《汽车电器与电子技术》第09章自动变速器剖析.ppt

第9章汽车自动变速器,主要内容,自动变速器的组成与工作原理自动变速器行星齿轮系统自动变速器的液压控制系统自动变速器的电子控制系统自动变速器的使用自动变速器的故障自诊断与试验,9.1自动变速器的组成与工作原理,自动操纵式变速器可根据发动机负荷和车速等工况的变化自动变换传动系统的传动比，使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，同时有效减少发动机排放污染，显著提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。,自动变速器的分类按传动比变化的方式分，主要有：有级式自动变速器、无级式自动变速器以及综合式自动变速器。综合式自动变速器通常所指的是液力自动变速器，简称AT，是本书讲述的重点。,电控机械式自动变速器AMT的基本控制原理,CVT传动原理图,1主动轴2主动轮3V形钢带4从动轮,扭矩从发动机输入到主动轮,扭矩从从动轮输出到车轮,低速档速比,超速档速比,液压控制系统,液力变矩器,齿轮变速机构,制动器,离合器,自动变速器的组成与工作原理,换档控制系统主要有控制参数信号发生系统、换档控制系统、换档执行机构等组成。,自动换档系统工作流程简图,控制参数信号发生系统：节气门位置信号与车速信号，驾驶员控制的手动变速杆的位置信号、发动机转速与油温信号、变速器油温信号等等。换档执行机构主要指：换档离合器、制动器、单向离合器等，其功能是接受控制器指令具体完成挡位的变换。换档控制系统的主要工作是：在给定手动换档位置信号后，接受来自节气门位置、车速及手动换档传感元件所传来的信号，进行比较和处理，选择最佳的换档规律，发出换档指令至换档执行机构。,自动变速器的换档控制系统,液控液压式自动换档系统工作简图1节气门阀2换档阀3液力变矩器4变速机构5速控阀,电控液压式自动换档系统工作简图1自动变速器ECU2节气门位置传感器3换档电磁阀A4液力变矩器5变速机构6车速传感器7换档阀8换档电磁阀B,自动变速器的换档控制系统,n1：太阳轮转速n2：齿圈转速n3：行星架转速Z2：齿圈齿数Z1：太阳轮齿数a：a=Z2/Z1,由平衡条件及能量守恒定律可得：,特性方程式：n1+an2-(1+a)n3=0,9.2自动变速器行星齿轮系统,有以下四种传动情况：,增速减扭传动,减速增扭传动,直接传动,自由转动，动力无法传递,减速传动1,主动件-太阳轮，n1=（1+)n3；被动件-行星架；固定件-齿圈，n2=0。传动比i采用这种方案传动时，是一种减速增扭传动。,主动件-齿圈；被动件-行星架；固定件-太阳轮，n1=0；。传动比i采用这种方案传动时，是一种减速增扭传动。,减速传动2,主动件-太阳轮；被动件-齿圈；固定件-行星架，n3=0。传动比i此式的负号“”表示齿圈的转动方向与太阳轮转向相反，即为倒挡。但其绝对值大于1，故仍为一种减速增扭传动。,减速传动3,增速传动1,主动件-行星架，n1=0；被动件-齿圈；固定件-太阳轮。传动比i,增速传动2,主动件-行星架，n1=（1+)n3；被动件-太阳轮；固定件-齿圈，n2=0。传动比i此传动方案也是一种增速减扭传动，但其增速比大于前一种方案。,增速传动3,主动件-齿圈；被动件-太阳轮；固定件-行星架，n3=0。传动比i“”号表明，被动件太阳轮转动方向与齿圈相反，且是一种增速减扭传动，是一种升速的倒转。,直接传动当太阳轮、齿圈和行星架三元件中，任二个元件连成一体转动时，则第三个元件必然与前二者转速相同，即传动比i1。自由转动若所有元件均不受约束，则行星齿轮机构失去传动作用。此种状态相当于空档。,行星齿轮机构的执行机构,离合器,制动器,单向离合器,离合器通常采用圆盘式多片湿式离合器。,制动器最常见的有两种型式：盘式制动器和带式制动器。盘式制动器结构和工作原理同湿式多片离合器。,带式制动器的工作原理,单向离合器,楔块式单向离合器,滚柱式单向离合器,B,C,A,楔块,单向离合器使某元件按一定方向旋转，在另一方向锁止。单向离合器有滚柱斜槽式和楔块式。,ABC,复合式行星齿轮机构一般有两种形式：,辛普森式,拉挪威式,辛普森式行星齿轮变速器,结构特点：前后两个行星排的齿轮参数完全相同；前后两个太阳轮连成一体，即共用太阳轮。称为前后太阳轮组件；前行星架与后齿圈相连并做为输出轴；前齿圈和太阳轮通常做为输入轴。这样，六元件变成四元件,结构特点：两行星排共用行星架和齿圈；小太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架及齿圈组成双行星轮系行星排；大太阳轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个单行星轮系行星排；有四个独立元件：小太阳轮、大太阳轮、行星架和齿圈；两套行星轮互相啮合。,拉维娜式行星齿轮变速器,典型行星齿轮式自动变速器,丰田A341E自动变速器行星齿轮变速系统,A341E型自动变速器各挡位与换挡执行元件的工作情况对照表,丰田A341E自动变速器D位1挡传动路线图,1档：C0、C1接合，F0、F2锁止；动力传递路线：1、液力变矩器C0超速行星排齿圈C1后排齿圈后行星轮后行星架输出轴；2、液力变矩器C0超速行星排齿圈C1后排齿圈后行星轮太阳轮前行星轮前排齿圈输出轴。,9.3自动变速器的液压控制系统,自动变速器的自动控制是由液压控制系统控制完成。液压控制系统由三部分组成：,动力源液压泵；,执行机构离合器、制动器、单向离合器；,控制机构调压阀、手动阀、换档法、锁止离合器控制阀；,典型的自动变速器液压控制系统红旗CA770轿车自动变速器供油部分主要由液压油泵7、主油路调压阀3等组成。控制参数信号发生装置主要包括离心调速阀15与节气门阀9。换档执行机构包括直接挡离合器18、低挡制动器19和倒挡制动器20。换档控制系统由手动换档阀8、换档阀10及用于改善换档品质的缓冲阀12等组成。,供油和调压部分主要工作元件,液压泵主油路调压阀主要用于稳定主油路油压。右图是丰田A341E主油路调压阀结构。,典型主油路调压阀结构示意图1柱塞2弹簧3阀芯,控制参数信号转换装置,节气门阀受发动机加速踏板所控制，随节气门开度大小改变输出油压力的液压阀。,弹簧A,节气门滑阀,反向阀,弹簧B,降挡柱塞,凸轮,调速阀将汽车车速参数转换为相对应的油压信号输出，作用在换挡阀上。常用调速阀有复锤式离心调速阀、双锤式离心调速阀以及中间传动复合式双级调速阀。,复锤式调速阀简图1离心重块2调速阀轴3滑阀4弹簧5壳体6变速器输出轴,换挡控制系统,手控制阀,手控制阀结构示意图,换挡控制阀,丰田A341E型自动变速器1-2挡换挡阀结构与工作原理a）换档阀结构示意图b）D位1挡油路c）D位2挡油路d）L位1挡油路1低、倒挡柱塞2弹簧3阀芯4柱塞,换挡品质控制装置,缓冲阀作用：接合柔和，分离迅速。,弹簧式缓冲阀工作原理a）慢速充油b）快速回油1节流孔2阀芯3弹簧,蓄能器作用：防止换挡元件接合时产生冲击。其进、排液口与换挡阀至换挡执行元件之间的油路相通。,蓄能减振器工作原理1活塞A2活塞B3弹簧,自动换挡规律,两参数换挡规律示意图,油门开度,车速,从1挡换入2挡,从2挡换入1挡,油门全开,发动机怠速时的油门开度,降挡的换挡时刻比升挡的晚，这种现象称为换挡延迟。它的主要作用是：（1）保证自动换挡系统的稳定性。当有了换挡延迟，自动换上新挡后，不会由于油门踏板振动或车速稍降而重新换回原来排挡。（2）使驾驶员可以对自动换挡进行干预，可以提前升挡或强制降挡。（3）可通过变化换挡延迟，来改变换挡规律，适应动力性、经济性等方面的要求。,9.4自动变速器的电子控制系统,电子控制系统基本组成,电子控制系统主要工作元件,传感器（1）节气门位置传感器：作用是测量发动机节气门的开度，使电脑适时了解发动机负荷，以此作为换挡的一个主要依据。在第8章中已经介绍，其结构如图8-15所示。,（2）车速传感器：用于检测自动变速器输出轴转速，检测到的输出轴转速信号被送往微电脑，处理后成为车速信号，作为控制换挡的另一个主要依据。,车速传感器的结构与安装位置1电插座2O形体3磁电传感器4变速器输出轴齿轮,（3）自动变速器控制开关常用的有：超速挡开关、模式选择开关、挡位开关、空挡起动开关、强制降挡开关等。,自动变速器电控系统传感元件的一般线路图,电磁阀（1）开关式电磁阀开启和关闭变速器油路，主要用于控制换挡阀。它只有两种工作状态：全开或全关。,开关式电磁阀1液压油入口2泄压口3接线插座4衔铁及阀芯5骨架6电磁线圈7限流钢球,（2）脉冲式电磁阀作用是控制油路中油压的大小。通过改变脉冲信号占空比来改变电磁阀开启和关闭的时间比例，达到控制油路压力的目的。,脉冲式电磁阀1液压油出口2液压油入口3接线插座4泄压口5线圈6衔铁及阀芯7限流钢球,自动变速器电子控制单元ECU电子控制单元ECU对自动变速器最基本的控制为换挡控制以及必要的自诊断、安全保护功能。（1）换挡时刻控制是电子控制单元ECU最重要的控制内容之一。汽车在每一特定行驶工况，都应该有一个与之相对应的最佳换挡时刻。,选挡手柄在D位时的换档规律a）普通型换挡规律b）经济型换挡规律c）动力型换挡规律,最新型的自动变速器电子控制单元ECU还可以进行自动模式选择控制。主要参考换挡手柄的位置、车速、节气们的位置及其变化的速率等因素，自动选择控制模式。比如，在前进D位时，节气门变化速率低时，选择经济模式，节气门的变化速率超过一定范围时，则变换为动力模式。,（2）电控液压式与液控液压式自动换档系统两种系统不同之处在于，电控液压式控制系统取消了液控系统中的节气门拉索或节气门真空罐控制的节气门阀，由一个脉冲式油压电磁阀来产生节气门油压。电子控制单元ECU根据节气门位置传感器测得的节气门开度信号，控制发往油压电磁阀的脉冲信号的占空比，改变油压电磁阀排油孔的开度，使主油路油压随节气门的开度而变化。,（3）锁止电磁阀采用脉冲式电磁阀，改变脉冲信号占空比大小来调节锁止电磁阀的开度，调节闭锁离合器活塞右侧油压的大小。,变矩器锁止控制示意图1变矩器2锁止离合器3脉冲式锁止电磁阀4锁止离合器控制阀,（4）其它控制ECU判断需要换挡时，ECU会暂时延迟使点火时间，也能向蓄能器背压电磁阀输出控制信号，换挡动作更加平稳。（5）自诊断当自动变速器控制系统中各传感器、电磁阀或有关开关发生故障，ECU通过输出故障代码，以指示故障所发生的部位，并将之存储在存储器中，即使发动机熄火也不会消失。,典型自动变速器电液式控制系统,本田雅阁电子控制自动变速驱动桥，有四个前进档和一个倒挡，该变速器换档操纵手柄具有P、R、N、D4、D3、2、1七个位置。,本田雅阁自动变速驱动桥的电子控制系统电路图,本田雅阁自动变速驱动桥电控液压系统D位1挡工作油路示意图,9.5自动变速器的使用,1.自动变速器换挡手柄的使用6个位置包括：P、R、N、D、2和1或L。7个位置包括：P、R、N、D4、D3、2、1。对于6个选挡杆位置的变速器还设置有个超速挡选择开关，由驾驶员控制D位是否允许升入超速挡。,P位：停车锁止机构把变速器的输出轴锁止，换挡执行机构也使自动变速器在空挡位置。,R位：倒车挡，在汽车倒车时选用。,N位空挡，在发动机启动时选用。,D位前进挡，在汽车一般道路行驶时选用。可实现1挡、2挡、3挡和超速挡的传动。,2和L位前进低挡，在坡道或雨雪天路面较滑时使用。换挡手柄在2位时，自动变速器只能在1挡、2挡之间自动变换；当换挡手柄在L位时，自动变速器被固定在1挡，这时汽车只能在1挡行驶。,2.自动变速器控制开关的使用（1）O/D开关超速挡开关。当O/D开关打开后，若换挡手柄在D位，自动变速器最高可升入超速挡。当O/D开关关闭后，自动变速器升挡时最高只能升入3挡。坡道行驶时，要关闭此开关，自动变速器频繁跳挡，减少换档执行元件的磨损。,（2）模式选择开关用来选择自动变速器的换挡规律。一般控制模式有经济模式、动力模式和标准模式（普通模式）。1）经济模式以汽车行驶时获得最佳燃油经济性为目标设计的换挡规律。2）动力模式以使汽车获得最大动力为目标而设计的换挡规律，主要用于汽车的加速、爬坡等工况。,3）标准模式可使自动变速器在经济模式和动力模式之间工作，即使汽车在保持一定动力性行驶的基础上，又有较好的燃油经济性。,3.停车时装有自动变速器的汽车使用注意事项如临时停车时间过长，应把挡从D挡换至N挡，否则会使自动变速器油液温度升高，影响自动变速器的使用性能。还可通过踩下油门踏板1-2次增大发动机转速的办法，加大油泵泵油量，使变矩器内过热的油液在冷却器内得到循环，以防止油温升高。,若发动机停止工作时停车，则需注意：（1）因此时油泵不泵油，变速器无法工作，所以不能用反拖法起动发动机。（2）因系统无压力油供应，长距离牵引时，齿轮系统润滑不良，磨损严重。为此，牵引距离一般不得超过80km，牵引速度不得大于30km/h。（3）如变速器齿轮系统有故障或严重漏油时，牵引车辆时应将传动轴脱开（前轮驱动汽车，可使前轮悬空牵引）。,9.6自动变速器故障自诊断与试验,1自动变速器的故障自诊断自诊断系统会通过超速挡指示灯（O/DOFF）或换挡模式指示灯的闪烁来提醒司机，同时ECU控制单元将故障记忆并以代码形式存储在存储器中。每一个故障代码表示一种故障现象。,采用人工读取故障编码的方法有：丰田汽车的故障代码可通过“O/DOFF”指示灯来读取；本田汽车通过D4挡挡位灯来读取；马自达通过“HOLD”（保持）指示灯来读取；三菱和现代汽车用伏特表或发光二极管来读取故障码；近年出产的部分汽车采用OBD-II自诊接头并要用专用检测仪器来读取故障码。,以丰田自动变速器故障自诊断为例：正常情况下：打开点火开关，其“O/DOFF”开关在OFF的位置，该指示灯亮；“O/DOFF”开关在ON的位置，该指示灯灭。如果不是这样，需检查此开关的电路，如果正常，则需进行故障代码读取。,故障代码读取方法：打开点火开关，将“O/DOFF”开关置于ON位，短接自诊断接头TDCL的端子TE1和E2，从“O/DOFF”指示灯的闪烁读取故障代码。,丰田汽车自动变速器故障代码读取a）TDCL接头b）正常代码c）故障代码“42”,丰田A341E自动变速器部分故障代码示例,排除完故障之后，在关断点火开关的情况下，将熔断器盒内EFI保险丝拆下10s以上，即可将ECU存储器中的故障代码清除掉。,2自动变速系统的常规试验方法1.手动换挡试验手动换挡试验一般是在读取故障代码和完成变速器基本常规检查后，由测试人员手动进行各挡位的试验。其基本试验过程如下：（1）拨下自动变速器电控单元ECU线束插头或脱开电磁阀线束插头，这样电磁阀都处于关闭状态；,（2）手动操纵选挡手柄换挡，检查车辆行驶速度的变化。不同自动变速器的手动换挡位置与行驶挡位的关系不完全相同，因此试验时应根据手册要求进行，下表为丰田A341E手动换挡工作表；,丰田A341E手动换挡工作表,（3）试验结束应插好ECU线束插头和电磁阀线束插头，并清除故障代码。,2.失速试验失速试验是指在D位或R位，发动机节气门全开，液力变矩器涡轮转速为零时，测试发动机转速的试验。失速试验的目的是通过测量D挡和R挡位发动机的失速转速来检查发动机和变速器的全面功能。主要包括液力变矩器导轮和单向离合器功能，以及换挡离合器和制动器是否打滑等。,进行失速试验时应把变速器油温升到并保持在正常工作油温（5080C），每次连续试验时间不超过5s。具体试验方法如下：（1）固定前后轮，拉紧停车制动器，将刹车踏板踩到底，起动发动机并预热。（2）换到D挡，将加速踏板迅速踩到底，读出稳定时发动机转速，立即松开油门；（3）换到R挡，作同样的试验。,3.延时试验当发动机处于怠速时，将换挡杆换入前进挡位，在感到汽车振动或车辆运动前会有一定的延时，该延时取决于变速器油路油压、密封情况、换挡离合器和制动器的磨损情况等。延时试验的目的是检查各换挡离合器和制动器的摩擦盘工作效能以及油路密封等情况。,进行延时试验时，应把变速器油温升到正常工作温度。每次测试时间至少间隔一分钟以上，取3次测试的平均值，具体测试方法如下：（1）进行停车制动（拉紧手刹或踏停车制动）。（2）起动发动机，在N挡（空挡）和关空凋时检查和调整发动机至正常怠速。,（3）将换挡杆从N位换到D位，同时按下秒表记时，当感到振动时，停在秒表记录时刻。（4）间隔1分钟以后再测，共进行3次，取3次平均值，延时时间不应大于1.2秒。（5）将换挡杆推入“R”挡，作同样试验，延时时间不应大于1.5秒。延时过大的原因主要是工作的离合器和制动器磨损失效，或者因密封不良而导致的油路压力过低等原因。,4.油压测试油压测试是在自动变速器工作时，通过测量液压控制系统各油路的压力来判断液压控制系统及电子控制系统各零部件的功能是否正常。目的是检查油泵、油压调节阀、节气门阀、油压电磁阀、调速阀及变速器油等的工作状况，是变速器性能分析和故障判断的主要依据。,油压测试也是先预热油温至正常工作温度，确认检查过油面高度、油质状况、换挡杆及节气门拉线已调整正常。系统油压测试的一般方法如下：（1）首先检查油门踏板拉线的调整情况，必要时重新调整。（2）拆下变速器壳体上的油路压力测试螺塞，装上油压表。,（3）用三角木塞住前、后轮，将手制动器拉到底（刹车），起动发动机预热。（4）在怠速情况下，将变速杆拨入D位置，读出压力值。（5）将制动踏板踩到底，然后同时将油门踏板也踩到底，即在失速情况读出压力值。（6）变速杆拨入R位，作同样试验。,除了系统油压测试外，还可进一步试验调速阀油压、各挡离合器油压、蓄压器背压等项目，以判定局部故障。,5.道路试验道路行驶试验测试包括：机械变速器内部的各离合器和制动器的工作情况，液压控制系统和电子控制系统控制的自动换挡点速度是否正确，换挡时车辆的平顺性，行驶时变速器内有无异常响声，各种行驶模式时车辆的行驶性能、液力变矩器的锁止、换挡杆在各位置时的换挡范围和发动机制动状况等。,道路试验的一般方法如下：（1）D挡位试验1）检查升挡及降挡动作换挡点2）检查换挡的平顺性和有无打齿。3）检查是否有异常噪声的振动4）检查变矩器的锁止5）按下模式选择开关，分别在不同换挡模式下进行上述试验。,（2）将换挡杆拨入2位置，保持油门全开，进行2挡位试验，检查下列项目：1）1挡是否顺利升2挡，升挡点是否正确。2）在2-2挡行驶时，松开油门，检查发动机是否起制动作用。如果发动机不起制动作用，则是2挡滑行制动带有故障。3）检查加速和减速时是否有不正常噪音，升挡和降挡时是否冲击过大。,（3）L位置试验1）检查是否不能升入2挡。2）行驶中松开油门，检查发动机是否起制动作用。如果发动机不起制动作用，则是低挡-倒挡制动器有故障。3）检查加速和减速时是否有不正常噪音，升挡和降挡时是否冲击过大等。,（4）R位置试验时，将油门踩到底，检查是否打滑。（5）P位置试验，将汽车停在坡度大于5的坡道上，选挡手柄拨入P位，松开手刹车，自动变速器中的停车锁止机构应将汽车停在原地，如果不能则说明停车锁止机构失效。,3电子控制系统部件故障检查1.自动变速器ECU的检修通过对ECU各端子电压及电阻的测量以及与之有关的传感器等部件的检测，排除被检测线路和部件的故障可能性后，如故障仍存在，则更换ECU。,2.挡位开关的检修拨开挡位开关线束插接器，检测各挡位下各端子之间的通断情况，并与维修手册的要求作比较。,3.车速传感器的检修检修内容有：（1）检测断路和短路故障。通过检测其电阻值进行判断。,（2）检测搭铁故障。将万用表的一只表笔连接传感器插座上任意一个端子，另一只表笔连接传感器壳体，正常阻值应为无穷大。（3）检查传感器功能。将万用表挡位转换开关拨到交流电压挡，两只表笔分别连接传感器插座上的“1”、“2”端子，当用一块磁铁迅速靠近和