汽车构造（下册） 课件 第15章 自动变速器

第15章

自动变速器2025/1/2115.1概述15.2液力变矩器15.3行星齿轮变速机构15.4自动变速器控制系统15.5无级变速器15.6机械式自动变速器第15章自动变速器215.1概述1.自动变速器的特点优点：1）操纵轻便。2）提高汽车通过性。3）具有良好的自适应性。4）增加车辆的使用寿命。此外，自动变速器自动变速器还具有降低废气排放、提高经济性等优点。缺点：传动效率低，结构复杂，制造、维修成本高。15.1概述1.自动变速器的类型（1）按传动比分类：有级自动变速器和无级自动变速器两大类。（2）按变速控制方式分类：液力控制自动变速器和电子控制自动变速器液力控制自动变速器电控自动变速器15.1概述3.自动变速器的基本组成组成：液力变矩器、行星齿轮变速器、液压控制系统、电控单元等。15.1概述4.换档操纵机构和变速器的基本操作要求变速杆一般都有P、R、N、D、3、2、1（L）七个档位，仪表板上可以指示所选档位。P档位：停车档（Park）R档位：倒档（Reverse）N档位：空档（Neurtal）D档位：前进档（Drive）3档位是前进档，汽车无需四档行驶时选择该档位2档位是发动机高速制动档1（或L）档位是发动机低速制动档注意：汽车前进时，切勿挂入P档位或R档位；发动机起动时，只能在N档位或P档位；转换档位时，切勿踏下加速踏板。1.综合式液力变矩器（1）结构组成：泵轮、涡轮、导轮、单向离合器和壳体等1）泵轮：主动元件,与变矩器壳连成一体，固定在发动机曲轴上，与曲轴一起旋转；2）涡轮：与从动轴相连；3）导轮：导轮安装在固定套筒上，在导轮与固定套筒之间装有单向离合器，固定套筒与变速器壳体刚性连为一体。通过单向离合器，单向固定在从动轴上。（可顺转，不能逆转）15.2液力变矩器1-曲轴2-导轮3-涡轮4-泵轮5-液流6-变矩器轴套7-液压泵8-导轮固定套9-变矩器输出轴10-单向离合器1.综合式液力变矩器（1）结构材料：用铝合金精密铸造，或用钢板冲压而成。15.2液力变矩器固定不动的导轮,不仅能传递转矩，还能在泵轮转速和转矩不变的前提下，改变涡轮转矩的大小。导轮给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。1.综合式液力变矩器（2）工作原理电风扇演示变矩器原理示意图电风扇A通电，B不通电，电风扇A将以空气为介质带动电风扇B转动。15.2液力变矩器AB1.综合式液力变矩器（2）工作原理电风扇演示变矩器原理示意图15.2液力变矩器如果在电风扇A与B之间加一个导管，将电风扇B出来的空气引导到A的背面，对电风扇A来说起增益作用，是有利的。如果电风扇B出来的空气引导到A的正面，对电风扇A来说起阻尼做用，是有害的。1.综合式液力变矩器（2）工作原理电风扇演示变矩器原理示意图用空气传递动力会有能量损失，且电风扇B的转速永远小于A的转速。如果我们将电风扇A与B用一个轴连接在一起，此时电风扇A可直接带动B同速转动，就没有能量损失。15.2液力变矩器此时的电风扇A相当于液力变矩器的泵轮，电风扇B相当于涡轮，导管相当于导轮，空气相当于自动变速器油，连接轴相当于锁止离合器。AB1.综合式液力变矩器（2）工作原理1）动力的传递当发动机曲轴带动泵轮旋转时，泵轮带动油液一起旋转，在离心力的作用下，油液从泵轮叶片的内缘向外缘流动，冲击涡轮的叶片，油液沿着涡轮叶片由外向内流动，冲击到导轮叶片，然后沿着导轮叶片流动，重新进入泵轮再次获得动能，如此不断循环，完成能量传递，使从动件获得转矩和速度。15.2液力变矩器1.综合式液力变矩器（2）工作原理2）转矩的放大变矩器工作时，作用在涡轮上的扭矩（Mw）不仅有泵轮施加给涡轮的扭矩(Mb)，还有导轮的反作用力矩(Md)，即：Mw=Mb+Md故Mw>Mb。所以，液力变矩器起到了增大转矩的作用。15.2液力变矩器1—泵轮(B)

2—导轮(D)

3—涡轮(W)

15.2液力变矩器涡轮与泵轮转速接近时变矩器的液流示意图1.综合式液力变矩器（2）工作原理若涡轮转速进一步增大并与泵轮转速接近时，ATF将从背面冲击导轮，对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由于单向离合器在顺时针方向没有锁止作用，所以导轮在ATF的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。15.2液力变矩器涡轮与泵轮转速接近时变矩器的液流示意图1.综合式液力变矩器（2）工作原理3）无级变速随着涡轮转速的逐渐提高，涡轮输出的转矩要逐渐下降，而且这种变化是连续的。同样，如果涡轮上的载荷增加了，涡轮的转速要下降，而涡轮输出的转矩增加正好适应载荷的增加。15.2液力变矩器1.综合式液力变矩器（2）工作原理综上所述，液力变矩器的工作过程可以概括为两个工况：一是变矩，另一个是偶合。当泵轮与涡轮转速相差较大，或者说在低速区时，液力变矩器实现变矩（增矩）；当涡轮转速达到泵轮转速的85％～90％，或者说在高速区时，液力变矩器实现偶合传动，即涡轮的输出转矩等于泵轮的输入转矩。因此，液力变矩器在涡轮转速较低时具有的增扭特性，在涡轮转速较高时具有高传动效率的特性。15.2液力变矩器2.带锁止离合器的液力变矩器进入偶合工况后，由于没有增扭作用，涡轮得到的扭矩应是曲轴的输出扭矩。但实际工作中，并没有100％传递动力，导致燃油经济性下降。于是在液力变矩器中设置锁止离合器，使其在高速工况下，用机械方式连接泵轮和涡轮。15.2液力变矩器1-变矩器壳体2-锁止离合器压盘3-涡轮4-泵轮5-变矩器轴套6-输出轴花键套7-导轮2.带锁止离合器的液力变矩器减振盘：它与涡轮连接在一起，减振盘上装有减振弹簧，在离合器接合时，防止产生扭转振动。

锁止离合器片：用凸起卡在减振盘上，可在油压的作用下轴向移动。

前盖（变矩器壳体）：它与泵轮连接在一起，前盖上粘有一层摩擦材料，以增加离合器接合时的摩擦力。15.2液力变矩器2.带锁止离合器的液力变矩器锁止离合器工作原理15.2液力变矩器a)锁止离合器分离

b)锁止离合器接合1-锁止离合器压盘2-涡轮3-变矩器壳4-导轮5-泵轮6-变矩器输出轴A-变矩器出油道B、C-锁止离合器控制油道3.液力变矩器的特性曲线1）速比（i）2）变矩比（k）一般为1.7~2.53）传动效率（η）4）失速点指涡轮不动或速比为0时变矩器的工作点。15.2液力变矩器3.液力变矩器的特性曲线15.2液力变矩器1）怠速时，Mw很小，汽车不能行使。2）起步时，Mw最大。3）逐渐加速时，Mw减小。4）偶合点时，k=1，即Mw=Mb为提高变矩器在偶合区工作的性能，需加装单向离合器和锁止离合器，以提高传动效率，降低燃料消耗。小结：液力耦合器只起传递转矩作用，而不起改变转矩大小的作用；液力变矩器不仅能传递转矩，且能在泵轮转矩不变的情况下，随涡轮的转速（反映着汽车行驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩的数值。液力变矩器中设置锁止离合器使其在高速工况下，用机械方式连接泵轮和涡轮，提高传动效率。15.2液力变矩器为进一步扩大变速范围，在液力变矩器后面装有行星齿轮变速机构。行星齿轮变速机构由行星齿轮系和换档执行元件组成。15.3行星齿轮变速机构行星齿轮系通常由2~3个单级行星齿轮机构或双级行星齿轮机构组成。换档执行元件主要包括制动器、离合器和单向离合器。1．行星齿轮机构采用单级行星齿轮机构或双级行星齿轮机构两种方式.（1）单级行星齿轮机构15.3行星齿轮变速机构组成：一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和几个行星齿轮。行星齿轮在工作过程中始终保持啮合状态，只要将太阳轮、行星架和齿圈中任意一元件制动，或者对太阳轮、行星齿轮架和齿圈任意两元件结合即可获得各种传动比。1-太阳轮2-齿圈

3-行星架4-行星齿轮

15.3行星齿轮变速机构1-太阳轮2-齿圈

3-行星架4-行星齿轮

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构

15.3行星齿轮变速机构1．行星齿轮机构（2）双级行星齿轮机构特点：大、小两太阳轮，长、短行星齿轮。短行星齿轮与小太阳轮和长行星齿轮啮合，长行星齿轮与大太阳轮、短行星齿轮及齿圈啮合。通过制动器对大、小太阳轮及行星轮齿架和齿圈制动，或通过离合器对大、小太阳轮及行星齿轮架和齿圈结合，即可获得所需的档位。15.3行星齿轮变速机构1—小太阳轮2—大太阳轮3—长行星齿轮4—短行星齿轮5—齿圈6—行星齿轮架2．拉维娜式行星齿轮变速器拉维娜行星齿轮变速器采用双级行星齿轮机构。15.3行星齿轮变速机构捷达轿车01N型自动变速器工作原理简图1-二挡和四挡制动器（B2）

2-倒挡离合器（K2）

3-一挡、二挡、三挡离合器（K1）

4-三挡和四挡离合器（K3）

5-倒挡制动器（B1）

6-单向离合器（F）

7-液力变矩器锁止离合器（LC）3．辛普森式行星齿轮变速器特点：两个单级行星齿轮机构共用一个太阳轮。A340E型电控自动变速器由辛普森式行星齿轮变速机构和一个超速行星齿轮排组成。15.3行星齿轮变速机构1-超速离合器(C0)2-超速制动器(B0)3-二挡滑行制动器(B1)4-直接挡离合器(C2)5-前进离合器(C1)6-制动器(B2)7-一挡、倒挡制动器(B1)8-后行星架9-后齿圈

10-输出轴11-太阳轮12-第二单向离合器(F2)13-第一单向离合器(F1)14-前齿圈

15-前行星架16-超速齿圈17-超速行星架18-超速太阳轮19-输入轴

20-超速单向离合器(F0)21-超速输入轴22-壳体4．换挡执行元件（1）离合器15.3行星齿轮变速机构图15-15多片湿式离合器的组成1-离合器毂2-太阳轮3-花键毂4-卡环5-弹簧支承盖6-回位弹簧

7-安全阀8-离合器环形活塞9-摩擦片10-钢片A-进油孔作用：连接轴和行星齿轮机构的旋转元件。换档离合器常采用多片湿式离合器，由液压回路来控制其接合与分离。4．换挡执行元件（2）制动器15.3行星齿轮变速机构图15-16多片湿式制动器的组成1-制动器摩擦片2-制动器钢片3-壳体4-活塞5-活塞缸6-太阳轮轴作用：将行星齿轮变速器中某一元件（太阳轮、行星架或齿圈）固定，使其不能转动。换档制动器通常有多片湿式制动器和带式制动器两种形式。4．换挡执行元件（3）单向离合器15.3行星齿轮变速机构图15-17单向离合器的工作原理a)锁止状态b)自由状态作用：单方向传递动力或单方向制动，确保平顺无冲击换档。由内、外座圈以及两者之间的滚柱组成。一、液压控制系统作用：控制换档元件的动作、提供变矩器工作液压并保证变速器的冷却与润滑。液压系统通常由供油装置、换档控制装置、换档质量控制装置等部分组成。供油装置包括供油泵、滤清器、调压阀等。供油泵由变矩器泵轮驱动，为液压系统提供工作压力，经调压阀调压后向整个液压系统提供工作液压。换档控制装置包括手控换档阀和换档控制电磁阀。15.4自动变速器控制系统一、液压控制系统手控换档阀由变速杆操纵，其作用是利用滑阀的移动，实现控制油路的转换，即根据变速杆所置排档位置将液压油转换到“P”、“R”、“N”、“D”、“2”或“L”的油路。15.4自动变速器控制系统图15-18手控换档阀的工作原理换档电磁阀由电控单元控制，电控单元根据确定的换档点及换档信号工作，控制相应的电磁阀动作，切换控制油路，进行自动换档。二、电子控制系统由各传感器、电控单元、各种电磁阀及指示装置等组成。15.4自动变速器控制系统1—变速杆；2—换挡模式(运动模式或经济模式)选择开关；3—强制降挡开关；4—节气门位置传感器；5—发动机转矩信号；6—发动机转速信号；7—自动变速器；8—发动机转矩下降由点火调节；9—油压调节电磁阀；10—换挡电磁阀；11—ECU；12—故障指示灯；13—输出转速传感器；14—诊断接口二、电子控制系统1.自动变速器ECU2．节气门位置传感器3．车速传感器15.4自动变速器控制系统此信号用于计算按载荷变化的换档时刻，并用于调整自动变速器的油压。若信号中断，自动变速器ECU会用发动机平均负载来确定换档时刻，自动变速器油压按节气门全开时的油压进行调节。此信号用于自动变速器电控单元J217换档控制，并控制变矩器的锁止和控制速度调节装置。此信号中断后，J217用发动机转速信号作为代用信号，锁止离合器失去锁止功能。二、电子控制系统4．变速器转速传感器15.4自动变速器控制系统变速器转速传感器为电磁感应式，用于检测行星齿轮机构中大太阳轮的转速。电控单元根据大太阳轮的转速，准确地判断换档时刻，控制多片离合器工作。在换档过程中，通过推迟点火提前角来减小发动机的输出转矩。如果电控单元没有收到变速器转速传感器的信号，电控单元进入应急运行状态。二、电子控制系统5．档位多功能开关与变速杆锁止电磁阀15.4自动变速器控制系统档位多功能开关将变速杆的位置信号传给电控单元后执行下列功能：R档位接通倒车灯；挂入行车档位后，切断起动机电路；接通或断开速度调节装置。当此开关信号中断时，电控单元进入应急状态。变速杆锁止电磁阀N110用于锁止变速杆位置。在P档位和N档位时，该电磁阀与点火系统接通，可防止变速杆滑到其它档位。踏下制动踏板，变速杆锁止电磁阀锁止解除，变速杆可换入其它档位。二、电子控制系统6．强制低速档开关7．发动机转速传感器15.4自动变速器控制系统强制低速档开关F8与节气门拉索联动，当加速踏板踏到底，并超过节气门全开位置时，便会压下此开关，变速器提前换入相邻低档，以降低车速，增大车辆的牵引力。电控单元将发动机转速信号与车速进行比较，按转速差识别出锁止离合器打滑的状况，如果转速差过大，变速器电控单元即增加变矩器锁止离合器的油压，使变矩器离合器锁止。同时发动机转速传感器的信号可作为车速传感器出现故障后信号的替代值。发动机转速信号中断后，变速器电控单元进入应急状态。。二、电子控制系统8．变速器油温度传感器9．制动灯开关15.4自动变速器控制系统当机油温度达到最高值150℃时，变速器电控单元控制锁止离合器接合，变矩器卸荷，使机油温度下降，若温度仍不下降，变速器电控单元使变速器自动降一档。若信号中断，无替代信号。电控单元J217通过制动灯开关的信号判断是否制动。车辆静止时，只有踏下制动踏板才能让变速杆脱开档位P或N，否则变速杆便会被锁住。当制动灯开关信号出现中断故障时，变速杆锁止控制功能失效。二、电子控制系统10．换档控制电磁阀、变矩器锁止电磁阀与压力调节电磁阀15.4自动变速器控制系统图15-26换档控制电磁阀的工作原理a)电磁阀通电b)电磁阀断电1－阀座2－衔铁和阀芯3－回位弹簧4－电磁线圈5－球阀无级变速器（ContinuouslyVariableTransmission，CVT）是传动比在一定范围内连续变化的变速器。CVT可以自动改变传动速比，实现传动速比的全程无级连续改变，它没有传统变速器换档时那种“停顿”的感觉，从而得到传动系统与发动机工况的最佳匹配。目前，奥迪A4、A6轿车，广本飞度轿车，东南菱帅轿车，南京菲亚特西耶那、派力奥，奇瑞旗云，大众polo轿车等已经大量采用CVT无级自动变速器。15.5无级变速器各种型号CVT的主要差别集中在：发动机动力传递到主动带轮的过程以及带轮半径和夹紧力的控制方法上。1.无机变速器的优点1）提高燃油经济性。2）提高动力性能3）减少排放量4）节约成本5）改善驾驶者的操纵方便性及乘员乘坐舒适性。因此它是一种比较理想的汽车动力传动装置。15.5无级变速器2.无级变速器的变速原理1）组成：2）原理15.5无级变速器a)低速档b)高速档变速箱控制单元液压控制单元机械传动Mutitronic01J变速箱的剖视图15.5无级变速器飞轮减振装置倒档离合器辅助减速齿轮档传动链变速器行星齿轮系液压控制单元前进档离合器变速箱控制单元15.5无级变速器3.无级变速器的组成结构及工作原理行星齿轮架行星齿轮1行星齿轮2齿圈太阳轮动力输出动力输入15.5无级变速器CVT无级变速器的关键部件为无级变速机构其作用是使变速器在起始转矩和终结转矩多种速比之间连续调整，最终自动选用最佳速比，使发动机始终处于最佳速比范围之内，无需再考虑工作性能和燃油经济性。无级变速机构15.5无级变速器主动锥形轮发动机辅助减速机构钢制链条被动锥形轮无级变速机构由两组锥形轮组成包括一对主动锥形轮和一对被动锥形轮同时有一根链条运行在两对锥形轮V形沟槽中间主动锥形轮由发动机的辅助减速机构驱动发动机的动力通过链条传递给被动锥形轮直至终端驱动15.5无级变速器在每组锥形轮中有一个锥形轮可以轴向移动；两组锥形轮必须保持协调相同的调整，以保证链条始终处于张紧状态。

无级变速机构15.5无级变速器变速原理

15.5无级变速器链条：采用多片式钢制链条在主动锥形轮相对被动锥形轮工作直径较小时，主动锥形轮可以传递给被动锥形轮较大的牵引转矩，部分轿车的牵引转矩可高达300N•m。

15.5无级变速器15.5无级变速器行星齿轮系辅助变速齿轮链轮装置1变速比：51：46辅助变速齿轮机械式自动变速器（AMT）是在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的，它结合了AT（自动）和MT（手动）两者的优点，AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原齿轮传动变速器效率高、成本低的特点。15.6机械式自动变速器1.机械式自动变速器的基本工作原理15.6机械式自动变速器图15-32机械式自动变速器的基本工作原理框图2.机械式自动变速器的特点1）与MT相比，AMT的优势为：操作更便捷，智能换挡，驾驶无需离合，动力更强，换挡时机掌握更精确。模仿最优秀驾驶人驾驶，避免错误操作，安全性更好。2）与AT相比，AMT的优势为：动力更强，传动效率高出7%以上，动力传输无损耗；省油20%，生产成本低，低于30%的成本优势，生产继承性强；维护成本低，可与MT媲美，较AT更低。3）与CVT相比，AMT的优势为：成本低，利于生产，维护更方便，成本更低，产品可匹配性好。15.6机械式自动变速器3.机械式自动变速器的类型平行轴式自动变速器和双离合器式自动变速器两大类。15.6机械式自动变速器一、平行轴式自动变速器1.结构15.6机械式自动变速器本田雅阁轿车平行轴式自动变速器结构简图1-液力变矩器2-液压泵3-最终驱动齿轮4-锁定离合器5-单向离合器6-副轴1档齿轮7-1档离合器8-2档离合器9-伺服阀10-惰轴4档齿轮11-倒档接合套12-惰轴倒档齿轮13-副轴2档齿轮14-副轴惰轮15-副轴16-驻车锁销17-惰轴（输出轴）18-驻车齿轮19-惰轴惰轮20-惰轴2档齿轮21-主轴（输入轴）22-主轴惰轮23-倒档惰轮24-主轴倒挡齿轮25-主轴4档齿轮26-4档离合器27-3档离合器28-主轴3档齿轮29-惰轴3档齿轮30-惰轴1档齿轮一、平行轴式自动变速器2.平行轴式自动变速器的动力传动路线15.6机械式自动变速器本田雅阁轿车自动变速器传动示意图1-主轴三档齿轮2-三档离合器3-四档离合器4-主轴四档齿轮5-主轴倒档齿轮6-主轴惰轮7-惰轴惰轮8-惰轴二档齿轮9-惰轴倒档齿轮10-倒档惰轮11-倒档接合套12-惰轴四档齿轮13-惰轴三档齿轮14-惰轴一档齿轮15-副轴一档齿轮16-一档离合器17-二档离合器18-副轴二档齿轮19-副轴惰轮20-输出齿轮21-最终驱动齿轮（主减速器主动齿轮）二、直接换档变速器直接换挡变速器（DirectShiftGearbox，DSG）主要特点是比别的变速器换挡更快，传递的转矩更大而且效率更高。1.

DSG变速器的结构主要由多片湿式双离合器、三轴式齿轮变速器、自动换档机构、电控液压系统组成。其中最核心部分是双离合器和三轴式齿轮箱。15.6机械式自动变速器DSG有两根同轴心的输入轴，输入轴1装在输入轴2的内部。输入轴1和离合器1相连，输入轴1上的齿轮与1、3、5档齿轮相啮合；输入轴2是空心的，和离合器2相连，输入轴2上的齿轮与2、4、6档齿轮相啮合；倒档齿轮通过中间轴齿轮和输入轴1的齿轮啮合。二、直接换档变速器1.

DSG变速器的结构外离合器1负责1档、3档、5档和倒档，内离合器2负