《汽车自动变速器构造与维修（第二版）》-课件 模块二 自动变速器的结构原理与检修

模块二自动变速器的结构原理与检修27课题1液力变矩器的结构原理与检修课题2油泵的结构原理与检修课题3齿轮变速器的结构原理与检修课题4典型自动变速器的结构原理与检修课题5全液压式控制系统的结构原理与检修课题6电液控制式控制系统的结构原理与检修课题1液力变矩器的结构原理与检修28学习目标1．了解液力耦合器的结构组成。2．熟悉液力耦合器的工作过程。3．掌握液力变矩器的结构组成。4．掌握液力变矩器的工作原理。5．掌握带锁止离合器液力变矩器的结构组成。6．能正确描述带锁止离合器液力变矩器的接合和分离过程。29 相关知识一、液力耦合器液力耦合器是利用液体的动能进行能量传递的一种液力传动装置，它以液压油作为工作介质，通过泵轮和涡轮将机械能与液体的动能相互转化，从而实现动力的传递。1．液力耦合器的组成液力耦合器主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如图所示。30液力耦合器的组成（1）泵轮泵轮与液力耦合器壳体连成一体，液力耦合器壳体用螺栓固定在发动机的飞轮上，因为泵轮与曲轴相连，所以它总是和曲轴一起转动。泵轮内部径向装有许多弯曲的叶片，叶片内缘装有可使液压油平滑流过的导环。（2）涡轮涡轮与变速器输入轴相连，在变速器操纵杆置于D、2、L或R挡位时，涡轮就与变速器的输入轴一起转动；当车辆停驶时，涡轮不能转动。在变速器操纵杆置于P或N挡位时，涡轮与泵轮一起自由转动。同泵轮一样，涡轮内部也装有许多叶片，但涡轮叶片的弯曲方向与泵轮叶片的弯曲方向相反。涡轮装在变速器输入轴上，其叶片与泵轮叶片相对放置，中间留有很小的间隙。312．液力耦合器的工作原理液力耦合器是一种液力传动装置，若忽略机械损失，其输出力矩与输入力矩相等，其实物如图所示。它由泵轮和涡轮两个工作轮组成，这两个工作轮是能量转换和动力传递的基本元件，具有相同的内外径，都安装有径向排列的叶片。泵轮和涡轮相对安装，两者端面间留有3～4mm间隙，装合后成一整体，其轴线断面一般为圆形，内腔有工作油液。32液力耦合器工作时，发动机的动力传给泵轮，驱动泵轮转动。由于泵轮叶片的作用，液力耦合器内部的工作油液也随叶片一起绕轴线旋转。在离心力的作用下，工作油液沿叶片间通道从半径较小处（内缘）向半径较大处（外缘）流动。此时，叶片外缘处工作油液的动能和液压能都大于叶片内缘处工作油液的动能和液压能，其动能差值取决于泵轮的内外缘半径差和泵轮的转速。经泵轮叶片的作用，工作油液在到达叶片外缘将离开泵轮时，已成为具有一定压力和速度的高速液流，实现了将发动机的机械能转换为工作油液的能量。33泵轮是主动元件，在一般情况下，被动元件涡轮的转速总是低于泵轮的转速，因此，泵轮外缘处工作油液的能量大于涡轮外缘处工作油液的能量。在此能量差的作用下，离开泵轮的高速液流紧接着进入涡轮，并作用于涡轮叶片，当克服涡轮转动所产生的阻力和负载时，推动涡轮转动，且其转动方向与泵轮相同，使涡轮获得一定的机械能，经输出轴输出。高速液流对涡轮叶片的作用，实现了将工作油液的能量转换为涡轮输出轴上的机械能。由于泵轮和涡轮封闭在一个整体内，工作时，工作油液在离心力的作用下甩向泵轮外缘而做离心运动。工作油液冲击涡轮外缘，随后沿着涡轮叶片间通道向涡轮内缘流动而做向心运动，返回泵轮的内缘。工作油液就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回泵轮，如此不断循环，形成沿轴线断面循环圆的环流。343．液力耦合器的应用液力耦合器曾应用于早期的汽车半自动变速器及自动变速器中。液力耦合器的泵轮与发动机的飞轮相连接，动力由发动机曲轴传入。在有些时候，液力耦合器严格上讲是飞轮的一部分，在这种情况下，液力耦合器又被称为液力飞轮。涡轮与变速器的输入轴相连。液体在泵轮与涡轮间循环流动，使得力矩从发动机传至变速器，驱动车辆前进。在这方面，液力耦合器的作用非常类似于手动变速器中的机械离合器。液力耦合器无法改变转矩的大小，现已被液力变矩器所取代。35二、液力变矩器液力变矩器（简称变矩器）也称扭力转换器，是在液力耦合器基础上改进而成的，用来传递转矩。液力变矩器靠液体与叶片相互作用产生能量的变化来传递转矩。液力变矩器不同于液力耦合器的主要特征是它具有固定的导轮，导轮对液体的导流作用使液力变矩器的输出转矩可高于或低于输入转矩，因而称为变矩器。液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮等组成，安装在发动机和自动变速器之间。它将动力源（通常是发动机或电动机）与工作机连接起来，可同液力耦合器一样起到离合器的作用，但不同的是，液力变矩器可以改变力矩的大小。361．液力变矩器的结构液力变矩器安装在发动机的飞轮上，以液压油为工作介质，起传递转矩、变矩、变速及离合的作用。37液力变矩器液力变矩器的安装位置典型的液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮和壳体组成，各部件都是由钢板冲压而成的，在它们的环状壳体中径向排列着许多曲线形叶片。如图所示为液力变矩器的动力传递路径。38液力变矩器的动力传递路径2．液力变矩器的工作原理（1）当发动机运转而汽车还未起步时，涡轮转速为零。自动变速器油在泵轮叶片的带动下，以一定的速度冲向涡轮叶片，对涡轮产生作用力，从而产生绕涡轮轴的转矩，此即液力变矩器的输出转矩。因此时涡轮静止不动，液流将会沿着叶片流出涡轮并冲向导轮，对导轮也产生作用力。此时涡轮的转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和，显然涡轮转矩大于泵轮转矩，液力变矩器起到了增大转矩的作用，此即液力变矩器的增扭过程，如图所示。3940液力变矩器的增扭过程（2）当液力变矩器输出的转矩经传动系传到驱动轮上所产生的牵引力足以克服汽车起步阻力时，汽车起步并开始加速，与之相连的涡轮的转速也从零开始逐渐增加。（3）当涡轮转速增大到一定值时，由涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮。41液力变矩器的等扭过程（4）若涡轮转速继续增大，液流就会冲击导轮叶片反面，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相同，则涡轮转矩为两者转矩之差，即液力变矩器输出转矩反而比输入转矩小，液力变矩器起到了减小转矩的作用，此即液力变矩器的减扭过程，如图所示。当涡轮转速增大到与泵轮转速相等时，自动变速器油在循环圆内的循环流动停止，不能传递动力。42液力变矩器的减扭过程（5）当涡轮因为负荷过大而停止转动，但泵轮仍保持旋转时，液力变矩器只有动力输入而没有输出，全部输入能量都转化为热能，此时液力变矩器中的油温将急剧上升，会对液力变矩器造成严重危害。这种现象叫做液力变矩器的失速状态。43三、带锁止离合器的液力变矩器1．作用为防止液力变矩器在耦合区出现能量损失现象，当车速在60km/h及以上时，锁止离合器能将泵轮和涡轮直接连接起来，即将发动机与自动变速器机械地连接起来。这样，发动机产生的动力几乎100%传送至变速器。现在生产的电液控制式自动变速器已全部采用带锁止离合器的液力变矩器。这种变矩器内有一个由液压油操纵的锁止离合器，锁止离合器的主动盘（前盖）为变矩器壳体，从动盘包括离合器活塞、涡轮传动板和减振盘，离合器活塞还兼作压盘，从动盘可轴向移动，通过花键套与涡轮连接，如图所示。4445带锁止离合器的液力变矩器2．工作原理（1）锁止离合器分离当车速较低时，液压油从锁止离合器压盘左侧流入，如图所示，压盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过液压油传至涡轮。46锁止离合器分离（2）锁止离合器接合当汽车在良好道路上高速行驶时，液压油从锁止离合器压盘右侧流入，如图所示。47锁止离合器接合四、液力变矩器的优缺点1．使汽车具有良好的自适应能力根据汽车的行驶阻力或其他阻力，液力变矩器可在一定范围内自动地、无级地变速和变矩。当外载荷增大时，它能使汽车自动增大牵引力，同时汽车也自动减速，以克服增大的外载荷；反之，当外载荷减小时，汽车又能自动减小牵引力，提高行驶速度。因此，既保证了发动机能经常在一定工况下工作，又避免发动机因外载荷突然增大而熄火。482．延长汽车的使用寿命液力变矩器的工作介质是液体，具有减振作用，可以大大降低传动系中产生的动载荷，因此，可延长机械传动部件和发动机的使用寿命。以重型汽车为例，在使用液力变矩器后，最大载荷降低18.5%，发动机使用寿命延长47%，变速器使用寿命延长400%，后桥差速器使用寿命延长90%。3．提高汽车的通过性能液力传动的汽车具有良好的低速性能，这样可使汽车与地面的附着力增加，提高汽车在软路面（如泥泞地、沙地等）的通过性能。494．提高汽车的舒适性采用液力传动后，汽车可以平稳起步并在较大的范围内无级变速，可以减少换挡，以及吸收和减少振动、冲击，从而提高汽车的舒适性。5．简化操纵，提高汽车的安全行驶能力液力变矩器本身就是一个无级自动变速器，可以扩大发动机的动力范围，故变速器的挡数可以减少，加上变速器采用动力换挡装置后，易于实现操纵的简化和自动化，因而可以大大减轻驾驶员的疲劳程度，提高汽车的安全行驶能力。液力变矩器的主要缺点是成本较高，质量较大，以及存在液力损失，使传动效率有所降低，因而汽车的燃料经济性和牵引效率有所降低。50课题2油泵的结构原理与检修51学习目标1．了解油泵的作用。2．掌握油泵的分类。3．掌握油泵的工作原理。4．掌握油泵检修的注意事项与方法。52

自动变速器油泵在自动变速器中起着非常重要的作用，是自动变速器最重要的总成之一。油泵安装在液力变矩器的后方，由液力变矩器后端的轴套驱动。常用的油泵有内啮合齿轮泵、转子泵和叶片泵。一、油泵的作用油泵的主要作用是为自动变速器中的液力变矩器、换挡执行机构、液压控制阀等提供所需的具有一定压力的液压油，以保证其正常工作。因此，在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转。53二、油泵的安装位置油泵是自动变速器液压控制系统的动力源，它安装在液力变矩器的后方，由液力变矩器后端的轴套驱动，如图所示。54油泵的安装位置三、油泵的结构如图所示为自动变速器油泵（内啮合齿轮泵）的实物图，常见的自动变速器油泵有3种类型：内啮合齿轮泵、转子泵及叶片泵。55自动变速器油泵（内啮合齿轮泵）的实物图a）油泵的外形b）油泵的内部1．内啮合齿轮泵（1）内啮合齿轮泵的结构内啮合齿轮泵是自动变速器中应用最广泛的一种油泵，主要由小齿轮、内齿轮、月牙形隔板、泵壳、泵盖等组成，如图所示。小齿轮为主动齿轮，内齿轮为从动齿轮，两个齿轮偏心安装，形成工作腔。月牙形隔板的作用是将小齿轮和内齿轮之间的工作腔分为吸油腔和压油腔，彼此不通。泵壳上有进油口和出油口。5657内啮合齿轮泵的结构（2）内啮合齿轮泵的工作原理发动机运转时，变矩器壳后端的轴套带动小齿轮和内齿轮一起按顺时针方向旋转。此时，在吸油腔中，小齿轮和内齿轮不断退出啮合，吸油腔容积不断增加，形成局部真空，将液压油从进油口吸入，随着齿轮的旋转，液压油被带到压油腔；在压油腔中，小齿轮和内齿轮不断进入啮合，压油腔容积不断减少，将液压油从出油口排出。这就是内啮合齿轮泵的工作过程。582．转子泵（1）转子泵的结构转子泵是一种具有特殊齿形的内啮合齿轮泵，它具有结构简单、尺寸紧凑、噪声小、运转平稳、高速性能良好等优点。转子泵由一对内啮合的转子及泵壳、泵盖等组成，如图所示。内转子为外齿轮，齿廓曲线是外摆线；外转子为内齿轮，齿廓曲线是圆弧曲线。内外转子的旋转中心不同，两者之间存在偏心距。外转子比内转子多一个齿。内转子的齿数越多，出油脉动就越小。5960转子泵的结构（2）转子泵的工作原理发动机运转时，带动内外转子朝相同的方向旋转。内转子为主动齿轮，外转子的转速比内转子每圈慢1个齿。这样内转子与外转子之间便形成与内转子齿数相同的工作腔。这些工作腔的容积随着转子的旋转而不断变化。当转子顺时针方向旋转时，内转子、外转子纵向中心线右侧各个工作腔的容积由小变大，形成局部真空，将液压油从进油口吸入；内转子、外转子纵向中心线左侧各个工作腔的容积由大变小，将液压油从出油口排出。这就是转子泵的工作过程。613．叶片泵上述两种油泵的排量都是固定不变的，称为定量泵。为保证自动变速器的正常工作，油泵的排量应足够大，以便在发动机怠速运转的低速工况下也能为自动变速器各部分提供足够大流量和压力的液压油。定量泵的泵油量是随转速的增快而成正比增加的，当发动机高速运转时，油泵的泵油量将大大超过自动变速器的实际需要，此时油泵泵出的大部分液压油将通过油压调节阀返回油底壳。由于油泵泵油量越大其运转阻力也越大，因此，这种定量泵在高转速时，过多的泵油量使阻力增大，从而增加发动机的负荷和油耗，造成一定的动力损失。62（1）叶片泵的结构为了减少油泵在高速运转时泵油量过多而引起的动力损失，目前用于汽车自动变速器的叶片泵大部分都设计成排量可变的形式，由定子、转子、叶片、泵壳和泵盖等组成，如图所示。63叶片泵的结构（2）叶片泵的工作原理在叶片泵运转时，定子的位置由定子侧面控制腔内来自油压调节阀的反馈油压控制。当叶片泵转速较低时，泵油量较小，油压调节阀将反馈油路关小，使控制腔内的反馈油压下降，定子在回位弹簧的作用下绕销轴顺时针方向摆动一个角度，定子与转子的偏心距加大，叶片泵的排量随之增大；当叶片泵转速增快时，泵油量增大，出油压力随之上升，推动油压调节阀将反馈油路开大，使控制腔内的反馈油压上升，定子在反馈油压的推动下绕销轴逆时针方向摆动，定子与转子的偏心距减小，叶片泵的排量随之减小，从而降低叶片泵的泵油量，直到出油压力降至原来的数值。64四、油泵的故障油泵是自动变速器中重要的组成部分，也是整个液压控制系统的心脏。油泵一旦发生故障，就会对整个自动变速器液压控制系统的工作产生影响，甚至造成汽车无法起步。油泵小故障对每一挡的影响有所不同，对低速挡的影响要比对高速挡的影响大。总的来说，油泵损坏导致的主要故障现象有汽车前进挡和倒挡都不能行驶、前进挡和倒挡起步无力、自动变速器打滑、换挡冲击、异响等。65课题3齿轮变速器的结构原理与检修66学习目标1．了解行星齿轮机构的特征。2．熟悉行星齿轮机构的结构组成。3．能够分析行星齿轮机构的几种变速原理。4．掌握离合器、制动器、单向离合器的检修方法。67 相关知识一、行星齿轮机构1．行星齿轮机构的作用行星齿轮机构的作用主要有以下几点。（1）提供几种传动比，以获得适当的转矩及转动速度，满足行车需求及驾驶员愿望。（2）提供倒挡齿轮，实现倒车。（3）提供停车的空挡齿轮，实现发动机怠速运转。682．行星齿轮机构的结构行星齿轮机构有很多类型，其中最简单的行星齿轮机构由1个太阳轮、1个齿圈、1个行星架和支撑在行星架上的3～4个行星齿轮组成，称为单个行星排。行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星齿轮支撑在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，行星齿轮轴上的几个行星齿轮一方面可以绕着自己的轴线旋转，另一方面又可以随着行星架一起绕着太阳轮回转。在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的三个基本元件。行星齿轮机构的结构如图所示。6970行星齿轮机构的结构1、3、10、11—止推轴承2—太阳轮4、6—止推垫片5—齿圈7—锁止垫片8—锁止螺母9—齿轮12—行星架3．行星齿轮机构的类型行星齿轮机构可以按不同的方式进行分类。（1）按照齿轮的排数不同，行星齿轮机构可以分为单排行星齿轮机构和多排行星齿轮机构两种。（2）按照太阳轮和齿圈之间行星齿轮组数的不同，行星齿轮机构可以分为单行星齿轮机构和双行星齿轮机构两种。714．行星齿轮机构的变速原理（1）将齿圈固定，以太阳轮为主动件，行星架为从动件，如图所示，其传动比为i=n1/n3=1+α=1+z2/z1。72齿圈固定时的传动原理（一）（2）将太阳轮固定，以齿圈为主动件，行星架为从动件，如图所示，其传动比为i=n2/n3=（1+α）/α=（z1+z2）/z2=1+z1/z2。73太阳轮固定时的传动原理（一）（3）将太阳轮固定，以行星架为主动件，齿圈为从动件，如图所示，其传动比为i=n3/n2=α/（1+α）=z2/（z1+z2）。74太阳轮固定时的传动原理（二）（4）将齿圈固定，以行星架为主动件，太阳轮为从动件，如图所示，其传动比为i=n3/n1=1/（1+α）<1。75齿圈固定时的传动原理（二）（5）将行星架固定，以太阳轮为主动件，齿圈为从动件，如图所示，其传动比为i=n1/n2=-α<0。76行星架固定时的传动原理（6）若将任意两个基本元件互相连接起来，则由行星排的运动特性方程可知，第三个基本元件的转速必与前两个基本元件的转速相同，即三个基本元件将以同样的转速一同旋转。77太阳轮和齿圈主动时的传动原理（7）若三个基本元件都没有被固定，各个基本元件都可以自由转动，则该机构具有两个自由度，不论以哪两个基本元件为主动件和从动件，都不能获得动力传递，即此时该机构失去了传动作用而处于空挡状态，如图所示。78不固定任何基本元件时的传动原理（8）仅靠单排行星齿轮机构不能满足汽车在不同运行工况下对传动比的要求，用于汽车自动变速器的行星齿轮机构通常是由2～3个单排行星齿轮机构组成的，通常可以有4～6个不同传动比的前进挡和1个倒挡，当所有的基本元件都没有被固定时，即可得到空挡。上述单排行星齿轮机构的变速原理和传动比的计算方法同样适用于多排行星齿轮机构，只要该机构经约束后只有一个自由度，其传动比都可以通过解由各个单排行星齿轮机构的运动特性方程组成的联立方程组来得到。行星齿轮机构的传动规则见下表。7980行星齿轮机构的传动规则二、换挡执行机构换挡执行机构的作用是实现挡位的变换。换挡执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种换挡执行元件组成。1．离合器（1）离合器的结构离合器的作用是将行星齿轮机构的输入轴与行星排的某个基本元件连接，或将行星排的某两个基本元件连接在一起，它是自动变速器中最重要的换挡执行元件之一。现在汽车用的自动变速器中都采用多片湿式离合器，如图2-3-9所示，它由离合器鼓、离合器毂、离合器活塞、回位弹簧、弹簧座、钢片、摩擦片及密封圈等组成。如图所示为U340E自动变速器离合器的结构。8182多片湿式离合器U340E自动变速器离合器的结构离合器鼓为主动件，以一定的方式与变速器输入轴连接；离合器毂为从动件，与行星排的某个基本元件连接。离合器活塞安装在离合器鼓内。它是一种环状活塞，由活塞内外圆的密封圈保证其密封性，从而和离合器鼓一起形成一个封闭的环状液压缸，并通过离合器内圆轴颈上的进油孔与控制油道相通。在离合器活塞上（有的在离合器鼓的液压缸壁面）设有一个由钢球做成的单向阀。当液压油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，单向阀处于关闭状态，保证了液压缸的密封性。83当液压缸内的油压被解除后，钢球在离心力的作用下离开阀座，单向阀处于开启状态，残留在液压缸内的液压油在离心力的作用下从单向阀的阀孔中流出，保证离合器彻底分离。钢片和摩擦片交错排列，两者统称为离合器片。钢片的外花键齿安装在离合器鼓的内花键齿圈上，可沿齿圈键槽轴向移动；摩擦片由其内花键齿与离合器的外花键毂连接，也可沿键槽轴向移动。摩擦片的两面烧结有摩擦因数较大的铜基粉末冶金或合成纤维层，一般离合器摩擦片的片数为2～6片，钢片的片数应等于或多于摩擦片的片数，以保证每个摩擦片的两面都有主动片。84离合器活塞的回位弹簧有波形弹簧、圆周均布螺旋弹簧、中央螺旋弹簧和膜片弹簧四种，如图所示，目前尤以螺旋弹簧用得最多。85离合器活塞的回位弹簧a）波形弹簧b）圆周均布螺旋弹簧c）中央螺旋弹簧d）膜片弹簧（2）离合器的工作原理离合器鼓和离合器毂分别以一定的方式与变速器输入轴和行星排的某个基本元件相连接。一般离合器鼓为主动件，离合器毂为从动件，如图所示。86离合器工作原理示意图1—活塞2—钢片3—摩擦片4—行星架5—行星齿轮6—输入轴7—输出轴当来自控制阀的液压油进入离合器液压缸时，作用在离合器活塞上的液压油的压力推动活塞，使之克服回位弹簧的张力而移动，将所有主动片和从动片相互压紧在一起。主动片和从动片之间的摩擦力使离合器鼓和离合器毂连接为一整体，与离合器鼓相连接的输入轴和与离合器毂相连接的行星排的基本元件也因此被连接在一起，此时离合器处于接合状态。当液压控制系统将离合器液压缸内液压油的压力解除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下被压回液压缸的底部，并将液压缸内的液压油从进油孔排出。离合器毂和离合器鼓朝不同方向或以不同转速旋转，离合器处于分离状态。当离合器处于分离状态时，离合器活塞与离合器片或离合器片与卡环之间有一定的轴向间隙，以保证钢片与摩擦片之间无任何轴向压力，这一间隙称为离合器的自由间隙。其大小可以用不同厚度的钢片来调整，一般离合器的标准自由间隙为0.5～2.0mm。872．制动器（1）制动器的结构制动器的作用是将行星排中太阳轮、齿圈、行星架三个基本元件中的一个加以固定，使之不能旋转。制动器的结构形式较多，目前最常见的是带式制动器和多片湿式制动器。1）带式制动器带式制动器又称制动带，它由制动鼓、制动带、壳体、调整螺钉、回位弹簧、内弹簧、推杆、液压缸及活塞等组成，如图所示。8889带式制动器1—制动鼓2—制动带3—壳体4—调整螺钉5—回位弹簧6—内弹簧7—活塞8—推杆 9—液压缸2）多片湿式制动器多片湿式制动器由制动器鼓、回位弹簧、钢片、摩擦片及制动器毂等组成，如图所示。90多片湿式制动器（2）制动器的工作原理1）带式制动器当液压缸的施压腔和释放腔内均无液压油时，带式制动器不工作，制动带与制动鼓之间有一定的间隙，制动鼓可以随着与它相连接的行星排基本元件一同旋转。当液压油进入液压缸的施压腔时，作用在活塞上的液压油推动活塞，使之克服回位弹簧的张力而移动。当带式制动器不工作时，制动带与制动鼓之间应有适当的间隙。间隙太大或太小都会影响制动器的正常工作。912）多片湿式制动器它的工作原理与多片湿式离合器基本相同。92多片湿式制动器的工作原理1—回位弹簧2—活塞3—钢片4—摩擦片 5—齿圈6—行星架7—行星齿轮8—太阳轮3．单向离合器（1）单向离合器的结构单向离合器的作用是固定或连接行星排中的太阳轮、行星架或齿圈等基本元件。其连接或固定只是单向的，当与之相连接的基本元件受力方向与锁止方向相同时，该基本元件即被固定或连接；受力方向与锁止方向相反时，该基本元件即被释放或脱离连接。常见的单向离合器有滚柱斜槽式和楔块式两种。93（2）单向离合器的工作原理1）滚柱斜槽式单向离合器当外环相对于内环逆时针方向转动时，在刚刚转动的瞬间，滚柱在摩擦力的作用下，克服弹簧的张力而滚向楔形槽较宽的一端，外环相对于内环可以自由滑转，此时单向离合器处于自由状态，如图a所示。当外环相对于内环顺时针方向转动时，滚柱在摩擦力、弹簧张力的作用下被卡死在楔形槽较窄的一端，于是内外环被锁止为一体，不能相对转动。此时，单向离合器处于锁止状态，与外环连接的基本元件便被固定或者和与内环相连接的元件连接成一个整体，如图b所示。9495滚柱斜槽式单向离合器a）自由状态b）锁止状态1—滚柱2—滚柱回位弹簧3—外环4—内环2）楔块式单向离合器当外环相对于内环顺时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下立起，因自锁作用而被卡死在内外环之间，使内外环无法相对滑转，此时单向离合器处于锁止状态。当外环相对于内环逆时针方向转动时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，脱离自锁状态，内外环可以相对滑转，此时单向离合器处于自由状态。楔块式单向离合器的锁止方向取决于楔块的安装方向，在装配时不可装反，否则同样会改变其锁止方向，影响自动变速器的正常工作。96课题4典型自动变速器的结构原理与检修97学习目标1．掌握拉维娜式行星齿轮机构的结构组成。2．掌握辛普森式行星齿轮变速器各挡位的动力传递路线。3．掌握CVT自动变速器的结构原理。4．掌握DSG自动变速器的结构原理。98 相关知识现在轿车使用的行星齿轮变速器大部分采用6～9个前进挡。前进挡的数目越多，行星齿轮变速器中离合器、制动器及单向离合器的数目就越多。对于行星齿轮机构类型相同的行星齿轮变速器来说，其离合器、制动器及单向离合器的布置方式及工作过程基本上是一致的。因此，了解由各种不同类型行星齿轮机构所组成的行星齿轮变速器的结构和工作原理，是掌握各种不同车型自动变速器结构和工作原理的关键。99一、拉维娜式行星齿轮变速器1．拉维娜式行星齿轮机构的结构拉维娜式行星齿轮机构是一种常见的行星齿轮机构，如图所示为拉维娜式行星齿轮机构的结构。100拉维娜式行星齿轮机构的结构K1—前进挡离合器 K2—倒挡离合器 K3—3—4挡离合器B1—倒挡制动器 B2—2—4挡制动器拉维娜式行星齿轮机构由一个单行星齿轮式行星排和一个双行星齿轮式行星排组合而成：大（后）太阳轮和长行星齿轮、行星架、齿圈共同组成一个单行星齿轮式行星排；小（前）太阳轮、短行星齿轮、长行星齿轮、行星架和齿圈共同组成一个双行星齿轮式行星排。两个行星排共用一个齿圈和一个行星架，只有前太阳轮、后太阳轮、行星架和齿圈4个独立元件。换挡执行元件的功能见下表，不同挡位时换挡执行元件的工作情况见下表。101102换挡执行元件的功能103不同挡位时换挡执行元件的工作情况2．拉维娜式4挡行星齿轮变速器的工作原理（1）D1挡（前进挡离合器K1、单向离合器F工作）D1挡动力传递路线如图所示。104D1挡动力传递路线变速器处于D1挡时，前进挡离合器K1工作，液力变矩器的涡轮经过K1驱动小太阳轮顺时针转动，在小太阳轮的驱动下，安装在同一个行星架上的短行星齿轮和长行星齿轮分别逆时针和顺时针转动。由于齿圈与输出轴连接，汽车起步之前有阻力，因此长行星齿轮顺时针转动的同时，有带动行星架逆时针转动的趋势。由于单向离合器F有阻止行星架逆时针转动的作用，因此行星架在D1挡是被固定的。这样长行星齿轮顺时针转动便驱动齿圈转动并将动力输出。注意：在手动1挡时，动力传递路线与D1挡完全一致，只是参与工作的元件由B1代替F，单向固定变为双向固定，因此，车辆具备了发动机制动作用。105（2）D2挡（前进挡离合器K1、2—4挡制动器B2工作）D2挡动力传递路线如图所示。106D2挡动力传递路线（3）D3挡（前进挡离合器K1、3—4挡离合器K3工作）D3挡动力传递路线如图所示。107D3挡动力传递路线（4）D4挡（3—4挡离合器K3、2—4挡制动器B2工作）D4挡动力传递路线如图所示。108D4挡动力传递路线（5）1位（前进挡离合器K1、倒挡制动器B1工作）1位动力传递路线如图所示。1091位动力传递路线（6）R位（倒挡离合器K2、倒挡制动器B1工作）变速杆位于R位置时，动力传递路线如图所示。110R位动力传递路线二、辛普森式行星齿轮变速器1．辛普森式行星齿轮机构的结构辛普森式行星齿轮机构由两个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成，是一种双排单级行星齿轮机构。其结构特点是前后两个行星排的太阳轮连接为一个整体，即前后行星排共用1个太阳轮组件；前行星排的行星架和后行星排的齿圈连接为另一个整体，称为前行星架和后齿圈组件，输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接。111该机构一般具有4个独立元件，即前齿圈（一般作为输入端）、前后太阳轮组件、后行星架、前行星架和后齿圈组件（一般作为输出端）。若在该机构上装配相应的换挡执行元件，辛普森式行星齿轮机构就可成为辛普森式3个前进挡或4个前进挡的自动变速器。辛普森式3挡行星齿轮变速器与辛普森式4挡行星齿轮变速器相比，3挡行星齿轮变速器比4挡行星齿轮变速器只少了一组超速行星排，从而少了一个超速挡。1122．辛普森式4挡行星齿轮变速器的结构与工作原理以U340E自动变速器为例，其结构简图如图所示，该变速器采用了CR-CR型行星齿轮，是一款前轮驱动、电子控制4速自动变速器，用于丰田卡罗拉、花冠、威驰等轿车。113U340E自动变速器结构简图C1—前进挡离合器C2—直接挡离合器C3—倒挡离合器B1—超速/2挡制动器B2—2挡制动器B3—1挡、倒挡制动器F1—单向离合器F2—单向离合器U340E自动变速器行星齿轮机构与换挡执行元件的布置如图所示，由图可见，该变速器主要由三排行星排组成。在U340E自动变速器内部有3个离合器、3个制动器、2个单向离合器，共8个换挡执行元件，各换挡执行元件的功能见下表，不同挡位时各换挡执行元件的工作情况见下表。114U340E自动变速器行星齿轮机构与换挡执行元件的布置115各换挡执行元件的功能116不同挡位时各换挡执行元件的工作情况（1）D位1挡当自动变速器处于D位1挡（D1）时，其动力传递路线如图所示。117D位1挡动力传递路线（2）D位2挡当自动变速器处于D位2挡（D2）时，其动力传递路线如图所示。118D位2挡动力传递路线（3）D位3挡当自动变速器处于D位3挡（D3）时，其动力传递路线如图所示。119D位3挡动力传递路线（4）D位4挡当自动变速器处于D位4挡（D4）时，其动力传递路线如图所示。120D位4挡动力传递路线（5）2位2挡当自动变速器处于2位2挡时，其动力传递路线如图所示。1212位2挡动力传递路线（6）L位1挡当自动变速器处于L位1挡时，除D1挡工作元件外，1挡、倒挡制动器B3工作，双向固定前排齿圈/后排行星架，单向离合器F2锁止不再是动力传递不可缺少的条件，可以逆向传递动力，故在L位1挡有发动机制动。（7）R位（倒挡）当自动变速器处于倒挡时，其动力传递路线如图所示。122倒挡动力传递路线（8）P位和N位当变速杆位于P位或N位时，前进挡离合器C1和直接挡离合器C2均不在啮合位置，行星排的动力无法传递到后续的双排行星齿轮机构，所以行星排处于空转状态，而整个自动变速器处于空挡。在P位时驻车锁止装置工作。123三、CVT自动变速器齿轮式有级自动变速器构造十分复杂，且不可避免地产生换挡冲击，使发动机的经济性和乘坐的舒适性受到影响。因此，人们很早就在研究一种能够线性变速的无级变速器，如图所示。124无级变速器1．CVT自动变速器的基本结构CVT具有结构紧凑、传动效率高的特点，具有前进挡无级变速和倒挡二级变速功能，简化了操纵，手／自动一体选择模式提高了驾乘乐趣。与其他结构形式的自动变速器不同，CVT的前进挡传动比变化是连续的。125CVT的变速原理a）高传动比b）低传动比2．CVT自动变速器的结构特点CVT自动变速器的机械部件主要有4根平行布置的轴，包括以下部件。（1）输入轴。与飞轮相连接，包括太阳轮、行星齿轮和行星架等。（2）主动带轮轴。包括主动带轮和前进挡离合器以及与驻车齿轮为一体的中间从动齿轮等。（3）从动带轮轴。包括从动带轮、起步离合器和中间主动齿轮等。（4）主传动轴（中间齿轮轴）。包括中间从动齿轮和主减速器主动齿轮等。1263．CVT自动变速器的挡位分析（1）P、N位当变速杆在P、N位时，没有液压作用于前进挡离合器、起步离合器和倒挡制动器，故没有动力传递到主动带轮、从动带轮和中间主动齿轮；在P位时，驻车齿轮被锁定，车辆不能移动。（2）D、S、L位（前进挡）当变速杆在D、S、L位时，即前进挡，动力传递路线如图所示。127128D、S、L位动力传递路线1—主减速器从动齿轮2—中间从动齿轮3—中间主动齿轮4—从动带轮轴5—前进挡离合器6—太阳轮7—倒挡制动器8—钢带9—主动带轮轴10—起步离合器11—主减速器主动齿轮（3）R位（倒挡）倒挡时，倒挡制动器工作，使行星架与自动变速器壳连接为一体，行星架被固定，动力传递路线如图所示。129R位动力传递路线1—主减速器从动齿轮2—中间从动齿轮3—中间主动齿轮4—从动带轮轴5—前进挡离合器6—太阳轮7—倒挡制动器8—钢带9—主动带轮轴10—起步离合器11—主减速器主动齿轮4．CVT自动变速器的应用随着技术的发展，CVT缺陷得以改善，越来越多车型开始使用CVT，日产、丰田推广最为积极，应用车型主要有丰田卡罗拉、本田CR-V、本田飞度、三菱翼神、日产阳光、日产天籁、日产骊威、日产骐达、奥迪A6、奥迪A4L，国产车东风T70、瑞风S3、吉利帝豪、比亚迪G3等。130四、DSG自动变速器1．DSG自动变速器的结构组成DSG（DirectShiftGearbox）为直接换挡变速器，也叫DCT（DualClutchTransmission），就是通常所说的双离合变速器。DSG有别于一般的半自动变速器系统，它基于手动变速器而不是自动变速器，因此它也是AMT（机械式自动变速器）的一员。DSG主要由多片湿式双离合器、三轴式齿轮变速器、自动换挡机构和电子控制液压系统组成，核心部分是双离合器和三轴式齿轮变速器。131如图所示，DSG有2根同轴心的输入轴，输入轴1空套在输入轴2里面。输入轴1与离合器1相连，输入轴1上的常啮合齿轮分别与1、3、5挡齿轮相啮合；输入轴2为空心轴，与离合器2相连，输入轴2上的常啮合齿轮分别与2、4、6挡齿轮相啮合；倒挡齿轮通过倒挡轴齿轮与输入轴1的常啮合齿轮啮合。也就是说，离合器1负责1、3、5挡和倒挡，离合器2负责2、4、6挡。当使用不同挡位时，相应离合器接合。132133双离合变速器的结构DSG的多片湿式双离合器的结构与液压式自动变速器中的离合器相似，但是尺寸要大很多。DSG的挡位转换是通过挡位选择器来操作的。挡位选择器实际上是一个液压马达，推动拨叉就可以进入相应的挡位，由液压控制系统来控制它们的工作。DSG的工作过程比较特别，在1挡起步行驶时，离合器1接合，通过输入轴1到1挡齿轮，再输出到差速器。DSG在降挡时，同样也有2个挡位是接合的，如果4挡正在工作，则3挡作为预选挡位接合。可以将DSG理解为两个独立的变速器并列工作，每个变速器又通过各自的离合器实现与发动机输出端的转矩传递，这也正是DSG被称为双离合变速器的原因。1342．DSG自动变速器的特点（1）DSG没有液力变矩器，也没有离合器踏板。（2）DSG在传动过程中的消耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。（3）DSG的反应非常灵敏，具有很好的驾驶乐趣。（4）车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更强劲、圆滑，百公里加速时间比传统手动变速器还短。（5）DSG的动力传递部件是一台三轴式6前进挡位的传统齿轮变速器，增加了速比分配，它的多片湿式双离合器是由电子控制液压系统来操控的。135（6）双离合器的使用可以使变速器同时有两个挡位啮合，使换挡操作更加快捷。（7）选用手动控制模式时，如果不做升挡操作，即使将加速踏板踩到底，DSG也不会升挡。（8）可以根据驾驶人的意愿进行换挡逻辑控制，在手动控制模式下，可以跳跃降挡。（9）DSG有一个由两组离合器片组合而成的双离合器控制装置，同时有一个由实心输入轴1及空心输入轴2组合而成的双传动轴机构，并由电子及液压装置同时控制两组离合器及齿轮组的动作。1363．DSG自动变速器的动力传送路线DSG的输入轴1由离合器1驱动，负责1挡、3挡、5挡和倒挡；输入轴2由离合器2驱动，负责2挡、4挡、6挡和空挡。（1）1挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器1→输入轴1→1挡主动齿轮→1挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。1371挡动力传递路线（2）2挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器2→输入轴2→2挡主动齿轮→2挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。1382挡动力传递路线（3）3挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器1→输入轴1→3挡主动齿轮→3挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。1393挡动力传递路线（4）4挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器2→输入轴2→4挡主动齿轮→4挡从动齿轮→输出轴1→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。1404挡动力传递路线（5）5挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器1→输入轴1→5挡主动齿轮→5挡从动齿轮→输出轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。1415挡动力传递路线（6）6挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器2→输入轴2→6挡主动齿轮→6挡从动齿轮→输出轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。1426挡动力传递路线（7）倒挡动力传递路线为发动机→双质量飞轮→离合器1→输入轴1→1挡/倒挡主动齿轮→倒挡轴→倒挡从动齿轮→输出轴2→输出齿轮→差速器→驱动车轮，如图所示。143倒挡动力传递路线4．DSG自动变速器的发展和改进方向目前，DSG朝着拥有更多挡位数量、结构和空间更加精巧、拥有更小的质量、更加灵敏、电控自动集成化、换挡策略智能化等方向发展。（1）拥有更优秀、耐用的齿轮结构。（2）随着总成的完善，接口技术的提高，DSG正在逐渐向小型化发展。（3）TCU（自动变速器控制单元）智能化在未来的开发进程中将成为主流。144课题5全液压式控制系统的结构原理与检修145学习目标1．了解全液压式控制系统的结构组成。2．能正确分析控制阀的工作过程。146 相关知识一、控制阀全液压式控制系统中的大部分控制阀都位于阀体总成中，通过自动变速器壳体和自动变速器轴上的油道与油泵、液力变矩器及各个换挡执行元件相通。自动变速器的阀体总成通常用螺栓固定于变速器壳体下部、油底壳上方，它包括上、下阀体总成两部分。在上、下阀体总成之间有垫片和隔板，上、下阀体总成内布置着各种控制阀。147148阀体总成1—线束2、3、5、6、7—电磁阀4—自动变速器油温度传感器1．油压调节阀自动变速器中的油压是由油泵产生的，油泵是由发动机驱动的，其泵油量和油压随着发动机转速的升高而增大和升高。当发动机高速运转时，油泵的泵油量将大大超过自动变速器各部分所需的油量，导致油压过高，增加发动机负荷，造成换挡冲击；当油压过低时，又会使离合器、制动器等换挡执行元件打滑，甚至烧蚀。因此必须在油路中设置油压调节阀。149（1）主油路调节阀主油路调节阀也称一次调节阀，由阀芯、阀体和调压弹簧组成，它的作用是根据车速和节气门开度的变化，自动调节各液压控制系统的油压，保证各液压控制系统工作稳定。主油路调节阀的结构及工作原理如图所示。150主油路调节阀的结构及工作原理其基本原理是根据车速（反比变化）、节气门开度（正比变化）及挡位的变化（倒挡油压最高），通过节流孔流到阀芯上端的油压与调压弹簧力相平衡来调节主油路油压。为了使主油路油压能满足自动变速器不同工况的需要，主油路调节阀还具备下列功能。1）发动机节气门开度较小时，自动变速器传递的转矩较小，换挡执行机构中的离合器、制动器不易打滑，主油路油压可以降低；而当发动机节气门开度较大时，自动变速器传递的转矩增大，为防止离合器、制动器打滑，主油路油压要升高。1512）汽车在低速挡行驶时，自动变速器传递的转矩较大，主油路油压要高；而在高速挡行驶时，自动变速器传递的转矩较小，可降低主油路油压，以减小油泵的运转阻力。3）倒挡的使用时间较少，为减小自动变速器尺寸，倒挡执行机构被做得较小，为避免出现打滑，在倒挡时需提高主油路油压。152（2）次调节阀次调节阀用于调节液力变矩器使用的油压和润滑用的油压，经调节的油压称液力变矩器油压和润滑油压。液力变矩器油压用于液力变矩器的工作，由于发动机的转矩全部都要经过液力变矩器传递，而液力变矩器传递转矩的能力与液力变矩器的工作油压有关，因此液力变矩器油压的变化必须与发动机负荷的变化一致；润滑油压用于变速器内所有旋转零件的润滑。次调节阀的结构及工作原理如图所示。153次调节阀的结构及工作原理（3）节气门阀变速杆处在D位（前进挡）时，其挡位的转换由两个参数决定，即发动机的负荷油压和车速油压。这两个油压信号分别由节气门阀和速控阀提供，所以节气门阀和速控阀也是液压控制系统中的换挡压力信号装置。节气门阀的作用是调节与发动机负荷相关的负荷油压，由于负荷油压调节是通过节气门阀实现的，所以负荷油压也称节气门油压。又因负荷油压受控于加速踏板，所以负荷油压又被称为加速踏板控制油压。负荷油压用于调节主油路油压、液力变矩器油压与润滑油压。另外，负荷油压更重要的作用是控制换挡。节气门阀的工作由节气门开度控制，其工作原理如图所示。154155节气门阀的工作原理1—节气门体2—加速踏板3—节气门拉线4—节气门阀5—降挡柱塞6—节气门油压出油口7—主油路油压8—流向换挡执行机构（4）速控阀速控阀的作用是为自动变速器换挡阀提供随车速变化而变化的控制油压（车速油压）。因其基本原理是利用轴旋转时重块所产生的离心力来控制滑阀阀芯位置的，所以也称为离心调速阀。156普通复合式双级速控阀1—轴2—变速器输出轴3—重块 4—阀芯5—弹簧6—速控阀2．手动控制阀手动控制阀是一种多路换向阀，安装于控制系统阀体总成的下阀体总成上，如图所示。157手动控制阀的安装位置1—下阀体总成2—主油路调节阀3—手动控制阀4—1—2挡换挡阀5—蓄压器控制阀3．换挡阀在前进挡中，自动变速器挡位的变换是通过换挡阀的工作来实现的，如图所示。158换挡阀159换挡阀的工作原理1—弹簧2—换挡阀A、B—泄油孔C—至高挡换挡执行元件D—主油路进油口E—至低挡换挡执行元件p1—车速油压p2—节气门油压F—弹簧弹力4．强制降挡阀强制降挡阀用于节气门全开或接近全开时，强制性地将自动变速器降低1个挡位，以获得良好的加速性能。160强制降挡阀a）由节气门拉线控制的强制降挡阀b）由强制降挡开关控制的强制降挡阀1—节气门拉线2—节气门阀凸轮3—强制降挡阀4—加速踏板5—强制降挡开关6—强制降挡电磁阀7—阀杆8—阀芯9—弹簧A—通主油路B—通换挡阀油道5．锁止信号阀和锁止继动阀液力变矩器内锁止离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀一同控制的，如图所示。锁止信号阀上方作用着来自速控阀的车速油压。161锁止信号阀和锁止继动阀1—锁止离合器2—变矩器壳体3—涡轮4—泵轮5—锁止信号阀6—锁止继动阀A—来自速控阀B—来自超速挡油路C—来自变矩器阀D—电磁阀背压E—接合泄油孔F—分离泄油孔6．蓄能减振器在汽车自动变速器换挡执行机构中，离合器及制动器的接合和分离，以及带式制动器的箍紧和放松，都不能过于突然，以免产生换挡冲击，影响乘车的舒适性，甚至造成零部件的损坏。因此，在换挡执行机构的液压控制系统中，专门设置了用于吸收因油压突然升高而产生的冲击的缓冲装置，目的即在于控制换挡质量，避免换挡执行机构发生振动或接合过猛。在各种缓冲装置中，实际使用较多的是蓄能减振器，也称蓄压器。162二、自动变速器油自动变速器油又叫液力传动油，是一种高级润滑油，它含有多种化学添加剂，英文缩写为ATF。1．自动变速器油的作用（1）传递发动机转矩。自动变速器油经油泵被输送到液力变矩器内，将发动机产生的转矩传递至变速器。（2）在液压控制系统中输送工作油液压力，使换挡执行元件在液压作用下正确执行换挡动作。（3）带走摩擦热，冷却机械零件，防止其温度过高而影响自动变速器油的黏度。（4）润滑和清洗自动变速器内部的机件。1632．自动变速器油的性能要求自动变速器油是含有多种特殊添加剂的粉红色油品，这种特殊的颜色可以使其在发生渗漏时与发动机油准确地区分开来。添加剂的作用是保证自动变速器在正常工作时，自动变速器油必须具备的减摩性、流动性、抗氧化性、腐蚀性、黏温特性、清净分散性等性能。另外，还需要检验不同牌号自动变速器油的相容性。相容性是指不同牌号自动变速器油混合在一起时，是否出现分层、颜色改变或化学分解的现象。相容性好的自动变速器油可以混合使用。1643．自动变速器油的种类目前，与自动变速器油有关的分类沿用美国材料试验协会（ASTM）和美国石油协会（API）的标准，具体的分类见下表。165液力传动油（PTE）的分类4．自动变速器油的使用通用汽车公司多年来一直使用自己的DEXRONⅡ型自动变速器油，世界各主要汽车生产厂家的自动变速器大多数也推荐使用DEXRONⅡ型自动变速器油。5．自动变速器油的滤清器、散热器自动变速器在工作时，由于温度、摩擦等环境因素的影响，其使用性能会发生一定的变化。为了保证其具有较长的使用寿命，在自动变速器中必须配备滤清器和散热器。1666．自动变速器油的更换自动变速器油在使用中因长久升温、发热，原有的良好性能会被逐渐破坏，因此应在使用一定时期后更换，避免因自动变速器油性能不良导致液压控制系统中各传动件、密封件受到损伤。建议在不同的行车环境下按以下周期更换新自动变速器油。167课题6电液控制式控制系统的结构原理与检修168学习目标1．掌握电液控制式控制系统的结构组成。2．掌握传感器的结构及工作原理。3．掌握传感器检修的注意事项。4．掌握控制系统和传感器的检修方法。169相关知识目前大部分自动变速器在液压控制的基础上增加了计算机控制技术，提高了自动变速器的各项性能。这种用计算机控制的自动变速器被称为电子-液压控制式自动变速器，简称电液控制式自动变速器。其控制原理是传感器将汽车及发动机的各种运动参数转变为电信号，自动变速器的电子控制单元（ECU）根据这些电信号，按照设定的控制程序进行对比计算并发出控制信号，再通过执行器（电磁阀）来操纵阀体总成中各个控制阀的工作，以完成自动变速器的各项控制任务。170电液控制式自动变速器由齿轮变速器、液压控制系统和电子控制系统组成。齿轮变速器和液压控制系统在前面已经讲过，本课题主要讲述电子控制系统。电子控制系统主要由电子控制单元（ECU）、传感器、执行器三部分组成，如图所示。171电液控制式自动变速器的电子控制系统一、电子控制单元（ECU）电子控制单元（ECU）是电子控制系统的核心，它的功用是根据自身存储的程序对各传感器输入的各种信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，控制执行器动作，以达到快速、准确的自动控制目的。同时，电子控制单元还要对整个电子控制系统进行监测，一旦出现影响正常工作的故障，即发出警告，并将发生故障的元件转换为故障码存入存储器，以便维修时维修人员借助仪器调出故障码。电子控制单元的组成如图所示。172173电子控制单元的组成自动变速器ECU除用于控制变速器本身的工作外，通常还与发动机系统的ECU通信，如发动机控制系统ECU、ABS系统ECU、巡航控制系统ECU等。从这些ECU中获取与自动变速器有关的信号，或将自动变速器的工作情况通过电信号传给其他系统的ECU，使其他系统的工作与自动变速器相配合。目前，新型轿车的自动变速器大多与发动机及其他电子控制系统共用一个ECU来控制，称为动力总成控制模块（PCM），这样既简化了控制电路，又减少了由连接线路所引起的故障。174二、电子控制单元的结构原理1．输入回路从传感器来的信号首先进入输入回路。输入回路对输入信号进行预处理，一般是去除杂波和把正弦波变为矩形波后，再转换成电压信号。2．A/D转换器从传感器发出的信号有相当一部分是模拟信号，经输入回路处理后，虽已变成相应的电压信号，但微型计算机不能直接处理这些信号，需经过相应的A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号后再输入微型计算机。1753．微型计算机微型计算机是电子控制单元的中心，它能根据需要把各种传感器送来的信号，用内存的程序和数据进行运算处理，并把处理结果送往输出回路。微型计算机主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（I/O）等组成。（1）中央处理器（CPU）中央处理器主要由运算器、寄存器、控制器组成。CPU的工作是在时钟脉冲发生器控制下进行的，当微型计算机通电后，时钟脉冲发生器立即产生一连串具有一定频率和脉宽的电压脉冲，使微型计算机各部件工作同步，保证在同一时间内完成一定的操作，实现控制系统各部分协调工作的目的。176（2）存储器存储器的主要功能是存储信息。存储器一般分为以下两种。RAM（随机存储器）：主要用来存储微型计算机操作时的可变数据，如微型计算机输入、输出数据和计算过程产生的中间数据等。当电源切断时，存入RAM的数据均完全消失，所以RAM一般都通过专用电源后备电路与蓄电池直接连接。但拔掉蓄电池线缆时，数据仍会消失。ROM（只读存储器）：它是只能读出的存储器，用来存储固定数据，即存储各种永久性的程序和数据，如喷油特性脉谱、点火控制特性脉谱等。这些数据一般都是制造时厂家一次存入的，新的数据不能存入，电源切断时ROM中存储的数据不会消失。177（3）输入/输出接口（I/O）I/O是CPU与输入装置（传感器）、输出装置（执行器）间进行信息交流的控制电路，根据CPU的命令，输入信号以所需要的频率通过I/O接收，输出信号则按发出控制信号的形式和要求通过I/O以最佳的速度送出。输入、输出装置一般都只有通过I/O才能与微型计算机连接，I/O具有数据缓冲、电压信号匹配、时序匹配等多种功能。1784．输出回路它是微型计算机与执行器之间建立联系的一部分装置，它将微型计算机发出的指令转变成控制信号来驱动执行器工作。输出回路一般起着生成和放大控制信号的作用。179三、传感器1．节气门位置传感器（1）节气门位置传感器的功用节气门位置传感器（TPS）安装在发动机节气门体上并与节气门联动，由驾驶员通过加速踏板控制。其功用是测量发动机节气门开度（发动机的负荷）的大小和变化的快慢，使ECU及时了解发动机负荷，并以此作为确定自动变速器换挡时刻和控制换挡油压及控制、调节主油压的一个主要依据。这与液压控制系统中节气门阀的功用类似。节气门位置传感器同时用于电子控制燃油喷射系统和电液控制式自动变速器的控制系统，在自动变速器中，它是一个重要的传感器。180（2）节气门位置传感器的结构节气门位置传感器有可变电阻式和触点式两种类型。可变电阻式节气门位置传感器由线性电位计和怠速开关组成，实际上是一个可变电阻器，其电阻值随节气门开启角度的大小变化而变化。节气门轴与线性电位计及怠速开关的滑动触点连接，当节气门打开时，节气门开度信号触点和怠速信号触点在电阻膜上滑移。VC端子上加有5V的电压（1986年以前生产的节气门位置传感器的电压为12V），触点在电阻膜上滑移时，在VTA端子上会有与节气门开度成比例的信号电压输出到ECU。当节气门全闭时，检测怠速状态的触点使IDL、E2两个端子接通，从而输出怠速状态信号；而节气门开启时，怠速开关断开。当节气门处于不同开度时，线性电位计与其对应的电阻值及输出电压值也不同。181ECU通过节气门位置传感器可以获得成连续变化的模拟电信号及节气门开度的变化速率（该模拟电信号对应节气门由全闭到全开的所有开启角度），并以此作为在不同行驶条件下控制换挡的主要依据之一。可变电阻式节气门位置传感器的结构原理和输出特性如图所示。182可变电阻式节气门位置传感器的结构原理和输出特性2．车速传感器（1）车速传感器的功用车速传感器也称自动变速器输出轴转速传感器，安装在自动变速器输出轴附近的壳体上，并靠近输出轴上的驻车锁止齿轮（或感应转子）。其功用是检测自动变速器输出轴的转速并将其变为电压信号输送给电子控制单元（ECU），ECU则根据车速传感器的信号计算出车速，作为换挡控制的依据。183（2）车速传感器的结构电磁感应式车速传感器应用最为广泛。电磁感应式车速传感器由驻车锁止齿轮、永久磁铁和电磁线圈等组成，如图所示。184电磁感应式车速传感器（3）车速传感器的分类1）电磁感应式车速传感器电磁感应式车速传感器是一个模拟交流信号发生器，产生交流电压信号，通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。这两个接线柱是传感器输出的端子，当由铁制成的环状翼轮（有时称为磁组轮）转动时，线圈里将产生交流电压信号，信号的频率大小取决于磁组轮的转速大小。185186光电感应式车速传感器2）光电感应式车速传感器光电感应式车速传感器由带孔的转盘、一个发光二极管、一个作为光传感器的光电三极管、遮光板等组成，如图所示。187输入轴转速传感器的安装位置3．输入轴转速传感器输入轴转速传感器的结构、工作原理与车速传感器相同，用得较多的是电磁感应式转速传感器。它安装在自动变速器壳体上，靠近行星齿轮机构输入轴（液力变矩器涡轮输出轴）上的信号触发轮或与输入轴连接的离合器鼓，如图所示。4．发动机转速传感器（1）发动机转速传感器的功用自动变速器ECU利用发动机转速传感器输出的信号与变速器输入轴转速信号进行比较，以判断锁止离合器的打滑状态，从而控制变矩器锁止离合器电磁阀的调制脉冲（脉冲的占空比），达到控制锁止离合器的目的。发动机转速信号是由发动机ECU传送给自动变速器ECU的。188189电磁感应式发动机转速传感器的结构（2）发动机转速传感器的结构发动机转速传感器常采用电磁感应式和霍耳式转速传感器。它除测量发动机转速外，还测量发动机曲轴转角的位置。电磁感应式发动机转速传感器的结构如图所示。5．发动机冷却液温度传感器（1）发动机冷却液温度传感器的功用发动机冷却液温度传感器的功用是检测发动机的工作温度，并将温度转变为电信号传送给发动机ECU，发动机ECU再将该信号传送给自动变速器ECU，自动变速器ECU根据该信号确定换挡时刻。当发动机冷却液温度较低时，延迟换挡，使发动机以高怠速运转，以便尽快地暖机升温，并保持其动力性。另外，自动变速器ECU还根据该传感器信号控制锁止离合器的接合，即当发动机冷却液温度低于某一规定值时（视车型而定，一般为60～70℃），锁止离合器不接合。发动机冷却液温度信号是发动机ECU通过专线或数据总线传送给自动变速器ECU的。190191发动机冷却液温度传感器的安装位置和电路a）安装位置b）电路（2）发动机冷却液温度传感器的结构发动机冷却液温度传感器的安装位置和电路如图所示。6．自动变速器油温度传感器（1）自动变速器油温度传感器的功用自动变速器油温度传感器的功用是检测自动变速器油的温度，并将温度的变化转变为电信号传送给自动变速器ECU，作为自动变速器ECU进行换挡控制、油压控制、锁止离合器控制的依据。（2）自动变速器油温度传感器的结构自动变速器油温度传感器安装在自动变速器油底壳内的液压阀阀体上，浸在油液中，它是具有负温度系数的热敏电阻，如图a所示，其安装位置如图b所示。它是利用热敏电阻的电阻值随温度变化而变化这一特性来检测油液温度的，即温度越高，电阻值越小。自动变速器ECU根据其电阻值的变化即可计算出自动变速器油的温度。192193自动变速器油温度传感器的结构及安装位置a）结构b）安装位置四、控制开关电液控制式自动变速器的电子控制系统中常用的控制开关有模式选择开关、空挡起动开关和制动灯开关等。1．模式选择开关模式选择开关又称程序选择开关，用于选择自动变速器的控制模式。模式选择开关一般安装在变速杆旁边，如图所示。194模式选择开关常见的模式有标准模式（Normal）、动力模式（Power）、经济模式（Economy）、雪地模式（Snow）、保持模式（Hold）、手动模式（Manual）等。自动变速器ECU根据所选择的模式执行不同的换挡程序，控制换挡和锁止正时。如选择动力模式，自动变速器会推迟升挡，以提高动力性；而选择经济模式，自动变速器会提前升挡，以提高经济性；标准模式介于二者之间。1952．空挡起动开关空挡起动开关如图所示，该开关有两个功用，一是感知变速杆位置并将此状态信号传送给自动变速器ECU，二是保证只有变速杆置于P或N位才能起动发动机。196空挡起动开关3．制动灯开关制动灯开关安装在制动踏板支架上，如图所示，其主要工作是参与变矩器锁止离合器的控制，并且判断制动踏板是否踩下。197制动灯开关五、执行器（电磁阀）电磁阀是自动变速器电子控制系统的执行器，其功用是根据自动变速器ECU的指令接通或切断液压回路，以实现对自动变速器的换挡、液力变矩器锁止、主油压调节以及发动机制动等多项内容的控制。电磁阀一般分为开关式电磁阀和脉冲宽度调制（PWM）式电磁阀两大类，其中开关式电磁阀又分为常开式和常闭式两种。常开式电磁阀是指电磁阀接通电源之前阀的柱塞离开阀座，打开泄油孔，此时与其相关的换挡执行元件与主油路压力不通。常闭式电磁阀是指电磁阀接通电源之前阀的柱塞与阀座是接触的，即将油路密封，通电后阀