ATF油温传感器,ATF=Automatic Transmission Fluid 自动变速器油,超速档开关、OD开关 Overdrive（OD）,安装位置 自动变速器操纵手柄上。 作用 控制自动变速器中的超速档。当超速档开关打开，变速器处于D档时，自动变速器可升至超速档；而当开关关闭时，则不能升至超速档。,仪表板上一般有O/D OFF指示灯。O/D OFF指示灯熄灭表示超速档开关处于打开状态。,模式选择开关、程序开关,安装位置 自动变速器操纵手柄旁。 作用 控选择自动变速器的控制模式，即选择自动变速器的换档规律，以满足不同的使用要求。 常见的控制模式有： 经济模式（Economy）：以汽车获得最佳燃油经济性为目标设计换档规律。一般在发动机转速较低时会换入高档，即提前升档，延迟降档。 动力模式（Power）：以汽车获得最大动力性为目标设计换档规律。一般在发机转速较高时换入高档，即延迟升档，提前降档。 普通模式（Normal）：介于经济模式和动力模式之间。既有一定的动力性，又有一定的经济性。 手动模式（Manual）：以手动方式选择档位，使汽车像装了手动变速器一样行驶。 上述控制模式并不是每一种变速器都具备，一般有其中的若干项。,多功能开关、档位开关,安装位置 自动变速器壳体的手动阀摇臂轴或操纵手柄上，由换档杆进行控制。 作用 指示选档操纵手柄位置。 开启倒档信号灯。 空档起动。,空档起动开关,档位开关,空档起动开关和制动灯开关,空档起动开关 空档起动开关用以判断选档手柄的位置，防止发动机在驱动档位时起动。当选档手柄位于N或P位置时，起动开关接通。这时起动发动机，起动开关便向电控单元输出起动信号，使发动机得以起动。如果选档手柄位于任一驱动位置，则起动开关断开，发动机不能起动，从而保证使用安全。,制动灯开关 制动灯开关用以判断制动踏板是否踩下