第十六章 汽車(chē)自動(dòng)變速器

第十六章汽車(chē)自動(dòng)變速器汽車(chē)自動(dòng)變速器即自動(dòng)操縱式變速器。特點(diǎn)可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車(chē)速等工況的變化自動(dòng)變換傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比使汽車(chē)獲得良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染顯著提高車(chē)輛行駛的安全性、乘坐舒適性和操縱輕便性。第一節(jié)概述自動(dòng)變速器的類(lèi)型按傳動(dòng)比變化方式可分為有級(jí)式、無(wú)級(jí)式和綜合式；按齒輪變速系統(tǒng)的控制方式可分為液控液壓和電控液壓式兩種。自動(dòng)變速器的類(lèi)型按齒輪變速機(jī)構(gòu)分為平行軸式自動(dòng)變速器：普通齒輪嚙合傳動(dòng)，體積較大，使用少行星齒輪式自動(dòng)變速器：行星齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，使用多。按控制方式分類(lèi)液控液力自動(dòng)變速器電控液力自動(dòng)變速器概述自動(dòng)變速器的組成由液力變矩器、齒輪變速器、液力控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等幾部分組成。電控液力自動(dòng)變速器的基本工作原理在手控制閥選定位置后，把各傳感器的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入電子控制單元（ECU）。在換擋點(diǎn)，ECU向各執(zhí)行元件發(fā)出電信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)換擋第一節(jié)概述液力機(jī)械式自動(dòng)變速器由液力傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械式齒輪變速系統(tǒng)、液壓操縱系統(tǒng)、液壓或電子控制系統(tǒng)組成。第二節(jié)液力耦合器與液力變矩器

液力耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理一、液力耦合器采用液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)液力耦合器的優(yōu)點(diǎn)保證汽車(chē)平穩(wěn)起步；衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；防止傳動(dòng)系過(guò)載；顯著減少換檔次數(shù)。液力耦合器的缺點(diǎn)只能傳遞轉(zhuǎn)矩，不能改變轉(zhuǎn)矩大??；不能取代離合器，使傳動(dòng)系統(tǒng)縱向尺寸增加；傳動(dòng)效率較低。

二、液力變矩器液力變矩器的工作原理液力變矩器特性液力變矩器有兩個(gè)重要的特性參數(shù)：液力變矩器傳動(dòng)比i和液力變矩器變矩系數(shù)K，其定義如下。液力變矩器傳動(dòng)比液力變矩器變矩系數(shù)經(jīng)過(guò)上述分析：液力變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)速變化：具體為：渦輪速度低：轉(zhuǎn)矩大于泵輪轉(zhuǎn)矩；渦輪速度等于設(shè)定值：轉(zhuǎn)矩等于泵輪轉(zhuǎn)矩渦輪速度高：轉(zhuǎn)矩小于泵輪轉(zhuǎn)矩；渦輪速度等于泵輪速度：不傳遞轉(zhuǎn)矩。液力變矩器能夠改變扭矩的原因是在泵輪和渦輪之間加入了導(dǎo)輪。結(jié)論：液力變矩器傳動(dòng)比<=1，連續(xù)可變；液力變矩器轉(zhuǎn)矩隨著行駛工況自動(dòng)的改變。渦輪的速度低：較大的轉(zhuǎn)矩，0時(shí)的轉(zhuǎn)矩最大；渦輪的速度高：較小的轉(zhuǎn)矩；nw=nb，0；渦輪速度高于nw1：輸出轉(zhuǎn)矩小于輸入轉(zhuǎn)矩，效率低液力變矩器同時(shí)具有液力耦合器保證汽車(chē)平穩(wěn)起步，衰減傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，防止系統(tǒng)過(guò)載的特點(diǎn)液力變矩器構(gòu)造三元件綜合式液力變矩器單向離合器滾柱式單向離合器的構(gòu)造和工作原理導(dǎo)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱向外座圈和內(nèi)座圈形成的楔形槽的寬槽處滾動(dòng)，滾柱與外座圈（包括導(dǎo)輪）一起繞內(nèi)座圈滾動(dòng)。導(dǎo)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱向楔形槽窄槽處滾動(dòng)，從而阻止外座圈（包括導(dǎo)輪）的滾動(dòng)。作用是只允許導(dǎo)輪單向旋轉(zhuǎn)，不允許其逆轉(zhuǎn)。

楔塊式單向離合器的構(gòu)造和工作原理楔塊式單向離合器的構(gòu)造和工作原理楔塊式單向離合器的工作原理是，內(nèi)座圈固定，當(dāng)外座圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，楔塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，L1<L，外座圈可相對(duì)楔塊和內(nèi)座圈旋轉(zhuǎn)；反之，當(dāng)外座圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，楔塊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，L2>L，楔塊阻止外座圈旋轉(zhuǎn)。三元件綜合式液力變矩器的特性三元件綜合式液力變矩器的特性耦合器效率變矩器效率工況轉(zhuǎn)換點(diǎn)變矩器的效率：輸出功率與輸入功率之比。i<ik=1范圍內(nèi)：變矩器效率高i>ik=1范圍內(nèi)：耦合器效率高在變矩器狀態(tài)下最高效率為92%，在耦合器狀態(tài)下的高傳動(dòng)比區(qū)的效率可達(dá)96%。四元件綜合式液力變矩器四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個(gè)變矩器特性和一個(gè)耦合器特性的綜合。四元件綜合式液力變矩器比三元件液力變矩器多了一個(gè)導(dǎo)輪，兩個(gè)導(dǎo)輪分別裝在各自的單向離合器上。帶鎖止離合器的液力變矩器帶鎖止離合器液力變矩器的特點(diǎn)是，汽車(chē)在變工況下行駛時(shí)（如起步、經(jīng)常加減速），鎖止離合器分離，相當(dāng)于普通液力變矩器；當(dāng)汽車(chē)在穩(wěn)定工況下行駛時(shí)，鎖止離合器接合，動(dòng)力不經(jīng)液力傳動(dòng)，直接通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)傳遞，變矩器效率為1。第三節(jié)液力機(jī)械變速器液力變矩器一般與齒輪變速器（有級(jí)式）共同組成，液力機(jī)械變速器。原因：1.液力變矩器的變矩系數(shù)較小，不能滿(mǎn)足汽車(chē)的需要；2.過(guò)大的變矩系數(shù)影響液力變矩器的效率；注意：與液力變矩器配合使用的一般是行星齒輪變速器（軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)式）但也有采用軸線(xiàn)固定式的。原因：行星齒輪變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，可以用較小齒輪實(shí)現(xiàn)較大傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平衡，抗振能力強(qiáng)。液力機(jī)械變速器原因？：液力變矩器的變矩系數(shù)較小，不能滿(mǎn)足需要；過(guò)大的變矩系數(shù)影響液力變矩器的效率；液力變矩器一般與齒輪變速器（有級(jí)式）共同組成，液力機(jī)械變速器。注意：與液力變矩器配合使用的一般是行星齒輪變速器（軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)式），也有采用軸線(xiàn)固定式的。行星齒輪變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大，可以用較小齒輪實(shí)現(xiàn)較大傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高行星齒輪機(jī)構(gòu)行星齒輪中心齒輪行星架齒圈組裝圖周轉(zhuǎn)輪系部件定義中心輪（太陽(yáng)輪）：1.3系桿（轉(zhuǎn)臂或行星架）：2分類(lèi)按自由度數(shù)差動(dòng)輪系(F=2)行星輪系(F=1)按構(gòu)件數(shù)2K－H型3K－H型周轉(zhuǎn)輪系（按自由度分類(lèi)）行星輪系差動(dòng)輪系周轉(zhuǎn)輪系分類(lèi)（按構(gòu)件數(shù)）2K－H型3K－H型周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)比計(jì)算行星齒輪變速箱計(jì)算中心輪：1太陽(yáng)輪：t系桿：H行星架：j中心輪：3齒圈：q行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算標(biāo)注說(shuō)明：t－太陽(yáng)輪q－齒圈j－行星架K－行星排特性系數(shù)

單行星排運(yùn)動(dòng)分析標(biāo)注說(shuō)明：t－太陽(yáng)輪q－齒圈j－行星架K－行星排特性系數(shù)

太陽(yáng)輪制動(dòng)

齒圈輸入、行星架輸出

輸入輸出太陽(yáng)輪制動(dòng)

行星架輸入、齒圈輸出

輸入輸出齒圈制動(dòng)太陽(yáng)輪輸入、行星架輸出輸入輸出齒圈制動(dòng)行星架輸入、太陽(yáng)輪輸出

輸入輸出行星架制動(dòng)太陽(yáng)輪輸入、齒圈輸出

輸入輸出行星架制動(dòng)齒圈輸入、太陽(yáng)輪輸出輸入輸出采用閉鎖離合器將任意兩構(gòu)件相連輸入輸出雙行星排傳動(dòng)

對(duì)于復(fù)雜行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其自由度F可按下式計(jì)算

式中m－參加作用的行星排數(shù)；

l－參加作用的行星排構(gòu)件之間的連接數(shù)。

雙行星排傳動(dòng)知道復(fù)雜行星傳動(dòng)的自由度后，即可確定為實(shí)現(xiàn)確定的傳動(dòng)所需接合的摩擦元件數(shù)。

對(duì)于雙行星排，可取l＝2，取F＝1時(shí)，摩擦元件數(shù)為1。設(shè)行星排的特性系數(shù)分別為，則可實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)方案數(shù)為N＝180。以下舉例。

雙行星排傳動(dòng)(舉例)如右圖所示，輸入為第一行星排太陽(yáng)輪，輸出為第二行星排太陽(yáng)輪，第一行星排行星架、齒圈分別和第二行星排太陽(yáng)輪、行星架相連?？闪械仁綖椋?/p>

輸入輸出雙行星排傳動(dòng)(舉例)可列等式為：t—太陽(yáng)輪q—齒圈j—行星架式中又有：可得最終傳動(dòng)比輸入輸出雙行星排傳動(dòng)(舉例)輸入輸出最終傳動(dòng)比復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理

辛普森式

復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理拉威挪（Ravigneaux）式結(jié)構(gòu)緊湊，所用構(gòu)件少，相互嚙合的齒較多，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，傳動(dòng)效率略低。

行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算過(guò)程計(jì)算各行星排特性系數(shù)分析操縱元件分解行星排求出操縱元件組合時(shí)各種傳動(dòng)比求出總傳動(dòng)比行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例(一)Z1結(jié)合行星排如圖所示輸入為行星架，輸出為齒圈行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例（一）L1結(jié)合行星排如圖所示輸入為行星架，輸出為齒圈行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例（二）L2結(jié)合行星排如圖所示工作行星排為第三行星排。nt=nq輸入為齒圈，輸出為行星架行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例（二）Z2結(jié)合行星排如圖所示，工作行星排為第二、三行星排。輸入為太陽(yáng)輪，輸出為第三行星排行星架。行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例（二）Z3結(jié)合行星排如圖所示，工作行星排為第三行星排。輸入為太陽(yáng)輪，輸出為行星架。行星齒輪變速箱運(yùn)動(dòng)計(jì)算舉例（二）Z4結(jié)合行星排如圖所示，工作行星排為第三、第四行星排。輸入為第三行星排太陽(yáng)輪，輸出為第三行星排行星架。行星齒輪變速箱總傳動(dòng)比L1Z1L2Z2Z3Z4i1i2i3i4i5i6i7i88個(gè)理論檔位，六進(jìn)二退液力變矩器與行星齒輪變速器組成的液力機(jī)械自動(dòng)變速器01M型自動(dòng)變速器由帶鎖止離合器的單級(jí)雙向三元件液力變矩器、可自動(dòng)換檔的拉威挪式行星齒輪機(jī)構(gòu)兩部分組成，是液力機(jī)械式變速器。該變速器共有7個(gè)檔位，4個(gè)前進(jìn)檔、1個(gè)倒檔（R）、1個(gè)空檔（N）、1個(gè)駐車(chē)檔（P）。液力機(jī)械變速器的總傳動(dòng)比總傳動(dòng)比為：液力變矩器的變矩系數(shù)K與齒輪變速器的傳動(dòng)比i的乘積。I=K*i傳動(dòng)比越大，液力機(jī)械變速器的所傳遞的轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低，這點(diǎn)與機(jī)械變速箱是一致的。因?yàn)橐毫ψ兙仄鞯淖兙叵禂?shù)在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)變化，配合上機(jī)械變速機(jī)構(gòu)后，液力機(jī)械變速器的傳動(dòng)比在幾個(gè)區(qū)間內(nèi)是連續(xù)變化的，稱(chēng)之為部分無(wú)級(jí)變速器。液力變矩器與固定軸線(xiàn)式齒輪變速器組成的液力機(jī)械自動(dòng)變速器廣州本田轎車(chē)采用的MAXA型自動(dòng)變速器，由帶鎖止離合器的液力變矩器、固定軸線(xiàn)式的常嚙合斜齒輪機(jī)械變速器、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)4部分組成。帶鎖止離合器的液力變矩器、換檔離合器和全同步變速器組成的液力機(jī)械變速器國(guó)外重型貨車(chē)和工程車(chē)輛上開(kāi)始采用由WSK系統(tǒng)與全同步多檔變速器（4～6檔）組成的液力機(jī)械變速器。所謂WSK系統(tǒng)是由鎖止離合器、變矩器、滑行單向離合器和換檔離合器組成的“變矩器—換檔離合器系統(tǒng)”的德文縮寫(xiě)。第四節(jié)自動(dòng)變速器的操縱機(jī)構(gòu)液控式（全液壓）操縱機(jī)構(gòu)動(dòng)力源（供油系統(tǒng)）自動(dòng)變速器油自動(dòng)變速器油（簡(jiǎn)稱(chēng)ATF）是含有多種特殊添加劑的混合油液。液壓泵液壓泵可以采用內(nèi)嚙合的齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵，其結(jié)構(gòu)和工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中的機(jī)油泵相同。液壓泵除了向控制裝置、執(zhí)行裝置供應(yīng)壓力油以實(shí)現(xiàn)換檔外，還向液力變矩器供應(yīng)工作油液，向行星齒輪變速器供應(yīng)潤(rùn)滑油。

執(zhí)行裝置換檔離合器寶來(lái)、捷達(dá)王轎車(chē)均采用濕式多片換檔離合器作為換檔執(zhí)行裝置。這種換檔離合器因位于變速器內(nèi)部，徑向尺寸受到嚴(yán)格限制，而傳遞的轉(zhuǎn)矩又很大，故做成多片式。換檔制動(dòng)器換檔制動(dòng)器最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有片式和帶式兩種。片式換檔制動(dòng)器的工作原理與多片濕式換檔離合器基本相同。由于片式制動(dòng)器較帶式制動(dòng)器工作平順，故目前在轎車(chē)自動(dòng)變速器中應(yīng)用較多。帶式換檔制動(dòng)器將內(nèi)側(cè)粘有摩擦材料的鋼帶卷繞在制動(dòng)鼓外表面上，故又稱(chēng)外束帶式制動(dòng)器。它由制動(dòng)鼓、制動(dòng)帶、推桿、活塞等元件組成。制動(dòng)帶的一端固定在自動(dòng)變速器殼體上，另一端與控制油缸的推桿相連接。不制動(dòng)時(shí)制動(dòng)帶與制動(dòng)鼓之間有一定間隙，此間隙可用調(diào)整螺釘調(diào)整。換檔信號(hào)系統(tǒng)換檔閥系統(tǒng)強(qiáng)制換檔閥在某些自動(dòng)變速器中還裝有強(qiáng)制降檔閥，其作用是在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)或接近全開(kāi)時(shí)，將自動(dòng)變速器強(qiáng)制降低一個(gè)檔位，以保證高速行駛的汽車(chē)超車(chē)時(shí)獲得良好的加速性能。換檔品質(zhì)控制裝置換檔品質(zhì)控制裝置的作用是保證換檔過(guò)程平順柔和、無(wú)沖擊。它包括油路中的緩沖閥、限流閥、斷流解鎖閥、單向節(jié)流閥和節(jié)流孔等。濾清冷卻系統(tǒng)濾清冷卻系統(tǒng)包括冷卻器和濾清器。變矩器工作時(shí)，相當(dāng)大一部分能量轉(zhuǎn)化成熱量，致使工作液溫度升高。而變矩器的油路與液壓操縱系統(tǒng)和機(jī)械變速器的潤(rùn)滑油路是相通的。為保證變矩器的效率和變速器的操縱系統(tǒng)及潤(rùn)滑系統(tǒng)正常工作，應(yīng)控制工作液溫度在一定范圍內(nèi)。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器下儲(chǔ)水箱內(nèi)設(shè)有冷卻器。變矩器內(nèi)的部分工作液從導(dǎo)輪與渦輪之間的間隙流出，經(jīng)導(dǎo)輪固定套管與變速器第一軸之間的環(huán)形油道流過(guò)冷卻器，得到冷卻或加溫后，再經(jīng)過(guò)濾清器流入機(jī)械變速器的潤(rùn)滑油道。第四節(jié)自動(dòng)變速器的操縱機(jī)構(gòu)電子控制單元（ECU）根據(jù)傳感器傳來(lái)的電信號(hào)，即車(chē)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷等參數(shù)轉(zhuǎn)變的電信號(hào)，按照設(shè)定的換檔程序?qū)@些信號(hào)進(jìn)行比較計(jì)算，作出是否需要換檔的判斷。當(dāng)需要換檔時(shí)，通過(guò)電磁閥操縱液壓的換檔閥去控制執(zhí)行裝置的油路，實(shí)現(xiàn)換檔。傳感器節(jié)氣門(mén)位置傳感器是將測(cè)得的節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟角度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入給ECU，以作為控制自動(dòng)變速器換檔的依據(jù)。傳感器車(chē)速傳感器安裝在自動(dòng)變速器輸出軸附近，用以測(cè)量輸出軸轉(zhuǎn)速，是電磁感應(yīng)式的轉(zhuǎn)速傳感器。執(zhí)行器開(kāi)關(guān)式電磁閥通常用來(lái)控制換檔閥和變矩器鎖止離合器油路的開(kāi)啟或關(guān)閉。執(zhí)行器電控式操縱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)因電控單元（ECU）能存儲(chǔ)與處理多種換檔規(guī)律，所以可按車(chē)輛行駛需要選擇合適的換檔規(guī)律，故可實(shí)現(xiàn)更合理、更復(fù)雜的控制，以獲得更理想的燃油經(jīng)濟(jì)性；由于簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)，從而使結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕；控制精度高、反應(yīng)快且動(dòng)作準(zhǔn)確；如需要變更換檔規(guī)律或參數(shù)時(shí)，只要改變控制程序和某些電子元件的型號(hào)規(guī)格就可滿(mǎn)足要求，而無(wú)須更換系統(tǒng)中的零件，故適應(yīng)性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)周期短；便于整車(chē)的控制系統(tǒng)(如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、巡航控制、牽引控制、制動(dòng)系統(tǒng)控制等)集成，控制系統(tǒng)兼容性好。第五節(jié)金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器金屬帶式無(wú)級(jí)變速器是由金屬帶、主動(dòng)工作輪、從動(dòng)工作輪、液壓泵、起步離合器和控制系統(tǒng)等組成。工作輪由固定部分和可動(dòng)部分組成，二者之間形成V形槽，金屬帶在槽內(nèi)與工作輪相嚙合。當(dāng)工作輪的可動(dòng)部分作軸向移動(dòng)時(shí)，即