自动变速器分析

自动变速器（一）自动变速器具有以下特点：1、操作简单。2、机件磨损减少，使用寿命延长。3、汽车行驶平顺性好。4、结构复杂，造价高，成本高。5、燃油消耗高，经济性差。由于自动变速器操作简单，行驶平顺性好，驾驶员可以把更多的精力转移到处理交通状况上来，以使汽车行驶更安全。为此自动变速器被大量应用到高档轿车和城市公共汽车上。并已开始向一般轿车和载重车发展推广。虽然目前的自动变速器仍存在结构复杂、制造困难、造价高、传动效率低、油耗高等不足，但随着机械制造技术和计算机控制精度的不断提高，自动变速器的制造成本将会越来越低，价格将逐步下降。其传动效率也将逐步得到改善，有望接近手动变速器。（二）自动变速器类型自动变速器的结构类型虽然较多，各汽车制造公司生产的自动变速器结构各具差异。但从所采用的传力元件齿轮结构形式的不同，车用自动变速器可分为如下两大类：自动变速器（三）行星齿轮自动变速器的基本组成行星齿轮自动变速器的结构通常由以下五大部分组成：变矩器行星齿轮机构行星齿轮自动变速器 换档执行元件液压控制系统电子控制系统（四）自动变速器电控系统简介 目前，汽车上装用的自动变速器，大多采用电液控制。它是在原液压控制系统的基础上，将部分液控阀和液压信号改换成电磁阀和电信号，输入电脑，电脑结合其它一些信号（如液压油温、发动机工作温度等），经运算、分析，输出控制信号，以确定自动变速器的挡位，锁止离合器的工作及调节液压系统的油压高低等。由于电脑功能的不断加强，能在极短的时间里处理大量信息并作出正确判断，故电控自动变速器较全液压控制的自动变速器的工作更合理、可靠，功能更齐全。有许多方面是液控式无法做到的。在此仅就电控式的传感器、执行器、控制开关及电脑控制方式等内容作一些介绍。1、自动变速器中所采用的传感器的结构与原理（1）节气门位置传感器不论是液控式还是电控式自动变速器，其换挡的基本原理是相同的。即根据节气门的开度大小、车速的高低等条件来确定具体的挡位。在液控式中，节气门的开度是通过一节气门阀直接将其开度大小转变为液压高低去进行控制。而在电控式中则是采用节气门位置传感器，将其开度大小转变为一变化的电压信号，输入ECU，ECU再结合其它信号，通过控制换挡电磁阀来确定挡位。节气门位置传感器的结构和电路如图1-4-27所示。该传感器信号不仅是自动变速器的换挡依据，而且也是EFI系统、TRC系统、CCS系统等电控装置的主要控制信号之一。图1-4-27 节气门位置传感器a）结构 b）电路1 线性电位计滑动触点 2 怠速开关滑动触点 A 基准电压 B 节气门开度信号 C 怠速信号 D 接地（2）车速传感器 安装在自动变速器输出轴附近。用于检测输出轴的转速，并输入ECU，ECU根据此信号计算车速，作为换挡控制的依据之一。车速传感器的结构、工作原理与ABS的轮速传感器相类似。目前汽车上使用的主要有电磁式和霍尔式两种。相关结构原理可参见发动机转速传感器或ABS系统中的车轮转速传感器。（3）输入轴转速传感器 其结构、工作原理和车速传感器相同。安装在变速器输入轴或与输入轴连接的离合器鼓附近的壳体上。作用是检测输入轴转速，并将信号送入电脑，使电脑更精确地控制换挡过程。同时，此信号与发动机转速信号比较，以得到变矩器的传动比，使电脑更合理地控制主油路压力和锁止离合器的工作。其结构、工作原理与车速传感器相类似。（4）ATF温度传感器安装在自动变速器油底壳内的阀体上。用以检测ATF的温度，作为电脑控制管路油压、换挡时刻及锁止离合器的依据之一。 ATF温度传感器的结构、工作原理与水温传感器相同。（5）挡位开关安装在手动阀摇臂轴或换挡手柄下方。用于检测换挡手柄的位置。由几个触点组成。当换挡手柄在不同位置时，相应触点被接通，电脑根据被接通的触点，测得换挡手柄位置，从而以不同的程序控制变速器工作。（6）锁止离合器的控制 由前述的变矩器可知，当涡轮转速达到一定值时，为了提高变矩器的传递效率，常用锁止离合器将涡轮和泵轮连接在一起。在电控系统中，该离合器的工作由电脑通过锁止电磁阀和锁止离合器控制阀进行控制。当车速、节气门开度、ATF温度等因素来实现。（7）发动机制动控制 在液控自动变速器中，要使1、2挡有反拖功能，须将换挡手柄置于2（S）或L位，使B1和B3工作方可利用发动机制动。在有些电控自动变速器中，电脑根据换挡手柄位置、车速、节气门开度等信号，通过电磁阀控制制动器或离合器，以实现发动机制动的自动控制。（8）故障自诊断功能 电脑中设置有故障诊断电路。在电脑工作的同时不断监测各传感器、部分执行元件和电脑本身的工作，一旦发现故障，电脑会自动作出判断，并点亮故障警告灯，同时把故障以代码的形式贮存在电脑的随机存储器中，以便检修。只要不断电，代码一直存在。（9）失效保护功能 当电控自动变速器中的传感器或电磁阀出现故障时，电脑将启用失效保护程序来控制自动变速器，以使汽车能继续行驶。此时的控制方式常有以下这些： 节气门位置传感器出现故障时电脑根据怠速开关的状态进行控制：开关断开时（加速踏板被踩下），按节气门的1/2开度进行控制，同时节气门油压为最大值；开关闭合时，按节气门全闭状态进行控制，同时节气门油压为最小值。 车速传感器出现故障时 电脑不能进行自动换挡控制，此时由操纵手柄位置来确定挡位：在D位和2（S）位固定为四挡或三挡；在L位固定为二挡或一挡；或在任何前进挡都固定为一挡。 有些车型的自动变速器上有两个车速传感器。一个提供给车速表；另一个提供给ECU，ECU结合节气门开度、发动机温度等信号，来确定挡位及换挡时刻。如果用于换挡控制的车速传感器出现故障，电脑会利用另一个的信号来进行换挡控制。 输入轴转速传感器出现故障 电脑停止对发动机输出扭矩大小的控制，此时换挡冲击会有所增大。 ATF温度传感器出现故障 电脑按800C的油温进行控制。 换挡电磁阀出现故障 有两种不同的控制功能：一种是不论有几个电磁阀损坏，电脑将停止全部换挡电磁阀的工作，此时变速器的挡位由换挡手柄来确定（见上述）；另一种是如果一个电磁阀损坏，电脑能控制其余电磁阀工作，但此时会失去某些挡位。 锁止离合器电磁阀出现故障电脑停止锁止离合器工作，使锁止离合器始终处于分离状态。（五）自动变速器的维护1、自动变速器油（ATF）的检查、补充和更换（1）专用工具、仪器和辅助物品故障诊断仪V.A.G1551(带诊断线V.A.G1551/3)；储液容器V.A.G1924一只；液位螺塞密封圈一只。上述工具和仪器的连接情况如图1-4-115所示。图1-4-115 检查仪器及安装（2）检查 油量总原则当ATF充满各油缸、变矩器之后，在油底壳里的油面高度应低于行星机构中的旋转件的最低位置。以免因工作中的剧烈搅动而产生泡沫，影响变速器正常工作，但须高于阀体和变速器壳体的接合面。思考题：为什么手动变速器的油量要超过下部齿轮的最低位置？而自动变速器不需要。 车辆准备a.将车停在水平路面上。b.起动发动机并使其处于怠速运转状态。c.将换档手柄轮换地置于前进、倒车位上，在各位置上停留一定的时间，以使ATF充满变矩器及各油缸。最后置于P位。d.ATF温度低于300C。 检查方法a.拆下油底壳护板，固定V.A.G1924，连接V.A.G1551。见图1-4-115所示。b.输入地址码“02”，选择“自动变速器电控系统”，屏幕显示Read data transfer Q08-Read measured value block快速数据传递 Q08阅读测量数据块c.按“Q”键确认，屏幕显示为：Read measured value blockEnter display group numer 阅读测量数据块显示组号码输入 d.按“0”、“0”和 “5”键，按“Q”确认,屏幕显示为：Read measured value block 5 300C 0 900/min阅读测量数据块5300C 0 900/mine.使ATF的温度升高至测试温度：350C450C。f.拆下检查孔螺塞，观察溢流管内是否有油涌出。见图1-4-116所示。如只是少量流出，应补充；如涌出则不需添加。图1-4-116 ATF的检查（3）ATF的补充 撬去防松盖，拔出密封塞。用V.A.G1924注入ATF,直至ATF从溢流管中涌出。如图1-4-117所示。图1-4-117 ATF的补充 重新装回密封塞及密封圈。（4）ATF的更换 在变速器下面放置一容器。拆下检查孔螺塞及溢流管，排空ATF。 装上溢流管和螺塞。 撬去防松盖，拔出密封塞，用V.A.G1924注入ATF。 再次检查ATF油量，必要时补充。提示：（1）上述ATF的检查、补充和更换方法是针对大众公司生产的01型自动变速器的。不同厂家设计生产的自动变速器，ATF的检查、补充和更换，因结构不同有很大的差异。如丰田公司生产的自动变速器，往往设有油尺和较长的加注管，检查、补充和更换很方便。也有一些自动变速器甚至连放油螺塞都没有，需拆下油底壳才能放出ATF。（2）ATF的量平时更换比首次加入时少。（3）检查更换ATF时，防松盖定位销和密封塞垫圈必须换新。（4）变矩器中的ATF只有在拆下后倒出或用抽油机抽出，平时无法放出。2、检查和调整（1）换档机构的检查操纵杆放在P或N位置，接通点火开关，不踩制动踏板：操纵杆被锁止；踩下制动踏板：操纵杆可移至各位置。（2）调整 节气门（油门）拉索的调整由于自动变速器主要是根据车速和节气门开度来进行自动换档的。因此，节气门拉索调整不当，将会导致换档时刻不正常；主油路油压过高或过低。从而使汽车行驶中产生换档冲击、执行元件打滑、加速性变差等现象。 a.踩下节气门踏板，使节气门全开。 b.检查固定在节气门体支架上的节气门拉索端头的橡胶防尘套和拉索上的限位块之间的距离。不符合时，可松开拉索上的固定螺母进行调整。如图1-4-118所示。图1-4-118 节气门拉索的调整1拉索；2固定螺母；3防尘套；4限位块思考题：节气门拉索与自动变速器有何关系？ 操纵杆及档位开关的调整操纵杆及档位开关调整不当，会使变速器挂不进倒档或前进低档；操纵杆位置与仪表盘上档位指示灯的显示不符以及发动机无法起动等现象。 调整部位如图1-4-119所示，调整方法如下： a.拆下连杆，将操纵杆拨至N位置。b.将摇臂拨至N位置。c.稍用力将操纵杆靠向R位，接上连杆，检查档位指示灯与操纵杆位置是否一致。d.将操纵杆分别拨至各位置，检查档位指示灯与操纵杆位置是否一致。e.检查操纵杆在P位和N位时发动机能否起动；R位时倒档指示灯是否亮。如不符，应松开档位开关的固定螺钉，转动档位开关进行调整。f.有些自动变速器的档位开关上刻有基准线或有一个定位孔，调整时应和摇臂轴上的槽口或定位孔对齐，如图1-4-120所示。图1-4-119 操纵手柄的调整1 操纵手柄 2 连杆 3 手动阀摇臂 4 空档位置图1-4-120 档位开关的调整1 固定螺钉 2 基准线 3 槽口 4 摇臂 5 调整用定位销（六）自动变速器的正确使用1、ATF的正确使用（1）ATF的作用 作为变矩器传递动力的介质。 作为行星齿轮机构及各换档元件的润滑用油。 是液压控制系统的压力油。 起冷却、散热作用。 具有清洁作用。 因此，对于ATF的规格、油量、换油间隔时间及加注方法应严格遵守规定，以保证自动变速器的正常工作。（2）ATF的规格 国际上无统一的标准。我国用8号液力传动油，相当于美国的DEXRON型。美国早期由GM公司推出的DEXRON-II；福特公司早期推出M2C33A/B规格，后改为M2C33C/D，目前为M2C33E/F。现在，国际上一些大的汽车制造公司如：日本、德国、及欧洲的部分制造公司大多推荐以上两种规格。（3）ATF油量的检查 将车停在水平路面上。 起动发动机并使其处于怠速运转状态。 将操纵杆轮换地置于前进、倒车位上，在各位置上停留一定的时间，以使ATF充满变矩器及各油缸。 抽出油尺检查，应在COOL至HOT之间，油温低时靠近COOL；油温高时靠近HOT。提示：当汽车高速行驶或长时间拖载后，应至少停30min后检查，否则不正确。加入油量过多，必须放出多余的部分，以免被搅动产生泡沫及从加油口窜出引起火灾。（有些自动变速器没有放油螺塞，需用抽油机抽出。）（4）定期换油 国产8号液压油的使用期为：800010000km（即使不用，停放一年以上也要求更换）。 DEXRON或DEXRON- II的使用期为：80000km。 对于负荷大、换档频繁的大型公共汽车、载重车：250h或5000km。 通常自动变速器每行驶20000km或六个月后应检查油面高度及油品。（5）油品的检查 将油尺上的油滴在干净的白纸上，察看颜色及气味。正常情况是：颜色与新油相近，变化不大，无异味。如呈棕色或有焦味，说明已变质，应更换。换油时应注意以下几个问题： 放油螺塞或磁铁上的铁屑应清洗干净。 没有放油螺塞的，应拆油底壳放油。 散热器中的液压油可用压缩空气吹出。 变矩器中的油按上述方法无法放出，可在加注后行驶5min，然后再放油（一般不需要）。2、自动变速器的正确使用（1）操纵杆各档位置情况（图1-4-136）自动变速器的操纵杆通常有58个位置，它和手动变速器操纵杆的档位是完全不同的两个概念。自动变速器操纵杆只改变手动阀的位置，车辆行驶时的具体档位除了和手动阀有关外，还取决于车速、节气门开度、ATF温度、发动机工作温度等情况。不同厂家生产的自动变速器，其操纵杆在D位下面的位置变化较大。使用情况也有所不同。实际使用时，应查阅相关使用说明。现以SANTANA01型自动变速器操纵杆为例作一说明。 P位停车位 位于最前端。操纵杆在该位置时，输出轴被锁止，驱动轮不能转动，具有手制动的作用。注意：汽车行驶时，不可将手柄推入此位图1-4-136 自动变速器操纵杆位置1-操纵杆 2-档位 3-超速开关或保持按钮 4-锁止按钮 R位倒车位在P位下面。操纵杆在该位置时，汽车可实现倒车。 N位空档位在R位下面。操纵杆在该位置时和P位基本相同，只是输出轴不锁止，但动力仍无法输出。另外，在N和P位时，起动电路才能被接通，可起动发动机，其它位置无法起动发动机。 D位前进位操纵杆在该位置时，汽车能根据节气门开度、车速等信号，自动在1、2、3、4档位之间变换。有些车型的4档还受超速开关的控制。 3、2、1位手动档位（强制低档）操纵杆在这三个位置，自动变速器的档位变化范围将受到限制。通常按位置前后相应为3档、2档、1档。（2）部分控制开关的使用现代自动变速器除操纵杆外，还增设了一些控制开关来进行部分控制操作。不同车型，这些开关的设置不一样，作用也不同。以下介绍几种常见的控制开关。 O/D开关超速档开关该开关打开后，自动变速器就可以升入超速档，且指示灯“O/D OFF”熄灭（该灯还作为故障警告灯用）；否则自动变速器不能升至超速档。 模式开关目前，大多数电脑控制的自动变速器都设有模式开关，由驾驶员通过它来选择自动变速器的控制模式换档规律。常用的有以下三种：a.经济模式（ECONOMY）在这种模式下运行，汽车可获得最佳的燃油经济性。b.动力模式（POWER）在这种模式下运行，汽车可获得最大的动力性。c.标准（一般）模式（NORMAL）在这种模式下运行，兼顾了动力性和经济性。 保持开关此开关常设在手柄上。按下此开关，变速器就不能进行自动换档，其档位取决于操纵杆的位置。通常操纵杆在D、2、L位时，分别是3、2、1档。 锁止开关一般也设在操纵杆上。以防止汽车行驶中操纵杆误入倒档或停车档。有些自动变速器还设有专门的锁止电磁阀以提高操作的正确性。（3）自动变速器的正确使用 起动时需将操纵杆置于P或N位，并拉紧手制动或踩住制动踏板，以防溜车。 起步发动机起动后须停几秒钟，然后才能挂档。挂档前先松手制动，挂档后缓加油门。不可边踩油门边挂档或先踩油门后挂档。 一般道路行驶应将操纵杆置于D位，并打开超速开关；同时根据不同需求打开模式开关。如果从经济性考虑，除选用经济模式外，操作上还可以采取以下方法：在起步加速过程中，可利用油门的快速抬起，停23秒后再踩下，以使变速器提前升档来达到此目的；如果从动力性考虑，则与上述操作方式相反，以使变速器提前降档来达到此目的。提前降档后应适当抬起油门，以减少发动机、制动器、离合器的磨损。利用油门不论是提前升档还是降档，都对机件有损害，应尽量少用。 倒车必须在汽车停稳后进行。设置锁止按钮的目的正在于此。 坡道行驶一般的坡道可将操纵杆置于D位，利用油门或制动踏板控制车速。在较陡的坡道或坡度变化较大的情况下，为了要利用发动机制动以及防止变速器出现频繁换档，可将操纵杆置于强制低档位，或关闭超速开关。但应注意：不可在汽车高速时进行，这样会使制动器、离合器的摩擦片剧烈磨损。应先用行车制动器减速至相应档位后再挂入。 雪地、泥泞道路行驶应将操纵杆置于强制低档位或打开保持开关，以减轻车轮的打滑现象。 临时停车及停放 视时间长短，可将手柄放在D或N位，用脚制动和手制动。如要停车休息，则应踩下制动踏板，待车停住后，将手柄拉至P位，并拉紧手制动，关掉发动机。（4）自动变速器的使用注意事项 汽车行驶中应尽量不要将手柄在D、3、2、1位之间来回拨动，严禁拨入空档滑行。否则会因为油泵的泵油量减少，使机件润滑不良，造成严重磨损甚至损坏。 行驶中尽量不要猛踩油门，尤其是在换档瞬间。 只有在汽车完全停稳后，才能拨入P、R或N位。 发动机怠速应符合要求，否则会引起起步冲击或熄火现象。 汽车行驶中，操纵杆由123D变换不受限制，而由D321则必须使车速降至相应档位的速度才能进行。（七）自动变速器的测试自动变速器的测试分修前测试和修后鉴定。修前测试是为了确定故障及其产生部位；修后鉴定是为了检查修理质量，是否达到要求。通常测试的项目有以下四个：油压测试、失速试验、时滞试验、道路试验。1、油压测试 自动变速器的油压高低直接影响其工作性能。过高的油压会造成换档冲击，甚至损坏控制系统；而过低的油压，则易使执行元件打滑，加剧零件磨损，甚至烧坏。因此油压要符合要求。通常油压测试有两个内容：主油路油压和调速器油压。（1）测试前的准备工作 起动发动机并行驶，预热ATF，使其达到正常工作温度(50800C)。 将汽车停放在水平路面上，并用三角木块固定牢。检查发动机怠速及变速器的油量。 将一个量程为2MPa的压力表，接到变速器的测压孔上。测压孔在变速器壳体上，平时由螺塞堵住。其具体位置可查阅维修手册。（2）主油路油压的检测如图1-4-132所示。 一般只检测前进档（D位）和倒档（R位）主油路油压。图1-4-132 主油路油压测试 测试过程a.拉起手制动。b.起动发动机并将操纵手柄置于D位。c.读出怠速油压。d.用左脚踩紧制动踏板，同时用右脚踩下加速踏板，读出失速时的主油路油压。e.用同样的方法进行R位的测试。 原因分析测出的油压值和标准值比较，以确定是否正常。表1-4-5为主油路油压不正确的原因。 主油路油压不正常的原因 表1-4-5工 况测 试 结 果原 因怠速怠速所有档位均太低油泵故障；主调压阀故障；节气门拉索或位置传感器调整不当；节气门阀故障；主油路泄露前进档和前进低档油压均太低前进离合器活塞漏油；前进档油路泄露前进档正常；前进低档太低1档或2档强制离合器活塞漏油；前进低档油路泄露前进档正常；倒档油压太低倒档及高档离合器活塞漏油；倒档油路泄露所有档位油压均太高节气门拉索或位置传感器调整不当；主油路调压阀卡死或弹簧弹力过大；节气门阀卡滞；主油路电磁阀损坏失速稍低于标准油压节气门拉索或位置传感器调整不当；主油路电磁阀损坏；主油路调压阀卡死或弹簧弹力过大明显低于标准油压油泵故障；主油路泄露a)路试 b)台架试验图1-4-133 调速器油压测试（3）调速器油压测试可通过路试或台架试验进行。如图1-4-133所示。 测试过程a.起动发动机。b.将手柄置于D位。c. 松掉手制动，缓慢踩下加速踏板，读取不同车速下的调速器油压。 原因分析将测试结果与标准值进行比较。油压过低的原因有：主油路油压太低；调速器油路泄漏；调速器工作不正常等。2、失速试验失速试验是检查发动机、变矩器及变速器中有关的换档元件的工作是否正常的一种常用方法。失速试验如图1-4-134所示。其方法如下：图1-4-134 失速试验（1）试验前的准备工作 使ATF达到正常工作温度（50800C）。 检查驻车制动和行车制动装置性能良好。 ATF液面高度正常。（2）测试过程 将车停放在水平路面上，并用三角木块塞住前后车轮。 拉起手制动，同时用左脚踩下制动踏板。 起动发动机，然后将操纵手柄拨入D位。 在左脚踩紧制动踏板的同时，用右脚将加速踏板迅速踩到底，在发动机转速不再升高时读取发动机的转速。然后立即松掉加速踏板。 将手柄置于P或N位，让发动机怠速运转1min。使油温下降。 将手柄置于R位，按上述方法读取发动机转速。 （3）原因分析不同车型的自动变速器有其不同的失速转速标准。大多数在2300r/min左右。若按上述方法测得的值与标准值不符，则说明发动机、变速器油路油压、换档执行元件等有问题。失速转速不正常时的原因见表1-4-6。 失速转速不正常的原因 表1-4-6操纵杆位置失速转速故障原因所有位置过高主油路油压过低；前进档和倒档的换档执行元件打滑；低档和倒档制动器打滑过低发动机动力不足；变矩器中的单向离合器打滑仅在D位过高前进档油路油压过低；前进离合器打滑仅在R位过高倒档油路油压过低；倒档及高档离合器打滑3、时滞试验（延时试验）当发动机处于怠速运转时将操纵杆从空档拨至前进档或倒档后，需有一段短暂时间才能使自动变速器完成档位的接合，这一时间称为迟滞时间。时滞试验就是测出这一时间，并根据其长短来判断主油路油压及换档执行元件的工作是否正常。如图1-4-135所示。图1-4-135 时滞试验（1）测试过程 使变速器油温达到正常值。 将汽车停放在水平路面上，拉紧手制动。 检查发动机怠速，如不正常时，予以调整。 将操纵杆从空档位置拨至前进档位置，同时用秒表测量从拨操纵杆开始至感觉汽车震动时止所需的时间，该时间为ND时滞时间。 将操纵杆拨至N位，发动机怠速运转1min。 按上述方法，将操纵杆由N位置拨至R位置，测量NR时滞时间。 （2）原因分析大多数自动变速器的ND时滞时间小于1.01.2s,NR时滞时间小于1.21.5s。如果ND时滞时间过长，说明主油路油压过低；前进离合器摩擦片磨损过甚或前进单向超越离合器工作不良。如果NR时滞时间过长，则说明倒档主油路油压过低；倒档离合器或制动器磨损过甚或工作不良。4、道路试验道路试验是自动变速器各项性能综合测评的有效手段之一。通过道路试验可了解变速器内部的各换档执行元件的工作情况、换档点是否正确、行驶时有无异响、变矩器的锁定情况、操纵杆在不同位置时的换档范围及发动机制动状况等内容。各项道路测试内容的方法和原因分析如下：（1）升档检查 将操纵杆置于D位，踩下加速踏板，使节气门保持在1/2开度，汽车起步加速，检查升档情况。如不能升入高档，则说明控制系统或执行元件有故障。（2）升档车速检查