08-汽车电中子控制技术-复习总结-自动变速器.ppt

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1、第七章 自动变速器,1 自动变速器概述 2 液力变矩器 3 变速齿轮机构 4 自动变速器供油系统 5 自动变速器操纵机构 6 典型自动变速器,第一节 自动变速器概述,自动变速器AT： （Automatic Transmission ） 液力机械式HMT（AT） (Hydrodynamic Mechanical Transmission) 机械式AMT (Automated Mechanical Transmission) 无级变速器CVT (Continuously Variable Transmission),一、自动变速器的组成 液力变矩器 齿轮变速机构 换挡执行机构 液压控制系统 电子控

2、制系统,组成： 液力变矩器:位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上。利用液力传递动力。具有一定的减速增扭功能，并能实现无级变速。 行星齿轮变速机构:包括行星齿轮变速机构的太阳轮、齿圈、行星齿轮、行星齿轮架可以实现不同的传动比转换。 换档执行机构:换档执行机构的各种元件：离合器、制动器、单向离合器，可以使行星齿轮变速机构处于不同档位，实现不同的传动比。 液压控制系统:包括油泵、阀体、电磁阀、及液压管路用于控制自动变速器升降档。 电子控制系统:包括电控单元（ECU）、传感器、执行器及控制电路等，可按照设定的换档规律实现自动换档。,三、自动变速器的类型 按驱动方式分类 后驱自动变速器和前驱自动

3、变速器 按前进挡的挡位数不同分类 3、4、5、6速变速器，奔驰7速、丰田8速、ZF8速变速器,四、自动变速器的优缺点 1优点 （1） 整车具有更好的驾驶性能 （2） 良好的行驶性能 （3） 较好的行车安全性 （4） 降低废气排放 2缺点 （1） 结构较复杂 （2） 传动效率低,第二节 液力变矩器,1液力耦合器 2液力变矩器的结构与工作原理 3液力变矩器的工作特性 4液力变矩器的种类 5液力变矩器的锁止机构,1.液力耦合器,液力耦合器的组成： 主动元件： 泵轮：刚性连接在外壳上，与曲轴一起旋转。 从动元件： 涡轮：涡轮连接在从动轴上。 在泵轮与涡轮上，均焊接带有一定弯度的叶片，用来传递动力。泵轮

4、与涡轮叶片内缘有导流环，装合后构成循环圆，可促进油液循环。,液力耦合器工作特性： 涡轮的扭矩(Mw)和泵轮的扭矩(MB)的关系式为： Mw = MB 液力耦合器的传动效率=Nw/N=Mwnw/Mn =nw/n=i(M=Mw) 当i=1时=100%,但最高效率只可达97%左右。,.液力变矩器的结构与工作原理 液力变矩器的组成 主要由泵轮、涡轮、导轮组成,为改善其工作特性增加了单向离合器、锁止离合器。 导轮介于泵轮和涡轮之间，通过单向离合器，单向固定在输出轴上。又利用了液力耦合器在涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。 锁止离合器在泵轮和涡轮之间建立传动关系。带锁止离合器的液力变矩器既利用了液力

5、变矩器在涡轮转速较低时具有的增扭特性，又利用了在涡轮转速较高时高机械传动效率的特性。,液力变矩器的实物图, 液力变矩器中五个元件的功用：,泵轮：将发动机的机械能转变为自动变速器油的动能。 涡轮：将自动变速器油的动能转变为涡轮轴上的机械能。 导轮：改变自动变速器油的流动方向，从而达到增矩的作用。 单向离合器：在涡轮转速较高时使用液力耦合器的特性。 锁止离合器：提高高速区的传动效率。, 液力变矩器的工作原理 增矩过程：MW=MB+MD, 耦合点：MW=MB,减矩过程： 导轮不转： MW=MB-MD 加装单向离合器后，导轮转动： MW=MB （与耦合状态相同）,.液力变矩器的工作特性,液力变矩器工作

6、特性：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。 变矩比=涡轮输出转矩/泵轮输出转矩 转速比=涡轮转速/泵轮转速 效率=输入功率/输出功率,变矩器的特性曲线 变矩比为涡轮输出转矩与泵轮输入转矩之比； 变矩器转速比为涡轮转速与泵轮转速之比； 效率为输出功率与输入功率之比。,变矩比 转速比 效率,变矩器的性能参数,变矩器的性能参数,.液力变矩器的锁止机构 带锁止离合器的液力变矩器 液力变矩器的多片式锁止离合器的盘与外壳相连，即与泵轮相接，而离合器摩擦片与涡轮相接，变矩器的活塞在油压作用下，可以将离合器的盘与片压紧成为一体，这就使涡

7、轮与泵轮连接成一体，此时液力传动变为离合器传动，相当于为刚性连接。此时传动效率接近100%。同时还避免变矩器的油温升高。,带有锁止离合器的变矩器输出特性曲线,第三节 变速齿轮机构,一、单排行星齿轮机构（简单行星齿轮机构） 二、换挡执行机构 三、组合式行星齿轮变速机构, 变速原理,传动比：,主动轮1,Z1 ，n1 ， M1为主动齿轮转速、齿数、转矩。 Z2 ，n2 ， M2为从动齿轮转速、齿数、转矩。,从动轮2, 行星齿轮变速机构,多数自动变速器是采用多排行星齿轮机构提供不同的传动比。传动比可以由驾驶员手动选择，也可以由电控系统通过接合和释放换挡离合器和制动器自动选择。, 行星齿轮变速机构 单行

8、星轮齿轮机构,单排行星齿轮机构的组成： 太阳轮 行星齿轮组 行星架 齿圈 中心元件： 太阳轮 齿圈 行星架,1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星齿轮, 行星齿轮基本传动特性,1 太阳轮 2 齿圈 3 行星架 4 行星轮 自由度分析： 构件数 4 低付 4 高付 2 N=43 42 21=2, 平面运动分析法： Z1 太阳轮齿数 Z2 齿圈齿数 = Z2 / Z1 = r2 / r1 V1 = 1 r1 V2 = 2 r2 V3 = 3 r3 2 r3 = r1 r2 3（r1 r2）= 1 r12 r2 2V3 = V1 V2 12（1）3 = 0 23 r3 = 1 r12 r2 n1

9、n2（1）n3 = 0, 相对转动运动分析法： = Z2 / Z1 = r2 / r1 以行星架为参照系： 3为牵连转动角速度 传动比为： 12（1）3 = 0 n1n2（1）n3 = 0,单排行星齿轮机构的传动原理,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，使它与输入轴联结，将另一元件作为被动件与输出轴联结，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。,单排行星齿轮机构的传动原理,单行星轮行星齿轮机构工作情况, 行星齿轮机构与外啮合齿轮机构相比的优点： 所有行星齿轮均参与工作，都承受载荷，行星齿轮工作更安静，强度更大。 行星齿轮工作时

10、，齿轮间产生的作用力由齿轮系统内部承受，不传递到变速器壳体，变速器可以设计得更薄、更轻。 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。 行星齿轮系统的齿轮处于常啮合状态，不存在挂挡时的齿轮冲击，工作平稳，寿命长。, 双行星轮齿轮机构,双行星齿轮机构的组成： 太阳轮 行星齿轮组 行星架 齿圈 中心元件： 太阳轮 齿圈 行星架,1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-内行星齿轮 5-外行星齿轮,相对转动运动 分析法： = Z2 / Z1 = r2 / r1 以行星架为参照系： 3为牵连转动角速度 12 （1）3 = 0 n1 n2（1 ）n3 = 0 n1 ()

11、n2（1 () ）n3 = 0 () ,双行星轮机构的工作情况,二、换挡执行机构,行星齿轮变速器中的所有齿轮都处于常啮合状态，挡位变换必须通过以不同方式对行星齿轮机构的基本元件进行约束(即固定或连接某些基本元件)来实现。能对这些基本元件实施约束的机构，就是行星齿轮变速器的换挡执行机构。 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。,多片离合器, 作用 自动变速器中的湿式多片离合器是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

12、递。,多片离合器, 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和带式制动器两种。, 单向离合器,作用：单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。常见形式：滚柱斜槽式（液力变矩器常用）和楔块式（行星齿轮变速器常用）。,楔块式单向离合器工作原理,三、组合式行星齿轮变速机构,由于单排行星齿轮机构不能满足汽车行驶中变速变矩的需要。为了增加传动比的数目，可以通过增加行星齿轮机构来实现。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(Simpson)齿轮机构

13、 拉威娜式(Ravigneanx)行星齿轮机构,传动比计算方法,双排行星齿轮变速机构中行星排之间的必须有联结，这是动力传递的要求，由前排输出元件传递转动到后排输入元件。 依据行星排参与联结的元件数，联结方式有11和22两种，则有联结方程： ninj0 （ i1，2，3且 j4，5，6） 双排行星齿轮(单行星轮)的传动分析 n1+1 n2(1+1) n30 n1+1 n2(1+1) n30 n4+2 n5(1+2) n60 n4+2 n5(1+2) n60 ninj0 ninj0 njnk0 二自由度机构 三自由度机构, 辛普森行星齿轮系统,辛普森式行星齿轮机构由4个独立的元件组成： 前后太阳轮

14、组件 前齿圈 前行星架和后齿圈组件 后行星架 辛普森式行星齿轮机构是双排行星齿轮机构 有三个前进挡和一个倒挡。 前面可以加一排超速排实现四速行星齿轮变速机构。,辛普森式行星齿轮机构结构形式,前行星架和后齿圈组件 后行星架 前齿圈 前后太阳轮组件,1-前齿圈；2-前行星轮；3-前行星架和后齿圈组件 4-前后太阳轮组件；5-后行星轮；6-后行星架,辛普森式行星齿轮机构啮合形式,结构特点：两行星排共用行星架和齿圈，大太阳轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个单行星轮式行星排；小太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架及齿圈组成一个双行星轮式行星排。 四个独立元件： 大太阳轮 共用齿圈 共用行星架 小太阳轮,

15、拉维娜行星齿轮系统,拉维娜行星齿轮系统,第四节 自动变速器供油系统,一、油泵 内啮合齿轮泵 摆线转子泵 叶片泵 变量泵 二、调压装置 一次调压阀 二次调压阀 三、辅助装置 油箱 过滤器,自动变速器的液压控制系统 液压控制系统由五部分组成： 供油系统液压泵、单向阀； 调压机构主油路压力调压阀、液力变矩器补偿压力调压阀； 换档控制机构手动阀、换档阀、锁止离合器控制阀。 换档执行机构离合器、制动器、单向离合器； 辅助装置油箱、过滤器、油冷却器,第五节 自动变速器操纵机构,一、电子控制系统 信号输入装置 执行器 ECU 换挡控制过程 二、自动变速理论 三、自动变速器换挡图,一、电子控制系统 信号输入装

16、置、ECU、执行机构 信号输入装置 传感器：节气门位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器、输入轴转速传感器、油温传感器。 信号开关：超速挡开关、模式选择开关、空挡起动开关等。,模式选择开关 经济模式 以获得最佳燃油经济性为目标设计换挡规律； 动力模式 以获得最大动力性为目标设计换挡规律； 标准模式 介于经济模式和动力模式之间； 手动模式 以手动方式选择合适挡位。,执行器 电控系统的执行元件是电磁阀。 按其作用不同可分为：换挡电磁阀、锁止电磁阀、调压电磁阀。 按其工作方式不同可分为：开关式电磁阀、脉冲式电磁阀。,电子控制器ECU ECU工作原理 中央处理器CPU每隔一定时间取一次输入信号，处理

17、这些信息（车速、节气门开度等），并从存储器中“读出”预置的该节气门开度下的最佳换挡点速度，与当时采样的车速比较后，判断是否换挡，如需换挡则通过接口发出换挡指令，再通过电磁阀实现升挡或降挡。 快松油门，提前换高挡； 急踩油门，提前降低挡； 将挡位杆置于低位，限制换挡范围。,ECU的功能 换挡正时的控制（换挡点控制） 换挡规律换挡车速与节气门开度的关系是通过实验事先确定好的。 经济换挡规律 标准换挡规律 动力换挡规律,换挡阀 自动变速器通常采用三个换挡阀，分别由三个换挡电磁阀来控制，并通过三个换挡阀之间油路互锁作用，实现四个挡位的变换。 12换挡阀 23换挡阀 34换挡阀,锁止离合器控制阀 锁止离

18、合器控制阀包括：锁止电磁阀、锁止信号阀、锁止继动阀。,二、自动变速理论,自动换挡规律：就是各挡位间的自动换挡时刻随换挡参数变化的规律。 换挡控制的要求： 主要控制要求是动力性和燃油经济性 按动力性确定的换挡规律为最佳动力性换挡规律； 按经济性确定的换挡规律为最佳竞技性换挡规律。 满足各种道路和各种行驶工况的要求 雪地行驶、坡道行驶、短时超车加速行驶等。 能体现个性，符合驾驶愿望,换挡参数,反映发动机和汽车工作情况的参数是油门开度和车速。这两个参数作为确定挡位的基本换挡参数。 用油门开度和车速可以分析动力性和燃油经济性 按动力性和经济性确定换挡规律 发动机转速作为辅助参数 锁止离合器的打滑控制中

19、的主要控制参数，另外当车速传感器失效时作为替代参数。, 多模式分挡位换挡图的选用,动力模式：按动力性最佳进行自动换挡，加速性好，适合年轻人。 经济模式：按燃油经济性最佳进行自动换挡，省油，减少排放，适合老人和妇女。 普通(标准)模式：是动力性和经济性的折中。 雪地模式：用于冰雪路面和滑溜路面，避免低挡驱动力过大打滑，采用二挡起步。 山地模式：上坡时限制高挡，避免换挡循环，下坡时低挡利用发动机制动防止超速。 保持(手动/运动)模式：用换挡操纵杆直接选挡。例如： D3， 22， 11。,第六节 典型自动变速器,自动变速器专业生产厂家及产品 德国采埃孚(ZF) 日本捷达柯(JATCO) 日本艾星(A

20、isin) 汽车公司自动变速器产品介绍 通用汽车(GM) 克莱斯勒(CHRYSLER) 奔驰(MERCEDES BENZ) 丰田(TOYOTA),4T60E,4T60E型变速器的行星齿轮机构有四独立元件组成： 前行星排： n1+1 n2（1+ 1）n30 (1) 后行星排： n4+ 2 n3（1+ 2）n20 (2) 分析其各档转动路线并计算传动比， 设12.5、22 倒档：C3工作，n1为主动轮， 固定前排行星架与后排齿圈组件n3，传动路线为：输入n1 前排行星轮n2输出 设n30，由式(1) i12n1/ n212.5； 1挡：C3工作，前排太阳轮n1为主动轮，固定后排太阳轮n4，传动路线

21、为：输入n1 后排行星轮和n3反作用n2输出 设n40，由式(1)、(2) i12n1/ n2（1+1+2）/2 2.75；,前行星排： n1+1 n2（1+ 1）n30 (1) 后行星排： n4+ 2 n3（1+ 2）n20 (2) 2挡：C1工作，前排行星架与后排齿圈组件n3为主动轮，固定后排太阳轮n4，传动路线：输入前排行星架与后排齿圈组件n3n2输出 设n40，由式 (2) i32n3/ n2（1+2）/21.5； 3挡：C1、C2工作，前排太阳轮n1和前排行星架与后排齿圈组件n3同步作为输入转动，传动路线为：输入n3 、n1n2输出 设n1n3，由式(1) n2n1n3 直接挡 i121； 4挡：C1工作，前排行星架与后排齿圈组件n3为主动轮， 固定前排太阳轮n1，传动路线为：输入n3 n2输出 设n10，由式(1) i32n3/ n21 /（1+1）0.714,