汽车电子控制自动变速系统全解
第四章汽车电子控制自动变速系统,第一节电子控制自动变速系统的组成 第二节自动变速器的分类 第三节齿轮变速系统的结构原理 第四节液压控制系统的结构原理 第五节电子控制系统的结构原理 第六节电子控制自动变速系统的控制过程 第七节自动变速系统故障诊断与排除 第八节自动变速系统控制部件的检修,第一节电子控制自动变速系统的组成,一、变速系统 自动变速器的变速系统是由液力变矩器、换挡执行机构和齿轮变速机构组成。液力变矩器安装在发动机飞轮上，其主要功用是将发动机输出的动力传递给变速器的输入轴。除此之外，液力变矩器还能实现无级变速，且具有一定的减速增扭作用。 换挡执行机构包括换挡离合器和换挡制动器，其功用是改变齿轮变速机构的传动比，从而获得不同的挡位。 齿轮变速机构又称为齿轮变速器，其功用是实现由起步至最高车速范围内的无级变速。,下一页,返回,第一节电子控制自动变速系统的组成,二、液压控制系统 液压控制系统由液压传动装置(油泵、自动传动液)、阀体(电磁阀、换挡阀、锁止阀和调压阀等)以及连接这些液压装置的油道组成。 油泵通常安装在液力变矩器的后面，由发动机飞轮通过液力变矩器壳体直接驱动，其功用:一是为液力变矩器和液压控制系统提供具有一定压力的传动油液;二是为齿轮变速机构和变速器运动部件提供润滑油液。油泵作为液压控制系统的动力源将油底壳中的自动传动液ATF( Automatic Transmission Fluid)泵出，经过调压阀将油压调节到规定值后，一部分输送到液力变矩器，其余输送到液压控制系统的控制机构、换挡执行机构和齿轮变速机构，以便实现挡位变换和运动部件的润滑 液压控制系统的功用是:根据电磁阀的工作状态，控制换挡元件(换挡离合器和换挡制动器)的油路接通与切断，从而改变齿轮变速机构的传动比来实现自动换挡。,下一页,上一页,返回,第一节电子控制自动变速系统的组成,三、电子控制系统 自动变速电子控制系统与其他电子控制系统一样，也是由传感器与各种控制开关、电子控制自动变速电控单元ECT ECU和执行器三部分组成。 传感器包括节气门位置传感器TPS、车速传感器VSS、冷却液温度传感器CTS等;控制开关包括换挡规律选择开关(或驱动模式选择开关)、超速行驶O/D开关、空挡启动开关、制动灯开关等。 执行器包括换挡电磁阀和锁止电磁阀。换挡电磁阀一般设有两只，即1号电磁阀和2号电磁阀;锁止电磁阀一般设有一只，即3号电磁阀。除此之外，液压控制系统的换挡阀和锁止阀，变速系统的液力变矩器、换挡离合器、换挡制动器以及齿轮变速机构都属于电子控制系统的执行器。,上一页,返回,第二节自动变速器的分类,一、按汽车驱动方式分类 按驱动方式自动变速器可分为后驱动(即后轮驱动)和前驱动(即前轮驱动)自动变速器。为了便于区分前、后驱动自动变速器，一般将前轮驱动自动变速器称为自动驱动桥。 前、后驱动两种变速器在结构和布置上具有较大的区别。后驱动自动变速器的输入轴和输出轴在同一轴线上，因此轴向尺寸较大，控制阀体总成布置在变速器的下方。自动驱动桥(前驱动自动变速器)除了具有后驱动自动变速器相同的组成部分之外，还配装有主传动器(主传动器安装在变速器壳体内部)。横置式发动机配装自动驱动桥时，由于受到汽车横向尺寸的限制，因此通常设计成两轴式变速器，即液力变矩器和齿轮变速器输入轴设计在上方，输出轴设计在下方，控制阀阀体总成布置在侧面或上方，以保证汽车具有足够的离地间隙;纵置式发动机配装自动驱动桥的布置形式与配装后驱动自动变速器基本相同。,下一页,返回,第二节自动变速器的分类,二、按前进挡的挡位数目分类 按目前使用的齿轮变速器前进挡的数目，自动变速器可分为两挡(2个前进挡)、三挡(3个前进挡)和四挡(4个前进挡)三种，其中配装四挡自动变速器的汽车较多。由于四挡自动变速器具有超速O/D( Over/Drive )挡，因此，能够提高汽车的最高车速和改善燃油经济性。 三、按变速齿轮的类型分类 按变速器齿轮变速机构的类型不同，自动变速器可分为固定轴线齿轮机构式和行星齿轮机构式两种。 固定轴线齿轮机构式自动变速器的体积较大，传动比较小，采用车型较少;行星齿轮机构式自动变速器结构紧凑，能够获得较大的传动比，大多数轿车都采用了行星齿轮式自动变速器。,下一页,上一页,返回,第二节自动变速器的分类,四、按液力变矩器的类型分类 按液力变矩器的类型，自动变速器可分为普通液力变矩器式、综合液力变矩器式和锁止液力变矩器式三种。 普通液力变矩器是指由泵轮、涡轮和导轮三个元件组成的液力变矩器。综合式液力变矩器是指在导轮与导轮固定套管之间装有单向离合器的液力变矩器。综合式液力变矩器的变矩器工况与藕合器工况可以自动进行转换。目前，大多数轿车采用了带有锁止离合器的锁止式液力变矩器。当车速达到一定值时，变速控制系统自动控制锁止离合器接合(锁止)，将液力变矩器的输入部分与输出部分连成一体，使发动机的动力直接传递到齿轮变速器的输入轴，从而提高传动效率，降低燃油消耗。,下一页,上一页,返回,第二节自动变速器的分类,五、按控制方式分类 按控制方式不同，自动变速器可分为液压控制式自动变速器和电子控制式自动变速器。 液压控制式自动变速器A/T( Automatic/Transmission)由液力变矩器、带有液压控制换挡执行元件(离合器和制动器)的齿轮变速器(目前普遍采用行星齿轮变速器)以及液压控制阀(手控阀、换挡阀、反映节气门开度的节气门阀、反映车速的调速阀等)组成，其全称是全液压机械传动式自动变速器，简称液压自动变速器，通常用字母“ A/ T”表示。 电子控制式自动变速器ECT由液力变矩器、带有液压控制换挡执行元件(离合器和制动器)的齿轮变速器(目前普遍采用行星齿轮变速器)、液压控制阀(手控阀、换挡阀等)和电子控制系统(传感器与控制开关、电子控制单元和电磁阀)等组成，通常用字母ECT表示，以区别于液压控制式自动变速器A/T。,下一页,上一页,返回,第二节自动变速器的分类,六、自动变速器的优缺点 (1)驾驶操纵简便 (2)提高整车性能 (3)高速节约燃油,上一页,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,一、锁止式液力变矩器 (一)锁止式液力变矩器的结构特点 锁止式液力变矩器是指装有锁止离合器、能够直接传递动力的液力变矩器，又称为闭锁式液力变矩器。丰田A140E , A340E , A341 E , A342E , A43 DE型、日产L4 N71 B型、通用CLBT5000 ,6000 , DP8000系列液力自动变速器均采用锁止式液力变矩器 锁止式液力变矩器的结构如图4一3所示，由综合式液力变矩器和锁止离合器组成。,下一页,返回,图4一3锁止式液力变矩器的结构,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,(二)锁止式液力变矩器的控制原理 锁止式液力变矩器的工作状态由传动液ATF的流向进行控制，如图4一4所示。锁止离合器的控制油道分为内油道A和外油道B。 汽车低速行驶时速比较小，变矩器处于变矩工况工作。液压控制系统控制传动液ATF由变速器输入轴的中心油道(内油道A)流入锁止压盘左侧，如图4一4(a)所示，锁止压盘在油压作用下向后移动，离合器处于分离状态。传动液由变速器轴的中心油道(内油道A)流入，经变矩器从外油道B流出至冷却器冷却。此时动力传递路线为:发动机、曲轴上的驱动盘、变矩器前盖、泵轮、涡轮、涡轮毂、变矩器输出轴(即变速器输入轴)。,下一页,上一页,返回,图4一4锁止式液力变矩器的控制原理,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,二、行星齿轮变速机构 (一)行星齿轮机构的结构特点 行星齿轮机构是指:在齿轮机构中，至少有一个轴线可以绕共同的固定轴线转动的齿轮机构。自动变速器是由多个行星排组成，行星排多少取决于排挡数量。 最简单的行星齿轮机构称为单排行星齿轮机构，其结构如图4一5所示，由太阳轮1、内齿圈2、行星架3、行星轮4和行星轮轴5组成。,下一页,上一页,返回,图4 -5单排行星齿轮机构的结构,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,(二)行星齿轮机构的运动规律 众所周知，平行轴式齿轮变速机构传动比的计算公式为:主动轮转速与从动轮转速之比或从动轮齿数与主动轮齿数之比。在行星齿轮机构中，虽然将不是齿轮的行星架虚拟成一个具有明确齿数的齿轮(齿数=太阳轮齿数+内齿圈齿数)之后，其传动比也可按平行轴式齿轮变速机构传动比的计算公式来计算。但是，由于行星齿轮的轴线是转动的，且虚拟齿轮及其齿数来源不便于理解，因此，需要利用行星齿轮机构的运动规律方程式来计算其传动比。此外，通过分析单排行星齿轮机构的运动规律，便可了解双排、多排或其他形式组合而成的行星齿轮变速器的变速原理。单排行星齿轮机构的受力情况如图4一6所示。,下一页,上一页,返回,图4一6行星齿轮机构受力情况,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,根据单排行星齿轮机构的受力情况建立力矩平衡方程式后，再根据能量守恒定律可得太阳轮、内齿圈和行星架三个部件上输入与输出功率的代数和等于零的方程式，即可得到单排行星齿轮机构的运动规律方程式，即 (三)行星齿轮机构的变速原理 由运动规律方程式(4一1)可见，将太阳轮、内齿圈和行星架三者中的任意元件与主动轴相连作为输入主动件，第二元件与被动轴相连作为输出从动件，再将第三元件强制固定(称为制动)使其转速为零或约束其运动使其转速为某一定值，则整个轮系就能以一定的传动比传递动力，实现不同挡位和速度的变化。,下一页,上一页,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,1.内齿圈固定(n2=0) (1)太阳轮为主动件(输入)，行星架为从动件(输出)减速传动 在内齿圈固定(n2 -0)的前提下，由式(4一1)可得传动比i13为: 当太阳轮按顺时针方向转动时，如图4 -7( a)所示，各行星齿轮既要分别绕各自的轴沿逆时针方向转动(即自转)，还要沿内齿圈并绕太阳轮沿顺时针方向滚动(即公转)，同时带动行星架绕太阳轮沿顺时针方向旋转。太阳轮旋转3. 33转，行星架旋转1转。因为从动件(行星架)与主动件(太阳轮)旋转方向相同，且从动件转速低于主动件转速，因此这种方案可以实现减速传动。,下一页,上一页,返回,图4一7内齿圈固定时行星齿轮 机构工作情况,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,(2)行星架为主动件(输入)，太阳轮为从动件(输出)超速传动 在内齿圈固定(n2 -0)的前提下，由式(4一1)可得传动比i31为: 2.太阳轮固定(n1=0) (1)内齿圈为主动件(输入)，行星架为从动件(输出)减速传动 在太阳轮固定(n1=0)的前提下，由式(4一1)可得传动比i23为:,下一页,上一页,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,(2)行星架为主动件(输入)，内齿圈为从动件(输出)超速传动 在太阳轮固定(n1=0)的前提下，由式(4一1)可得传动比i32为: 3.行星架固定(n3=0) (1)太阳轮为主动件(输入)，内齿圈为从动件(输出)倒挡减速传动 在行星架固定(n3=0)的前提下，由式(4一1)可得传动比i12为:,下一页,上一页,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,(2)内齿圈为主动件(输入)，太阳轮为从动件(输出)倒挡升速传动 在行星架固定(n3=0)的前提下，由式(4一1)可得传动比i21为: 4.连锁任意两个元件(n1=n2或n1=n3或n2=n3)直接挡传动 5.所有元件都不受约束空挡 在太阳轮、内齿圈和行星架三个元件中，如果所有元件都不受约束(固定)，任何两个元件也没有连锁成一体，则各元件将自动转动，即当输入轴转动时，输出轴可以不动，行星齿轮机构将不传递动力，此种方案可作为空挡。,下一页,上一页,返回,第三节齿轮变速系统的结构原理,三、换挡执行机构 自动变速器的换挡执行机构有换挡离合器(简称离合器)和换挡制动器(简称制动器)两种。目前采用的离合器有单向离合器与片式离合器两种;制动器有片式制动器和带式制动器两种。单向离合器的类型以及结构原理与液力变矩器以及启动系统使用的单向离合器基本相同，故不赘叙。片式离合器或片式制动器是一种利用传动液ATF压力来推动活塞移动，从而使离合
