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文檔簡介
1、汽 車 電 子 控 制 技 術(shù),沈陽大學(xué) 凌永成,第3章 電子控制自動(dòng)變速器,3.1 自動(dòng)變速器概述,汽車自動(dòng)變速器經(jīng)過70多年的發(fā)展,使汽車傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化。,自動(dòng)變速器的采用,使汽車的駕駛變得方便,乘著舒適性大大提高。,因此,自動(dòng)變速器廣泛用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上,尤其轎車上。,轎車自動(dòng)變速器的裝車率,日本高達(dá)78%,美國為70%,德國為62%,中國為24%。,3.1.1 自動(dòng)變速器的發(fā)展和應(yīng)用,汽車自動(dòng)變速器的研究和應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)30年代。,1939年美國通用汽車公司首先在其生產(chǎn)的奧茲莫比爾(Oldsmobile)轎車上裝用了液力變矩器行星齒輪
2、組成的液力變速器,可謂之現(xiàn)代自動(dòng)變速器的雛形。,20世紀(jì)40年代末50年代初,出現(xiàn)了根據(jù)車速和節(jié)氣門開度自動(dòng)控制換擋的液力控制換擋自動(dòng)變速器,使自動(dòng)變速器進(jìn)入了迅速發(fā)展時(shí)期。,到1975年,自動(dòng)變速器在重型汽車及公共汽車上的應(yīng)用已相當(dāng)普及。,自動(dòng)變速器采用電子控制系統(tǒng)始于20世紀(jì)60年代中期。,法國雷諾(Renault)公司于1968年率先在自動(dòng)變速器上使用了電子元件。,70年代中期,電子控制技術(shù)開始應(yīng)用于汽車變速器,日本豐田汽車公司首先研制成功了世界上第一臺(tái)電子控制變速裝置,并在1976年實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。,但由于這種電子控制自動(dòng)變速器在控制精度和自由度方面效果并不十分理想,因此,包,括日本在
3、內(nèi)的許多國家又把重要精力轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)控制變速器的研究和開發(fā)。,以計(jì)算機(jī)為控制核心的電子控制自動(dòng)變速器迅速發(fā)展。,自1981年起,美國、日本等國家的一些汽車公司相繼開發(fā)出各種微機(jī)控制的自動(dòng)變速系統(tǒng),如電子控制液力變矩式自動(dòng)變速器、電子控制多級(jí)齒輪變速器等等。,電子控制自動(dòng)變速器的真正飛躍發(fā)展是在1982年,這一年豐田公司將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子控制變速器系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)變速器的智能控制,首先應(yīng)用于豪華型皇冠牌轎車上。,電子控制自動(dòng)變速器有最佳的換擋規(guī)律,換擋精確性好,具有良好的燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性,降低污染。,隨后,德國Bosch公司于1983年研制成功發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速器共用的電子控制單元。,電控自動(dòng)變
4、速器可實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)最佳匹配,并可獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、安全性,達(dá)到降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染的目的。,因此電子控制變速器廣泛用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上,并且裝車率迅速提高,尤其在美、日、德等國生產(chǎn)的轎車上,采用電子控制器的比例越來越高。,國產(chǎn)轎車中采用自動(dòng)變速器最早的車型當(dāng)屬中國第一汽車集團(tuán)公司生產(chǎn)的紅旗CA770型三排座高級(jí)轎車。,該型轎車在1965到1980年間共生產(chǎn)了1283輛,其所裝用的自動(dòng)變速器在結(jié)構(gòu)上與美國克萊斯勒汽車公司生產(chǎn)的Power Flite自動(dòng)變速器相似。,一汽大眾1998年底在國內(nèi)首家推出批量生產(chǎn)的裝用電控自動(dòng)變速器的轎車捷達(dá)AT,該車采用德國大眾(
5、VW)原廠生產(chǎn)的第三代95型01M電控4擋自動(dòng)變速器。,神龍汽車公司亦于1999年初展示了其裝備自動(dòng)變速器的富康988轎車。,這種電控4擋自動(dòng)變速器由法國的雪鐵龍和雷諾公司共同研制,在意大利生產(chǎn),1998年6月開始應(yīng)用的。,近年來,隨著我國轎車工業(yè)的快速發(fā)展,各轎車制造企業(yè)都推出了裝有自動(dòng)變速器的車型,可以斷言,國產(chǎn)轎車普遍裝用自動(dòng)變速器的時(shí)代正在到來。,3.1.2 自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn),相比于傳統(tǒng)的機(jī)械式手動(dòng)變速器,自動(dòng)變速器具有如下優(yōu)點(diǎn)。,(1) 汽車起步平穩(wěn),能吸收、衰減振動(dòng)與沖擊;提高乘坐的舒適性。,(2) 自動(dòng)適應(yīng)行駛阻力和發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋,有利于提高汽車的動(dòng)力性和平均車速
6、。,(3) 液力變矩器使傳動(dòng)系的動(dòng)載荷減小,提高了汽車的使用壽命。,(4) 駕駛操縱簡單,實(shí)現(xiàn)換擋自動(dòng)化,有利于行車安全。,(5) 能以較低的車速穩(wěn)定行駛,提高車輛在壞路上的通過性。,(6) 減少了廢氣污染。,自動(dòng)變速器的主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高,傳動(dòng)效率相對偏低,導(dǎo)致油耗要高于機(jī)械,變速器。,但是,現(xiàn)代汽車普遍采用的電子控制自動(dòng)變速器,可按照最佳油耗規(guī)律控制自動(dòng)換擋,加之采用了超速擋和變矩器閉鎖控制等,從而使自動(dòng)變速器的油耗有了明顯的下降。,3.1.3 自動(dòng)變速器類型,在自動(dòng)變速器的發(fā)展過程中出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式。,自動(dòng)變速器的驅(qū)動(dòng)方式、擋位數(shù)、變速齒輪的結(jié)構(gòu)形式、變矩器的結(jié)構(gòu)類型及換擋控制
7、形式等都有不同之處。,下面從不同角度對自動(dòng)變速器進(jìn)行分類。,1. 按汽車驅(qū)動(dòng)方式分類,自動(dòng)變速器按照汽車驅(qū)動(dòng)方式的不同,可分為前輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器(如圖3.1)和后輪驅(qū)動(dòng)自變速器(如圖3.2)所示兩種。,后輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器的變矩器和行星齒輪機(jī)構(gòu)的輸入軸及輸出軸在同一軸線上。,因此,軸向尺寸較大,閥體總成則布置在行星齒輪機(jī)構(gòu)下方的油底殼內(nèi)。,前輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器(又叫自動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)橋)除了具有與后輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器相同的組成外,在自動(dòng)變速器的殼體內(nèi)還裝有差速器和主,減速器。,前輪驅(qū)動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)有縱置和橫置兩種。,縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的前輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和布置與后輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器汽車基本相同,只是在后端增加
8、了一個(gè)差速器。,橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的前驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速器由于汽車橫向尺寸的限制,要求有較小的軸向尺寸。,變矩器和行星齒輪機(jī)構(gòu)輸入軸布置在上方,輸出軸則布置在下方。,因此,通常將輸入軸和輸出軸設(shè)計(jì)成兩個(gè)軸線的方式。,這樣的布置減少了變速器總體的軸向尺寸,但增加了變速器的高度。,因此,可將閥體總成布置在變速器的側(cè)面或上方,以保證汽車有足夠的最小離地間隙。,2. 按自動(dòng)變速器前進(jìn)擋位數(shù)分類,自動(dòng)變速器按前進(jìn)擋的擋數(shù)的不同,可分為2(前進(jìn))擋自動(dòng)變速器、3擋自動(dòng)變速器、4擋自動(dòng)變速器等。,早期的自動(dòng)變速器通常為2個(gè)前進(jìn)擋或3個(gè)前進(jìn)擋。,這兩種自動(dòng)變速器都沒有超速擋,其最高擋為直接擋。,現(xiàn)代轎車裝用的自動(dòng)變速器基本
9、上都是4個(gè)前進(jìn)擋,即設(shè)有超速擋。,這種設(shè)計(jì)雖然使自動(dòng)變速器的構(gòu)造更加復(fù)雜,但由于設(shè)有超速擋,大大改善了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。,在商用車上,大多采用5擋和6擋自動(dòng)變速器,一些新型轎車上也開始采用5擋和6擋自動(dòng)變速器。,3. 按變矩器的類型分類,按液力變矩器的類型,自動(dòng)變速器大致可分為普通液力變矩器式、綜合液力變矩器式和帶閉鎖離合器的液力變矩器式自動(dòng)變速器三種。,普通液力變矩器是指由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個(gè)元件組成的液力變矩器。,綜合式液力變矩器是指在導(dǎo)輪與固定導(dǎo)輪的套管之間裝有單向離合器的液力變矩器,它可以自動(dòng)進(jìn)行變矩器工況與液力偶合器工況的轉(zhuǎn)換。,新型轎車的自動(dòng)變速器普遍采用帶閉鎖離合器的液力變矩器。
10、,當(dāng)汽車達(dá)到一定車速時(shí),控制系統(tǒng)使閉鎖離合器接合,將液力變矩器的輸入部分和輸出部分連成一體,使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力直接傳入齒輪變速器,從而提高了傳動(dòng)效率,降低了油耗。,4. 按齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型分類,自動(dòng)變速器按其齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型不同,可分為普通齒輪式和行星齒輪式兩種。,普通齒輪式自動(dòng)變速器體積大,最大傳動(dòng)比小,只有少數(shù)幾種車型使用。,行星齒輪式自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)緊湊,能獲得較大的傳動(dòng)比,為絕大多數(shù)轎車采用。,5. 按控制方式分類,自動(dòng)變速器按控制方式不同,可分為全液壓自動(dòng)變速器和電子控制自動(dòng)變速器兩種。,全液壓自動(dòng)變速器是通過機(jī)械的手段,將汽車行駛的車速及節(jié)氣門開度這兩個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)變,為液壓控制信號(hào);,閥體
11、中的各個(gè)控制閥根據(jù)這些液壓控制信號(hào)的大小,按照設(shè)定的換擋規(guī)律,通過控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋,如圖3.3所示。,電子控制自動(dòng)變速器是通過各種傳感器,將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、自動(dòng)變速器油溫度等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),并輸入計(jì)算機(jī);,計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信號(hào),按照設(shè)定的換擋規(guī)律,向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出電子控制信號(hào),換擋電磁閥和油壓電磁閥再將計(jì)算機(jī),的電子控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?hào),閥體中的各個(gè)控制閥根據(jù)這些液壓控制信號(hào),控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋,如圖3.4所示。,6. 按工作原理分類,按工作原理不同,自動(dòng)變速器分為液力自動(dòng)變速器(AT)、機(jī)械自動(dòng)變速
12、器(AMT)和無級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)三種。,液力自動(dòng)變速器通常指含有液力變矩器的自動(dòng)變速器;,機(jī)械自動(dòng)變速器是在普通手動(dòng)機(jī)械變速器(MT)的基礎(chǔ)上增加了一套自動(dòng)換擋控制系統(tǒng)構(gòu)成;,無級(jí)自動(dòng)變速器指無級(jí)控制速比變化的變速器,它的種類很多,有機(jī)械式、流體式和電動(dòng)式等等。,目前,應(yīng)用最多的是金屬帶式機(jī)械無級(jí)變速器,如圖3.5所示。,3.1.4 電子控制自動(dòng)變速器組成,電子控制自動(dòng)變速器主要由液力變矩器、輔助變速器、電液控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。,1. 液力變矩器,液力變矩器位于自動(dòng)變速器的最前端,安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上。,它是通過工作輪葉片的相互作用,引起機(jī)械能與液體能的相互轉(zhuǎn)換來傳遞動(dòng)力,通過液體動(dòng)
13、量矩的變化來改變轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)元件,具有無級(jí)連續(xù)改變速度與轉(zhuǎn)矩的能力。,液力變矩器對外部負(fù)載有良好的自動(dòng)調(diào)節(jié)和適應(yīng)性能,從根本上簡化了操作;,液力變矩器能使車輛平穩(wěn)起步,加速迅速、均勻、柔和;,液力變矩器由于用液體來傳遞動(dòng)力,它進(jìn)一步降低了尖峰載荷和扭轉(zhuǎn)振動(dòng),延長了動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命,從而提高了乘坐舒適性和車輛平均行駛速度及安全性和通過性。,2. 輔助變速器,液力變矩器的無級(jí)變速性能雖然很好,但從經(jīng)濟(jì)性考慮它不能完全滿足車輛改變速度和變化動(dòng)力兩方面的要求,故需與齒輪傳動(dòng)串聯(lián)或并聯(lián),以擴(kuò)大其傳動(dòng)比與高效率工作范圍。,齒輪傳動(dòng)有行星齒輪式與定軸式兩種。,雖然,人們熟悉的定軸式機(jī)械變速器工藝性好、成
14、本低,但由于行星齒輪傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕,特別是其具有與液力變矩器可實(shí)現(xiàn)功率分流的長處,故目前AT中多為行星齒輪式自動(dòng)變速器此型。,行星齒輪變速器包括行星齒輪組和換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使星齒輪組處于不同的嚙合狀態(tài),以實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比。大部分行星齒輪變速器有3到4個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。,顯然,機(jī)械傳動(dòng)在AT中屬于輔助地位,故又稱其為輔助變速器。,3. 控制系統(tǒng),液力自動(dòng)變速器的控制系統(tǒng)有液壓式和電液式兩種。,新型液力自動(dòng)變速器均采用了電液式控制系統(tǒng),簡稱電子控制自動(dòng)變速器(ECT)。,控制系統(tǒng)的組成如圖3.6所示。,1) 系統(tǒng)能源,它是各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源,對早期的全液壓自動(dòng)
15、控制系統(tǒng),由油泵、調(diào)壓閥等組成;,對目前廣泛采用的電液式控制系統(tǒng),除上述外,還需直流電源為電控提供所需能源。,2) 控制參數(shù)信號(hào)發(fā)生器,自動(dòng)換擋是根據(jù)汽車行駛中選定的控制參數(shù)的變化來確定是否需要進(jìn)行換擋的。,目前主要是采用二參數(shù)控制(車輛速度與發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度),但這僅是原始信號(hào),還必須,加以調(diào)制,才能被液壓和電控系統(tǒng)所接受。,即所選參數(shù)不僅應(yīng)能按比例精確地變換成控制信號(hào),且要求反應(yīng)迅速、便于實(shí)現(xiàn),且工作可靠。,過去全液壓系統(tǒng)采用的是速度調(diào)壓閥和節(jié)氣門開度調(diào)壓閥。,但在電液系統(tǒng)中它們均已被結(jié)構(gòu)簡單的磁感應(yīng)式、霍爾式、光電式、激光式等車速傳感器以及節(jié)氣門電位器等所代替。,3) 換擋控制器,換擋控
16、制器實(shí)質(zhì)上是向換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出換擋指令的發(fā)生器。,換擋控制器接受來自車速、油門加速度及換擋選擇機(jī)構(gòu)所傳來的信號(hào),進(jìn)行比較和處理,并按預(yù)定的規(guī)律選擇擋位和換擋時(shí)刻,及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的換擋指令至換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu):,對全液壓系統(tǒng)由換擋閥完成;而電液式則由ECU與其控制的電磁閥、換擋閥承擔(dān)。,4) 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu),換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能是接受控制指令去具體完成擋位變換。,一般均是通過液壓缸充、卸壓力油使離合器、制動(dòng)器或單向離合器的分離或接合實(shí)現(xiàn)換擋。,5) 換擋品質(zhì)控制機(jī)構(gòu),換擋品質(zhì)控制機(jī)構(gòu)的作用是控制換擋過程平穩(wěn)、無沖擊,從而使乘員舒適,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷降低。,一般它是在通向液壓缸的油路上增加蓄能器、緩沖閥、定
17、時(shí)閥、執(zhí)行壓力調(diào)節(jié)閥、協(xié)調(diào)閥和單向離合器等部件,以改善換擋品質(zhì)。,近年來,電子控制軟件的作用漸呈明顯優(yōu)勢,它不僅可取代原單向離合器的功能,簡化了結(jié)構(gòu),而且逐步向智能化發(fā)展。,此外,在自動(dòng)變速器的外部還設(shè)有一個(gè)自動(dòng)變速器油(ATF)散熱器,用于散發(fā)自動(dòng)變,速器油在工作過程中產(chǎn)生的熱量。,電子控制系統(tǒng)可存儲(chǔ)與處理多種換擋規(guī)律,可一機(jī)多能,實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、更合理的控制;,自控系統(tǒng)改變規(guī)律或參數(shù)時(shí),僅調(diào)整局部電路,即可適應(yīng)性能,開發(fā)周期短;,無慣量、控制精度高、反應(yīng)快、動(dòng)作準(zhǔn)確;結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量輕;與整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制如EFI、巡航、牽引力控制、四輪驅(qū)動(dòng)控制等兼容性好。,因此,電控所獲得的優(yōu)良換擋平順性和
18、操縱方便性及與汽車上其他電子控制裝置之間的聯(lián)系,導(dǎo)致它代替液壓控制的趨勢是必然的。,3.2 電子控制自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)與工作原理,電子控制自動(dòng)變速器由液力變矩器、輔助變速器與電液換擋控制系統(tǒng)三大部分組成。,液力變矩器多采用帶閉鎖離合器的三元件綜合式結(jié)構(gòu),可以自動(dòng)調(diào)節(jié)傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。,輔助變速器普遍采用行星齒輪傳動(dòng),用來擴(kuò)大液力變矩器的傳動(dòng)范圍并實(shí)現(xiàn)倒擋傳動(dòng)。,電液換擋控制系統(tǒng)是電子控制自動(dòng)變速器的核心,電子控制裝置通過傳感器采集變速器及整車的相關(guān)信息,通過電磁閥來控制液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu),使整個(gè)自動(dòng)變速器協(xié)調(diào)工作。,3.2.1 液力變矩器,液力變矩器(Hydraulic Torque Converter
19、,HTC),它是通過工作輪葉片的相互作用,引起機(jī)械能與液體能的相互轉(zhuǎn)換來傳遞動(dòng)力的。,1. 液力變矩器的工作原理,液力傳動(dòng)裝置的基本形式為液力偶合器與液力變矩器。,液力偶合器的基本構(gòu)件是具有若干徑向平面葉片的、構(gòu)成工作腔的泵輪和渦輪。,液力偶合器工作原理如圖3.7所示,液力傳動(dòng)油在工作腔里高速循環(huán)流動(dòng)傳遞動(dòng)力,油液,隨著泵輪作牽連運(yùn)動(dòng)的同時(shí)因受離心力作用而作離心運(yùn)動(dòng),從泵輪(輸入軸)吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,高速液流從泵輪沖入渦輪做向心流動(dòng)釋放動(dòng)能,推動(dòng)渦輪(輸出軸)旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)工作機(jī)(負(fù)載)做功。,液力變矩器如圖3.8所示的結(jié)構(gòu)與偶合器的區(qū)別是在泵輪P與渦輪T之間增加了一個(gè)固定在單向離合器上的導(dǎo)
20、輪D。,油液在各工作輪(P、T與D)組成的閉合的循環(huán)流道(循環(huán)圓)內(nèi)傳遞動(dòng)力,發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn),其離心力使油液在泵輪中向半徑大的方向流動(dòng),封閉的循環(huán)圓迫使液體沖進(jìn)渦輪,推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),以驅(qū)動(dòng)汽車。,為了提升渦輪上的轉(zhuǎn)矩,一般葉片是空間曲面,使液體離開渦輪時(shí),方向與流入渦輪時(shí)的方向相反,以產(chǎn)生盡可能大的動(dòng)量矩,從而提供最有效的轉(zhuǎn)矩傳遞。,導(dǎo)輪的作用是再將液體回流至泵輪,且使流動(dòng)方向再次反向。,液體回流至泵輪后,推動(dòng)其葉片的后表面,促使泵輪旋轉(zhuǎn),故在來自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上,再加上從導(dǎo)輪回流的轉(zhuǎn)矩,將合成的轉(zhuǎn)矩傳遞至渦輪,即,(3.1),式中,TP、TT、TD 分別為泵輪、渦輪及導(dǎo)輪上的作用轉(zhuǎn)矩。,
21、導(dǎo)輪上受到的轉(zhuǎn)矩TD隨泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)速差的減小而逐漸變小。,當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速升高,渦輪出口油液的速度方向與導(dǎo)輪弧形葉片相切時(shí),導(dǎo)輪上受到的轉(zhuǎn)矩為零。,而當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高,渦輪出口油液的速度方向指向?qū)л喨~片的凸面時(shí),支承導(dǎo)輪的單向離合器使導(dǎo)輪在油液的作用下可自由旋轉(zhuǎn)。,此時(shí),導(dǎo)輪上受到的轉(zhuǎn)矩為零,液力變矩器轉(zhuǎn)化為液力偶合器,這種不同的工作狀態(tài)稱為相,故今為二相;,而置于泵輪與導(dǎo)輪或?qū)л喤c導(dǎo)輪之間的渦輪數(shù)稱為級(jí),工作葉輪又稱為元件。,在現(xiàn)代轎車上采用最多的是單級(jí)三元件二相形式,對二相或多相又稱綜合式液力變矩器。,2. 液力變矩器性能,1) 變矩系數(shù),液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩(即泵輪轉(zhuǎn)矩TP)之比
22、稱為變矩系數(shù),用K表示。,(3.2),液力變矩器是以液體的動(dòng)能來傳遞能量的,在泵輪與渦輪之間的轉(zhuǎn)速差大時(shí),渦輪旋轉(zhuǎn)所形成的反壓力小,則從泵輪處流入渦輪的流速高,循環(huán)圓中的流量也大,故渦輪上的轉(zhuǎn)矩也隨之增大。,顯然,當(dāng)渦輪不動(dòng)(nT0)時(shí),循環(huán)流量達(dá)到最大,渦輪上轉(zhuǎn)矩也增至最大。,此時(shí)的變矩系數(shù)稱為失速變矩系數(shù)K0,也將達(dá)到最大,對轎車通常在1.6到2.4之間。,對汽車上常用的向心渦輪式(即指進(jìn)口半徑大于出口半徑的渦輪)變矩器,變矩系數(shù)隨速比的變化如圖3.9所示。,對液力變矩器,要正向驅(qū)動(dòng),應(yīng)使nPnT ,一般速比i可以工作到0.98左右。,為了具有可比性,一般用渦輪轉(zhuǎn)速nT與泵輪轉(zhuǎn)速nP之比i
23、(稱為速比, )來代替描述K的變化。,這種不需要控制,就能根據(jù)外界負(fù)荷變化自動(dòng)改變其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的性能,非常接近于理,想牽引特性,其良好的自動(dòng)適應(yīng)性,對于各種運(yùn)輸車輛都是十分重要的。,2) 效率,效率性能是指變矩器在傳遞能量過程中損失的變化,用 來表示:,(3.3),它是具有極大值的拋物線,如圖3.9所示:,在失速點(diǎn)時(shí),泵輪雖有功率輸入,但因nT = 0而使 = 0 ;,隨nT 增大,流量逐漸下降,與其平方成正比的通流(摩擦)損失而隨之不斷下降,從而效,率不斷提高,在計(jì)算工況點(diǎn)i*(附近)各葉輪液流均無沖擊地進(jìn)入入口,從而使效率值達(dá)到最高;,速比再增加時(shí),雖然通流損失仍在下降,但沖擊損失又繼續(xù)增
24、加,使值下降。,當(dāng)達(dá)到最大速比imax1時(shí),流量為零,無功率輸出,值再次為零。,由于汽車經(jīng)常在大速比工況下工作,為了克服這一缺陷,故將導(dǎo)輪通過單向離合器后再與殼體相連。,設(shè)計(jì)中使速比i大于變矩系數(shù)K=1的速比im點(diǎn)時(shí),用液流的反向作用使導(dǎo)輪可自由轉(zhuǎn)動(dòng),,使液力變矩器轉(zhuǎn)變?yōu)榕己掀鞴r,故當(dāng)iim以后的范圍,理論上效率 1,從而使最高效率可達(dá)到0.95到0.97,提高了車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性。,3) 透過性,透過性是指變矩器渦輪軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化時(shí),是否影響泵輪軸上轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也相應(yīng)變化的能力。,通常以能容系數(shù)Cf(i)表示,如圖3.10所示,C為,(3.4),也有用力矩系數(shù)P來描述的,則 C P*g*D
25、5 ,為液體密度,D是變矩器循環(huán)圓有效直徑,g為重力加速度。,P越大,則C越大,即傳遞相同功率時(shí),變矩器的尺寸越小,負(fù)荷能力強(qiáng)。,而dC/di值則反映了透過性。,dC/di =0,變矩器為非透過性,即外部負(fù)荷TT及速度nT變化不會(huì)影響到泵輪與發(fā)動(dòng)機(jī)的工況,發(fā)動(dòng)機(jī)僅受油門開度的控制,顯然,這可充分保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī);,轎車上多用正透過性,即dC/di 0 ,起步時(shí), TT0工作在發(fā)動(dòng)機(jī)大轉(zhuǎn)矩處,隨nT增加,nP,向發(fā)動(dòng)機(jī)大功率工況移動(dòng),從而可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。,有時(shí)在低速比區(qū)會(huì)有一些dC/di0負(fù)透過性,而后很快就轉(zhuǎn)為正透過性,這種混合透過性也是可以用的,但在車輛中不采用dC/di0的透過性。,3
26、. 液力變矩器的閉鎖與滑差控制,液力變矩器的性能優(yōu)越,但最大的缺陷是效率低。,為了降低裝用液力變矩器汽車的油耗,而采用了閉鎖,即在液力變矩器的泵輪與渦輪之間,安裝一個(gè)可控制的離合器,當(dāng)汽車的行駛,工況達(dá)到設(shè)定目標(biāo)時(shí),控制離合器將泵輪與渦輪鎖成一體,液力變矩器隨之變?yōu)閯傂詸C(jī)械傳動(dòng),提高傳動(dòng)效率。,早在1953年就有了液力變矩器閉鎖專利,由于當(dāng)時(shí)油價(jià)便宜而忽視了它,到1967年能源危機(jī)以后,對其才日趨重視。,開始人們認(rèn)為閉鎖降低了乘坐舒適性,只適用于公共汽車、載貨汽車,這一觀念直到十多年后才被打破。,1978年克萊斯勒公司在轎車上首次成功使用了閉鎖離合器,可節(jié)油4%到6%,現(xiàn)在各種轎車上的液力變矩
27、器均已推廣應(yīng)用,不僅閉鎖,范圍擴(kuò)大,有滑差控制的離合器也在興起。,1) 閉鎖控制,閉鎖離合器的工作原理如圖3.11所示,當(dāng)閉鎖壓力油從油道進(jìn)入離合器3的左邊,而其右邊的油液經(jīng)油道回流。,兩邊的壓力差使裝于渦輪軸花鍵上活塞右移,直至變矩器前蓋4與閉鎖離合器之間的油被排出,使渦輪與泵輪穩(wěn)定地鎖在一起,如圖3.11(a)。,為了彌補(bǔ)液力變矩器的阻尼作用,吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng),在有的閉鎖離合器中還裝有減振彈簧。,離合器分離時(shí),油從油道進(jìn)入離合器3的右邊,而其左邊的油液經(jīng)油道泄油圖3.11(b)。,閉鎖的實(shí)質(zhì)是液力傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換,故有在何點(diǎn)閉鎖為佳的問題。,從理論上講,閉鎖點(diǎn)定在轉(zhuǎn)入偶合器工況點(diǎn)
28、為好,該點(diǎn)變矩器系數(shù)K1,既保證充分利用變矩器的自適應(yīng)長處,又減少了因閉鎖而造成的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的突變;,但也有為了擴(kuò)大高效率范圍在變矩器最高效率對應(yīng)的速比處閉鎖;,還有將閉鎖點(diǎn)設(shè)在最高效率與偶合器工況點(diǎn)之間的;,另外,也有少數(shù)將閉鎖點(diǎn)定在大于偶合器工況點(diǎn)的,以縮小閉鎖時(shí)的轉(zhuǎn)速差。,對于以提高效率為主要目的的城市大客車、載貨汽車、軍用汽車等,可將閉鎖點(diǎn)定在最高效率附近;,而轎車還需兼顧舒適性,則以定在偶合器工況點(diǎn)附近為宜。,2) 滑差控制,完全閉鎖對提高燃油經(jīng)濟(jì)性直接有效,故其閉鎖范圍在不斷擴(kuò)大;但它妨礙吸收振動(dòng)和沖擊,特別是低速時(shí),即使二段式的減振器也很難將其衰減。,而且在過低速比時(shí)閉鎖,當(dāng)車輛
29、快速制動(dòng)時(shí),還可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火,故在變矩器工況與全閉鎖工況間增加過渡的滑差控制。,所謂滑差控制是指閉鎖離合器處于打滑的半接合狀態(tài)。,其控制原理是:,通過閉鎖控制閥控制閉鎖離合器的接合壓力與分離壓力,接合壓力與分離壓力之間的壓力差,就代表了閉鎖離合器的轉(zhuǎn)矩容量,故它可以實(shí)現(xiàn)全閉鎖控制或各種程度滑差控制。,3.2.2 行星齒輪變速器,液力變矩器的無級(jí)變速性能雖然很好,但從經(jīng)濟(jì)性考慮它不能完全滿足車輛改變速度和變化動(dòng)力兩方面的要求,故需與齒輪傳動(dòng)串聯(lián)或并聯(lián),以擴(kuò)大其傳動(dòng)比與高效率工作范圍。,齒輪傳動(dòng)有旋轉(zhuǎn)軸式(行星齒輪系)與定軸式兩種。,雖然,人們熟悉的定軸式機(jī)械變速器工藝性好、成本低,但由于行星
30、齒輪傳動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕,特別是其具有與液力變矩器可實(shí)現(xiàn)功率分流的長處,故目前AT中多為此型。,顯然機(jī)械傳動(dòng)在AT中屬于輔助地位,故又稱其為輔助變速器。,1. 單排行星齒輪傳動(dòng)原理,行星傳動(dòng)類型很多,最簡單的是由太陽輪S、齒圈R、行星架C和行星架上的行星齒輪組成,如圖3.12所示。,圖3.12(a)所示的單行星排三元件的轉(zhuǎn)速特性方程:,(3.5),式中,nS、nR、nC分別為太陽輪轉(zhuǎn)速、齒圈轉(zhuǎn)速和行星架轉(zhuǎn)速;,為行星排結(jié)構(gòu)參數(shù), =ZR/ZS,ZR、ZS分別為齒圈和太陽輪齒數(shù);通常取4/3 4 。,式(3.5)是三元一次齊次方程,清楚地反映了單個(gè)行星排是二自由度機(jī)構(gòu),這正是其與
31、一自由度定軸式不同之處。,3構(gòu)件中任意兩者之間均無固定的轉(zhuǎn)速聯(lián)系,必須加一個(gè)約束條件(用制動(dòng)件使其一固定)或用離合器連接二者以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),才能獲得確定的傳動(dòng)比。,同時(shí),還可以看出方程的3個(gè)系數(shù)之和為0,這說明單行星排具有用離合器把其中任意兩個(gè)元件閉鎖,使行星排整體轉(zhuǎn)動(dòng)的特性。,這就是說,單行星排的輸入與輸出軸可實(shí)現(xiàn)減(超)速、等速或反轉(zhuǎn)(倒擋),即兩個(gè)前進(jìn)一個(gè)倒車的3個(gè)排擋。,但實(shí)際使用中,轎車目前均多為4前1倒或5前1倒,6前1倒的自動(dòng)變速器也即將投放市場。,大客車、軍車、重型貨車等所需擋位更多。,故實(shí)際行星齒輪變速器中是多個(gè)行星排的組合輪系,這時(shí)傳動(dòng)比可以通過解各個(gè)單行星排的運(yùn)動(dòng)方程及結(jié)
32、構(gòu)的約束方程所組成的聯(lián)立方程組來得到。,對太陽輪經(jīng)過兩個(gè)相互嚙合的行星輪才與齒圈相連的雙星行星排圖3.12(c),在行星架不轉(zhuǎn)時(shí),因太陽輪與齒圈旋轉(zhuǎn)方向相同,故在式(3.5)中以“- ”代入即可。,其可應(yīng)用范圍比單行星排擴(kuò)大了,且能以較少的齒輪組成變速器排擋,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難加工,裝配精度要求更高。,2. 換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu),因?yàn)樗旋X輪是處于常嚙合狀態(tài),AT擋位變換不同于手動(dòng)變速器用移動(dòng)撥叉變速,它是以對行星機(jī)構(gòu)的基本元件進(jìn)行約束來實(shí)現(xiàn)。,通常有離合器、制動(dòng)器和單向離合器3種執(zhí)行機(jī)構(gòu),具有連接、固定或鎖止功能,使變速器獲得不同傳動(dòng)比,從而達(dá)到換擋的目的。,1) 離合器,離合器的作用是連接行星排二元件
33、成為一體,采用的是多片濕式結(jié)構(gòu)。,通常由離合器鼓、活塞、回位彈簧、鋼片與摩擦片組、離合器轂及密封圈組成。,離合器鼓與輸入軸相連、離合器轂與輸出軸相連,如圖3.13所示。,其特點(diǎn)是徑向尺寸小,接合柔和,能獲得較大的摩擦面積,所以能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩,改變離合器片數(shù)的多少,即可改變所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。,離合器鋼片由鋼板沖壓而成,靠外齒與離合器鼓連接,可軸向移動(dòng)。,離合器摩擦片通??績?nèi)齒與離合器轂連接。,離合器摩擦片分為鋼片與摩擦材料兩部分。,其摩擦材料以紙基摩擦材料為主,以石棉、碳、纖維素等纖維或棉、本材、合成纖維作為母體材料,添加無機(jī)、有機(jī)的高摩擦性材料,攪拌后,浸漬酚醛類樹脂硬化而成。,然后將其粘在
34、鋼片上,厚度為0.38mm到0.76mm。,這種材料特點(diǎn)是多孔,網(wǎng)狀,具有彈性,摩擦系數(shù)高,高壓、高溫、高圓周速度時(shí)的穩(wěn)定性好。,離合器片每片厚1.5mm到2mm,平均每片間的間隙為0.3mm到0.5mm,總間隙因總片數(shù)不同而異,一般為2 mm到5 mm。,離合器接合:,當(dāng)壓力油經(jīng)過油道進(jìn)入活塞缸時(shí),油壓克服彈簧張力推動(dòng)活塞右移,將所有主、從動(dòng)件依次壓緊,即鋼片與摩擦片在摩擦力的作用下,一同旋轉(zhuǎn),離合器接合,動(dòng)力從輸入軸經(jīng)離合器傳到輸出軸。,離合器分離:,當(dāng)油壓撤除后,活塞在回位彈簧作用下回位,離合器分離,切斷輸入軸至輸出軸的動(dòng)力傳遞。,離合器液壓缸內(nèi)的離心油壓,在接合時(shí)影響壓緊力和儲(chǔ)備系數(shù),
35、分離時(shí)影響徹底分離。,為防止上述現(xiàn)象的發(fā)生,在活塞外圈上設(shè)有單向球閥。,當(dāng)壓力油經(jīng)油道進(jìn)入活塞油腔時(shí),單向閥的鋼球在油壓作用下封閉活塞上的排油孔,使,工作油液不能從活塞缸內(nèi)排出,這時(shí)油壓推動(dòng)活塞克服彈簧張力,使離合器接合。,當(dāng)油壓撤除后,單向閥的鋼球在離心力作用下離開球座,開啟泄油孔,使離心油壓得以釋放,保證離合器徹底分離。,但是,利用單向閥釋放離心油壓,其效果不太理想。,近年出現(xiàn)了離心平衡油室結(jié)構(gòu)(如圖3.14所示)取代了過去的單向閥,通過向離心平衡油室輸入潤滑油,消除了隨離合器鼓轉(zhuǎn)速變化而引起的附加離心壓力,保證了換擋過程的質(zhì)量。,富康轎車自動(dòng)變速器中已采用了這種最新的結(jié)構(gòu)。,2) 制動(dòng)器
36、,制動(dòng)器的作用是使所控制元件固定不轉(zhuǎn),常用帶式與片式兩種。,帶式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖3.15所示,由制動(dòng)帶及其伺服裝置(控制液壓缸)組成。,制動(dòng)帶是內(nèi)表面帶有鍍層的開口式環(huán)形鋼帶。,制動(dòng)帶開口的一端支承在與變速器殼體固連的支座上,另一端與伺服裝置相連。,按變形能力區(qū)分,可分為剛性制動(dòng)帶和撓性制動(dòng)帶。,剛性制動(dòng)帶比撓性制動(dòng)帶厚,具有較大的強(qiáng)度和熱容性,其缺點(diǎn)是不能產(chǎn)生與制動(dòng)鼓相適應(yīng)的變形。,撓性制動(dòng)帶在工作時(shí)可與制動(dòng)鼓完全貼合,而且價(jià)格低廉。,按結(jié)構(gòu)區(qū)分,制動(dòng)帶有單邊式和雙邊式兩種類型。,雙邊式制動(dòng)帶具有自行增力功能,制動(dòng)效果更好,多用于轉(zhuǎn)矩較大的低擋和倒擋制動(dòng)器。,用于不同擋位的同類型制動(dòng)帶內(nèi)表面
37、鍍層的材料不盡相同。,低、倒擋制動(dòng)帶鍍層多采用金屬摩擦材料,其作用是保證足夠的制動(dòng)力矩。高擋制動(dòng)帶一般使用有機(jī)耐磨材料防止制動(dòng)鼓過度磨損。,帶式制動(dòng)器平順性差,襯片磨損不均,故近來濕式多片制動(dòng)器應(yīng)用較多。,濕式多片制動(dòng)器在工作原理上,它與濕式多片離合器結(jié)構(gòu)類似,僅鋼片為固定不動(dòng),如圖3.16所示。,因其摩擦面積大,轉(zhuǎn)矩容量大,且反作用元件不產(chǎn)生徑向集中反力,并易于通過增減摩擦片數(shù)來實(shí)現(xiàn)系列化。,3) 單向離合器,單向離合器可以起到離合器與制動(dòng)器的作用,所不同的是以單向鎖止原理來實(shí)現(xiàn)固定或連接作用。,單向離合器傳遞轉(zhuǎn)矩容量大,空轉(zhuǎn)時(shí)摩擦小,且無須控制機(jī)構(gòu),工作完全由與之相連的元件的方向控制,瞬間
38、即可接合或分離,自動(dòng)切斷或接通變速時(shí)轉(zhuǎn)矩,從而保證平順無沖擊換擋,且簡化了液壓控制系統(tǒng)。,單向離合器常用的是滾柱斜槽式如圖3.17(a)和楔塊式圖3.17(b)所示。,早期的自動(dòng)變速器,為了提高換擋品質(zhì),采用單向離合器比較普遍,反而使結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。,隨著電控自動(dòng)變速器的發(fā)展,采用電控軟件技術(shù)同樣可以達(dá)到換擋平順的目的。,因此,取消與減少單向離合器已成為自動(dòng)變速器的一種趨勢。,3. 幾種典型的行星齒輪變速器,目前自動(dòng)變速器中的行星齒輪變速器大多為三自由度結(jié)構(gòu),主要有三類:即辛普森(Simpson)式、拉維娜(Ravigneaux)式及CRCR式。,1) 辛普森結(jié)構(gòu),這是以發(fā)明者Simpson
39、工程師命名的結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由兩個(gè)完全相同齒輪參數(shù)的行星排組成,如圖3.18所示。,優(yōu)點(diǎn)是齒輪種類少、加工量少、工藝性好、成本低;,以齒圈輸入、輸出,強(qiáng)度高,傳遞功率大;,無功率循環(huán),效率高;,組成的元件轉(zhuǎn)速低,換擋平穩(wěn)。,雖然是三自由度的變速器,每次換擋需操縱兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu),但因安排合理,實(shí)際上僅需更換一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。,故從40多年前發(fā)明迄今,一直廣泛為世界各國所采用。,我國的CA774、通用公司的THM125C、日產(chǎn)3N71B等均是這種結(jié)構(gòu)。,為了提高換擋品質(zhì),如圖3.18所示中由2擋換3擋時(shí),釋放制動(dòng)器B1與接合離合器C1的交換應(yīng)及時(shí)。,否則,C1接合過早,使各元件間會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉;B1釋
40、放太快,則使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)、轟響,且使換擋沖擊增加。,為此,在B1與太陽輪元件之間又串聯(lián)了一個(gè)單向離合器F2,可使換擋平順。,但為了在需要時(shí)2擋能產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng),又增設(shè)了制動(dòng)器B3,這樣使結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。,為進(jìn)一步提高燃料經(jīng)濟(jì)性和降低噪聲,車輛向多擋化發(fā)展,4擋自動(dòng)變速器已成為轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。,4擋自動(dòng)變速器除前后行星排用一個(gè)輔助構(gòu)件相連外,其他行星排完全獨(dú)立,形成具有5個(gè)獨(dú)立元件(上述為4個(gè)獨(dú)立元件)的辛普森機(jī)構(gòu)。,故可用增加一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的辦法(離合器或制動(dòng)器)即實(shí)現(xiàn)4擋,如圖3.19所示。,HydraMatic700R4A、B4AEL都是采用該結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有尺寸小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。,4擋自
41、動(dòng)變速器也有在原3擋辛普森結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上用積木構(gòu)成法,加一個(gè)參數(shù)與前兩排一樣的行星排來增加擋位的。,圖3.20所示為豐田A340E自動(dòng)變速器的行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu),所加的行星排可前置或后置,以實(shí)現(xiàn)超速或減速傳動(dòng)。,Benz、Allison AT-540、日產(chǎn)K-R80等都采用了類似的結(jié)構(gòu)。,2) 拉維娜結(jié)構(gòu),拉維娜行星齒輪機(jī)構(gòu)是由一個(gè)單行星排與一個(gè)雙星行星排組合而成的復(fù)合式行星機(jī)構(gòu)。,拉維娜行星齒輪機(jī)構(gòu)共用一行星架、長行星輪和齒圈,故它只有4個(gè)獨(dú)立元件(如圖3.21所示)。,其特點(diǎn)是構(gòu)成元件少、轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸短、尺寸小、傳動(dòng)比變化范圍大、靈活多變、適合FR式布置。,改進(jìn)的拉維娜4擋變速器,
42、如捷達(dá)、帕薩特選裝的AG4(如圖3.22所示)僅用3個(gè)離合器、2個(gè)制動(dòng)器和1個(gè)單向離合器,就實(shí)現(xiàn)了4擋變速。,3) CR-CR結(jié)構(gòu),CR-CR結(jié)構(gòu)是指將2組單行星排的行星架C和齒圈R分別組配的變速器,其特點(diǎn)是變速比大、效率高、元件軸轉(zhuǎn)速低。,福特公司的CD4E與通用公司的THM440-T4均屬此型。,神龍富康A(chǔ)L4四擋自動(dòng)變速器是1997年投產(chǎn)的CR-CR型,其結(jié)構(gòu)如圖3.23所示。,由于在液壓系統(tǒng)中的電磁閥增加至9個(gè),不僅對擋位離合器(制動(dòng)器)的油壓,并且對壓力儲(chǔ)能器、節(jié)流孔等均實(shí)現(xiàn)電子化控制。,更主要的是換擋時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器間進(jìn)行綜合控制,從而使其取代了單向離合器的功能,且各擋都具有發(fā)動(dòng)機(jī)
43、制動(dòng)作用,結(jié)構(gòu)簡單。,3.2.3 液壓系統(tǒng),液壓系統(tǒng)是自動(dòng)變速器的重要組成部分,為液力變矩器提供傳動(dòng)介質(zhì),完成變速器自動(dòng)換擋控制。,同時(shí),它還保證變速器各部分的潤滑,使變速器得到可靠的散熱和冷卻。,可見,液壓系統(tǒng)起到傳動(dòng)、控制、操縱、冷卻和潤滑等功能。,1. 液壓系統(tǒng)的組成,在電子控制自動(dòng)變速器中,采用的是電控式液壓系統(tǒng)。,自動(dòng)變速器的液壓系統(tǒng)由動(dòng)力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、冷卻潤滑系統(tǒng)等組成。,動(dòng)力源是被液力變矩器泵輪驅(qū)動(dòng)的油泵,它向控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)供應(yīng)壓力油以完成換擋,同時(shí)為液力變矩器提供傳動(dòng)介質(zhì)并進(jìn)行冷卻補(bǔ)償,向行星齒輪系統(tǒng)提供潤滑油。,執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指行星齒輪系統(tǒng)的離合器、制動(dòng)器。,控制機(jī)
44、構(gòu)的作用是在汽車行駛過程中接收換擋信號(hào),控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,使變速器得到不同擋位。,同時(shí),它能改善換擋平順性,保證換擋過程正常進(jìn)行。,控制機(jī)構(gòu)由主油路調(diào)壓裝置、換擋閥和緩沖安全裝置及液力變矩器控制裝置組成。,1) 油泵,通常用內(nèi)嚙合齒輪泵、擺線轉(zhuǎn)子泵或葉片泵,為減少在高速時(shí)油泵引起的過高的動(dòng)力損失,目前所用葉片泵大多為流量可變型。,三種油泵在結(jié)構(gòu)上的共同點(diǎn)是:轉(zhuǎn)子與定子之間有一定的偏心距。,葉片泵的轉(zhuǎn)子與定子之間的偏心距可自動(dòng)調(diào)節(jié),達(dá)到改變流量的目的,防止了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)供油太多的缺陷,提高了系統(tǒng)效率。,2) 主油路調(diào)壓閥,由于油泵供油的脈動(dòng)性,必須經(jīng)過調(diào)節(jié)使主油路的壓力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。,主油路調(diào)壓
45、閥的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖3.24所示。,來自油泵的壓力油從進(jìn)油口進(jìn)入閥體并作用于活塞端面。,當(dāng)主油路壓力小于規(guī)定值時(shí),活塞上端面的液體壓力小于彈簧預(yù)緊力,泄油口處于關(guān)閉狀態(tài)。,當(dāng)主油路壓力超過規(guī)定范圍后,活塞在液壓力的作用下克服彈簧預(yù)緊力下移,泄油口開啟。,部分壓力油被排出,從而保證主油路壓力不至過高。,由此可見,主油路壓力是由調(diào)壓閥彈簧的預(yù)緊力控制的。,對于使用齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵的自動(dòng)變速器來說,由調(diào)壓閥排出的多余壓力油將回到油底殼。,若采用葉片泵,這部分壓力油會(huì)被送入葉輪殼內(nèi),定子在油壓的作用下產(chǎn)生徑向移動(dòng),使其和轉(zhuǎn)子之間的偏心距減小,油泵的泵油量得到控制,進(jìn)而從根本上限制了主油路壓力。,如果主
46、油路系統(tǒng)中只有一個(gè)調(diào)壓閥,它除了控制主油路壓力之外,還要調(diào)節(jié)進(jìn)入液力變矩器和潤滑系統(tǒng)的油壓。,某些自動(dòng)變速器的主油路系統(tǒng)包括兩個(gè)調(diào)壓閥:一個(gè)是主油路調(diào)壓閥,另一個(gè)是第二調(diào)壓閥,也稱變矩器閥,用來控制變矩器的油壓。,如果將控制油壓引入主油路調(diào)壓閥彈簧腔,則可以通過調(diào)節(jié)控制油壓來改變主油道的,壓力,使變速器在不同的擋位均可獲得不同的離合器(制動(dòng)器)工作油壓。,在電控自動(dòng)變速器中,通過控制比例電磁閥,可以使主調(diào)壓閥的輸出油壓隨發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷大小而變化,而且對換擋離合器和制動(dòng)器的接合壓力及液力變矩器的閉鎖離合器的接合壓力也可調(diào)制,使其更適應(yīng)提高換擋品質(zhì)的需要。,3) 手控制閥,手控制閥的作用是提供換擋操
47、縱手柄位置信號(hào),控制液壓系統(tǒng)接通不同的操縱油路,使自動(dòng)變速器按照駕駛員的操縱意圖工作。,如圖3.25所示,選擋操縱手柄通過連桿與手控制滑閥的一端相連。,當(dāng)選擋手柄位于空擋或停車擋時(shí),由手控制閥通往操縱油路的油道被關(guān)閉,操縱油路中無液壓油、來自油泵的壓力油經(jīng)A口進(jìn)入閥體,由B口輸出至主油路調(diào)壓閥。,若手柄位于前進(jìn)擋或其他位置時(shí),滑閥沿閥體移動(dòng)到相應(yīng)位置,接通操縱油路,液壓系統(tǒng)按照駕駛員選擇的擋位完成相應(yīng)的工作。,4) 換擋閥,主油路壓力油經(jīng)換擋閥控制流入相應(yīng)的擋位離合器(制動(dòng)器)。,在AT中,換擋閥滑閥一端受離心調(diào)速器輸出油壓的作用,另一端受到節(jié)氣門閥輸出油壓和彈簧的共同作用,換擋閥的工作取決于
48、節(jié)氣門閥和離心調(diào)速器的綜合作用。,在電控自動(dòng)變速器中,車速和節(jié)氣門信號(hào)均輸入ECU,由ECU通過電磁閥來控制換擋閥的換向,如圖3.26所示。,5) 緩沖安全裝置,緩沖安全裝置用來改善換擋品質(zhì)。較為常見的有蓄能器和單向節(jié)流閥等。,(1) 蓄能器,蓄能器由減振活塞和彈簧組成,如圖3.27所示。,在自動(dòng)變速器的每個(gè)前進(jìn)擋都設(shè)有相應(yīng)的蓄能器,它并聯(lián)在換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油路中。,自動(dòng)變速器換擋時(shí),從換擋閥的主油路來的壓力油在進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸的同時(shí)也進(jìn)入蓄能器的減振活塞下部。,在換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)接合初始,油壓增長迅速,使液壓缸的活塞迅速克服它的自由行程,使換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)接合。,當(dāng)油壓增長到一定值時(shí),液壓缸活塞下方
49、的油壓大于活塞上方的彈簧力,使減振活塞上,升,油路中的一部分液壓油進(jìn)入蓄能器,延緩了換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸充油時(shí)間,減小了換擋沖擊。,通常在減振活塞上方還有調(diào)節(jié)油壓,或稱為蓄能器背壓,調(diào)節(jié)油壓隨節(jié)氣門開度變化。,在節(jié)氣門開度較大時(shí),適當(dāng)?shù)亟档托钅芷鞯臏p振能力,會(huì)加快換擋過程,防止大負(fù)荷傳遞動(dòng)力時(shí)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)打滑,以滿足換擋要求。,(2) 單向節(jié)流閥,單向節(jié)流閥串聯(lián)在換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的油路中,它的作用是用來對流向換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓油,產(chǎn)生節(jié)流作用,使換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)在接合時(shí)能延緩油壓增長速率,以減小換擋沖擊。,在換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離過程中,單向節(jié)流閥不起節(jié)流作用,以加快換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的泄油分離過程。,單向節(jié)流閥,
50、如圖3.28所示。,它有兩種形式,一種是彈簧節(jié)流閥式,一種是球閥節(jié)流孔式。,除此之外,在不同型號(hào)自動(dòng)變速器的液壓系統(tǒng)中,還有定時(shí)閥、順序閥和限流閥等元件,它們的功能都是通過控制壓力油的流量(速)以達(dá)到提高換擋品質(zhì)的目的。,6) 液力變矩器控制裝置,若液力變矩器的油液在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后被部分或全都排干,將導(dǎo)致變矩器工作打滑或變速器換擋時(shí)間滯后。,因此,通常在主油路調(diào)壓閥與液力變矩器之間的油路中設(shè)置變矩器閥。,變矩器閥的工作原理與主油路調(diào)壓閥類似。,關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后,主油路壓力下降,變矩器閥關(guān)閉上述油路,防止液力變矩器排空油液。,另外,液力變矩器油路系統(tǒng)中還有閉鎖控制閥,用以控制閉鎖離合器閉鎖時(shí)刻。,根
51、據(jù)閉鎖離合器的工作特點(diǎn),只有當(dāng)汽車在良好路面上行駛,且泵輪與渦輪之間轉(zhuǎn)速差較小時(shí)才能使變矩器閉鎖。,因此,閉鎖控制閥根據(jù)汽車的實(shí)際行駛情況,在適當(dāng)時(shí)機(jī)鎖止(或解除鎖止)泵輪與渦輪。,在大多數(shù)自動(dòng)變速器中,當(dāng)變速器換入前進(jìn)擋的較高擋位而且車速足夠高時(shí),閉鎖控制閥接通閉鎖離合器的油路,使液力變矩器進(jìn)入閉鎖狀態(tài)。,2. 液壓控制系統(tǒng)工作原理,以四擋自動(dòng)變速器為例。,有4個(gè)前進(jìn)擋的自動(dòng)變速器通常有3個(gè)換擋閥。,這3個(gè)換擋閥可以分別由3個(gè)換擋電磁閥來控制,也可以只用兩個(gè)電磁閥來控制,并通過3個(gè)換擋閥之間油路的互鎖作用實(shí)現(xiàn)4個(gè)擋位的變換。,目前大部分電子控制自動(dòng)變速器采用由兩個(gè)電磁閥操縱3個(gè)換擋閥的控制方
52、式。,這種換擋控制的工作原理如圖3.29所示。,1-2擋換擋閥和3-4擋換擋閥由電磁閥A控制,2-3擋換擋閥則由電磁閥B控制。,電磁閥不通電時(shí)關(guān)閉泄油孔,來自手動(dòng)閥的主油路壓力油通過節(jié)流孔后作用在各換擋閥右端,使閥芯克服彈簧力左移。,電磁閥通電時(shí)泄油孔開啟,換擋閥右端壓力油被泄空,閥芯在左端彈簧力的作用下右移。,圖3.29(a)為1擋,此時(shí)電磁閥A斷電,電磁閥B通電,1-2擋換擋閥閥芯左移,關(guān)閉2擋油路;2-3擋換擋閥閥芯右移,關(guān)閉3擋油路。,同時(shí)使主油路油壓作用在3-4擋換擋閥閥芯左端,讓3-4擋換擋閥閥芯停留在右端。,圖3.29(b)為2擋,此時(shí)電磁閥A和電磁閥B同時(shí)通電,1-2擋換擋閥右
53、端油壓下降,閥心右移,打開2擋油路。,圖3.29(c)為3擋,此時(shí)電磁閥A通電,電磁閥B斷電,2-3擋換擋閥右端油壓上升,閥芯左移,打開3擋油路。,同時(shí)使主油路壓作用在1-2擋換擋閥左端,并讓3-4擋換擋閥閥芯左端控制壓力泄空。,圖3.29(d)為4擋,此時(shí)電磁閥A和電磁閥B均不通電,3-4擋換擋閥閥芯右端控制壓力上升,閥芯左移,關(guān)閉直接擋離合器油路,接通超速擋制動(dòng)器油路。,由于1-2擋換擋閥閥芯左端作用著主油路油壓,雖然右端有壓力油作用,但閥芯仍保持在右端不能左移。,3.2.4 電子控制系統(tǒng),電子控制自動(dòng)變速器采用電液式控制系統(tǒng),即電控液壓操縱系統(tǒng)。,電液式控制系統(tǒng)的核心是電子控制系統(tǒng),電子
54、控制系統(tǒng)由信號(hào)輸入裝置(傳感器、控制開關(guān))、電子控制裝置(ECU)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部件組成,如圖3.30所示。,傳感器將汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),ECU根據(jù)這些電信號(hào),按照設(shè)定,的控制程序發(fā)出控制信號(hào),通過各種電磁閥(換擋電磁閥、油壓電磁閥等)來操縱閥體總成中各個(gè)控制閥的工作,以完成各種控制任務(wù)。,1. 自動(dòng)換擋規(guī)律,在自動(dòng)變速器中,自動(dòng)換擋規(guī)律關(guān)系到動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各總成潛力的挖掘與整體最優(yōu)性能的發(fā)揮,直接影響車輛的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、通過性及對環(huán)境的適應(yīng)能力。,故它是自動(dòng)變速器中最核心的技術(shù)。,換擋規(guī)律是指兩排擋間自動(dòng)換擋時(shí)刻隨控制參數(shù)變化的關(guān)系。,它應(yīng)該是單值的,即對輸入變量(換擋
55、控制參數(shù))的每組合,僅存在唯一的輸出狀態(tài)要么維持現(xiàn)狀,要么升擋或降擋。,其類型有單參數(shù)、雙參數(shù)和組合型換擋規(guī)律。,1) 單參數(shù)換擋規(guī)律,單參數(shù)換擋規(guī)律多取車速V為控制參數(shù),如圖3.31所示。,當(dāng)車速達(dá)到V2時(shí),升入2擋。反之,當(dāng)車速降至V1時(shí)換回到1擋,V1與V2間是兩擋都可能工作區(qū),視車輛原來的行駛狀況而定。,這種升、降擋之間交錯(cuò)現(xiàn)象,稱為換擋延遲或換擋重疊,其作用是防止剛升上新?lián)鯐r(shí),不會(huì)因換擋過程中總會(huì)伴有的車速略微下降,按原規(guī)律又要降擋,爾后因汽車又加速至V2而升擋。,這種現(xiàn)象稱為“換擋循環(huán)(不斷地來回?fù)Q擋)”。,單參數(shù)換擋規(guī)律雖然結(jié)構(gòu)最簡單,但不管節(jié)氣門開度如何變化,換擋點(diǎn)、換擋延遲的
56、大小都不變,不能實(shí)現(xiàn)駕駛員干預(yù)換擋;,另一方面為了保證動(dòng)力性,升擋點(diǎn)多設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速點(diǎn),這就造成中小節(jié)氣門開度也要在發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速點(diǎn)才換擋,噪聲大,加,之難于兼顧動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性的要求,故已很少采用。,2) 雙參數(shù)換擋規(guī)律,雙參數(shù)換擋規(guī)律克服單參數(shù)換擋規(guī)律的缺點(diǎn),其控制參數(shù)類型有:車速與節(jié)氣門開度、液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速與渦輪轉(zhuǎn)速、車速與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管真空度等。,但當(dāng)前采用最多的形式仍為車速V與節(jié)氣門開度 。,從換擋延遲角度,雙參數(shù)換擋規(guī)律又分為等延遲型如圖3.32(a)所示、發(fā)散型如圖3.32(b)所示、收斂型如圖3.32(d)所示與組合型4種。,等延遲型換擋規(guī)律使小節(jié)氣門時(shí)可以提前換入高
57、擋,減小發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲,又可延遲換回低擋,改善燃油經(jīng)濟(jì)性。,發(fā)散型在大節(jié)氣門開度時(shí)換擋延遲所引起的輸入軸轉(zhuǎn)速的變化較大、功率利用差。,為彌補(bǔ)該缺點(diǎn),出現(xiàn)了帶強(qiáng)制低擋的發(fā)散型如圖3.32(c)所示,使它保持了換擋次數(shù)較少、舒適性高的優(yōu)點(diǎn),又克服了其缺點(diǎn),故它在轎車自動(dòng)變速器中應(yīng)用較多。,收斂型的發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速低、燃料經(jīng)濟(jì)性好、噪聲低、行駛平穩(wěn)舒適,它適合于功率較低的貨車。,由于收斂型優(yōu)于其他類型,也可推廣到其他類型的車輛上。,組合型是上述各種類型綜合而成的換擋規(guī)律。,以Allison 公司的CLBT型重型載貨汽車自動(dòng)變速器為例(如圖3.33所示),可清楚看出,在小節(jié)氣門開度( 25%)時(shí),以舒適、穩(wěn)
58、定、少污染為主,采用了單參數(shù)規(guī)律;,而在中節(jié)氣門(25% 75%)時(shí),以保證最佳燃料經(jīng)濟(jì)性為主,兼顧動(dòng)力性,采用收斂型;,當(dāng)大節(jié)氣門開度( 75%)時(shí),則以獲得最佳動(dòng)力性為準(zhǔn),用等延遲型。,可以說它是揚(yáng)長避短地運(yùn)用了各種規(guī)律。,3) 智能化換擋規(guī)律,在人-車-路的大系統(tǒng)中,汽車控制的優(yōu)劣主要反映在車輛與環(huán)境(路)的協(xié)調(diào)、車輛與人的協(xié)調(diào)上。,故電子自動(dòng)控制系統(tǒng)可存儲(chǔ)多種規(guī)律供駕駛員選用,不僅有經(jīng)濟(jì)性規(guī)律、動(dòng)力性(又稱運(yùn)動(dòng)型)規(guī)律,而且還有一般(日常)規(guī)律、環(huán)境溫度及隨外界條件變化的規(guī)律等。,即換擋點(diǎn)可以自由設(shè)定為各種規(guī)律。,賽歐轎車有運(yùn)動(dòng)、經(jīng)濟(jì)與雪地3種規(guī)律;而富康轎車則存儲(chǔ)了10種規(guī)律,它們可
59、分別或同,時(shí)交替工作,共同控制自動(dòng)變速狀態(tài)。,特別是采用了模糊邏輯控制和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制技術(shù),使其實(shí)現(xiàn)了智能化控制。,但仍然以雙參數(shù)或是動(dòng)態(tài)三參數(shù)為基本控制規(guī)律,其他因素視為確定換擋規(guī)律的輔助條件。,電子控制單元(ECU)根據(jù)選擋桿位置,從存儲(chǔ)器中調(diào)出相應(yīng)的規(guī)律,再按dV/dt、V、 等控制參數(shù)值與換擋規(guī)律比較,當(dāng)達(dá)到設(shè)定換擋點(diǎn)時(shí),ECU便向電磁閥發(fā)出指令,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。,由于ECU運(yùn)算控制功能的提高,在日常規(guī)律行駛時(shí),已不再用操縱手柄調(diào)用所需規(guī)律,而可自動(dòng)選擇。,在前進(jìn)擋(D)中,當(dāng)加速踏板踩下的速率d /dt超過程序中設(shè)定的速率時(shí),ECU由經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力性規(guī)律。,故將車速V和節(jié)氣門開度的組合分成一定數(shù)量的區(qū)域,如圖3.34所示,每個(gè)區(qū)域有不同的節(jié)氣門開啟速率程序值。,當(dāng)實(shí)際值大于它時(shí),為動(dòng)力性規(guī)律,反之為經(jīng)濟(jì)性規(guī)律。,程序值的分布規(guī)律是,車速越低或節(jié)氣門開度越大,其值越小,即越易進(jìn)入動(dòng)力性規(guī)律;,而且當(dāng)節(jié)氣門開度低于1/8時(shí),動(dòng)力性規(guī)律立即轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)性規(guī)律。,另一方面,為了使駕駛者體會(huì)自已開車的樂趣,或希望保持該擋通過特定路面,近來手動(dòng)-自動(dòng)可轉(zhuǎn)換的變速器在中高級(jí)轎車上日益增多。,我國奧迪A6選裝的Tiptronic自動(dòng)變速器,可在自動(dòng)模式下的D擋位,直接轉(zhuǎn)到手動(dòng)操作模式M。,2. 信號(hào)輸入裝置,電子控制自動(dòng)變速器用到的信號(hào)輸入裝置有傳
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