汽車電子控制技術(shù)-第2版-教學(xué)課件-作者-周云山-第七章-汽車自動變速器

第七章汽車自動變速器第一節(jié)概述第二節(jié)有級機械式自動變速器第三節(jié)液力機械傳動自動變速器第四節(jié)金屬帶式無級自動變速器第一節(jié)概述一、自動變速器的優(yōu)點簡化操縱，減輕駕駛員勞動強度，提高行車安全；駕駛平順、舒適，在汽車起步和傳動比變化過程中不致產(chǎn)生縱向沖擊或抖動；可使汽車行駛過程中經(jīng)常地處于良好的性能狀態(tài)；可改善汽車排放。二、自動變速傳動的類型1.有級機械式自動變速器（AutomaticMechanicalTransmission,AMT）2.液力機械傳動自動變速器（AutomaticTransmission,AT）3.機械式無極自動變速器（ContinouslyVariableTransmission,CVT）4.全液壓自動無極變速——應(yīng)用較少第二節(jié)有級機械式自動變速器AMT本質(zhì)上仍是一種有級式機械變速器(MT)，僅有的差別是把手動換擋變成了自動換擋。AMT是在其基礎(chǔ)上把手動換擋機構(gòu)改造為自動換擋機構(gòu)。AMT主要包括起步離合器執(zhí)行機構(gòu)、選檔執(zhí)行機構(gòu)、換擋執(zhí)行機構(gòu)及電控裝置等。AMT在換擋過程首先要通過離合器切斷動力，換擋后還需通過離合器的平順結(jié)合以消除換擋沖擊。為了解決AMT換擋過程不連續(xù)的問題，引入了雙離合方案(DCT)。DCT把換擋過程分為準(zhǔn)備、過渡和換擋三個階段，保證換擋過程動力不中斷。第三節(jié)液力機械傳動自動變速器為了解決換擋過程中動力傳動不連續(xù)和傳動比突變引起的換擋沖擊等問題，AT采用了液力變矩器+摩擦換擋元件的組合方式，如圖所示。一、液力變矩器1.液力變矩器的功能功能：靠液體循環(huán)流動過程中的動能變化來傳遞動力，在一 定范圍內(nèi)自動、無級地改變傳動比和速比。優(yōu)點：1）汽車起步更加平順，提高舒適性； 2）能以很低的車速穩(wěn)定行駛，提高車輛通過性； 3）能自動適應(yīng)行駛阻力的變化，實現(xiàn)無極變速，從 減少變速器的換擋次數(shù)； 4）傳動系統(tǒng)動載荷減輕，提高零部件的使用壽命。缺點：傳動效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。2.液力變矩器的結(jié)構(gòu)及原理液力變矩器主要有泵輪、渦輪、導(dǎo)輪組成。液力變矩器中三個元件的功用：泵輪：將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣幼兯倨饔偷?動能；渦輪：將自動變速器油的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪軸上的 機械能；導(dǎo)輪：改變自動變速器油的流動方向，從而達(dá)到 增矩的作用。

液力變矩器中的液體存在兩種旋轉(zhuǎn)運動（見圖中紅色箭頭）：1）軸向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動；2）渦流（環(huán)流）運動。故油液的絕對運動是兩種運動的合成。油液的流動方向為：渦輪導(dǎo)輪泵輪渦輪即受到來自泵輪液流的沖擊，又受到來自導(dǎo)輪液流反作用力的沖擊。因此，渦輪輸出扭矩為3.液力變矩器的傳動特性

三個常用來表示變矩器傳動特性的量為：速比、轉(zhuǎn)矩比、效率。

速比=渦輪轉(zhuǎn)速/泵輪轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩比=渦輪轉(zhuǎn)矩/泵輪轉(zhuǎn)矩效率=輸入功率/輸出功率×100%注意，傳動比=輸入軸轉(zhuǎn)速/輸出軸轉(zhuǎn)速=泵輪轉(zhuǎn)速/渦輪轉(zhuǎn)速。圖7-5圖7-6

由液力變矩器的傳動特性曲線（圖7-5、7-6）可見，其傳動效率偏低。為了解決這一本質(zhì)問題，液力變矩器中都采用鎖止離合器。帶鎖止離合器的液力變矩器傳動特性見圖7-8。

當(dāng)車輛低速行駛時，油液流至鎖止離合器片的前端，鎖止離合器片前端與后端的壓力相同，使鎖止離合器分離；當(dāng)車速以中速至高速行駛時，油液流至鎖止離合器的后端，鎖止離合器處于接合狀態(tài)，使鎖止離合器片與前蓋一起轉(zhuǎn)動。因此，帶鎖止離合器的液力變矩器既利用了液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速較低時的增矩特性，又保證了渦輪轉(zhuǎn)速較高時具有高傳動效率。二、發(fā)動機輸出特性及換擋規(guī)律1.發(fā)動機的輸出特性

圖7-9圖7-102.換擋規(guī)律目前，汽車上使用較多的是由節(jié)氣門開度和車速確定的兩參數(shù)換擋規(guī)律，如圖所示。圖7-12三、AT的關(guān)鍵控制技術(shù)1.換擋規(guī)律的研制經(jīng)濟性換擋規(guī)律動力性換擋規(guī)律2.變矩器鎖止技術(shù)

鎖止離合器的控制需要考慮以下信息：1）液力變矩器的傳遞特性；2）使整車動力性和燃油經(jīng)濟性達(dá)到最佳狀態(tài)。3.換擋控制換擋時，由于傳動比的突變，將會產(chǎn)生傳動沖擊。為了實現(xiàn)動力平穩(wěn)傳遞，對即將退出的傳動元件，要先經(jīng)歷一個部分結(jié)合過程，再全部退出。對于接替的元件，則由部分結(jié)合慢慢過渡到全接合工作狀態(tài)。退出的元件與接替的元件存在一個重疊的工作階段。升檔時傳動元件的接替工作順序如圖所示。第四節(jié)金屬帶式無級自動變速器 一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理 二、關(guān)鍵部件 三、主要技術(shù)參數(shù)與性能指標(biāo) 四、CVT控制目標(biāo) 五、CVT的幾個關(guān)鍵問題一、基本結(jié)構(gòu)與工作原理

CVT的主、從動工作輪由固定部分和可動部分兩部分組成，形成V形槽，與金屬帶嚙合。當(dāng)主從動工作輪可動部分作軸向移動時，改變傳動帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比。可動輪的軸向移動是根據(jù)汽車使用要求，通過液壓控制系統(tǒng)進行連續(xù)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無極變速傳動。CVT中，兩軸工作輪間的動力傳遞不是依靠金屬帶的拉力，而是靠推力來實現(xiàn)扭矩傳遞。二、關(guān)鍵部件1.金屬帶金屬帶由多個金屬片和兩組金屬環(huán)組成。每個金屬環(huán)的厚度為1.4mm，在兩側(cè)工作輪的擠壓力作用下傳遞動力。每條金屬環(huán)由數(shù)條厚度為0.18mm的薄環(huán)帶疊合而成。2.工作輪主、從動輪有可動和固定兩部分組成，其工作面大多為直線錐面體。在液壓控制系統(tǒng)的作用下，依靠鋼球-滑道結(jié)構(gòu)作軸向移動，可連續(xù)地改變傳動帶的工作半徑，實現(xiàn)無極變速傳動。3.液壓油泵液壓油泵為CVT提供控制、冷卻和潤滑的液壓油源。常用的液壓油泵有兩種形式，即齒輪泵和葉片泵。為提高液壓泵的工作效率，在最近開發(fā)的CVT中采用了滾子式葉片泵。4.起步離合器目前，用作汽車起步離合器的有三種：濕式多片離合器、電磁離合器和液力變矩器。液力變矩器與CVT合理匹配，可以使汽車以足夠大的牽引力平順地起步。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，鎖止離合器將泵輪與渦輪鎖住成為整體進行傳動，提高了傳動效率，故在第二代CVT中被廣泛采用。三、主要技術(shù)參數(shù)與性能指標(biāo)1.主要技術(shù)參數(shù)

為了滿足汽車使用要求，通常還配有中間齒輪傳動副，再加上主減速，最終的總傳動比可達(dá)到2.227~15.834。發(fā)動機工作容積(升)速

比最

高

最

低

變

化速

比

速

比

范

圍驅(qū)

動型

式傳動器總

長(mm)兩錐輪中心距

(mm)傳動器總

重(kg)0.6～3.32.60.4455～6FF和FR350～396146～20049～582.CVT性能指標(biāo)（1）燃油經(jīng)濟性比AT提高8%~12%，與MT相當(dāng)。（2）動力性0~100km/h的加速性能比AT提高7.5%~11.5%高速時略優(yōu)于MT。（3）傳動效率低于（最多只能接近）機械變速器。（4）排放比AT減少10%左右。綜上所述，CVT的優(yōu)越性體現(xiàn)在：1）比手動機械變速器具有更好的動力性、燃油經(jīng)濟性。2）比液力機械自動變速器具有更便宜的價格，更優(yōu)的性能。3）比有級變速器具有更低的排放。4）具有最佳的駕駛舒適性。100%+5%90%80%105成本操縱性能功能改進潛力動力性+10%5%-5%+5%+10%6200%-5%+5%+5%0%-5%經(jīng)濟性+15%5AT

優(yōu)化設(shè)計的CVT

將來的CVT四、CVT控制目標(biāo)CVT的兩個主要任務(wù)是：1）把發(fā)動機輸出功率可靠地傳遞到驅(qū)動輪，并盡可能減小功率損失；2）自動改變傳動比，使發(fā)動機維持在理想的工作點。由此決定CVT的控制問題有兩個目標(biāo)：金屬帶夾緊力控制速比控制夾緊力控制與速比控制存在耦合效應(yīng)，兩者相互影響。主動輪和從動輪之間的耦合效應(yīng)及有關(guān)影響因素如下：1.主、從動輪夾緊力的平衡條件（穩(wěn)態(tài)比值Qdr/Qdn）

當(dāng)在從動缸施加夾緊力Qdn時，在錐面的楔力作用下，使金屬帶向外移動，于是在金屬帶內(nèi)產(chǎn)生張緊力，使其在主動輪上產(chǎn)生向里運動的趨勢。為了使金屬帶維持在穩(wěn)定節(jié)圓位置上，必須在主動缸上作用一個推力Qdr，使它與Qdn通過金屬帶在主動輪上產(chǎn)生的軸向負(fù)荷相平衡。2.金屬帶傳遞的轉(zhuǎn)矩與目標(biāo)夾緊力金屬帶能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為如果實際傳遞的轉(zhuǎn)矩為Tin，則轉(zhuǎn)矩比為一般地，只要r<1，金屬帶就不會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)損失。但過大的傳動余量，會使金屬帶過度緊張，結(jié)果不僅使其使用壽命縮短，也會CVT的效率降低。所以，精確控制金屬帶傳遞轉(zhuǎn)矩比r，并使r趨近于1，是金屬帶夾緊力控制的基本思想。

實際上，當(dāng)從動缸的壓力給定時，金屬帶能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩取決于許多因素。為了精確控制金屬帶的傳遞能力，恰好與發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩一致，最直接、最有效的方法是在各種不同條件下通過試驗。所以，CVT一般是基于精確標(biāo)定的MAP圖來實現(xiàn)金屬帶夾緊力控制的。3.CVT的目標(biāo)傳動比（速比）主動輪轉(zhuǎn)速與從動輪轉(zhuǎn)速之比，即傳動比也可以用節(jié)圓半徑比來表示：i=1i<1i>1CVT的目標(biāo)傳動比定義為發(fā)動機目標(biāo)轉(zhuǎn)速與從動輪實際轉(zhuǎn)速之比：

由此可見，發(fā)動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速確定后，CVT的目標(biāo)速比就隨之確定。無論采用經(jīng)濟模式還是動力模式，根據(jù)節(jié)氣門開度和車速就可以確定發(fā)動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而確定CVT目標(biāo)速比。五、CVT的幾個關(guān)鍵問題1.金屬帶回位停車時如果金屬帶處在高速檔，在下一次必然會出現(xiàn)以高速檔起步，導(dǎo)致起步?jīng)_擊。所以停車前必須把金屬帶處于最低檔位置，即金屬帶回位。

汽車制動時的負(fù)加速度為停車所用時間為

故CVT速比變化率為式中，c為大于零的常數(shù)，以保證汽車停車前把速比從當(dāng)前位置調(diào)到最低檔位置。2.控制油缸的動壓補償主、從動缸中的液體高速旋轉(zhuǎn)時，由離心力作用所產(chǎn)生的動壓力

該動壓力影響了夾緊力和速比的精確控制，為此CVT主從動油缸通常采用動壓補償油室來抵消離心力的作用。3.電氣故障備用安全措施當(dāng)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如電源供電