汽车底盘电控技术-自动变速器(概述及变矩器)

1、汽车底盘电控技术汽车底盘电控技术第一篇第一篇 自动变速器结构原理与检修自动变速器结构原理与检修第二篇第二篇 防抱死制动系统（防抱死制动系统（ABS）自动变速器结构原理与检修自动变速器结构原理与检修第一篇第一篇本篇主要内容：本篇主要内容：第一章第一章 自动变速器概述自动变速器概述第二章第二章 液力变矩器液力变矩器第三章第三章 液力机械变速器液力机械变速器第四章第四章 液压控制自动换档系统液压控制自动换档系统第五章第五章 电子控制液压换档系统电子控制液压换档系统第六章第六章 自动变速器的检修自动变速器的检修第七章第七章 自动变速器故障诊断自动变速器故障诊断主要内容：主要内容：1、自动变速器的发展2

2、、自动变速器的类型3、自动变速器的特点与应用4、汽车液力自动变速器结构简介第一章第一章 自动变速器的概述自动变速器的概述第一节第一节 自动变速器的发展自动变速器的发展19041904年，美国通用（年，美国通用（GM）汽车公司的）汽车公司的CadillacCadillac汽车采用了手动三汽车采用了手动三档行星齿轮变速器；档行星齿轮变速器；19081908年，年，FordFord汽车采用一种两个速比的自动变速器；汽车采用一种两个速比的自动变速器；19261926年，别克轿车开始使用液力机械传动变速器；年，别克轿车开始使用液力机械传动变速器；19381938年，克莱斯勒（年，克莱斯勒（Chrysle

3、r)Chrysler)公司首先研制液力偶合器公司首先研制液力偶合器+ +行星齿轮行星齿轮变速器的四档液力变速器变速器的四档液力变速器是现代自动变速器的原型是现代自动变速器的原型；19501950年，年，FordFord公司研制了液力变矩器的公司研制了液力变矩器的3 3档自动变速器档自动变速器自动变速自动变速器进入成熟期；器进入成熟期；19691969年，法国雷诺公司研制了电控液力自动变速器；年，法国雷诺公司研制了电控液力自动变速器；19771977年，日本丰田公司研制了年，日本丰田公司研制了4 4档液力自动变速器；档液力自动变速器；19891989年，日产公司将年，日产公司将5 5档液力自动变

4、速器装车使用；档液力自动变速器装车使用；19911991年，年，GMGM和和FordFord开始使用开始使用4 4档电控液力自动变速器。档电控液力自动变速器。我国在我国在5050年代研制了年代研制了“红旗红旗”轿车液力自动变速器；轿车液力自动变速器；7070年代将液力年代将液力传动应用于重型矿用汽车上。传动应用于重型矿用汽车上。按用途分：按用途分： A、前驱自动变速器；、前驱自动变速器； B、后驱自动变速器、后驱自动变速器前驱自动前驱自动变速器变速器后驱自动变速器后驱自动变速器第二节第二节 自动变速器的类型自动变速器的类型 2.按控制方式不同分：按控制方式不同分： A：液控自动变速器：液控自动

5、变速器 B：电液控自动变速器：电液控自动变速器3.3.按齿轮变速器的不同分：按齿轮变速器的不同分： A A：行星齿轮自动变速器：行星齿轮自动变速器 B B：定轴齿轮传动自动变速器：定轴齿轮传动自动变速器 第二节第二节 自动变速器的发展和应用自动变速器的发展和应用 有级式变速器有以下缺点：有级式变速器有以下缺点： a、为适应汽车行驶中多变的工况，必须经常换挡。、为适应汽车行驶中多变的工况，必须经常换挡。 b、使车辆的动力性和经济性能降低。、使车辆的动力性和经济性能降低。 c、使车辆的通过性能变坏。、使车辆的通过性能变坏。 d、使车辆的行驶平顺性和机件寿命降低。、使车辆的行驶平顺性和机件寿命降低。

6、 4 4、按传动比变化方式分：、按传动比变化方式分： A 、有级式、有级式有级式变速器应用最广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传有级式变速器应用最广泛。它采用齿轮传动，具有若干个定值传动比。按所用轮系型式不同，有轴线固定式变速器动比。按所用轮系型式不同，有轴线固定式变速器(普通变速器普通变速器)和轴线旋转式变速器和轴线旋转式变速器(行星齿轮变速器行星齿轮变速器)两种。目前，轿车和轻、两种。目前，轿车和轻、中型货车变速器的传动比通常有中型货车变速器的传动比通常有35个前进档和个前进档和个倒挡个倒挡 注：所谓注：所谓变速器挡位数变速器挡位数是指其前进挡位数。是指其前进挡位数。第二节第二节 自动变

7、速器的发展和应用自动变速器的发展和应用电力式无级自动变速电力式无级自动变速器的变速传动部件为直流串激电动机；器的变速传动部件为直流串激电动机；动液式无级变速器的传动部件是液力变矩器。动液式无级变速器的传动部件是液力变矩器。 机械式无级变速器是利用直径可变的传动轮来实现无级变速。机械式无级变速器是利用直径可变的传动轮来实现无级变速。 B、无级式、无级式无级式变速器的传动比在一定的数值范围内可按无限多级无级式变速器的传动比在一定的数值范围内可按无限多级变化。变化。 常见的有电力式、液力式常见的有电力式、液力式(动液式动液式)和机械式三种。和机械式三种。第二节第二节 自动变速器的发展和应用自动变速器

8、的发展和应用无级变速自动变速器工作原理无级变速自动变速器工作原理电子控制无级自动变速电子控制无级自动变速器器ECVT第三节第三节 自动变速器的特点自动变速器的特点优点：优点：A、 操作简单，省力，提高了行驶的安全性能；操作简单，省力，提高了行驶的安全性能；B、防止传动系过载、提高了零件的使用寿命；、防止传动系过载、提高了零件的使用寿命；C、提高了汽车的通过性能；防起步车轮打滑，可减低稳定车速等。、提高了汽车的通过性能；防起步车轮打滑，可减低稳定车速等。 D、良好的自适应性。能自动适应驱动轮负荷变化，随时处于最佳档位。、良好的自适应性。能自动适应驱动轮负荷变化，随时处于最佳档位。E、减少排气污染

9、。使发动机处于最佳工作状态，有利于控制汽车排放污染。、减少排气污染。使发动机处于最佳工作状态，有利于控制汽车排放污染。缺点：缺点：、结构复杂，制造成本高，维修难度大；、结构复杂，制造成本高，维修难度大；、传动效率低，最高效率为：、传动效率低，最高效率为：自动变速器的组成：自动变速器的组成： A BC D第四节第四节 自动变速器的结构简介自动变速器的结构简介一、液力变矩器一、液力变矩器 液力变矩器的前端与发动机起动齿圈轮相连接，输出液力变矩器的前端与发动机起动齿圈轮相连接，输出部件与行星齿轮变速器的输入轴相连。部件与行星齿轮变速器的输入轴相连。 发动机的动力经液力变矩器传人行星齿轮变速器，实发动

10、机的动力经液力变矩器传人行星齿轮变速器，实现发动机与变速器的现发动机与变速器的“软软”连接，从而大大减少传动机构连接，从而大大减少传动机构的动载荷，延长发动机和变速器的使用寿命。同时，的动载荷，延长发动机和变速器的使用寿命。同时，在一在一定范围内实现无级变速和变扭定范围内实现无级变速和变扭。 液力变短器有可拆式和不可拆式两种。可拆式液力变液力变短器有可拆式和不可拆式两种。可拆式液力变矩器，虽维修方便，但平衡精度不高，一般只允许以较低矩器，虽维修方便，但平衡精度不高，一般只允许以较低转速运转。目前，小汽车和轿车上大都配用高转速发动机，转速运转。目前，小汽车和轿车上大都配用高转速发动机，故采用的都

11、是不可拆的液力变矩器故采用的都是不可拆的液力变矩器 单向自由轮机构单向自由轮机构是自动变速器中一个至关重要的元件，它能使是自动变速器中一个至关重要的元件，它能使换挡机构元件的相对运动方向改变时立即脱开或锁止，从而大大简换挡机构元件的相对运动方向改变时立即脱开或锁止，从而大大简化液压控制系统。化液压控制系统。 行星齿轮变速器行星齿轮变速器是液力变速器的变速机构，它由行星机构及其是液力变速器的变速机构，它由行星机构及其必要的操纵元件组成。必要的操纵元件组成。二、行星齿轮变速器二、行星齿轮变速器 行星排的多少因挡数的多少而异，一般行星排的多少因挡数的多少而异，一般3挡位有二排，而挡位有二排，而 有超

12、有超速挡的有三排。操纵元件是指行星齿轮变速器中用于速挡的有三排。操纵元件是指行星齿轮变速器中用于 换挡的多片摩换挡的多片摩擦式离合器、制动器和单向自由轮机构。擦式离合器、制动器和单向自由轮机构。 多片摩擦式离合器多片摩擦式离合器结构比较单一，几乎所有型号的自动变速器结构比较单一，几乎所有型号的自动变速器都是相同的结构。都是相同的结构。 液压控制系统液压控制系统是液力自动变速器的核心部分，它将根据换挡杆是液力自动变速器的核心部分，它将根据换挡杆的位置，油门的开度及汽车的车速，自动控制离合器的分离或结合，的位置，油门的开度及汽车的车速，自动控制离合器的分离或结合，制动器制动或释放，从而实现改变动力

13、传动路线，自动变换挡位。制动器制动或释放，从而实现改变动力传动路线，自动变换挡位。此外，它还向液力变矩器和润滑油路供油。此外，它还向液力变矩器和润滑油路供油。三、液压控制系统三、液压控制系统四、电子控制系统四、电子控制系统 电于控制系统电于控制系统由传感器、电控单元由传感器、电控单元(ECU)和执行器三部分组成。和执行器三部分组成。ECU根据传感器检测到的汽车行驶状况并根据发动机的运转情况，根据传感器检测到的汽车行驶状况并根据发动机的运转情况， 十分精密地控制换挡时刻、锁定定时、系统油压和换挡平顺性等。十分精密地控制换挡时刻、锁定定时、系统油压和换挡平顺性等。这些控制是通过由若干电磁阀组成的执

14、行器改变液压控制系统的油这些控制是通过由若干电磁阀组成的执行器改变液压控制系统的油路，再由液压控制系统来实现。路，再由液压控制系统来实现。 油冷却系统油冷却系统是液力自动变速器必不可少的。因为液力是液力自动变速器必不可少的。因为液力变矩器传递动力过程中，会使油温急剧升高。油温是影响变矩器传递动力过程中，会使油温急剧升高。油温是影响自动变速器油使用寿命的主要因素。油温过高，使油浓变自动变速器油使用寿命的主要因素。油温过高，使油浓变质，缩短使用寿命。据资料介绍，油温超出正常使用温度质，缩短使用寿命。据资料介绍，油温超出正常使用温度(一般约一般约5080)10，将会使油液使用寿命缩短一半。，将会使油

15、液使用寿命缩短一半。为保持正常的油温，从液力变矩器出来的油液需经冷却后为保持正常的油温，从液力变矩器出来的油液需经冷却后再问至油底壳。油冷却器装于发动机前端水冷却器的附近。再问至油底壳。油冷却器装于发动机前端水冷却器的附近。五、油冷却系统五、油冷却系统第二章第二章 液力变矩器液力变矩器主要内容：主要内容：1、液力偶合器的原理与特性2、液力变矩器的原理与特性3、液力传动的特性第一节第一节 液力偶合器液力偶合器 液力偶合器是一种液力偶合器是一种液力传动液力传动装置，装置，若忽略机械损失，输出力矩与输入力若忽略机械损失，输出力矩与输入力矩相等。矩相等。1、液力耦合器的组成和功能、液力耦合器的组成和功

16、能 组成：由泵轮组成：由泵轮B和涡轮和涡轮W组成。组成。功能：功能：a、防止发动机过载；、防止发动机过载； b、调节工作机构的转速、调节工作机构的转速液体能表现为：动能、压力能和位能。液体能表现为：动能、压力能和位能。液力传动：液力传动：依靠液体动能的变化传递动力。依靠液体动能的变化传递动力。液压传动：液压传动：依靠液体压能的变化传递动力。依靠液体压能的变化传递动力。 泵轮是主动件，被动元件涡轮的转泵轮是主动件，被动元件涡轮的转速一般总是低于泵轮的转速，泵轮外速一般总是低于泵轮的转速，泵轮外缘油液的能量大于涡轮外缘处油液的缘油液的能量大于涡轮外缘处油液的能量能量能量差。能量差。 工作时，工作液

17、体在离心惯性力的工作时，工作液体在离心惯性力的作用下甩向泵轮外缘是作离心运动。作用下甩向泵轮外缘是作离心运动。油液冲击到涡轮外援叶片，随后沿着油液冲击到涡轮外援叶片，随后沿着涡轮叶片间通道向涡轮内缘流动是作涡轮叶片间通道向涡轮内缘流动是作向心运动，然后返回到泵轮的内缘。向心运动，然后返回到泵轮的内缘。工作液就这样从泵轮流向涡轮，又从工作液就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回泵轮，如此循环，形成沿轴涡轮返回泵轮，如此循环，形成沿轴线断面循环圆的线断面循环圆的环流环流。2、液力偶合器的工作原理、液力偶合器的工作原理两点结论：两点结论： a a、工作油液在液力耦合器中同时具有工作油液在液力耦合器中同时

18、具有两种旋转运动两种旋转运动 其一，是随同工作轮一起，做绕工作轮轴线的其一，是随同工作轮一起，做绕工作轮轴线的圆周运动（圆周运动（牵连运动牵连运动）；）；其二，是经泵轮到涡轮，又从涡轮到泵轮，反复其二，是经泵轮到涡轮，又从涡轮到泵轮，反复循环，工作液沿工作腔循环圆作环流运动循环，工作液沿工作腔循环圆作环流运动轴面轴面循环圆运动（循环圆运动（相对运动相对运动）如图）如图a。故：工作液的故：工作液的绝对运动绝对运动是两种旋转运动的合成，是两种旋转运动的合成，方向是斜对着涡轮冲击涡轮叶片，这样油液质点方向是斜对着涡轮冲击涡轮叶片，这样油液质点的流线是首尾相接的环形螺旋线，如图的流线是首尾相接的环形螺

19、旋线，如图b。 b、工作液沿循环圆运动工作液沿循环圆运动(环流环流)是液力耦是液力耦合器能够正常传递动力的必要条件。合器能够正常传递动力的必要条件。nB与与nW差值越大，泵轮和涡轮外缘的能量差就愈大；两者相等，能量消失，循差值越大，泵轮和涡轮外缘的能量差就愈大；两者相等，能量消失，循环流停止，液力耦合器不再传递动力。环流停止，液力耦合器不再传递动力。3、液力偶合器的特性、液力偶合器的特性液力耦合传力的特点是仅起传递转矩的作用而不齐变矩的作用。液力耦合传力的特点是仅起传递转矩的作用而不齐变矩的作用。 在传递能量过程中，必然有能量损失，其传递效率可由下式确在传递能量过程中，必然有能量损失，其传递效

20、率可由下式确定：定：BBWWnMnM泵轮轴输出功率涡轮轴输出功率传动效率因为液力耦合器仅起传递转矩作用，因为液力耦合器仅起传递转矩作用，Mw=MB，则有：则有：i)(n)(nBW传动比传动效率泵轮转速涡轮转速 式中：式中： MB泵轮轴输入转矩；泵轮轴输入转矩； Mw涡轮轴输出转矩；涡轮轴输出转矩； nb nW 泵轮、涡轮转速；泵轮、涡轮转速； i耦合器传动比，即输出轴转速与输入轴转速之比耦合器传动比，即输出轴转速与输入轴转速之比a、正常工作时，、正常工作时， n nW b、转速差越大，传动效率越低、转速差越大，传动效率越低c、起步前，、起步前， nW ， ，起步后，起步后， 随随i的增大而提高

21、的增大而提高 d、若、若n nW ，(理论上 100%)失去传动能力，失去传动能力， 突然降为突然降为 结论：结论：一一 、液力变矩器的组成、液力变矩器的组成 液力变矩器结构与液力耦合器基液力变矩器结构与液力耦合器基本相似，只是在泵轮和涡轮内之间加本相似，只是在泵轮和涡轮内之间加入一个入一个导轮导轮。其结构示意图如右图所。其结构示意图如右图所示。示。组成：主要由泵轮组成：主要由泵轮B和涡轮和涡轮W，以及一，以及一个固定不动的导轮个固定不动的导轮三个基本工作元件三个基本工作元件组成。组成。第二节液力变矩器第二节液力变矩器液力变矩器主要零部件液力变矩器主要零部件 飞轮飞轮涡轮叶片涡轮叶片变矩器壳体

22、变矩器壳体泵轮叶片泵轮叶片导轮导轮导环导环 液力变矩器转换能量、传递动力原理与液力耦合器相同。液力变矩器转换能量、传递动力原理与液力耦合器相同。液力变矩器变矩原理：液力变矩器变矩原理：设泵轮、涡轮和导轮对液体的作用力矩为设泵轮、涡轮和导轮对液体的作用力矩为MB、MW、MD。液力变矩液力变矩器的泵轮转速器的泵轮转速nB和转矩和转矩MB为常数。为常数。以工作油液为研究对象以工作油液为研究对象,设：设： 牵连运动即圆周速度为：牵连运动即圆周速度为：V1 相对运动即环流运动速度为：相对运动即环流运动速度为：V2 绝对运动即合成运动速度为：绝对运动即合成运动速度为：V二、液力变矩器工作原理二、液力变矩器

23、工作原理 涡轮转速为零，即涡轮转速为零，即nW=0 涡轮内液体的速度为：涡轮内液体的速度为：1、汽车在起步前、汽车在起步前w2w1wvvv2wwvv同理同理 导轮转速导轮转速 nD=0 （方向为叶片方向）（方向为叶片方向）D2DVV沿循环圆的中间流线展开成一直线，于是泵轮、涡轮和导轮成为沿沿循环圆的中间流线展开成一直线，于是泵轮、涡轮和导轮成为沿展开直线顺次排列的环形平面。展开直线顺次排列的环形平面。 合成速度为：合成速度为： 根据液流力矩平衡条件：根据液流力矩平衡条件： MW MB+MD=0 液体对涡轮的力矩液体对涡轮的力矩MW= -MW MW=MB+MD MWMB （增距）（增距） 增距是

24、因为涡轮不但受来自泵增距是因为涡轮不但受来自泵轮的冲击，且受因导轮改变流向的轮的冲击，且受因导轮改变流向的液流反作用力矩，所以液力变矩器液流反作用力矩，所以液力变矩器其了增大力矩的作用。其了增大力矩的作用。导轮反作用力据的大小及方向都是随涡轮转导轮反作用力据的大小及方向都是随涡轮转速的变化而变化，故液力变矩值也随之变化。速的变化而变化，故液力变矩值也随之变化。2、汽车在起步后、汽车在起步后 nw从零逐渐增大从零逐渐增大 MWMB 逐渐减少逐渐减少 即液力变矩器增距值随涡轮转速即液力变矩器增距值随涡轮转速的提高而减少。的提高而减少。 又又 当涡轮转速增大到当涡轮转速增大到Vw方向与方向与导轮叶片

25、平行时时，即正好沿导轮叶片导轮叶片平行时时，即正好沿导轮叶片出口的方向，由于从涡轮流出的液流流出口的方向，由于从涡轮流出的液流流经导轮后，其流向不变。经导轮后，其流向不变。 导轮对液流的反作用力矩为导轮对液流的反作用力矩为MD=0，即，即 MW=MB （耦合工况耦合工况）3、涡轮转速进一步增大、涡轮转速进一步增大 当涡轮转速超过耦合工况时，当涡轮转速超过耦合工况时，液流遍冲到导轮背面，此液流遍冲到导轮背面，此 时，时，导论对液流反作用力矩发方向导论对液流反作用力矩发方向与泵轮对液流发作用力矩方向与泵轮对液流发作用力矩方向相反。即相反。即MW=MB-MD MW1，变矩工况； K1，耦合工况； n

26、W0，零速工况（K称失速变矩系数，K可达22.3） (3)效率效率 ： NW/NB（即：输出功率（即：输出功率/输入功率）输入功率）K.iWB 穿透系数穿透系数液力变矩器的穿透性：液力变矩器的穿透性：油门开度不变下，涡轮轴上的载荷变化对泵油门开度不变下，涡轮轴上的载荷变化对泵轮转矩和转速的影响的性能。轮转矩和转速的影响的性能。 不可透的不可透的涡轮轴上力矩和转速变化而发动机工况（转矩和转涡轮轴上力矩和转速变化而发动机工况（转矩和转 速转速）不变。速转速）不变。 反之为反之为可透的可透的。 穿透系数：穿透系数：T=MBi=0/MBK=1。 T=11.5,变矩器为不可透的；其它为可透的。变矩器为不

27、可透的；其它为可透的。汽车上的变矩器是可透的，当涡轮轴负荷增大而转速下降时，传动比随之下降而发动机汽车上的变矩器是可透的，当涡轮轴负荷增大而转速下降时，传动比随之下降而发动机负荷亦增大。负荷亦增大。一一 、特性参数、特性参数特性曲线：外特性曲线、原始特性曲线等。特性曲线：外特性曲线、原始特性曲线等。 二二 、特性曲线、特性曲线(1)外特性和外特性曲线外特性和外特性曲线外特性：外特性：泵轮转速（力矩）不泵轮转速（力矩）不变，外特性参数与泵轮转速的变，外特性参数与泵轮转速的关系关系。外特性曲线：泵轮转矩不变，外特性曲线：泵轮转矩不变，涡轮转矩与涡轮转速或转速比涡轮转矩与涡轮转速或转速比的关系曲线。

28、的关系曲线。nW=0时，时，MW最大，使起步顺利；最大，使起步顺利；汽车行驶阻力增加汽车行驶阻力增加nWMW，增加车轮驱动力。，增加车轮驱动力。变矩器的自适应性变矩器的自适应性(2)原始特性曲线（变矩特性曲线）原始特性曲线（变矩特性曲线）原始特性曲线：泵轮转矩不原始特性曲线：泵轮转矩不变，变矩系数变，变矩系数K和效率和效率 随速随速度比度比iWB的变化的变化曲线。曲线。 （ K . iWB）当当iWB=0（nW=0）时，）时，K最大，最大，此时此时NW=0，故，故 0；当当iWB=1（nW=nB）时，失去）时，失去传力功能，故传力功能，故K=0， 0；故：液力变矩器在一定转速故：液力变矩器在一

29、定转速比比(0.60.8)范围内具有较高效范围内具有较高效率。率。第四节第四节 综合式液力变矩器综合式液力变矩器上述液力变矩器属于三元件单相液力变矩器，只在中等速比范围内上述液力变矩器属于三元件单相液力变矩器，只在中等速比范围内具有较高效率，不适于汽车实际行驶工况。具有较高效率，不适于汽车实际行驶工况。概念：概念：元件元件 即工作轮，如泵轮、涡轮和导轮。即工作轮，如泵轮、涡轮和导轮。 级级 在泵轮与导轮或导轮与导轮间刚性相连的在泵轮与导轮或导轮与导轮间刚性相连的 涡轮数。涡轮数。 相相 借助某些机构的作用，改变变矩器的工作借助某些机构的作用，改变变矩器的工作 状态，这种工作状态程为相。状态，这

30、种工作状态程为相。一一 、三元件综合式液力变矩器的结构、三元件综合式液力变矩器的结构不同点：在导轮与导轮轴间装有单向自由轮机构（单向离合器）不同点：在导轮与导轮轴间装有单向自由轮机构（单向离合器）当液流冲击导轮叶片背面时，可使导轮转动（涡轮相同方向）。当液流冲击导轮叶片背面时，可使导轮转动（涡轮相同方向）。当涡轮转速较低时，涡轮出口处的液流冲击导轮叶片的正面，单向离合器处于锁当涡轮转速较低时，涡轮出口处的液流冲击导轮叶片的正面，单向离合器处于锁止状态，导轮不动，变矩器起增大转矩作用止状态，导轮不动，变矩器起增大转矩作用K1。 变矩器工况变矩器工况当涡轮转速升高到一定值时，冲击力与导轮叶片夹角为当涡轮转速升高到一定值时，冲击力与导轮叶片夹角为0，此时，此时， MW=MB，K=1。 偶合器工况偶合器工况。nW再增加，涡轮出口处的液流冲击导轮叶片的背面，