1、第十六章 汽车自动变速器n汽车自动变速器即自动操纵式变速器。n特点q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q使汽车获得良好的动力性和燃油经济性q有效减少发动机排放污染q显著提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。第一节概述第一节概述n自动变速器的类型q按传动比变化方式可分为有级式、无级式和综合式；q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n按齿轮变速机构分为q平行轴式自动变速器：普通齿轮啮合传动，体积较大，使用少q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n液控液力自动变速器n电控液力自动变速器概述概述
2、n自动变速器的组成q 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。n电控液力自动变速器的基本工作原理q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第一节概述n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液力耦合器的结构和工作原理一、液力耦合器一、液力耦合器n采用液力耦合器的优缺点q液力耦合器的优点q保证汽车平稳起步；q衰减传动系的扭转振动；q防
3、止传动系过载；q显著减少换档次数。n液力耦合器的缺点q只能传递转矩，不能改变转矩大小；q不能取代离合器，使传动系统纵向尺寸增加；q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n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。q液力变矩器传动比q液力变矩器变矩系数 经过上述分析：经过上述分析：n液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化：具体为：化：具体为：q涡轮速度低：转矩大于泵轮转矩；涡轮速度低：转矩大于泵轮转矩；q涡轮速度等于设定值：转矩等于泵轮转矩涡轮速度等于设定值：转矩等于泵轮转矩q涡轮速度
4、高：转矩小于泵轮转矩；涡轮速度高：转矩小于泵轮转矩；q涡轮速度等于泵轮速度：不传递转矩。涡轮速度等于泵轮速度：不传递转矩。n液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡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。轮之间加入了导轮。结论：结论：n液力变矩器传动比液力变矩器传动比=1，连续可变；，连续可变；q液力变矩器转矩随着行驶工况自动的改变。液力变矩器转矩随着行驶工况自动的改变。q涡轮的速度低：较大的转矩，涡轮的速度低：较大的转矩，0时的转矩最大；时的转矩最大；q涡轮的速度高：较小的转矩；涡轮的速度高：较小的转矩；nw=nb，0；q涡轮速度高于涡轮速度高于nw1：输出转矩小于输入转矩
5、，效率：输出转矩小于输入转矩，效率低低n液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳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，防止系统过载的起步，衰减传动系扭转振动，防止系统过载的特点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n滚柱式单向离合器的构造和工作原理q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。q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。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n楔块式单向离
6、合器的构造和工作原理q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，L1L，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三元件综合式液力变矩器的特性耦合器效率耦合器效率变矩器效率变矩器效率工况转换点工况转换点变矩器的效率：输出功率与输入功率之比。iik=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n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。n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
7、。带锁止离合器的液力变矩器n带锁止离合器液力变矩器的特点是，q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；q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
8、，传动效率高，机构运动平衡，抗振能力强。液力机械变速器液力机械变速器n原因？：q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；n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。n注意：q 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行星齿轮齿轮中心中心齿轮齿轮行星行星架架齿圈齿圈组装组装图图周转轮系n部件定义q中心轮（太阳轮）：1.3q系杆（转臂或行星架）：2n分类q按自由度数n差动轮系(F=2)n行星轮系(F=1)q按构件
9、数n2KH型n3KH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）2KH型3KH型周转轮系传动比计算zzzzzzHHHHH132132313113行星齿轮变速箱计算zzzzzziHHHHH132132313113中心轮：1太阳轮：t系杆：H行星架：j中心轮：3齿圈：qzztqjqjt行星齿轮变速箱n运动计算tjqtqjKzz 0)1(nnnjqtKKn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n标注说明：t太阳轮q齿圈j行星架K行星排特性系数 0)1(nnnjqtKK太阳轮制动 n齿圈输入、行星架输出 01tqjKiKnnn0)1(nnnjqtKK输
10、入输出太阳轮制动 n行星架输入、齿圈输出 01tjqKiKnnn0)1(nnnjqtKK输入输出齿圈制动n太阳轮输入、行星架输出 01qtjiKnnn0)1(nnnjqtKK输入输出齿圈制动n行星架输入、太阳轮输出 011qjtiKnnn0)1(nnnjqtKK输入输出行星架制动 n太阳轮输入、齿圈输出 0jtqiKnnn 0)1(nnnjqtKK输入输出行星架制动 n齿圈输入、太阳轮输出 01jqtiKnnn0)1(nnnjqtKK输入输出采用闭锁离合器将任意两构件相连 1i输入输出0)1(nnnjqtKK双行星排传动 n对于复杂行星传动机构，其自由度F可按下式计算 lmF 2u式中m参加作
11、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n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。n对于双行星排，可取l2，取F1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N180。以下举例。双行星排传动(举例)n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01012222211111nKnKnnKnKnjqtjqt022121nnnnnqjqtj式中又有：可得最终传动比KKKKnn
12、itt22122111输入输出双行星排传动(举例)KKKnnijt212211输入输出最终传动比复合式行星齿轮机构的工作原理n辛普森式复合式行星齿轮机构的工作原理n拉威挪（Ravigneaux）式q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。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u01M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。u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n总传动比为：液力变矩器的变矩系
13、数K与齿轮变速器的传动比i的乘积。I=K*in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。n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n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n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
14、档变速器（46档）组成的液力机械变速器。n所谓WSK系统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第四节自动变速器的操纵机构n液控式（全液压）操纵机构q动力源（供油系统）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n换档离合器q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
15、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n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 n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n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
16、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n换档品质控制装置的作用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n滤清冷却系统包括冷却器和滤清器。n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。n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。n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
17、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第四节自动变速器的操纵机构n电子控制单元电子控制单元（ECU）根据传感器传来的电信号电信号，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比较计算算，作出是否需要换档的判断。n当需要换档时，通过电磁阀电磁阀操纵液压的换档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n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n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
18、速，是电磁感应式的转速传感器。执行器n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 n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；n由于简化了液压系统，从而使结构紧凑、质量轻；n控制精度高、反应快且动作准确；n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；n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
19、自动变速器第五节金属带式无级自动变速器n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。n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。n当工作轮的可动部分作轴向移动时，即可改变金属带与主、从动工作轮的工作半径，从而改变金属带传动的传动比。主、从动工作轮可动部分的轴向移动是根据汽车的行驶工况，通过液压控制系统进行连续地调节而实现无级变速传动的。金属带式无级自动变速器n机械式无级变速器简称机械式无级变速器简称CVT(Continuously Variable Transmission)，于于20世纪世纪70年代，由荷兰的
20、年代，由荷兰的VDT(VAN Doornes Transmission b.V)公司研制公司研制成功了新型的金属带式无级自动变速器简称成功了新型的金属带式无级自动变速器简称VDT-CVT。n特点：结构紧凑，重量轻、成本低，适合于微型和特点：结构紧凑，重量轻、成本低，适合于微型和普通轿车。普通轿车。金属带式无级变速器（VDT-CVT）的主要部件n金属带：金属传动带是由多个(280400片)金属片和两组金属环组成。n工作轮n液压泵：液压控制系统的液压源，其常用的结构形式有齿轮泵和叶片泵，但近年来流量可控、效率较高的径向柱塞泵应用最多 VDT CVT的结构和工作原理n无级变速部分由：油泵、主动轮（可动与不可动部分）、金属带、从动轮（可动与不可动部分）和控制油缸组成。n主动轮和从动轮的直径在一定的范围内连续变化，实现传动比的连续变化。n传动比由液压控制系统根据行驶路况来调节；nVDT CVT的传动比一般在0.47之间；n采用VDT CVT在结构上需要离合器，以保证汽车起步平稳；机械液压控制系统 电子液压控制系统VDT-CVT的基本结构实例 VDT-CVT的基本结构实例VDT-CVT的基本结构实例
