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1、第二章 电控液力自动变速器,2.1 电控液力自动变速器的优缺点2.2 电控液力自动变速器的分类2.3 电控液力自动变速器的基本组成2.4 典型的电控液力自动变速器,2.1 电控液力自动变速器的优缺点,变速器应用的必要性 作用：变速、变转矩、变方向。变速器的类型,2.1 电控液力自动变速器的优缺点,自动变速器的优点：（1）大大提高发动机和传动系的使用寿命；（2）提高了汽车的通过性；（3）具有良好的自适应性；（4）操纵轻便；（5）降低排放污染。自动变速器的缺点：结构复杂，制造成本高，传动效率低。,2.2 自动变速器的分类,按变速方式分类：有级变速、无级变速；按汽车驱动方式分类：后驱动自动变速器、前
2、驱动自动变速器；按自动变速器前进档的档位数不同分类：按齿轮变速器的类型分类：普通齿轮式和行星齿轮式；按变矩器的类型分类：有锁止离合器和无锁止离合器；按控制方式分类：全液力控制自动变速器和电子控制自动变速器；,2.3 电控液力自动变速器的基本组成,基本组成：液力传动装置齿轮变速机构换挡执行机构液压操控系统电子控制系统,2.3.1 液力传动装置,液力传动是通过液体的循环流动，利用液体动能的变化来传递动力。一、液力耦合器 结构：壳体、泵轮、涡轮 工作原理：,液力耦合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。,液力耦合器内部结构图,液力耦合器工作原理图,发
3、动机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。它的输出扭矩等于输入扭矩减去摩擦力矩，所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。特点：能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差 随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速。,传动效率：,液力耦合器的传动效率等于输出轴转速乘以输出扭矩（输出功率）与输入轴转速乘以输入扭矩
4、（输入功率）之比。一般液力耦合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。,二、液力变矩器 液力变矩器的结构 由泵轮、涡轮和导轮组成原理特性参数：转速比 转矩比 传动效率,1涡轮 2导轮 3泵轮 液力变矩器内油液的循环流动,液力变矩器中泵轮快速运动时，涡轮受到载荷和行驶阻力限制转速较慢，泵轮和涡轮间产生了转速差。这个转速差就形成了残余能量。泵轮和涡轮的转速差越大，残余能量就越大，油液流动的速度就越快，流动的角度就越大。在转数差较大时，涡轮的油液就冲向导轮的正面。导轮固定不动，这样流经导轮的油液就改变了流动的方向，直接作用于泵轮叶片的后部，于是油液的残余能量就增大了泵轮的转矩。残余能量越
5、大，增矩效果就越好。油液由泵轮流向涡轮，而后经导轮改变了方向后再返回泵轮，泵轮和涡轮间形成油液循环流动。,带单向离合器的液力变矩器 在导轮和其固定轴之间安装单向离合器，可以在涡轮转速高时转入耦合工况。随着涡轮转速的升高，变矩化呈线性下降。过了临界点后，涡轮和泵轮转速相等，泵轮的油液除了驱动涡轮旋转外，已没有残余能量，油液流动角度也变到了最小点，涡轮返回的油液冲向了导轮的背面。由于单向离合器只负责锁止左转，而不锁止右转，所以当油液冲击固定在单向离合器上导轮的背面时，导轮便开始旋转，导轮开始旋转的时刻叫临界点。临界点之前为变矩工况，临界点之后为耦合工况。,带锁止离合器的液力变矩器 带锁止离合器的液
6、力变矩器，可以使变速器输入轴和输出轴刚性连接，增大传动效率。,2.3.2 齿轮变速机构,一、单排行星齿轮机构 单排行星齿轮机构由太阳轮、行星齿轮、行星架和齿圈组成。设齿圈的齿数为，太阳轮的齿数为，令。并设太阳轮的转速为，齿圈的转速为，行星架的转速为，则单排行星齿轮变速机构的运动方程为：,三构件中必须加一个约束条件(用制动件使其一固定)或用离合器连接二者以同一转速旋转，才能获得确定的传动比。(1）固定齿圈，则，若太阳轮输入，行星架输出，则传动比i=n1/n3=(1+）1；若行星架输入，太阳轮输出，则传动比i=n3/n1=1/(1+）1。(2)固定太阳轮，则n1=0，若齿圈输入，行星架输出，则传动
7、比i=n2/n3=(1+）/1；若行星架输入，齿圈输出，则传动比i=n3/n2=/(1+）1。（3）固定行星架，则n3=0，若太阳轮输入，齿圈输出，则传动比i=n1/n2=（反向减速）；齿圈输入，太阳轮输出，则传动比i=1/1（反向增速）（4）不固定任何元件，空档。（5）连接三元件中的任意两个，直接档。,二、辛普森式行星齿轮变速器 特点：前后两排行星齿轮共用一个太阳论，形成前后太阳轮组件；前行星架和后齿圈连成一体，并且和输出轴相连；输入轴一般选择前齿圈或太阳轮组件。1）3挡辛普森传动,辛普森式行星齿轮变速器原理,辛普森式3档行星齿轮变速器的工作规律,当行星齿轮变速器处于停车档和空档之外的任何一
8、个档位时，五个换档执行元件中都有两个处于工作状态，即接合、制动或锁止状态，其余三个不工作，即分离、释放或自由状态。离合器C1：当变速器处于任一前进档时，离合器C1都处于接合状态，此时输入轴与行星齿轮机构的后齿圈接合，使后齿圈成为主动件，因此，离合器C1也称前进离合器。,离合器C2：倒档时，离合器C2接合，C1分离，此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合，使前后太阳轮组件成为主动件。另外，离合器C2在三档时也接合，因此离合器C2也称高、倒档离合器。制动器B2：制动器B2仅在二档时才工作，称为二档制动器。制动器B3：制动器B3 在一档和倒档时都工作，称为低、倒档制动器。单向离合器F1：防止前
9、行星架逆转。,1）1档 当将选档杆置于“D”位，此时车速较低而节气门阀开度较大，也就是需要较大加速力时，前进离合器C1和单向离合器F1起作用。来自液力变扭器的发动机动力经输入轴、前进离合器C1传给后齿圈，使后齿圈朝顺时针方向转动。在后行星排中，由于后行星架经输出轴和驱动轮相连，在汽车起步之前其转速为0，汽车起步后以1档行驶时，其转速也很低，因此后行星轮在后齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向作公转，带动后行星架朝顺时针方向转动，另一方面作顺时针方向的自转，并带动前后太阳轮组件朝逆时针方向转动。,在前行星排中，由于和输出轴连接的前齿圈转速很低，当前行星轮在太阳轮的驱动下朝顺时针方向作自转时，对前行星架
10、产生一个逆时针方向的力矩，而单向离合器F1对前行架在逆时针方面有锁止作用，此时，相当于前行星架被固定，使前齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动。因此，在前进1档时，输入轴的转矩，即通过前行星排机构，又通过后行星排机构传到功率输出轴。这样行星轮机构所承受的负载分为两部分，防止齿轮受力过大。,动力传递路线：发动机曲轴液力变矩器涡轮输入轴前进离合器C1大太阳轮长行星轮短行星轮环形齿圈输出轴。,2）2档 汽车以1档行驶，当车速达到一定速度时，由于1-2换档阀的作用，使2档制动器B2起作用，前进离合器C1同时继续起作用，行星齿轮变速器处于二档。此时输入轴仍经前进离合器C1和后齿圈连接，同时前后太阳轮组
11、件被二档制动器B2制动。发动机动力经液力变扭器和行星齿轮变速器输入轴传给后齿圈，使之顺时针方向转动，由于后太阳轮转速为0，因此后行星轮在后齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向自转，另一方面朝顺时针方向公转，同时带动后行星架及输出轴顺转。此时前行星排处于自由状态，前行星轮在前齿圈的驱动下朝顺时针方向一边自转一边公转，带动前行星架朝顺时针方向空转。,2档的动力传递路线：输入轴前进离合器C1后齿圈后行星轮后行星架（B2使太阳轮固定不动）输出轴,3）3档 当车速从2档继续上升到一定的车速时，由于2-3档换档阀的作用，使高、倒档离合器C2接合，前进离合器C1同时继续接合，把输入轴与后齿圈和前后太阳轮组件连接为
12、一个整体，行星齿轮变速器升入3档，由于此时后行星排中有两个基本元件相互连接，从而使后行星排固定地连成一体而旋转，输入轴的动力通过后行星排直接传给输出轴，其传动比 i3=1，即为直接档传动。此时前行星轮在前齿圈的驱动下带动前行星架朝顺时针方向空转。3档的传递路线为:输入轴前进离合器C1和高、倒档离合器C2前后行星排锁在一起输出轴,4）倒档 当位于倒档时，高、倒档离合器2起作用，使输入轴和前后太阳轮组件连接，同时制动器3产生制动，将前行星架固定，此时发动机动力经输入轴传给前后太阳轮组件，使前后太阳轮顺时针方向转动。由于前行星架固定不动，因此在前行星排中，前行星轮在前后太阳轮组件的驱动下朝逆时针自转
13、，并带动前齿圈朝逆时针方向转动，输出轴即朝逆时针方向转动，从而改变了动力的传动方向，实现了倒档。此时，后行星排中由于后齿圈可以自由转动，因此后行星排处于自由状态，后齿圈在后行星轮的带动下朝逆时针方向自由转动。,4档动力传动路线:输入轴离合器C2前后太阳轮组件前行星轮（制动器3起作用，前行星架固定）前齿圈输出轴,2）4档辛普森传动（2个行星排）,4挡自动变速器除前后行星排用一个辅助构件相连外，其他行星排完全独立，形成具有5个独立元件的辛普森机构。故可用增加一个执行机构的办法即实现4挡。,三、拉维娜结构 特点：（1）由一个单行星齿轮式行星排和一个双行星齿轮式行星排复合而成。（2）共同一个齿圈，且连
14、出输出轴。（3）共用一组长行星轮和行星架。拉维娜行星齿轮机构的执行元件有三个离合器和两个制动器及一个单向离合器，如下图所示：,离合器C1：连接输入与行星架；离合器C2：连接输入与后小太阳轮；离合器C3：连接输入与前大太阳轮；制动器B1：制动行星架；制动器B2：制动前大太阳轮；单向离合器F：锁止行星架，不允许逆转；,2.3.3 换挡执行元件离合器作用：起连接作用。组成：离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片与摩擦片组、离合器毂及密封圈。2)制动器 作用：是使所控制元件固定不转。型式：带式与片式两种。3)单向离合器 作用：可以起到离合器与制动器的作用，所不同的是以单向锁止原理来实现固定或连接作用。类型：滚
15、柱斜槽式和楔块式。,2.3.4 液压控制系统作用：1）对齿轮变速机构进行换档控制。2）对液力变矩器的工作情况进行控制。3）对液力传动装置提供传动介质。液压控制系统的组成组成：主供油路装置、控制信号装置、换档控制装置、执行元件、换档品质控制装置、锁止控制装置、润滑冷却装置、安全限压装置。油泵类型：内啮合齿轮泵、摆线转子泵、叶片泵主油路调压阀作用：由于油泵供油的脉动性，必须经过调节使主油路的压力实现稳定。实际的主调压阀一般能够随节气门开度和变速杆位置的变化调节油压。,控制信号装置（1）手动阀 作用：提供换挡操纵手柄位置信号，控制液压系统接通不同的操纵油路，使自动变速器按照驾驶员的操纵意图工作。（2
16、）节气门阀 作用：根据负荷大小，利用主油路油压产生节气门油压。（3）速控阀 作用：感受速度（变速器输出轴转速）以实现换档控制。根据主油路油压产生速控油压。,换挡控制装置 作用：改变油路使不同的执行器投入或退出工作，实现档位变换。缓冲安全装置 1）缓冲控制 作用：用来改善换挡品质。(1)蓄能器 蓄能器并联在换挡执行机构的油路中。使执行机构接合先快后慢。(2)单向节流阀 单向节流阀串联在换挡执行机构的油路中。作用：用来对流向换挡执行机构的液压油产生节流作用，使换挡执行机构在接合时能延缓油压增长速率，以减小换挡冲击；分离时油压下降快，防止卡滞。,2）定时控制 作用：用于协调执行元件的作用时间，当一个
17、执行元件分离时，另一个执行元件正好结合。3）油压控制 作用：使作用在执行元件上的油压能随节气门、档位的变化而变化。锁止控制装置 作用：控制锁止离合器的结合与分离。润滑冷却装置安全限压装置,2.3.5 电子控制系统,组成：信号输入装置(传感器、控制开关)、电子控制装置(ECU)、执行机构。,信号输入装置 1）节气门位置传感器 2）车速传感器 3）换档规律选择开关 4）空档启动开关 5）超速挡开关（OD开关）6）停车灯开关和停车制动开关,电子控制器1.自动换挡规律换挡规律：是指两排挡间自动换挡时刻随控制参数变化的关系。换挡规律类型：单参数、双参数、组合型。单参数换挡规律 只以车速V 为控制参数。,
18、单参数换挡规律,升、降挡之间的交错现象，称为换挡延迟或换挡重叠，其作用是防止“换挡循环(不断地来回换挡)”。,2)双参数换挡规律 控制参数类型有：车速与节气门开度（常用）、液力变矩器泵轮转速与涡轮转速、车速与发动机进气歧管真空度等。从换挡延迟角度，双参数换挡规律又分为：等延迟型、发散型、收敛型、组合型4种。,等延迟型换挡规律使小节气门时可以提前换入高挡，减小发动机噪声，又可延迟换回低挡，改善燃油经济性。发散型快松油门时可提前换入高挡，不仅降低了噪声，而且改善了燃油经济性；大节气门开度时升档，发动机转速高，接近最大功率点，动力性好；换挡延迟增大，减少了换挡次数提高了舒适性。但大油门降挡时，发动机
19、转速必须降得很低，功率利用差。,带强制低挡的发散型换挡规律，当驾驶员猛踩油门踏板行程超过 时，车辆被强迫换入抵挡，使发动机转速变化小，获得良好的功率和牵引力。它保持了换挡次数较少、舒适性高的优点，又克服了发散型的缺点，故它在轿车自动变速器中应用较多。收敛型的特点是大油门时降挡发动机速差最小，所以升降挡都有好的功率利用，动力性好；减小油门时，延迟增大，避免过多的换挡。发动机工作转速低、燃料经济性好、噪声低、行驶平稳舒适，它适合于功率较低的货车。,组合型是上述各种类型综合而成的换挡规律。,在小节气门开度(25%)时，以舒适、稳定、少污染为主，采用了单参数规律；在中节气门(25%75%)时，以保证最
20、佳燃料经济性为主，兼顾动力性，采用收敛型；当大节气门开度(75%)时，则以获得最佳动力性为准，用等延迟型。,组合型是上述各种类型综合而成的换挡规律。,在小节气门开度(25%)时，以舒适、稳定、少污染为主，采用了单参数规律；在中节气门(25%75%)时，以保证最佳燃料经济性为主，兼顾动力性，采用收敛型；当大节气门开度(75%)时，则以获得最佳动力性为准，用等延迟型。,自动变速器ECU的功能 1）换档规律控制：即换档点（变速点）控制。2）变矩器锁止离合器锁止正时控制：ECU根据车速信号和节气门位置信号使闭锁电磁阀开或关，从而控制闭锁时间。在闭锁系统工作时，升档或降档期间，ECU会闭锁电磁阀电路暂时切断，以减轻换档冲击。3）超速行驶控制：当超速开关接通，并且变速杆置于D位时，汽车才有可能以超速挡行驶。4）发动机转矩控制：当发动机和自动变速器的ECU判定变速器需要换档变速时，会暂时使发动机点火时间滞后，点火延迟，使发动机转矩下降，以使离合器接合平缓，换档平顺。5）自诊断功能。6）失效安全保护功能。,习题,1.电控液力自动变速器有何优缺点？2.电控液力自动变速器由哪几部分组成？各部分有何作用？3.液力变矩器的工作原理是什么？4.自动变速器的信号输入装置有哪些？5.自动变速器ECU的功能有哪些？,
