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现代汽车新技术概论第四章 现代汽车自动变速器技术复习提问：1、新能源汽车主要有哪些？2、油电混合汽车的主要优点？导入新课：自动变速器种类很多，主要有液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)。从技术发展角度看，关键是电子技术、电液控制技术和传感技术。第三章现代汽车自动变速器技术上一页 下一页【教学目标】掌握和理解自动变速器新技术的发展现状及各种变速器的基本原理，自动变速器主要有液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)。了解自动变速器的自动控制系统。上一页 下一页【教学要求】知识要点 能力要求 相关知识液力变矩器 熟悉其基本组成部件，以及变矩器的基本原理。变矩器的特性曲线以及与汽车的匹配方法。行星齿轮变速器 掌握行星齿轮的基本组成结构及工作原理，以及辛普森式行星齿轮机构和拉维奈尔赫式行星齿轮机构的结构和工作原理，掌握速比的计算方法。太阳轮、齿圈、行星齿轮架、行星齿轮。AT、AMT了解AT、AMT自动变速器的组成结构，工作原理及控制过程。掌握AT、AMT自动变速器的结构区别，相互之间的优缺点、适用范围。AT、AMT自动变速器的离合器自动控制、变速器换挡的自动控制、发动机节气门开度的自动控制。无级自动变速器(CVT)掌握各部分的组成以及功能,理解其工作原理并能画出原理图，掌握其电气系统的工作原理,掌握其控制原理模型图及控制原理无级变速器由电控系统、液压控制系统、传动装置、速比调节装置、安全缓冲装置和金属带组成.自动控制系统 了解自动变速器控制系统的组成以及了解换挡规律通过分析两种控制系统的类型来认知自动变速器的组成。以及单参数、双参数的自动换挡规律控制，以及最佳动力性、最佳经济性换挡特性。第四章 现代汽车自动变速器技术4-1 自动变速器技术综述4-2 液力变矩器 4-3 液力自动变速4-4 电控机械式自动变速器4-5 无级变速器CVT4-6 自动变速器换挡控制系统 本章小结上一页 下一页4-1 自动变速器技术综述上一页 下一页 返 回自动变速器种类很多，主要有液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)。从技术发展角度看，关键是电子技术、电液控制技术和传感技术。1.液力传动自动变速器液力传动是以液体动能传递能量的叶片传动机械，液力自动变速器由三大部分组成：液力变矩器、自动变速器本体、控制系统。液力变矩器具有无级连续变速和变矩的能力，对外部负载有良好的自动调节和适应性能，从根本上简化了操纵。它既具有离合器的功能，又使发动机与传动系之间实现“柔性连接和传动，因而将发动机和底盘这两大振动源分隔，减轻了车辆的振动，提高了车辆乘坐舒适性，使车辆起步平稳，加速均匀、柔和。目前，广泛应用的液力自动变速器是液力变矩器与机械传动部件共同构成一个不可分割的整体，它在原有液力变矩器的基础上，利用液力传动、机械传动和功率分流原理，改变和改善变矩器的特性，使之能与多种发动机进行理想的匹配，使各种车辆获得良好的动力性能和燃油经济性，液力自动变速器综合了液力传动技术、液压控制技术、机械传动技术和电子控制技术，成为现代汽车普遍采用的一种自动变速器(简称AT)之一。2.有级式机械自动变速器是在定轴式齿轮变速器的基础上发展起来的，由齿轮变速器与电液控制系统组成。定轴式齿轮变速器是有级排挡的传动机械，以其效率高、成本低、生产技术成熟的特点而获得广泛应用，但这种变速器存在着换挡频繁、劳动强度大、动力中断、以及驾驶员水平对车辆行驶性能有较大影响等缺陷，随着电子技术的发展和微电脑控制技术的应用，现已研制出以机械式手动起步，而换挡自动控制的有级式机械自动变速器；1983年日本五十铃公司最先开发出电子控制全机械式有级自动变速器NAVI5，装于ASKA轿车，以60km/h行驶时，比液力机械自动变速器省油10%30%左右，受到了普遍的欢迎；此后，美国、欧洲一些国家的汽车公司也相继开始这方面的研究与开发。有级式机械自动变速器的基本理论是：驾驶员通过加速踏板和选挡器（包括排挡范围、换挡时机、巡航控制等），各种传感器随时检测车辆工况，微电脑接收并处理信号输出指令，通过电动和液压分别对油门开度、离合器接合及换挡三者进行控制，以执行最佳匹配，从而获得最佳的行驶性能、平稳起步性能和迅速换挡的能力。有级式机械自动变速器具有自动变速的优点，又保留了齿轮式机械变速器传动效率高、价廉、容易制造的长处，但与液力自动变速器相比，自动换挡控制的难度较高而且控制精度的要求也很高。上一页 下一页 返 回3.电子控制无级自动变速器 省油、降低排气污染、操纵简便、行驶舒适的无级变速器(简称CVT)一直是人们追求的目标，早期通过控制双锥体改变接触半径获得传动比连续变化的方法，因接触部分挤压应力太高而难于实用化。目前中小轿车上使用的电子控制无级变速器，以金属三角带进行传动，简称为CVT。这种金属三角带是荷兰VDT 公司的专利，它利用10层厚0.2mm 的铝合金薄铜带串上约280片三角形的钢片制成，这种金属三角带可承受很大的拉力和侧向压力，钢带装在工作半径可变的带轮上，靠液压改变带轮的半径来改变速比，如图4.2。CVT的最大优点是可以实现全程无级变速，电子控制机构可以使CVT在各种工作状态下保持最佳的传动比和平滑的换挡，使汽车具有良好的牵引性能，驱动力与车速曲线呈平稳圆滑下降。上一页 下一页 返 回图4.2 CVT 带轮传动变速结构示意图CVT变速器由电子控制部分、液压控制部分、液力变矩器和机械无级变速器等组成，机械无级变速器主要由金属三角带、可变槽宽带轮、一组行星齿轮机构、一组前进多片离合器、一组倒挡多片制动器等组成，主动带轮和从动带轮的槽宽由液压油缸来控制改变，从而改变了三角带与带轮的接触位置获得可变的传动比，执行变速。上一页 下一页 返 回4-2 液力变矩器液力变矩器是AT的主要组成部分之一。液力变矩器(Torque Convener，简称TC)通过液体与工作轮叶片的相互作用，将机械能转换为液体能来传递动力，通过液体动量矩的变化来改变转矩的传动元件，具有无级连续改变速度与转矩的能力。它对外部负载有良好的自动调节和适应性能，从根本上简化了操作；它能使车辆平稳起步，加速迅速、均匀、柔和；由于用液体来传递动力，进一步降低了尖峰载荷和扭转振动，延长了动力传动系统的使用寿命，提高了乘坐舒适性和车辆平均行驶速度以及安全性和通过性。上一页 下一页 返 回1.液力变矩器的结构及工作原理1)液力变矩器的构造液力变矩器的构造与液力偶合器基本相似，主要区别是在泵轮和涡轮之间加装了一个固定的工作油导向工作轮-导轮，并与泵轮和涡轮保持一定的轴向间隙，通过导轮座固定于变速器壳体，为了使工作油有良好循环以确保液力变矩器的性能，各工作轮都采用了弯曲成一定形状的叶片。图4.3是液力变矩器的构造简图，主要由可旋转的泵轮B和涡轮T，以及固定不动的导轮D三个元件组成。常用液力变矩器的工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成，泵轮与液力变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘或飞轮上（或通过齿轮与飞轮齿圈啮合），壳体做成两半，装配后焊成一体（有的用螺栓连接），涡轮通过从动轴与变速器的其它部件相连，导轮则通过导轮座与变速器的壳体相连，所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。上一页 下一页 返 回Flash2)液力变矩器工作原理液力变矩器正常工作时，贮于循环圆内腔中的工作油，除绕液力变换器轴做圆周运动以外，还在循环圆中循环流动；与偶合器的不同是，由于多了一个固定不动的导轮，在液体循环流动的过程中，导轮给涡轮一个反作用力矩，从而使涡轮输出力矩不同于泵轮输入力矩，因而具有“变矩”的功能。液力变矩器不仅传递力矩，且能在泵轮力矩不变的情况下，随着涡轮的转速不同而改变涡轮输出的力矩。发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮一同旋转，泵轮内的工作油在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片流回泵轮叶片内缘，形成循环的工作油，导轮的作用是改变涡轮上的输出力矩，由于从涡轮叶片下缘流向导轮的工作油仍有相当大的冲击力，只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度，就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出力矩。液力变矩器中液体同时绕工作轮轴线作旋转运动和沿循环圆的轴面循环旋转运动，如图4.3箭头所示，轴面循环按先经泵轮，后经涡轮和导轮，最后又回到泵轮的顺序，进行反复循环。变矩器工作原理如图4.4所示。图中F为单向离合器。上一页 下一页 返 回图4.4 变矩器工作原理图上一页 下一页 返 回2.液力变矩器的特性液力变矩器的特性可用特性参数评价，用特性曲线来描述。如图4.5所示。从特性曲线可以全面了解液力变矩器在各种不同工况时的性能。经常用到的有外特性曲线和原始特性曲线，有时还用到全特性曲线。图4.5 液力变矩器的原始特性曲线上一页 下一页 返 回1）液力变矩器的外特性曲线外特性曲线表示液力元件的扭矩、效率与输出转速的关系，一般由试验得出。通常是在试验时，保持nB为定值，测定MT=f（nT）及MB=f（nT），然后计算效率=f（nT）。最后绘成曲线，如图4.6。液力变矩器的外特性曲线，通常还用另一种表示方法：在试验时保持MB为定值，测定MT=f（nT）及nB=f（nT），然后计算的=f（nT），最后绘成曲线如图4.7。图4.6 液力变矩器的外特性曲线 图4.7（定力矩试验）液力变矩器的外特性曲线上一页 下一页 返 回2）原始特性曲线 在外特性曲线基础上,原始特性曲线是以B=f（i）、=f（i）、K=f（i）的形式来表示的特性曲线，如图4.8。上述外特性与原始特性是一般牵引工况的特性曲线，位于直角坐标的第I象限内。在某些工作机上由于载荷的特点工作区域超出第I象限，此时的特性曲线称全特性曲线。全特性曲线表示的是反传工况、制动工况特性。3）液力变矩器的特性参数主要有：泵轮力矩MB、泵轮转速nB涡轮力矩MT、涡轮转速nT、传动比i、变矩系数K、循环圆直径D、传动效率等。i=nT/nB,K=MT/MB 图4.8 液力变矩器的原始特性曲线 3.液力变矩器与整车的匹配汽车动力性能和经济性能的好坏，很大程度上决定于液力变矩器与发动机共同工作的性能。只有做到两者间的合理匹配，才能使液力变矩器、机械传动部分和操纵部分相互协调，将发动机的特性优良的转换为工作机的特性。因此，在选用液力变矩器时，匹配是个重要问题。1)液力变矩器与发动机的匹配原则为使工作机具有良好的动力性能和经济性能，理想的匹配应满足以下几个方面:(1）液力变矩器零速工况的输入特性曲线通过发动机的最大实用扭矩点，以使工作机在载荷最大时获得最大输出扭矩；(2)液力变矩器最高效率工况的输入特性曲线通过发动机最大实用功率的扭矩点，同时高效范围在发动机最大实用功率点附近，以提高发动机的功率利用率。(3)经济性能好，如电动机应始终在额定工况运转，内燃机应在比油耗最低的区域运转。(4)满足工作机使用中的特殊要求。如轿车要求噪声小和舒适性好。实际上，同时满足以上四点是不可能的，因为它们之间互相矛盾和相互制约，所以液力变矩器与发动机的匹配，应根据工作机器的具体要求和特点，综合各方面的情况，分清主次进行研究分析。液力变矩器与发动机匹配方案的确定，一般是给出几个方案同时进行动力性能计算，通过对动力性能和经济性能的全面分析比较，最后选取一种最好的方案。目前，确定液力变矩器与内燃机最合理的匹配应从机器最高生产率和最佳经济性来考虑。在工作范围内，平均输出功率最大和平均燃料消耗最小是最合理的匹配。2)实现匹配方案的方法(1）发动机和液力变矩器都已给定。由式 可知，改变B（B泵轮力矩系数、液体重度）可使输入特性的位置移动。改变B，选用具有不同B的变矩器，可改变共同工作范围。如采取设计叶片形状，泵轮叶片可旋转、导轮叶片可旋转、双导轮或双涡轮等措施，不仅改变B同时也会改变其他性能参数如K、i、等。B增大时共同工作范围向低转速区移动。(2）发动机给定和液力变矩器型式的确定。由式 可知，增大D，共同工作范围左移，减小D，同工作范围右移。见图4.9。图4.9 循环圆直径对共同工作范围的影响4-3 液力自动变速器上一页 下一页 返 回液力变矩器的无级变速性能虽然很好，但从经济性考虑，它不能完全满足车辆改变速度和变化动力两方面的要求，故需与齿轮传动串联或并联，以扩大其传动比与高效率工作范围。行星齿轮传动易于实现自动化、结构紧凑、质量轻，特别是其具有与液力变矩器可实现功率分流的长处，故目前AT中多为此型。显然机械传动在AT中属于辅助地位，故又称其为辅助变速器，这样完整的AT是由3部分组成：液力变矩器、齿轮变速器、自动换挡控制系统。上一页 下一页 返 回1.行星齿轮传动的基本原理行星齿轮变速器通常由23个行星排组成行星齿轮机构，但其工作原和基本结构，可由最简单的单排行星齿轮机构来说明。简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构，三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就确定了。如图4.10分别为三种情况。图4.10 简单行星齿轮旋转方向上一页 下一页 返 回太阳轮t、内齿轮q和行星架j三个组件中，可任选两个分别作为主动件和从动件，而使另一组件固定行动，或使其运动受一定的约束，则整个轮系即以一定的传动比传递动力，称该行星排具有两个自由度。根据单排行星齿轮机构的运动特性方程式：可以看出，在太阳轮、内齿圈和行星架这3个基本组件中，可以任选其中两个基本组件分别作为主动件和从动件，只要给定第三个基本组件确定的运动，即可得到确定的速比。下表分别列出各种可能的情况：表4-1 单排行星齿轮机构传动比各种可能的情况固定组件 主动组件 被动组件 传动比i 传动方式1 内齿轮 太阳轮 行星架 减速增扭传动2 太阳轮 内齿轮 行星架 减速增扭传动3 行星架 太阳轮 内齿轮=减速增扭倒挡传动4 太阳轮 行星架 内齿轮 加速减扭传动5 内齿轮 行星架 太阳轮 加速减扭传动6 行星架 内齿轮 太阳轮 加速减扭倒挡传动7 基本组件都没有被固定，亦即无任何一组组件被动，又无 自由转动 任意二组组件连成一体，各基本组件可以自由转动 空挡状态8 任意两组组件相互连接 直接传动注：nt、nq、nj分别表示太阳齿轮、齿圈、行星架的转速，=Zq/Zt称为行星排的特性参数。Z代表齿轮的齿数，下标表示相应的齿轮。上一页 下一页 返 回2.典型的行星齿轮机构在自动变速器上使用的行星齿轮机构，应用较多的有辛普森齿轮机构和拉维奈尔赫齿轮机构，此外还有各公司自主开发的独特组合齿轮机构。早期轿车自动变速器常采用2个前进挡或3个前进挡，新型轿车自动变速器大部分采用4个前进挡；前进挡的数目越多，行星齿轮变速器中的离合器、制动器及单向超越离合器的数目就越多；离合器、制动器、单向超越离合器的布置方式主要取决于行星齿轮变速器前进挡的挡数及所采用的行星齿轮机构的类型，对于行星齿轮机构类型相同的行星齿轮变速器来，其离合器、制动器及单向超越离合器的布置方式及工作过程基本上是相同的，因此解各种行同类型行星齿轮机构所组成的行星齿轮变速器的结构和工作原，是掌握各种车型自动变速器结构和工作原的关键，目前自动变速器所采用的行星齿轮机构的类型主要有两类，即辛普森式行星齿轮机构和维奈尔赫式行星齿轮机构。上一页 下一页 返 回1）辛普森式行星齿轮变速器辛普森式行星齿轮变速器是由辛普森式行星齿轮机构和相对的换挡操作组件组成的，目前大部分自动变速器采用这种行星齿轮变速器；辛普森式行星齿轮机构是一种十分著名的双排行星齿轮机构，由两个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成。其结构特点如下：（1）前后两个行星排的太阳轮连接为一个整体，称为前后太阳轮组件。（2）前一个行星排的行星架和后一个行星排的内齿圈连接为另一个整体，称为前行星架和后内齿圈组件。（3）输出轴通常与前行星架和后内齿圈组件连接。如图4.11。图4.11 辛普森式行星齿轮机构传动原理图1.前齿圈 2.前行星齿轮 3.前行星齿轮架和后齿圈组件 4.前后太阳轮组件 5.后行星轮 6.后行星齿轮架上一页 下一页 返 回根据前进挡的挡数不同，可将辛普森式行星齿轮变速器分为辛普森式3挡行星齿轮变速器和辛普森普森式4挡行星齿轮变速器两种。在辛普森式行星齿轮机构中设置5个换挡操作组件：2个离合器、2个制动器和1个单向超越离合器，即可使之成为一个具3个前进挡和1个倒挡的行星齿轮变速器。这5个换挡操作组件的布置（如图4.12）所示，离合器C1用于连接输入轴和前后太阳轮组件，离合器C2用于连接输入轴和前内齿圈，制动器B1用于固定前后太阳轮组件，制动器B2和单向超越离合器F1是用于固定后行星架，制动器B1和B2可以使用带式制动器或片式制动器。（a）结构（b）换挡执行组件的布置图4.12 辛普森式3挡行星齿轮变速器1.输入轴 2.倒挡及高速挡离合器 3.前进离合器毂及倒挡及高速挡离合器毂 4.前进离合器毂和前齿圈 5.前行星齿轮架 6.前后太阳轮组件 7.后行星齿轮架和低挡及倒挡离合器毂 8.输出轴C1.倒挡及高挡离合器C2.前进制动器B1.2挡制动器B2.低挡及倒挡制动器F1.低挡单向超越离合器上一页 下一页 返 回这5个换挡操作件在各挡位的工作情况见表4-2。由表中可知，当行星齿轮变速器处于停车挡和空挡之外的任何一个挡位时，5个换挡操作件中有两个处于工作状态(接合、制动或锁定状态)，其余3个不工作(分离、释放或自由状态)；处于工作状态的两个换挡操作件中至少有一个是离合器C1或C2，以使输入轴与行星排连接，当变速器处于任一前进挡时，离合器C2处于接合状态，此时输入轴与行星齿轮机构的前内齿圈接合，使前内齿圈成为主动件，因此，离合器C2也称为前进离合器。倒挡时，离合器C1接合，C2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C1在3挡(直接挡)时也接合，因此离合器C1也称为倒挡及高挡离合器。制动器B1仅在2挡才工作，称为2挡制动器或第二制动器。制动器B2在1挡和倒挡时在工作，因此称为低挡及倒挡制动器或低/倒挡制动器。由此可知，换挡操作件的不同工作组合决定行星齿轮变速器的传动方向和传动比，从而决定行星齿轮变速器所处的挡位。早期的轿车自动变速器多采用3挡行星齿轮变速器，其最高挡3挡是传动比为1的直接挡。进入80代后，随着对汽车燃油经济性的要求日趋严格，越越多的轿车自动变速器采用4挡行星齿轮变速器。其最高挡4挡是传动比小于1的超速挡，这种自动变速器的优点除能低汽车燃油消耗外，还可以使发动机经常处于较低转速运转工作，以减小运转噪音，延长发动机的使用寿命。表4-2 辛普森式3挡行星齿轮变速器挡位与操作件工作表注：表示结合、制动或锁定这种型式的4挡行星齿轮变速器可以使原辛普森式3挡行星齿轮变速器的大部分零件仍可以使用，有于减少生产投资、降低成本，目前大部分轿车采用这种型式的4挡自动变速器，有些车型的这种自动变速器将超速行星排设置在原辛普森式3挡行星齿轮变速器的后端，但其工作原是相同的。上一页 下一页 返 回2.拉维奈尔赫式行星齿轮变速器维奈尔赫式行星齿轮变速器采用的是与辛普森式行星齿轮机构一样著名的维奈尔赫式行星齿轮机构，这是一种复合式行星齿轮机构，它由一个单行星轮式行星排和一个双行星轮式行星排组合而成：后太阳轮和长行星齿轮、行星架、内齿圈共同组成一个单行星轮式行星排；前太阳轮、短行星齿轮、长行星齿轮、行星架和内齿圈共同组成一个双行星轮式行星排(图4.13)。2个行星排共享一个内齿圈和一个行星架，因此它只有4个独组件，即前太阳轮、后太阳轮、行星架、内齿圈。这种行星齿轮机构具有结构简单、尺寸小、传动比变化范围大、灵活多变化等特点，可以组成有3个前进挡或4个前进挡的行星齿轮变速器。自上世纪70代开始应用于许多轿车，特别是前轮驱动式轿车的自动变速器，如奥迪、褔特、马自达等车型的自动变速器。图4.13 拉维奈尔赫式行星齿轮机构1.前太阳轮 2.后太阳轮 3.行星架 4.短行星轮 5.长行星轮 6.齿圈在维奈尔赫式行星齿轮机构中设置5个换挡操作组件(2个离合器、2个制动器和1个单向超越离合器)，可使之成为一个具有3个前进挡和1个倒挡的3挡行星齿轮变速器。上一页 下一页 返 回图4.14为维奈尔赫式3挡行星齿轮变速器的传动原理图，图中前太阳轮、长行星齿轮、短行星齿轮、行星架和内齿圈组成一个双行星轮式行星排，也称为前行星排；后太阳轮、长行星齿轮、行星架和内齿圈组成一个单行星轮式行星排，也称为后行星排。在5个换挡操作件中，离合器C1用于连接输入轴和后太阳轮，它在所有前进挡中处于接合状态，故称为前进离合器；离合器C2用于连接输入轴和前太阳轮，它在倒挡和3挡(直接挡)时接合，故称为倒挡及高挡离合器；制动器B1用于固定前太阳轮，它在2挡时工作，故称为2挡制动器；制动器B2用于固定行星架，它在倒挡或自动变速器操纵手柄位于前进低挡时工作，故称为低挡及倒挡制动器。单向超越离合器F1在逆时针方向对行星架有锁定作用，它只在1挡时工作，故称为1挡单向超越离合器。图4.14 拉维奈尔赫氏3挡行星齿轮变速器1.输入轴 2.前太阳轮 3.后太阳轮 4.长行星轮 5.短行星轮 6.行星架 7.齿圈 8.输出轴 C1.前进离合器 C2.倒挡及直接挡离合器 B1.2挡制动器 B2.低挡及倒挡离合器 F1.1挡单向离合器上一页 下一页 返 回3.固定轴式自动变速器固定轴式变速器采用普通外啮合齿轮，各相对齿轮是固定啮合，但传递动力与否取决于相对应离合器是否啮合。固定轴式变速器多由三条平行轴构成，变速器的总长较小，故一般用在前轮驱动的轿车上，固定轴式变速器的操作组件只有多片式离合器和单向离合器，没有制动器；操作件的数目较少。由于它体积较大，该结构用于轿车上的还仅日本本田公司。如图4.15。图4.15 本田Accord自动变速器传动示意图1变矩器；2中间轴第1挡齿轮；3中间轴第3挡齿轮；4第1轴第3挡齿轮；5第3挡离合器；6第4挡离合器；7第1轴第4挡齿轮；8第1轴倒挡齿轮；9倒挡惰轮；10第1轴惰轮；11第1轴；12中间轴第2挡齿轮；13中间轴惰轮；14停车齿轮；15中间轴；16停车锁；17第2轴；18第2轴惰轮；19中间轴倒挡齿轮；20第2轴第2挡齿轮；21倒挡结合套；22中间轴第4挡齿轮；23伺服阀；24第2挡离合器；25第1挡离合器；26第2轴第1挡齿轮；27单向离合器；28第1挡固定离合器；29主减速器齿轮；30油泵上一页 下一页 返 回4-4 电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器（简称AMT）不仅保留了手动变速器机械效率高、成本低的特点，也实现了液力机械式自动变速器的功能和优点。由于电控机械式自动变速器是完全在平行轴式手动变速器的基础上加装自动操纵机构实现自动换挡的，因此它保留了原手动变速器传动效率高、价廉、易于制造等优点，而且还具有AT由于实现了起步、换挡自动操作所带来的全部优点，但是由于结构形式的限制，与AT相比，这种自动变速器在控制上难度较大，主要体现在一下几个方面：(1)它需要切断动力换挡，但又没有液力变矩器在起步、换挡过程中起缓和冲击及减振作用。(2)与湿式多片离合器相比，单、双片干式离合器不允许长时间打滑，否则会烧坏摩擦片，因此对起步、换挡过程的控制要求较高。(3)固定轴式变速器比旋转轴式变速器难于自动化，多采用拨叉换挡，比用离合器和液压制动器换挡冲击大。(4)机械式自动变速器需要在换挡时变化节气门，而液力自动变速器的换挡过程是在定节气门状态下进行。上一页 下一页 返 回(5)由于液力变矩器具有自适应性能，坡上起步较容易。而机械式变速器要靠驾驶员的熟练操作使制动器、离合器和发动机节气门三者协调工作，才能实现坡上起步。因此，自动化后需要增加坡道辅助起动装置，以提高其安全性。由此可以看出，起步与换挡是机械自动变速器控制功能的关键。电控机械式自动变速器主要由干式离合器、带同步器的齿轮式变速器、微电脑及其电子控制系统组成。电控机械自动变速器的换挡系统是在手动变速器和干式离合器的基础图4.16 电控机械式自动变速器系统原理图上,应用自动变速理论,由电控单元(ECU)控制执行机构实现车辆起步、换挡自动操纵。其工作原理如图4.16所示ECU根据驾驶员的意图(油门踏板、制动踏板、变速器手柄)及车辆的状态(发动机转速、离合器从动盘转速、车速)按换挡规律实时、在线地担负起多路输入信号的采集、加工处理以及控制决策和控制指令的发出;借助相应的执行机构自动地完成节气门开度的调整、离合器的分离和接合、变速器的换挡动作,使换挡过程自动完成。目前汽车上常用的AMT采用了微机控制，在车辆上取消了离合器踏板和变速杆,只保留了加速踏板,通过它向微机发出要控制车辆的上一页 下一页 返 回信息。机械式自动变速器除自动变速功能外，还具有自动巡航控制、故障自诊断、手动变速、坡上辅助起步等功能。1.电控机械式自动变速器的组成及分类1)电控机械式自动变速器的组成电控机械式自动变速器系统主要由四大部分组成：被控制系统、电子控制器（ECU）、执行机构、传感器。换挡时，发动机节气门开度的调节、离合器的分离和接合、变速器的选换挡机构都需要进行自动控制。按驾驶员的意图实现车辆运行状况的改变。执行机构由选换挡执行机构、离合器分离接合执行机构和油门执行机构组成。离合器执行机构由直流伺服电机驱动，通过控制减速机构实现离合器自动分离和平稳接合控制。变速器执行机构包括选挡机构和换挡机构，分别由两个步进电机驱动，完成摘挡、选位和挂挡操作。油门执行机构由步进电机驱动，完成对油门踏板位置的跟踪以及换挡过程中发动机转速的调节。传感器用于实时监测车辆运行状态，采集ECU控制所需的各种信息，同时将采集到的信号转换成ECU能识别的信息，便于ECU进行处理，并对车辆运行做出及时反应以调整行驶状态。上一页 下一页 返 回2)电控机械式自动变速器的类型根据电控机械自动变速系统选换挡和离合器的操纵方式不同可分为液压驱动式、气压驱动式和电机驱动式3种。液压驱动式电控机械自动变速系统中，选换挡和离合器的操纵靠油压来实现，因此，必须建立一个液压系统。因为节气门的自动操纵可以独立于自动变速系统，所以对节气门的操纵可以采用液压、电机或者线形电磁铁等多种驱动方式。液压系统根据电控单元的指令控制电磁阀，使执行机构自动地完成离合器分离、接合和变速器选换挡。电控液动选换挡系统具有容量大、操作简便、易于实现安全保护、具有一定的吸振与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点。采用高速开关阀控制离合器的系统中，存在的主要缺点就是温度变化会使离合器的执行机构中液压油的粘度发生变化，因而使离合器回油管路压力损失产生变化。其次是液压元件对加工精度要求非常高，造成成本提高较多。气压驱动式电控机械自动变速器中，选换挡和离合器的操纵靠气压来实现，因此，需要有一个气压系统。由于气压系统存在压力波动较大，对离合器的精确控制不利。因此，这种方式目前应用较少。电机驱动式电控机械自动变速器是采用直流电动机来驱动选换挡机构和离合器，属于电驱动方式。与液压驱动的相比，具有机构简单，控制灵活，对环境的适应能力强，工艺简单，成本低，能耗小等特点。目前电机驱动式存在缺点，缺点是电机的执行动作没有液压精确，而且选换挡的动作比较迟缓，对于选换挡速度不需要太快的情况下可以使用电机驱动。上一页 下一页 返 回2.电控机械式自动变速器的工作原理电控机械式自动变速器系统的功能包含车辆所有的工作情况，其工作过程与非自动变速车辆是相同的，程序软件控制过程应包括：1)起步控制2)换挡控制3)离合器控制上一页 下一页 返 回阅读材料4-1双离合系统变速器简称DSG（英文全称：Direct Shift Gearbox），能消除换档离合时的动力传递停滞现象。DSG变速箱在换档过程中微小的液压功耗损失和极短的换档时间使整个换档过程达到了高效率，从而降低了能量的损耗，自然就提高了加速性和车辆燃油经济性。如图4.17所示。图4.17 DSG双离合器示意图1-换挡机构 2-电控单元 3-输入轴 4-输入轴 5-双离合器例如 布加迪EBl6.4 Veyron的新型7速变速器是装置了双离合器，从一个档位换到另一个档位，时间不会超过0.2秒。现在，这种双离合器已经从赛车应用到一般跑车上。奥迪汽车公司的新型奥迪TT跑车和新奥迪A3都已经装置了这种DSG。除了大众集团使用的DSG双离合器变速器外，目前像日产新的超级跑车GT-R也采用博格华纳的双离合器变速器，三菱新一代EVO也使用双离合器变速器，还有宝马将在自己的M系列运动轿车上采用7速的M DKG的双离合器变速器。上一页 下一页 返 回3.离合器的自动控制机械式自动变速器不再有离合器踏板，离合器的工作需与发动机节气门及换挡操纵配合协调，控制系统对这种配合的要求很高。只有实现离合器的最佳接合规律，才能保证汽车起步、换挡过程的质量，减少对传动系统零部件的冲击，延长这些部件的使用寿命和提高乘坐舒适性。1）离合器的最佳接合规律在起步换挡过程中，离合器操纵不仅受车辆载荷、坡度、发动机转速、车速及挡位等因素的影响，也受驾驶员的人为因素和一些偶然因素影响。因此，离合器的最佳接合规律不仅是以人机工程学来模拟优秀驾驶员的操纵动作和感觉，而且应该做得更好。根据影响离合器接合的因素及使用性能对离合器提出的基本要求，经数学处理和优化后即能确定在各种节气门开度、发动机转速、道路坡度、传动比、车重及车速等条件下的离合器最佳接合规律。离合器就按此规律工作。主要影响因素包括：离合器接合行程从离合器分离到结合为止，其行程大致可分三个阶段（如图4.18）：零转矩传递阶段、转矩传递急速增长阶段、恒转矩传递阶段。上一页 下一页 返 回图4.18 离合器接合过程行程与传递转矩的关系因第一阶段无转矩传递，故接合速度较快，可实现快速起步或减少换挡时功率中断的时间。第二阶段速度较慢，以获得平稳起步或换挡，提高乘坐舒适性和减少传动系冲击载荷；但过慢的速度又会造成滑摩时间长，影响离合器寿命，故需控制在一定时间内完成。第三阶段速度也较快，以使压紧力尽快达到最大值，并保留分离轴承与分离叉之间的间隙。节气门开度节气门踏板的操纵反映了驾驶员的意图，被用于控制离合器的接合速度。在离合器接合的前阶段，其速度正比于节气门开度。但在踩下节气门踏板准备起动发动机时，离合器不接合，而需发动机达到目标转速neo(即发动机在该节气门开度下最大转矩对应的转速)后才平稳接合，以防止熄火。在离合器接合的后阶段，因发动机与变速器输入轴已接近同步，接合速度不需再受节气门控制。上一页 下一页 返 回汽车起步时离合器接合的速度分缓慢、正常和急速等不同程度，主要按节气门踏板的踏入量来控制。中、高车速范围时的离合器控制，除受节气门大小的影响外，还与节气门开度的变化率有关。发动机转速离合器接合时，发动机转速ne会出现变化，接合的速度越快转速ne的波动量越大。为防止发动机输出转矩小于离合器从动轴转矩，使发动机转速ne下降过低而引起爆震。造成车身振动甚至发动机熄火，控制系统需先计算发动机的目标转速neo如果发现该节气门开度下的neneo，则离合器分离，停止接合。挡位与车速由于变速器输出转矩的大小与挡位即传动比成正比，低挡传动比大，后备牵引力就大，从而使汽车的加速度也大，传动系统可能产生的动载荷也越大。因此，从提高离合器接合平顺性、乘坐舒适性及减小动载考虑，应放慢离合器接合速度vc，故低挡时换挡时间长，如图4.19所示。此外，由于车速间接地反映了外界的负荷大小，在同一节气门开度下行驶时，车速越高说明外部阻力越小，所以离合器接合速度可以加快。图4.19 离合器接合速度与挡位的关系上一页 下一页 返 回(5)坡度与载荷道路坡度和汽车载荷的增加，均会引起发动机转速的峰值及输出转矩的明显变化。为了降低动载荷与提高接合平稳性，离合器的接合速度被适当放慢。2）离合器的执行机构 图4.20 机械式自动变速器的液压系统1-液压泵；2-压力继电器；3-蓄压气；4-电磁阀；5-离合器操纵液压缸上一页 下一页 返 回（1）分离电磁阀Y1接通，Y2、Y3和Y4关闭，压力油进入液压缸，离合器分离，用于防止发动机熄火及换挡。（2）保持分离保持分离 Y1、Y2、Y3和Y4均关闭，缸内液压油被封闭，活塞不动，离合器保持分离。（3）接合Y1关闭，Y2、Y3和Y4由驱动电磁阀的脉冲电流的脉冲幅值控制，分别或同时接通，脉冲越宽，活塞运动速度越快。系统根据行程传感器的信号，对执行机构的实际运动进行修正，实现按最佳接合规律动作，配合车辆起步、换挡。（4）保持接合离合器接合后，除Y2外所有电磁阀全部关闭，汽车进入正常行驶。当电磁阀接通后，压力油进入液压缸左腔，推动活塞右移，使离合器分离；行程传感器则将离合器的位置信号随时提供给微电脑，以使微电脑能根据工况对电磁阀进行控制、达到离合器适时分离或接合的目的。当关闭整车电源开关后，电磁阀电流也被切断，离合器接合。如此时变速器还挂着挡，而发动机尚未完全停止运转，则会因离合器的接合产生很大的冲击，甚至有可能使车向前窜动。为保证安全，防止这种危险情况发生，离合器卸压阀Y2可采用常开型，并设置延迟电源电路，使其在电源切断后23s内仍让离合器保持分离状态。上一页 下一页 返 回5.发动机节气门开度的自动控制节气门控制的方法通常是用步进电动机代替机械传动，节气门踏板的行程通过传感器传至微电脑，电脑再按对应的开度控制步进电动机。在正常行驶时，加速踏板踩下行程与步进电动机驱动的节气门开度是一致的。但在换挡过程中，步进电动机按换挡规律要求先松节气门，以便挂空挡，在挂上新挡并接合离合器的同时，按微电脑中设置的自适应调节规律供油。然后再回到的正常节气门开度。节气门执行机构的主要部件步进电动机，是由输入脉冲改变其电磁铁励磁条件而转动一定角度的电动机。它的控制电路保证了电压的变化不会对电动机的输出转矩产生影响。电子控制机械式自动变速器同样有巡航控制功能。在巡航控制起作用时，随着道路坡度、阻力的变化，汽车自动地变化节气门开度并进行挡位变换，以便按存储在微电脑内的最佳燃油经济性规律行驶。上一页 下一页 返 回4.5.1 概况4.5.2 机械式CVT的结构与原理4.5.3 机械式CVT的关键部件4.5.4 几种无级自动变速器的典型应用4-5 无级变速器CVT上一页 下一页 返 回1概况1）无级变速器的类型无级变速器的种类很多，根据其动力传递方式可按图4.21所示进行划分。在汽车上已经使用的无级变速器有传动带传动与牵引传动两种型式，都是应用摩擦力传递动力。图4.21无级变速器的种类上一页 下一页 返 回（1）机械式无级变速器机械式无级变速器又可以分为摩擦式、链式和带式三种。摩擦式 摩擦式无级变速器，是靠旋转体间的接触摩擦力来传递动力的，通过改变输入、输出的作用半径，连续的改变了传动比。金属带式无级变速器也属于摩擦式无级变速器。图4.22 链式无级变速器链式 链式式无级变速器的变速传动机构由主从动链轮及套于其上的钢质挠性链组成，利用链条左右两侧面与作为链轮的两锥盘相接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两锥盘的轴向距离来调整它们与链的接触位置和工作半径，从而实现无级变速传动。目前应用最多的是滑片链式变速器。如图4.22为链式无级变速器。上一页 下一页 返 回带式 带式无级变速器的变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在上面的传动带组成。其工作原理是利用传动带左右两侧与锥盘相接触所产生的摩擦力进行传动，并通过改变两锥盘的轴向距离来调整它们与传动带的接触位置和工作半径，从而实现无级变速传动。带式无级变速器根据传动带的形状不同分为平带无级变速器和V形带无级变速器。V 形带无级变速器根据传动带的不同又可以分为普通V形橡胶带无级变速器和V形钢带无级变速器。如图4.23所示为带式无级变速器。图4.23 带式无级变速器上一页 下一页 返 回（2）液压式它依靠液体压能的变化来传动和变换能量，是借助于工作腔的容积变化进行工作的。液压元件主要是液压泵和液压马达。如图4.24所示。图4.24 车辆采用液压系统实现无级变速示意图上