1、汽车电子控制技术汽车电子控制技术电控液力自动变速器第一节防抱死制动系统第二节防滑电子控制系统第三节稳定性控制系统第四节汽车底盘控制技术第五节目录Contents第一节第一节 电控液力自动变速器电控液力自动变速器第三章、底盘电子控制第三章、底盘电子控制第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 一、概述一、概述自动变速器是指在汽车行驶过程中,驾驶人仅靠操纵加速板,汽车就可以根据行驶阻力(车速高低、地面坡度大小等)和节气门开度自动变换档位改变车速的变速器。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 1.1.自动变速器的特点与特性自动变速器的特点与特性 对于自动档车辆来说,可以根
2、据行驶条件进行自动适时的高、低速档切换,达到舒适和安全的行驶效果;换档平滑、无冲击;有效的动力传递,避免发动机的超载行驶;减少驾驶人的疲劳,无须操作离合器及经常换档。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器汽车自动变速的优点包括:车辆自动变速消除了驾驶人换档技术的差异性;自动变速技术提供了较好的传动比转换性能;车辆自动变速减轻了车辆传动过程中的动载,使整车重量下降,寿命提高第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 发动机万有特性与地面行驶阻力特性和变速比的匹配曲线如图3-1所示。各种类型自动变速器的电子控制主要是换档点(传动比)控制,用来根据行驶工况和驾驶人的意图,实现
3、发动机与传动系统的有效匹配,以达到在发动机动力性或经济性最佳的工况下工作。图3-1发动机万有特性与地面行驶阻力特性和变速比的匹配曲线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器1)节气门全开。发动机转速在最大功率转速45005500r/min范围内,相应图中曲线IDC,接近100%发动机功率。汽车在各变速档位下应尽量工作在这一转速范围内,以得到最大的加速度、爬坡能力和最高车速,使动力性最佳。2)图中GFHD为最佳经济燃油消耗曲线。发动机转速在2500r/min附近,负荷率为70%80%,F点附近燃油消耗率最低,为0.27kg/(kWh),在这个工况工作经济性最佳。第一节、电控液力自动变
4、速器第一节、电控液力自动变速器3)超过80%负荷率时,由于混合气加浓,燃油消耗率增大。在20%负荷率以下,机械摩擦损失功率几乎等于发动机的有效输出功率,在这些负荷率范围内工作经济性均较差。4)低转速(1200r/min以下)大负荷是恶劣工况,发动机工作不稳定,会熄火。5)节气门关闭时发动机吸收功率,在较高转速时可有效进行发动机制动。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 以燃油经济性最佳作为换档控制目标,当汽车在某一低档工作时,其行驶阻力(转矩)曲线为ABC,驾驶人通过加速踏板选择了50%发动机恒功率,在B点发动机驱动转矩与行驶阻力(转矩)平衡,达到稳定行驶。此时进行升档减小速比
5、,行驶阻力(转矩)曲线变为KEHI,在E点转矩达到平衡,油耗相对减少。若速比能进一步减小,使转矩平衡移到F点,则发动机转速会进一步降低,负荷率进一步提高,燃油经济性达到最佳。自动变速器的“经济”模式就是在不同车速、不同阻力工况下尽量调整速比,使发动机沿着GFHD这条最佳经济燃油消耗曲线工作的。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 2.自动变速器的分类 自动变速器按照汽车驱动方式的不同,可分为后驱动自动变速器(见图3-2)和前驱动自动变速器(见图3-3)两类。自动变速器按前进档的档位数不同,可分为5个前进档、3个前进档和4个前进档三种。自动变速器按其齿轮变速器的类型不同,可分为普
6、通齿轮式、平行轴式、行星齿轮式和带式传动四种。自动变速器按控制方式不同,可分为电控液力自动变速器、电控无级变速器、电控机械式自动变速器和电控双离合器自动变速器。第一节电控液力自动变速器第一节电控液力自动变速器 图3-2后驱动自动变速器a)布置形式b)自动变速器(后驱动)图3-3前驱动自动变速器a)布置形式b)自动传动桥(前驱动)第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 (1)电控液力自动变速器(AT)液力自动变速器是一种能将发动机输出的动力平稳地传递到车轮的装置。它主要由液力变矩器、行星齿轮变速机构和电子-液压控制系统等几大部分组成。变矩器通过导轮来增大转矩,从而克服增大的阻力。(
7、2)电控无级变速器(CVT)无级传动由V形金属传动带和带轮组成,它依靠传动带和工作直径可变的主、从动轮之间的相互配合来进行动力传递,这样可以使传动比连续发生变化,使传动系统和发动机的工况进行最佳匹配,实现无级变速。(3)电控机械式自动变速器(AMT)它是在机械变速器上改造而成的,保留了许多原有的总成元件。它由传统固定轴式变速器和干式离合器以及相应的电液控制系统组成。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(4)电控双离合器自动变速器(DCT)它是一种机械式自动变速器,保持了AMT的各种优点,但其动力传递是通过两个离合器连接两根输入轴,相邻各档的从动齿轮交错与两输入轴齿轮啮合,配合两
8、离合器的控制,能够实现在不切断动力的情况下转换传动比,从而缩短换档时间,有效提高换档品质。双离合器自动变速器既继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻等优点,而且实现了换档过程的动力换档,即在换档过程中不中断动力,保留了AT、CVT等换档品质好的优点。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 3.自动变速器的工作原理 自动变速器是由驾驶人通过驾驶室内的变速杆来操作的,变速杆布置在转向柱或地板上,变速杆有58个档域。自动变速器变速杆如图3-4所示。图3-4自动变速器变速杆1操纵手柄2档位3超速档开关或保持开关4锁止按钮第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器P为停
9、车档位,变速杆置于该位置时,可以起动发动机,但发动机运转时车辆不行驶,且车辆无法移动;R为倒车档位,发动机运转时,变速杆置于该位置,车辆将向后行驶;N为空档位,变速杆置于该位置时,可以起动发动机,发动机运转时车辆得不到驱动力,但车辆可以移动;D为前进档位,当发动机运转、变速杆置于该位置时,自动变速器将根据车辆行驶的状况自动地在1档、2档、3档和超速档之间变化;S为前进低档位,当发动机运转、变速杆置于该位置时,自动变速器将自动地在1档、2档和3档之间变换;L为前进较低档位,当发动机运转、变速杆置于该位置时,自动变速器将只能以1档和2档之间行驶;S位和L位多用于山区等路况行驶,避免频繁换档,提高变
10、速器的寿命。电控液力自动变速器由液力变矩器、齿轮变速机构、液压自动操作系统、电子控制系统和冷却附加装置五部分组成。电控液力自动变速器的结构示意图如图3-5所示图3-5电控液力自动变速器的结构示意图1变矩器2壳体3油泵4离合器片5速度传感器6输出轴7行星齿轮变速器8底壳9电子液压控制系统10滤清器11输入轴第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 图3-6电控液力自动变速器的结构组成框图第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器电控液力自动变速器的结构组成框图如图3-6所示第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 图3-7电控液力自动变速器的基本工作过程电控液力
11、自动变速器的基本工作过程如图3-7所示。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 (1)液力自动变速器的工作过程 根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化,变速器自动变换档位。换档控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号两个参数转换成控制油压(控制信号),按照设定的换档规律,将该油压加到换档阀的两端,以控制换档阀的位置,从而改变换档执行元件的油路。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 (2)电控自动变速器的工作过程 通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态,接受驾驶人的指令,并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号
12、输入到电控单元(ECU);ECU根据这些信号,按照设定的换档规律,向换档电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号;电磁阀控制液压换档阀,使其打开或关闭通往换档离合器和制动器的油路,从而控制换档时刻和档位的变换,以实现自动变速。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器1.液力变矩器的基本结构液力变矩器由泵轮、涡轮和导轮(定轮)等组成。液力变矩器实物如图3-8所示,液力变矩器的结构如图3-9所示。图3-8液力变矩器实物图3-9液力变矩器的结构1驱动毂2泵轮3导轮及单向离合器4涡轮5离合器总成6前壳体7焊接的毂8轴承第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 (1)泵轮泵轮 泵轮是液力
13、变矩器的主动部分,用来将发动机动力变成油液动能。泵轮与变矩器壳体连成一体,其内部径向装有许多弯曲的叶片,而叶片内缘则装有让变速器液压油平滑流过的导环,变矩器壳体经驱动盘与曲轴相连。(2)涡轮涡轮 涡轮是液力变矩器的输出部分,用来将动力传至机械式变速器的输入轴。涡轮内有许多叶片,叶片与泵轮叶片相对放置,中间有一很小的间隙,涡轮叶片的弯曲方向与泵轮叶片的弯曲方向相反。涡轮与变速器输入轴相连。当变速器置于D位、2档、L或R位,车辆行驶时,涡轮与变速器的输入轴一起转动。当变速器置于D位、2档、L或R位,而车辆停驶时,涡轮不能转动。当变速器置于P或N位时,则与泵轮一起自由转动。第一节、电控液力自动变速器
14、第一节、电控液力自动变速器 (3)导轮导轮 导轮是液力变矩器的反作用元件,在液力变矩器的变矩区工作时,它对油流起反作用,达到增矩作用。导轮叶片截住离开涡轮的变速器液压油,改变方向使其冲击泵轮的叶片背部,给泵轮一个额外的助推力。导轮位于泵轮与涡轮之间,安装在导轮轴上,导轮轴则经由单向离合器固定在变速器壳体上。导轮增矩作用原理如图3-10所示。图3-10导轮增矩作用原理第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器当液体离开泵轮冲击涡轮时,把液体能量传递给涡轮并使其转动,与此同时流经涡轮的液体从中间流出,撞击导轮叶片的正面,液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射,具有方向性的液体返回到泵轮
15、叶片上,而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩,可以使变矩器的输出转矩提高。在液力变矩器的耦合区工作时,导轮必须同向转动,防止来自涡轮的液流反向冲击泵轮,导致泵轮转矩减小,严重时会使发动机熄火。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 (4)单向离合器单向离合器 为了防止汽车高速时出现变矩器的输出转矩小于输入转矩的现象,在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。低速时,作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定,产生增大转矩的效果;高速时,导轮自由旋转,变成了液力偶合器,作用在导轮叶片的转矩不能增大。单向离合器和导轮的装配关系如图3
16、-11所示。图3-11单向离合器和导轮的装配关系1离合器轮毂2涡轮轴3导轮轴4导轮5变矩器旋转方向6凸轮7滚珠8弹簧9铆钉第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器2.液力变矩器的工作特性液力变矩器的工作特性 液力变矩器属于“软连接”机构,它具有许多优点。但是这种连接装置也存在明显缺点,如高速状态时,泵轮和涡轮之间会产生较大的滑转现象,传动效率大幅度下降,特别反映在耦合点之后。长期以来,配置自动变速器的轿车油耗高的主要症结就在于此。当汽车行驶阻力小时,发动机转速较高,此时不需要增矩,锁止离合器将变矩器的泵轮和涡轮锁住,可以提高传动效率。当汽车行驶阻力大时,发动机转速降低,此时锁止离合
17、器分离,实现增矩。有的变矩器锁止条件包括:冷却液温度不低于65;变速杆置于D位;没有踩下制动踏板;车速高于56km/h;节气门开启。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器 液力变矩器的工作特性是指当发动机的转速和转矩一定,泵轮的转速和转矩也一定时,涡轮与泵轮之间的转矩比、转速比和传动效率三者的变化规律。具体如下:转矩比=涡轮输出转矩Mw/泵轮输出转矩Mb;转速比=涡轮转速nw/泵轮转速nb;传动效率=输出功率/输入功率=nw/nb1。涡轮转速nw变化时转矩Mw的特性如下:变矩器工作时,作用在涡轮上的转矩Mw不仅有泵轮施加给涡轮的转矩Mb,还有导轮的反作用力矩Md,即Mw=Mb+M
18、d。1)当nwnw,油液速度vc流向导轮的正面,Md0,Mw=Mb+Md,可见MwMb,起变矩作用。2)当nw=0.85nb时,油液速度vc与导轮叶片相切,Md=0,Mw=Mb,为偶合器。此转速称为“耦合工作点”。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器3)当nwnb时,油液速度vc流向导轮的背面,Md为负值,导轮欲随泵轮同向旋转,导轮对油液的反作用力冲向泵轮正面,故Mw=Mb-Md。4)当nw=nb时,循环圆内的液体停止流动,停止转矩的传递。故nw的增大是有限的,它与nb的比值不可能达到1,一般小于0.9。从怠速到耦合区,Mw的变化过程:1)怠速时,Mw很小,汽车不能行使,或行驶
19、速度很低。2)起步时,Mw最大。3)逐渐加速时,Mw减小。4)耦合点时,K=1,Mw=Mb。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器图3-12液力变矩器转矩比的 图3-13液力变矩器传动效率的 变化规律 变化规律 为提高变矩器在耦合区工作的性能,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。液力变矩器转矩比的变化规律如图3-12所示,液力变矩器传动效率的变化规律如图3-13所示。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器变矩器的锁止离合器与外壳相连,也就是与泵轮相接,而锁止离合器片与涡轮相接,带锁止离合器的液力变矩器的活塞在油压的作用下,可以将多片式锁止离合
20、器的盘与摩擦片压紧成为一体,这就使涡轮与泵轮连接成一体,此时液力传动变为离合器传动,相当于刚性连接,这样就提高了传动效率,接近100%。同时还避免变矩器的油温升高。1)锁止离合器分离状态。当车辆低速行驶时,油液流至锁止离合器片的前端。锁止离合器片前端与后端的压力相同,使锁止离合器分离。2)锁止离合器接合状态。当车速以中速至高速行驶时,油液流至锁止离合器的后端。这样,锁止离合器处于接合状态,使锁止离合器片与前盖一起转动。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器3.液力变矩器的工作过程液力变矩器的工作过程(1)车辆停驻车辆停驻,发动机怠速运转发动机怠速运转发动机怠速运转时,发动机自身产
21、生的转矩最小。如使用了制动器驻车,此时涡轮上的载荷最大,这是因为涡轮无法转动。由于车辆停驻时,涡轮与泵轮的转速比为零,而转矩比却最大,所以涡轮总是随时准备以大于发动机所产生的转矩转动。(2)车辆起步时车辆起步时当制动器松开时,涡轮就能与变速器输入轴一起转动。因此在加速踏板踩下时,涡轮就以大于发动机所产生的转矩转动,于是车辆开始前进。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(3)车辆低速行驶时车辆低速行驶时随着车速提高,涡轮的转速迅速接近泵轮的转速,从而转矩比也迅速接近1.0。当涡轮与泵轮的转速比接近某一值(偶合器工作点)时,导轮开始转动,转矩成倍放大效应下降,变矩器开始仅作为一台液
22、力偶合器来工作,因此车速几乎与发动机转速成正比地直线上升。(4)车辆以中、高速行驶时车辆以中、高速行驶时这时,变矩器仅起到一台液力偶合器的作用,涡轮以与泵轮几乎一样的转速转动,在车辆正常起动的过程中,变矩器在发动机起动后23s达到耦合点。但是如果载荷太大,即使车辆中、高速行驶,变矩器也有可能在变矩区工作。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器自动变速器采用行星齿轮机构提供不同的传动比。1.单排行星齿轮机构单排行星齿轮机构单排行星齿轮机构由一个太阳轮、一个带有两个或多个行星齿轮的行星架及一个齿圈组成。简单的行星齿轮机构如图3-14所示,简单的行星齿轮机构外形如图3-15所示。简单的
23、行星齿轮机构运动关系如图3-16所示。图3-15简单的行星齿轮机构外形图3-14简单的行星齿轮机构第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器图3-16简单的行星齿轮机构运动关系a)齿圈固定,太阳轮主动,行星架被动b)齿圈固定,行星架主动,太阳轮被动 c)太阳轮固定,齿圈主动,行星架被动d)太阳轮固定,行星架主动,齿圈被动 e)行星架固定,太阳轮主动,齿圈被动f)行星架固定,齿圈主动,太阳轮被动第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器假设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3,齿数分别为zl、z2和z3,齿圈与太阳轮的齿数比为。根据相对速度法工作原理,可得单排单星
24、行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式为 n1+n2-(1+)n3=0 (3-1)式中,=z2/z11。行星齿轮机构工作时将太阳轮、齿圈和行星架这三者中的任一元件作为主动件,使它与输入轴连接,将另一元件作为从动件与输出轴连接,再将第三个元件加以约束制动。这样整个行星齿轮机构即以一定的传动比传递动力。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(1)齿圈固定齿圈固定,太阳轮主动太阳轮主动,行星架被动行星架被动太阳轮带动行星齿轮沿静止的齿圈旋转,从而带动行星架以较慢的速度与太阳轮同向旋转,传动比为 i13=1+(3-2)此种状态为前进降速档,减速相对较大。(2)齿圈固定齿圈固定,行星架主动行
25、星架主动,太阳轮被动太阳轮被动传动比为 i31=11（3-3）此种状态为前进超速档,增速相对较大。(3)太阳轮固定太阳轮固定,齿圈主动齿圈主动,行星架被动行星架被动传动比为 i23=（3-4）(4)太阳轮固定太阳轮固定,行星架主动行星架主动,齿圈被动齿圈被动传动比为 I32=(3-5)21111zz 2121zzz第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(5)行星架固定行星架固定,太阳轮主动太阳轮主动,齿圈被动齿圈被动行星架固定,行星齿轮只能自转,太阳轮经行星齿轮带动齿圈旋转输出动力,齿圈的旋转方向与太阳轮相反,传动比为 i12=-(3-6)此种状态为倒档减速档。(6)行星架固定行
26、星架固定,齿圈主动齿圈主动,太阳轮被动太阳轮被动行星架固定,行星齿轮只能自转,齿圈经行星齿轮带动太阳轮旋转输出动力,太阳轮的旋转方向与齿圈相反,传动比为 i21=(3-7)此种状态为倒档增速档。21zz121zz(7)直接传动直接传动若三元件中的任意两元件连接在一起,则第三元件必然与这两者以相同的转速、相同的方向转动。(8)自由转动自由转动若所有元件均不受约束,则行星齿轮机构失去传动作用。此种状态相当于空档。行星齿轮机构的工作情况见表3-1。表3-1行星齿轮机构的工作情况第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比具有以下优点:1)所有行星齿轮均参与工作
27、,都承受载荷,行星齿轮工作更安静、强度更大。2)行星齿轮工作时,齿轮间产生的作用力主要由齿轮系统内部承受,传递到变速器壳体的作用力减小,变速器可以设计得更薄、更轻。3)行星齿轮机构采用内啮合与外啮合相结合的方式,与单一的外啮合相比,减小了变速器尺寸。4)行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态,不存在挂档时的齿轮冲击,工作平稳,寿命长。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器2.换档执行机构执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成,离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转,而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。(1)多片离合器自动变速器中的湿式
28、多片离合器用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件,或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。离合器片及离合器实物分别如图3-17和图3-18所示。图3-17 离合器片图3-17 离合器实物第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器多片离合器一般为多片摩擦式,是液压控制的执行元件。多片离合器由离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片和花键毂组成。多片离合器的结构如图3-19所示。摩擦片与旋转的花键毂齿键连接,可轴向移动,为输入端,片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。从动钢片与转动鼓的内花键连接也可轴向移动,可输出转矩。活塞为环状,其上有密封圈、回位弹簧。图3-19多片离合器
29、的结构第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器离合器接合:当液压油经油道进入活塞左面的液压缸时,油压克服弹簧力使活塞右移,将所有离合器片压紧。离合器分离:当控制阀将作用在离合器液压缸的油压撤除后,离合器活塞在回位弹簧的作用下恢复原位,并将缸内的变速器油从进油孔排出。离合器自由间隙:离合器处于分离状态时,离合器片之间有一定的轴向间隙,以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。(2)制动器制动器制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件,阻止其旋转。在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器(片式制动器)和带式制动器两种。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自
30、动变速器第一节、电控液力自动变速器1)片式制动器。片式制动器的结构(见图3-20)与片式离合器相同。不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接,可轴向移动,以便接合时将主动件制动,使行星齿轮机构改组换档。该种制动器接合平顺性好,间隙无须调整,其缺点是轴向尺寸大。可通过增减摩擦片数量来满足不同排量发动机的要求,故小轿车使用较多。图3-20片式制动器的结构1回位弹簧2活塞3密封圈4摩擦片5钢片6齿圈7行星架8行星齿轮9太阳轮第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器2)带式制动器。带式制动器(见图3-21)由制动带、活塞杆、活塞、制动鼓和制动调节螺钉组成。外弹簧为活塞的回位
31、弹簧。内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧,用来防止活塞振动。调整点多在带的支撑端,可在体外调整或拆下油底壳调整。拧动调整螺栓来调整(旋紧再松23圈),调好后再用锁紧螺母锁紧。图3-21带式制动器的结构 1工作油路2活塞杆3活塞 4制动鼓5制动调节螺钉6制动带第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器3）单向离合器。单向离合器的作用是单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。单向离合器也称为超越离合器,其结构如图3-22所示。图3-22单向离合器的结构1内座圈2外座圈3导轮4铆钉5滚轮6叠片弹簧3.复合式行星齿轮机构第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器3.复合式行星齿轮
32、机构在自动变速器中,两排或多排行星齿轮机构组合在一起,用以满足汽车行驶需要的多种传动比。目前,常见的复合式行星齿轮机构有辛普森式行星齿轮机构和拉维娜式行星齿轮机构。(1)辛普森式行星齿轮机构辛普森式行星齿轮机构的布置形式为两排行星齿轮机构共用一个太阳轮。其前、后排行星齿轮机构的尺寸或齿轮齿数不一定相同,尺寸和齿轮齿数决定了实际能实现的传动比。辛普森式行星齿轮机构的结构形式如图3-23所示,双行星排辛普森式四档行星齿轮机构的结构组成如图3-24所示。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器双行星排辛普森式四档行星齿轮机构D位1档、2档、3档、4档和R位的动力传递如图3-25所示,图中
33、实线表示动力传递,虚线表示锁止。图3-23辛普森式行星齿轮机构的结构形式图3-24双行星排辛普森式四档行星齿轮机构的结构组成第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器图3-25双行星排辛普森式四档行星齿轮机构的动力传递 a)D位1档b)D位2档第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器图3-25双行星排辛普森式四档行星齿轮机构的动力传递(续)c)D位3档d)D位4档e)R位第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器双行星排辛普森式四档行星齿轮机构1档、2档、3档时发动机制动的动力传递如图3-26所示,图中实线表示动力传递,虚线表示锁止。图3-26双行星排辛普森式四
34、档行星齿轮机构发动机制动的动力传递a)1档b)2档c)3档第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(2)拉维娜式行星齿轮机构拉维娜式行星齿轮机构由太阳轮、齿圈、行星轮及行星架四个组件组成。拉维娜式行星齿轮机构的布置形式为两个太阳轮、两排行星齿轮机构共用一个齿圈或行星架。拉维娜式行星齿轮机构的结构紧凑,所用构件少,且相互啮合的齿数较多,故可以传递较大的转矩。拉维娜式四档行星齿轮机构如图3-27所示。图3-27拉维娜式四档行星齿轮机构第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器4.应用实例应用实例6T40E自动变速器自动变速器6T40E自动变速器广泛用于别克新君威、新君越英朗、
35、雪佛兰科鲁兹等车型。它采用3个简单的行星排,加上6个换档执行元件,形成6个前进档和一个倒档。该变速器可以通过转向盘上的换档控制键进行换档,具有结构紧凑、性能优良及节省燃油的特点,并可以使车辆具备低转速巡航能力。其行星齿轮机构及换档执行元件如图3-28所示。其换档执行元件有6个,见表3-2。不同档位各换档执行元件的工作状态见表3-3。图3-28行星齿轮机构及换档执行元件第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(1)各档动力传递路线分析1)一档动力传递路线分析。一档动力传递路线如图3-29所示。输入轴顺时针转动,带动输入行星齿轮的小行
36、星轮逆时针转动,小行星轮逆时针转动带动输入行星齿轮的内齿圈逆时针转动。输入行星齿轮的内齿圈也是反作用行星齿轮的行星架,在单向离合器OWC的作用下,反作用行星架不能逆时针转动,此时,输入行星齿轮的小行星轮只能带动输入行星齿轮的行星架顺时针转动。C1-2-3-4制动器接合,输出行星齿轮的太阳轮被固定,动力从输出行星齿轮的内齿圈输入,输出行星齿轮的内齿圈顺时针转动带动输出行星齿轮的行星架顺时针转动,动力经过传动链到达主减速器。在需要发动机制动的情况下CL-R制动器接合,反作用行星架被双向锁止。图3-29一档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器2)二档动力传递路线分析。二档
37、动力传递路线如图3-30所示。在D位1档时,反作用行星齿轮的太阳轮逆时针转动,反作用行星齿轮的小行星轮顺时针转动。C2-6制动器接合,原来逆时针转动的反作用行星齿轮的太阳轮被固定,而反作用行星齿轮的小行星轮顺时针转动带动反作用行星齿轮的行星架顺时针转动。反作用行星齿轮的行星架顺时针转动在D位1档时是静止的,它的转动将加速输入行星齿轮的行星架的顺时针转动。C1-2-3-4制动器接合,输出行星齿轮的太阳轮固定,输出行星齿轮的内齿圈带动输出行星齿轮的行星架加速转动,动力经过传动链到达主减速器。图3-30二档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器3)三档动力传递路线分析。三档
38、动力传递路线如图3-31所示。反作用行星齿轮机构:在二档时,反作用太阳轮被固定;三档时,由于C3-5-R双向离合器接合,连接输入轴与反作用太阳轮,带动反作用行星架/输入内齿圈转动速度加快。输入行星齿轮机构和输出行星齿轮机构的分析参见二档。前3个档位的动力传动路线相同,只是速比不同,其原因就在于反作用太阳轮的状态发生了改变,它在一档时是逆时针转动,二档时固定不动,三档时变为顺时针转动,导致最终的输出速度逐渐加快。图3-31三档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器4)四档动力传递路线分析。四档动力传递路线如图3-32所示。输入行星齿轮机构:C4-5-6双向离合器接合,连
39、接输入轴与输入内齿圈;输入太阳轮也与输入轴相连,则整个输入行星齿轮机构以一个整体旋转,即输入行星架/输出内齿圈与输入轴等速旋转。输入行星齿轮机构的内齿圈在一档时是不动的;在二档和三档时是顺时针减速旋转;在四档时是顺时针等速旋转,动力未经减速直接传递给了输出行星齿轮机构的内齿圈。输出行星齿轮机构:输出内齿圈与输入轴的转速相同,C1-2-3-4制动器接合,将太阳轮固定,于是行星架作为输出顺时针转动。在四档时,反作用行星齿轮机构没有参与速比变化,输入行星齿轮机构是等速传动,只有输出行星齿轮机构是同向减速传动。图3-32四档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器5)五档动力传
40、递路线分析。五档动力传递路线如图3-33所示。反作用行星齿轮机构:C3-5-R双向离合器接合,将输入轴与反作用太阳轮连接,C4-5-6双向离合器接合,将输入轴与反作用行星架连接,反作用行星齿轮机构有两个部分被同时以输入轴转速驱动,则整个行星齿轮机构以一个整体旋转,传动比是1,即反作用行星齿轮机构的内齿圈/输出行星架与输入轴同向同速转动。五档时,变速器内部所有行星齿轮机构的部件都没有相对运动。图3-33五档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器6)六档动力传递路线分析。六档动力传递路线如图3-34所示。反作用行星齿轮机构:C4-5-6双向离合器接合,将输入轴与反作用行星
41、架连接,C2-6制动器接合,固定反作用太阳轮,则反作用内齿圈/输出行星架同向增速旋转。图3-34六档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器7)倒档动力传递路线分析。倒档动力传递路线如图3-35所示。反作用行星齿轮机构:C3-5-R双向离合器接合,连接输入轴与反作用太阳轮;CL-R制动器接合,固定反作用行星架,则反作用内齿圈/输出行星架反向减速旋转(输出)。在R位,输入行星齿轮机构和输出行星齿轮机构没有参与速比变化。图3-35倒档动力传递路线第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(2)6T40E自动变速器行星轮系自由度分析计算自动变速器行星轮系自由度分析计
42、算本次计算的行星轮系为简单的三排行星轮系,如图3-36所示。机构中各构件相对于机架的独立运动数目称为机构自由度,设运动链中共有n个活动构件,pL个低副和pH个高副,平面机构的自由度计算公式为 F=3n-2pL-pH (3-8)此机构中共有9个构件,分别为反作用太阳轮、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、反作用行星架/输入内齿圈、输入太阳轮、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈、输出太阳轮和输出行星轮。图3-36行星轮系第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器由图可知,此行星齿轮机构中活动构件数为n=9,分别是反作用太阳轮、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、反作用行星架/输入
43、内齿圈、输入太阳轮、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈、输出太阳轮和输出行星轮。低副pL=9,分别是反作用太阳轮转动副、反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、反作用行星架转动副、输入太阳轮转动副、输入行星架转动副、输出太阳轮转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6,分别是反作用太阳轮与反作用行星轮齿轮副啮合、反作用行星轮与反作用内齿圈齿轮副啮合、输入太阳轮与输入行星轮齿轮副啮合、输入行星轮与输入内齿圈齿轮副啮合、输出太阳轮与输出行星轮齿轮副啮合、输出行星轮与输出内齿圈齿轮副啮合。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=39-29-6=3,即三排行星轮系在没有制动
44、器和离合器作用时,它的自由度为3。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器1)一档。该档位中反作用行星架用制动器CL-R固定,制动器C1-2-3-4固定输出太阳轮,此时活动部件数n就减少到7个,分别是反作用太阳轮、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、输入太阳轮、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用太阳轮转动副、反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、输入太阳轮转动副、输入行星架转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。第一节、电控液力自动变速器第一节、
45、电控液力自动变速器2)二档。该档位中反作用太阳轮用制动器C2-6固定,制动器C1-2-3-4固定输出太阳轮,此时活动部件数n减少到7个,分别是反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、反作用行星架/输入内齿圈、输入太阳轮、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、反作用行星架转动副、输入太阳轮转动副、输入行星架转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器3)三档。该档位中双向离合器C3-5-R
46、将反作用太阳轮与输入太阳轮连接成一体,制动器C1-2-3-4将输出太阳轮固定,此时活动部件数n减少到7个,分别是反作用太阳轮(输入太阳轮)、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、反作用行星架/输入内齿圈、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用太阳轮(输入太阳轮)转动副、反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、反作用行星架转动副、输入行星架转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器4)四档。该档位中双向离合器C4-5-
47、6将输入太阳轮与输入内齿圈结合为一体,制动器C1-2-3-4固定输出太阳轮,此时活动部件数n减少到7个,分别是反作用太阳轮、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、反作用行星架/输入内齿圈(输入太阳轮)、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用太阳轮转动副、反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、反作用行星架转动副(输入太阳轮转动副)、输入行星架转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器5)五档。该档位中双向离合器C3-
48、5-R将反作用太阳轮与输入太阳轮连接成一体,双向离合器C4-5-6将输入太阳轮与输入内齿圈结合为一体,此时活动部件数n减少到7个,分别是反作用太阳轮(输入太阳轮)(反作用行星架/输入内齿圈)、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈、输出太阳轮和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用太阳轮转动副、反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、输入行星架转动副、输出太阳轮转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器6)六档。该档位
49、中双向离合器C4-5-6将输入太阳轮与输入内齿圈结合为一体,反作用太阳轮用制动器C2-6固定,此时活动部件数n减少到7个,分别是反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、反作用行星架/输入内齿圈(输入太阳轮)、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈、输出太阳轮和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用行星轮转动副、反作用内齿圈转动副、输入太阳轮转动副、输入行星架转动副、输出太阳轮转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器7)倒档。该档位中反作用行星架用制动器CL
50、-R固定,双向离合器C3-5-R将反作用太阳轮与输入太阳轮连接成一体,此时活动部件数n减少到7个,分别是反作用太阳轮(输入太阳轮)、反作用行星轮、反作用内齿圈/输出行星架、输入行星轮、输入行星架/输出内齿圈、输出太阳轮和输出行星轮。低副pL=7,分别是反作用太阳轮转动副(输入太阳轮转动副)、反作用内齿圈转动副、反作用行星轮转动副、输入行星架转动副、输出太阳轮转动副、输出行星轮转动副和输入行星轮转动副。高副pH=6。根据式(3-8)得机构的自由度F=3n-2pL-pH=37-27-6=1。各档位自由度见表3-4。第一节、电控液力自动变速器第一节、电控液力自动变速器(3)6T40E自动变速器传动比
