第十六章 汽车自动变速器

第十六章汽车自动变速器汽车自动变速器即自动操纵式变速器。特点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。第一节概述自动变速器的类型按传动比变化方式可分为有级式、无级式和综合式；按齿轮变速系统的控制方式可分为液控液压和电控液压式两种。自动变速器的类型按齿轮变速机构分为平行轴式自动变速器：普通齿轮啮合传动，体积较大，使用少行星齿轮式自动变速器：行星齿轮传动，结构紧凑、体积小，使用多。按控制方式分类液控液力自动变速器电控液力自动变速器概述自动变速器的组成由液力变矩器、齿轮变速器、液力控制系统、电子控制系统等几部分组成。电控液力自动变速器的基本工作原理在手控制阀选定位置后，把各传感器的参数转变为电信号输入电子控制单元（ECU）。在换挡点，ECU向各执行元件发出电信号，控制执行机构换挡第一节概述液力机械式自动变速器由液力传动系统、机械式齿轮变速系统、液压操纵系统、液压或电子控制系统组成。第二节液力耦合器与液力变矩器

液力耦合器的结构和工作原理一、液力耦合器采用液力耦合器的优缺点液力耦合器的优点保证汽车平稳起步；衰减传动系的扭转振动；防止传动系过载；显著减少换档次数。液力耦合器的缺点只能传递转矩，不能改变转矩大小；不能取代离合器，使传动系统纵向尺寸增加；传动效率较低。

二、液力变矩器液力变矩器的工作原理液力变矩器特性液力变矩器有两个重要的特性参数：液力变矩器传动比i和液力变矩器变矩系数K，其定义如下。液力变矩器传动比液力变矩器变矩系数经过上述分析：液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化：具体为：涡轮速度低：转矩大于泵轮转矩；涡轮速度等于设定值：转矩等于泵轮转矩涡轮速度高：转矩小于泵轮转矩；涡轮速度等于泵轮速度：不传递转矩。液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡轮之间加入了导轮。结论：液力变矩器传动比<=1，连续可变；液力变矩器转矩随着行驶工况自动的改变。涡轮的速度低：较大的转矩，0时的转矩最大；涡轮的速度高：较小的转矩；nw=nb，0；涡轮速度高于nw1：输出转矩小于输入转矩，效率低液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减传动系扭转振动，防止系统过载的特点液力变矩器构造三元件综合式液力变矩器单向离合器滚柱式单向离合器的构造和工作原理导轮逆时针旋转时，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）一起绕内座圈滚动。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。作用是只允许导轮单向旋转，不允许其逆转。

楔块式单向离合器的构造和工作原理楔块式单向离合器的构造和工作原理楔块式单向离合器的工作原理是，内座圈固定，当外座圈顺时针旋转时，楔块顺时针旋转，L1<L，外座圈可相对楔块和内座圈旋转；反之，当外座圈逆时针旋转时，楔块逆时针旋转，L2>L，楔块阻止外座圈旋转。三元件综合式液力变矩器的特性三元件综合式液力变矩器的特性耦合器效率变矩器效率工况转换点变矩器的效率：输出功率与输入功率之比。i<ik=1范围内：变矩器效率高i>ik=1范围内：耦合器效率高在变矩器状态下最高效率为92%，在耦合器状态下的高传动比区的效率可达96%。四元件综合式液力变矩器四元件综合式液力变矩器的特性是两个变矩器特性和一个耦合器特性的综合。四元件综合式液力变矩器比三元件液力变矩器多了一个导轮，两个导轮分别装在各自的单向离合器上。带锁止离合器的液力变矩器带锁止离合器液力变矩器的特点是，汽车在变工况下行驶时（如起步、经常加减速），锁止离合器分离，相当于普通液力变矩器；当汽车在稳定工况下行驶时，锁止离合器接合，动力不经液力传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为1。第三节液力机械变速器液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，液力机械变速器。原因：1.液力变矩器的变矩系数较小，不能满足汽车的需要；2.过大的变矩系数影响液力变矩器的效率；注意：与液力变矩器配合使用的一般是行星齿轮变速器（轴线旋转式）但也有采用轴线固定式的。原因：行星齿轮变速箱结构紧凑，承载能力大，可以用较小齿轮实现较大传动比，传动效率高，机构运动平衡，抗振能力强。液力机械变速器原因？：液力变矩器的变矩系数较小，不能满足需要；过大的变矩系数影响液力变矩器的效率；液力变矩器一般与齿轮变速器（有级式）共同组成，液力机械变速器。注意：与液力变矩器配合使用的一般是行星齿轮变速器（轴线旋转式），也有采用轴线固定式的。行星齿轮变速箱结构紧凑，承载能力大，可以用较小齿轮实现较大传动比，传动效率高行星齿轮机构行星齿轮中心齿轮行星架齿圈组装图周转轮系部件定义中心轮（太阳轮）：1.3系杆（转臂或行星架）：2分类按自由度数差动轮系(F=2)行星轮系(F=1)按构件数2K－H型3K－H型周转轮系（按自由度分类）行星轮系差动轮系周转轮系分类（按构件数）2K－H型3K－H型周转轮系传动比计算行星齿轮变速箱计算中心轮：1太阳轮：t系杆：H行星架：j中心轮：3齿圈：q行星齿轮变速箱运动计算标注说明：t－太阳轮q－齿圈j－行星架K－行星排特性系数

单行星排运动分析标注说明：t－太阳轮q－齿圈j－行星架K－行星排特性系数

太阳轮制动

齿圈输入、行星架输出

输入输出太阳轮制动

行星架输入、齿圈输出

输入输出齿圈制动太阳轮输入、行星架输出输入输出齿圈制动行星架输入、太阳轮输出

输入输出行星架制动太阳轮输入、齿圈输出

输入输出行星架制动齿圈输入、太阳轮输出输入输出采用闭锁离合器将任意两构件相连输入输出双行星排传动

对于复杂行星传动机构，其自由度F可按下式计算

式中m－参加作用的行星排数；

l－参加作用的行星排构件之间的连接数。

双行星排传动知道复杂行星传动的自由度后，即可确定为实现确定的传动所需接合的摩擦元件数。

对于双行星排，可取l＝2，取F＝1时，摩擦元件数为1。设行星排的特性系数分别为，则可实现的传动方案数为N＝180。以下举例。

双行星排传动(举例)如右图所示，输入为第一行星排太阳轮，输出为第二行星排太阳轮，第一行星排行星架、齿圈分别和第二行星排太阳轮、行星架相连。可列等式为：

输入输出双行星排传动(举例)可列等式为：t—太阳轮q—齿圈j—行星架式中又有：可得最终传动比输入输出双行星排传动(举例)输入输出最终传动比复合式行星齿轮机构的工作原理

辛普森式

复合式行星齿轮机构的工作原理拉威挪（Ravigneaux）式结构紧凑，所用构件少，相互啮合的齿较多，可传递较大转矩，但结构较复杂，传动效率略低。

行星齿轮变速箱运动计算过程计算各行星排特性系数分析操纵元件分解行星排求出操纵元件组合时各种传动比求出总传动比行星齿轮变速箱运动计算举例行星齿轮变速箱运动计算举例行星齿轮变速箱运动计算举例(一)Z1结合行星排如图所示输入为行星架，输出为齿圈行星齿轮变速箱运动计算举例（一）L1结合行星排如图所示输入为行星架，输出为齿圈行星齿轮变速箱运动计算举例（二）L2结合行星排如图所示工作行星排为第三行星排。nt=nq输入为齿圈，输出为行星架行星齿轮变速箱运动计算举例（二）Z2结合行星排如图所示，工作行星排为第二、三行星排。输入为太阳轮，输出为第三行星排行星架。行星齿轮变速箱运动计算举例（二）Z3结合行星排如图所示，工作行星排为第三行星排。输入为太阳轮，输出为行星架。行星齿轮变速箱运动计算举例（二）Z4结合行星排如图所示，工作行星排为第三、第四行星排。输入为第三行星排太阳轮，输出为第三行星排行星架。行星齿轮变速箱总传动比L1Z1L2Z2Z3Z4i1i2i3i4i5i6i7i88个理论档位，六进二退液力变矩器与行星齿轮变速器组成的液力机械自动变速器01M型自动变速器由带锁止离合器的单级双向三元件液力变矩器、可自动换档的拉威挪式行星齿轮机构两部分组成，是液力机械式变速器。该变速器共有7个档位，4个前进档、1个倒档（R）、1个空档（N）、1个驻车档（P）。液力机械变速器的总传动比总传动比为：液力变矩器的变矩系数K与齿轮变速器的传动比i的乘积。I=K*i传动比越大，液力机械变速器的所传递的转矩越大，转速越低，这点与机械变速箱是一致的。因为液力变矩器的变矩系数在一定的范围内可以连续变化，配合上机械变速机构后，液力机械变速器的传动比在几个区间内是连续变化的，称之为部分无级变速器。液力变矩器与固定轴线式齿轮变速器组成的液力机械自动变速器广州本田轿车采用的MAXA型自动变速器，由带锁止离合器的液力变矩器、固定轴线式的常啮合斜齿轮机械变速器、液压控制系统和电子控制系统4部分组成。带锁止离合器的液力变矩器、换档离合器和全同步变速器组成的液力机械变速器国外重型货车和工程车辆上开始采用由WSK系统与全同步多档变速器（4～6档）组成的液力机械变速器。所谓WSK系统是由锁止离合器、变矩器、滑行单向离合器和换档离合器组成的“变矩器—换档离合器系统”的德文缩写。第四节自动变速器的操纵机构液控式（全液压）操纵机构动力源（供油系统）自动变速器油自动变速器油（简称ATF）是含有多种特殊添加剂的混合油液。液压泵液压泵可以采用内啮合的齿轮泵或转子泵，其结构和工作原理与发动机润滑系统中的机油泵相同。液压泵除了向控制装置、执行装置供应压力油以实现换档外，还向液力变矩器供应工作油液，向行星齿轮变速器供应润滑油。

执行装置换档离合器宝来、捷达王轿车均采用湿式多片换档离合器作为换档执行装置。这种换档离合器因位于变速器内部，径向尺寸受到严格限制，而传递的转矩又很大，故做成多片式。换档制动器换档制动器最常见的结构形式有片式和带式两种。片式换档制动器的工作原理与多片湿式换档离合器基本相同。由于片式制动器较带式制动器工作平顺，故目前在轿车自动变速器中应用较多。带式换档制动器将内侧粘有摩擦材料的钢带卷绕在制动鼓外表面上，故又称外束带式制动器。它由制动鼓、制动带、推杆、活塞等元件组成。制动带的一端固定在自动变速器壳体上，另一端与控制油缸的推杆相连接。不制动时制动带与制动鼓之间有一定间隙，此间隙可用调整螺钉调整。换档信号系统换档阀系统强制换档阀在某些自动变速器中还装有强制降档阀，其作用是在节气门全开或接近全开时，将自动变速器强制降低一个档位，以保证高速行驶的汽车超车时获得良好的加速性能。换档品质控制装置换档品质控制装置的作用是保证换档过程平顺柔和、无冲击。它包括油路中的缓冲阀、限流阀、断流解锁阀、单向节流阀和节流孔等。滤清冷却系统滤清冷却系统包括冷却器和滤清器。变矩器工作时，相当大一部分能量转化成热量，致使工作液温度升高。而变矩器的油路与液压操纵系统和机械变速器的润滑油路是相通的。为保证变矩器的效率和变速器的操纵系统及润滑系统正常工作，应控制工作液温度在一定范围内。因此，在发动机散热器下储水箱内设有冷却器。变矩器内的部分工作液从导轮与涡轮之间的间隙流出，经导轮固定套管与变速器第一轴之间的环形油道流过冷却器，得到冷却或加温后，再经过滤清器流入机械变速器的润滑油道。第四节自动变速器的操纵机构电子控制单元（ECU）根据传感器传来的电信号，即车速和发动机负荷等参数转变的电信号，按照设定的换档程序对这些信号进行比较计算，作出是否需要换档的判断。当需要换档时，通过电磁阀操纵液压的换档阀去控制执行装置的油路，实现换档。传感器节气门位置传感器是将测得的节气门开启角度转换成电信号输入给ECU，以作为控制自动变速器换档的依据。传感器车速传感器安装在自动变速器输出轴附近，用以测量输出轴转速，是电磁感应式的转速传感器。执行器开关式电磁阀通常用来控制换档阀和变矩器锁止离合器油路的开启或关闭。执行器电控式操纵系统的优点因电控单元（ECU）能存储与处理多种换档规律，所以可按车辆行驶需要选择合适的换档规律，故可实现更合理、更复杂的控制，以获得更理想的燃油经济性；由于简化了液压系统，从而使结构紧凑、质量轻；控制精度高、反应快且动作准确；如需要变更换档规律或参数时，只要改变控制程序和某些电子元件的型号规格就可满足要求，而无须更换系统中的零件，故适应性强，开发周期短；便于整车的控制系统(如发动机控制、巡航控制、牵引控制、制动系统控制等)集成，控制系统兼容性好。第五节金属带式无级自动变速器金属带式无级变速器是由金属带、主动工作轮、从动工作轮、液压泵、起步离合器和控制系统等组成。工作轮由固定部分和可动部分组成，二者之间形成V形槽，金属带在槽内与工作轮相啮合。当工作轮的可动部分作轴向移动时，即