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精品第3章电子控制自动变速器.ppt

精品第3章电子控制自动变速器

zhongbill
2010-10-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《精品第3章电子控制自动变速器ppt》,可适用于其他资料领域

汽车电子控制技术第章电子控制自动变速器自动变速器概述汽车自动变速器经过多年的发展使汽车传动系统发生了革命性的变化。自动变速器的采用使汽车的驾驶变得方便乘着舒适性大大提高。因此自动变速器广泛用于轿车、客车、大型公共汽车、越野车及重型牵引车上尤其轿车上。轿车自动变速器的装车率日本高达美国为德国为中国为。自动变速器的发展和应用汽车自动变速器的研究和应用可以追溯到世纪年代。年美国通用汽车公司首先在其生产的奥兹莫比尔(Oldsmobile)轿车上装用了液力变矩器行星齿轮组成的液力变速器可谓之现代自动变速器的雏形。世纪年代末年代初出现了根据车速和节气门开度自动控制换挡的液力控制换挡自动变速器使自动变速器进入了迅速发展时期。到年自动变速器在重型汽车及公共汽车上的应用已相当普及。自动变速器采用电子控制系统始于世纪年代中期。法国雷诺(Renault)公司于年率先在自动变速器上使用了电子元件。年代中期电子控制技术开始应用于汽车变速器日本丰田汽车公司首先研制成功了世界上第一台电子控制变速装置并在年实现了批量生产。但由于这种电子控制自动变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内的许多国家又把重要精力转向计算机控制变速器的研究和开发。以计算机为控制核心的电子控制自动变速器迅速发展。自年起美国、日本等国家的一些汽车公司相继开发出各种微机控制的自动变速系统如电子控制液力变矩式自动变速器、电子控制多级齿轮变速器等等。电子控制自动变速器的真正飞跃发展是在年这一年丰田公司将微机技术应用于电子控制变速器系统实现了自动变速器的智能控制首先应用于豪华型皇冠牌轿车上。电子控制自动变速器有最佳的换挡规律换挡精确性好具有良好的燃料经济性、动力性降低污染。随后德国Bosch公司于年研制成功发动机和自动变速器共用的电子控制单元。电控自动变速器可实现与发动机最佳匹配并可获得最佳的经济性、动力性、安全性达到降低发动机排气污染的目的。因此电子控制变速器广泛用于轿车、客车、大型公共汽车、越野车及重型牵引车上并且装车率迅速提高尤其在美、日、德等国生产的轿车上采用电子控制器的比例越来越高。国产轿车中采用自动变速器最早的车型当属中国第一汽车集团公司生产的红旗CA型三排座高级轿车。该型轿车在到年间共生产了辆其所装用的自动变速器在结构上与美国克莱斯勒汽车公司生产的PowerFlite自动变速器相似。一汽大众年底在国内首家推出批量生产的装用电控自动变速器的轿车捷达AT该车采用德国大众(VW)原厂生产的第三代型M电控挡自动变速器。神龙汽车公司亦于年初展示了其装备自动变速器的富康轿车。这种电控挡自动变速器由法国的雪铁龙和雷诺公司共同研制在意大利生产年月开始应用的。近年来随着我国轿车工业的快速发展各轿车制造企业都推出了装有自动变速器的车型可以断言国产轿车普遍装用自动变速器的时代正在到来。自动变速器的优点相比于传统的机械式手动变速器自动变速器具有如下优点。()汽车起步平稳能吸收、衰减振动与冲击提高乘坐的舒适性。()自动适应行驶阻力和发动机工况的变化实现自动换挡有利于提高汽车的动力性和平均车速。()液力变矩器使传动系的动载荷减小提高了汽车的使用寿命。()驾驶操纵简单实现换挡自动化有利于行车安全。()能以较低的车速稳定行驶提高车辆在坏路上的通过性。()减少了废气污染。自动变速器的主要缺点是结构复杂、成本高传动效率相对偏低导致油耗要高于机械变速器。但是现代汽车普遍采用的电子控制自动变速器可按照最佳油耗规律控制自动换挡加之采用了超速挡和变矩器闭锁控制等从而使自动变速器的油耗有了明显的下降。自动变速器类型在自动变速器的发展过程中出现了多种结构形式。自动变速器的驱动方式、挡位数、变速齿轮的结构形式、变矩器的结构类型及换挡控制形式等都有不同之处。下面从不同角度对自动变速器进行分类。按汽车驱动方式分类自动变速器按照汽车驱动方式的不同可分为前轮驱动自动变速器(如图)和后轮驱动自变速器(如图)所示两种。后轮驱动自动变速器的变矩器和行星齿轮机构的输入轴及输出轴在同一轴线上。因此轴向尺寸较大阀体总成则布置在行星齿轮机构下方的油底壳内。前轮驱动自动变速器(又叫自动变速驱动桥)除了具有与后轮驱动自动变速器相同的组成外在自动变速器的壳体内还装有差速器和主减速器。前轮驱动汽车的发动机有纵置和横置两种。纵置发动机的前轮驱动自动变速器的结构和布置与后轮驱动自动变速器汽车基本相同只是在后端增加了一个差速器。横置发动机的前驱动自动变速器由于汽车横向尺寸的限制要求有较小的轴向尺寸。变矩器和行星齿轮机构输入轴布置在上方输出轴则布置在下方。因此通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式。这样的布置减少了变速器总体的轴向尺寸但增加了变速器的高度。因此可将阀体总成布置在变速器的侧面或上方以保证汽车有足够的最小离地间隙。按自动变速器前进挡位数分类自动变速器按前进挡的挡数的不同可分为(前进)挡自动变速器、挡自动变速器、挡自动变速器等。早期的自动变速器通常为个前进挡或个前进挡。这两种自动变速器都没有超速挡其最高挡为直接挡。现代轿车装用的自动变速器基本上都是个前进挡即设有超速挡。这种设计虽然使自动变速器的构造更加复杂但由于设有超速挡大大改善了汽车的燃油经济性。在商用车上大多采用挡和挡自动变速器一些新型轿车上也开始采用挡和挡自动变速器。按变矩器的类型分类按液力变矩器的类型自动变速器大致可分为普通液力变矩器式、综合液力变矩器式和带闭锁离合器的液力变矩器式自动变速器三种。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固定导轮的套管之间装有单向离合器的液力变矩器它可以自动进行变矩器工况与液力偶合器工况的转换。新型轿车的自动变速器普遍采用带闭锁离合器的液力变矩器。当汽车达到一定车速时控制系统使闭锁离合器接合将液力变矩器的输入部分和输出部分连成一体使发动机动力直接传入齿轮变速器从而提高了传动效率降低了油耗。按齿轮传动机构的类型分类自动变速器按其齿轮传动机构的类型不同可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。普通齿轮式自动变速器体积大最大传动比小只有少数几种车型使用。行星齿轮式自动变速器结构紧凑能获得较大的传动比为绝大多数轿车采用。按控制方式分类自动变速器按控制方式不同可分为全液压自动变速器和电子控制自动变速器两种。全液压自动变速器是通过机械的手段将汽车行驶的车速及节气门开度这两个参数转变为液压控制信号阀体中的各个控制阀根据这些液压控制信号的大小按照设定的换挡规律通过控制换挡执行机构的动作实现自动换挡如图所示。电子控制自动变速器是通过各种传感器将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油温度等参数转变为电信号并输入计算机计算机根据这些信号按照设定的换挡规律向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子控制信号换挡电磁阀和油压电磁阀再将计算机的电子控制信号转变为液压控制信号阀体中的各个控制阀根据这些液压控制信号控制换挡执行机构的动作从而实现自动换挡如图所示。按工作原理分类按工作原理不同自动变速器分为液力自动变速器(AT)、机械自动变速器(AMT)和无级自动变速器(CVT)三种。液力自动变速器通常指含有液力变矩器的自动变速器机械自动变速器是在普通手动机械变速器(MT)的基础上增加了一套自动换挡控制系统构成无级自动变速器指无级控制速比变化的变速器它的种类很多有机械式、流体式和电动式等等。目前应用最多的是金属带式机械无级变速器如图所示。电子控制自动变速器组成电子控制自动变速器主要由液力变矩器、辅助变速器、电液控制系统等几个部分组成。液力变矩器液力变矩器位于自动变速器的最前端安装在发动机的飞轮上。它是通过工作轮叶片的相互作用引起机械能与液体能的相互转换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。液力变矩器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液力变矩器能使车辆平稳起步加速迅速、均匀、柔和液力变矩器由于用液体来传递动力它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从而提高了乘坐舒适性和车辆平均行驶速度及安全性和通过性。辅助变速器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。齿轮传动有行星齿轮式与定轴式两种。虽然人们熟悉的定轴式机械变速器工艺性好、成本低但由于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中多为行星齿轮式自动变速器此型。行星齿轮变速器包括行星齿轮组和换挡执行机构。换挡执行机构可以使星齿轮组处于不同的啮合状态以实现不同的传动比。大部分行星齿轮变速器有到个前进挡和个倒挡。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。控制系统液力自动变速器的控制系统有液压式和电液式两种。新型液力自动变速器均采用了电液式控制系统简称电子控制自动变速器(ECT)。控制系统的组成如图所示。)系统能源它是各个机构的动力源对早期的全液压自动控制系统由油泵、调压阀等组成对目前广泛采用的电液式控制系统除上述外还需直流电源为电控提供所需能源。)控制参数信号发生器自动换挡是根据汽车行驶中选定的控制参数的变化来确定是否需要进行换挡的。目前主要是采用二参数控制(车辆速度与发动机节气门开度)但这仅是原始信号还必须加以调制才能被液压和电控系统所接受。即所选参数不仅应能按比例精确地变换成控制信号且要求反应迅速、便于实现且工作可靠。过去全液压系统采用的是速度调压阀和节气门开度调压阀。但在电液系统中它们均已被结构简单的磁感应式、霍尔式、光电式、激光式等车速传感器以及节气门电位器等所代替。)换挡控制器换挡控制器实质上是向换挡执行机构发出换挡指令的发生器。换挡控制器接受来自车速、油门加速度及换挡选择机构所传来的信号进行比较和处理并按预定的规律选择挡位和换挡时刻及时发出相应的换挡指令至换挡执行机构:对全液压系统由换挡阀完成而电液式则由ECU与其控制的电磁阀、换挡阀承担。)换挡执行机构换挡执行机构的功能是接受控制指令去具体完成挡位变换。一般均是通过液压缸充、卸压力油使离合器、制动器或单向离合器的分离或接合实现换挡。)换挡品质控制机构换挡品质控制机构的作用是控制换挡过程平稳、无冲击从而使乘员舒适动力传动系统动载荷降低。一般它是在通向液压缸的油路上增加蓄能器、缓冲阀、定时阀、执行压力调节阀、协调阀和单向离合器等部件以改善换挡品质。近年来电子控制软件的作用渐呈明显优势它不仅可取代原单向离合器的功能简化了结构而且逐步向智能化发展。此外在自动变速器的外部还设有一个自动变速器油(ATF)散热器用于散发自动变速器油在工作过程中产生的热量。电子控制系统可存储与处理多种换挡规律可一机多能实现更复杂、更合理的控制自控系统改变规律或参数时仅调整局部电路即可适应性能开发周期短无惯量、控制精度高、反应快、动作准确结构紧凑质量轻与整车动力传动系统控制如EFI、巡航、牵引力控制、四轮驱动控制等兼容性好。因此电控所获得的优良换挡平顺性和操纵方便性及与汽车上其他电子控制装置之间的联系导致它代替液压控制的趋势是必然的。电子控制自动变速器的结构与工作原理电子控制自动变速器由液力变矩器、辅助变速器与电液换挡控制系统三大部分组成。液力变矩器多采用带闭锁离合器的三元件综合式结构可以自动调节传递转矩的大小。辅助变速器普遍采用行星齿轮传动用来扩大液力变矩器的传动范围并实现倒挡传动。电液换挡控制系统是电子控制自动变速器的核心电子控制装置通过传感器采集变速器及整车的相关信息通过电磁阀来控制液压执行机构使整个自动变速器协调工作。液力变矩器液力变矩器(HydraulicTorqueConverterHTC)它是通过工作轮叶片的相互作用引起机械能与液体能的相互转换来传递动力的。液力变矩器的工作原理液力传动装置的基本形式为液力偶合器与液力变矩器。液力偶合器的基本构件是具有若干径向平面叶片的、构成工作腔的泵轮和涡轮。液力偶合器工作原理如图所示液力传动油在工作腔里高速循环流动传递动力油液随着泵轮作牵连运动的同时因受离心力作用而作离心运动从泵轮(输入轴)吸收机械能并转化为动能高速液流从泵轮冲入涡轮做向心流动释放动能推动涡轮(输出轴)旋转带动工作机(负载)做功。液力变矩器如图所示的结构与偶合器的区别是在泵轮P与涡轮T之间增加了一个固定在单向离合器上的导轮D。油液在各工作轮(P、T与D)组成的闭合的循环流道(循环圆)内传递动力发动机带动泵轮旋转其离心力使油液在泵轮中向半径大的方向流动封闭的循环圆迫使液体冲进涡轮推动叶片转动以驱动汽车。为了提升涡轮上的转矩一般叶片是空间曲面使液体离开涡轮时方向与流入涡轮时的方向相反以产生尽可能大的动量矩从而提供最有效的转矩传递。导轮的作用是再将液体回流至泵轮且使流动方向再次反向。液体回流至泵轮后推动其叶片的后表面促使泵轮旋转故在来自发动机转矩的基础上再加上从导轮回流的转矩将合成的转矩传递至涡轮即()式中TP、TT、TD分别为泵轮、涡轮及导轮上的作用转矩。导轮上受到的转矩TD随泵轮与涡轮的转速差的减小而逐渐变小。当涡轮转速升高涡轮出口油液的速度方向与导轮弧形叶片相切时导轮上受到的转矩为零。而当涡轮转速进一步升高涡轮出口油液的速度方向指向导轮叶片的凸面时支承导轮的单向离合器使导轮在油液的作用下可自由旋转。此时导轮上受到的转矩为零液力变矩器转化为液力偶合器这种不同的工作状态称为相故今为二相而置于泵轮与导轮或导轮与导轮之间的涡轮数称为级工作叶轮又称为元件。在现代轿车上采用最多的是单级三元件二相形式对二相或多相又称综合式液力变矩器。液力变矩器性能)变矩系数液力变矩器输出转矩与输入转矩(即泵轮转矩TP)之比称为变矩系数用K表示。()液力变矩器是以液体的动能来传递能量的在泵轮与涡轮之间的转速差大时涡轮旋转所形成的反压力小则从泵轮处流入涡轮的流速高循环圆中的流量也大故涡轮上的转矩也随之增大。显然当涡轮不动(nT=)时循环流量达到最大涡轮上转矩也增至最大。此时的变矩系数称为失速变矩系数K也将达到最大对轿车通常在到之间。对汽车上常用的向心涡轮式(即指进口半径大于出口半径的涡轮)变矩器变矩系数随速比的变化如图所示。对液力变矩器要正向驱动应使nP>nT一般速比i可以工作到左右。这种不需要控制就能根据外界负荷变化自动改变其转速和转矩的性能非常接近于理想牵引特性其良好的自动适应性对于各种运输车辆都是十分重要的。)效率()它是具有极大值的抛物线如图所示:在失速点时泵轮虽有功率输入但因nT=而使η=随nT增大流量逐渐下降与其平方成正比的通流(摩擦)损失而随之不断下降从而效率不断提高在计算工况点i*(附近)各叶轮液流均无冲击地进入入口从而使效率η值达到最高速比再增加时虽然通流损失仍在下降但冲击损失又继续增加使η值下降。当达到最大速比imax=时流量为零无功率输出η值再次为零。由于汽车经常在大速比工况下工作为了克服这一缺陷故将导轮通过单向离合器后再与壳体相连。设计中使速比i大于变矩系数K=的速比im点时用液流的反向作用使导轮可自由转动使液力变矩器转变为偶合器工况故当i>im以后的范围理论上效率η=从而使最高效率可达到到提高了车辆的燃料经济性。)透过性透过性是指变矩器涡轮轴上转矩和转速变化时是否影响泵轮轴上转矩和转速也相应变化的能力。通常以能容系数C=f(i)表示如图所示C为()也有用力矩系数λP来描述的则C=λP*ρ*g*Dρ为液体密度D是变矩器循环圆有效直径g为重力加速度。λP越大则C越大即传递相同功率时变矩器的尺寸越小负荷能力强。而dCdi值则反映了透过性。dCdi=变矩器为非透过性即外部负荷TT及速度nT变化不会影响到泵轮与发动机的工况发动机仅受油门开度的控制显然这可充分保护发动机轿车上多用正透过性即dCdi<起步时TT工作在发动机大转矩处随nT增加nP向发动机大功率工况移动从而可以充分利用发动机的性能。有时在低速比区会有一些dCdi>负透过性而后很快就转为正透过性这种混合透过性也是可以用的但在车辆中不采用dCdi>的透过性。液力变矩器的闭锁与滑差控制液力变矩器的性能优越但最大的缺陷是效率低。为了降低装用液力变矩器汽车的油耗而采用了闭锁即在液力变矩器的泵轮与涡轮之间安装一个可控制的离合器当汽车的行驶工况达到设定目标时控制离合器将泵轮与涡轮锁成一体液力变矩器随之变为刚性机械传动提高传动效率。早在年就有了液力变矩器闭锁专利由于当时油价便宜而忽视了它到年能源危机以后对其才日趋重视。开始人们认为闭锁降低了乘坐舒适性只适用于公共汽车、载货汽车这一观念直到十多年后才被打破。年克莱斯勒公司在轿车上首次成功使用了闭锁离合器可节油到现在各种轿车上的液力变矩器均已推广应用不仅闭锁范围扩大有滑差控制的离合器也在兴起。)闭锁控制闭锁离合器的工作原理如图所示当闭锁压力油从油道进入离合器的左边而其右边的油液经油道回流。两边的压力差使装于涡轮轴花键上活塞右移直至变矩器前盖与闭锁离合器之间的油被排出使涡轮与泵轮稳定地锁在一起如图(a)。为了弥补液力变矩器的阻尼作用吸收发动机扭转振动在有的闭锁离合器中还装有减振弹簧。离合器分离时油从油道进入离合器的右边而其左边的油液经油道泄油图(b)。闭锁的实质是液力传动与机械传动之间的转换故有在何点闭锁为佳的问题。从理论上讲闭锁点定在转入偶合器工况点为好该点变矩器系数K=既保证充分利用变矩器的自适应长处又减少了因闭锁而造成的转矩与转速的突变但也有为了扩大高效率范围在变矩器最高效率对应的速比处闭锁还有将闭锁点设在最高效率与偶合器工况点之间的另外也有少数将闭锁点定在大于偶合器工况点的以缩小闭锁时的转速差。对于以提高效率为主要目的的城市大客车、载货汽车、军用汽车等可将闭锁点定在最高效率附近而轿车还需兼顾舒适性则以定在偶合器工况点附近为宜。)滑差控制完全闭锁对提高燃油经济性直接有效故其闭锁范围在不断扩大但它妨碍吸收振动和冲击特别是低速时即使二段式的减振器也很难将其衰减。而且在过低速比时闭锁当车辆快速制动时还可能导致发动机熄火故在变矩器工况与全闭锁工况间增加过渡的滑差控制。所谓滑差控制是指闭锁离合器处于打滑的半接合状态。其控制原理是:通过闭锁控制阀控制闭锁离合器的接合压力与分离压力接合压力与分离压力之间的压力差就代表了闭锁离合器的转矩容量故它可以实现全闭锁控制或各种程度滑差控制。行星齿轮变速器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。齿轮传动有旋转轴式(行星齿轮系)与定轴式两种。虽然人们熟悉的定轴式机械变速器工艺性好、成本低但由于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。单排行星齿轮传动原理行星传动类型很多最简单的是由太阳轮S、齿圈R、行星架C和行星架上的行星齿轮组成如图所示。图(a)所示的单行星排三元件的转速特性方程:()式中nS、nR、nC分别为太阳轮转速、齿圈转速和行星架转速α为行星排结构参数α=ZRZSZR、ZS分别为齿圈和太阳轮齿数通常取<α<。式()是三元一次齐次方程清楚地反映了单个行星排是二自由度机构这正是其与一自由度定轴式不同之处。构件中任意两者之间均无固定的转速联系必须加一个约束条件(用制动件使其一固定)或用离合器连接二者以同一转速旋转才能获得确定的传动比。同时还可以看出方程的个系数之和为这说明单行星排具有用离合器把其中任意两个元件闭锁使行星排整体转动的特性。这就是说单行星排的输入与输出轴可实现减(超)速、等速或反转(倒挡)即两个前进一个倒车的个排挡。但实际使用中轿车目前均多为前倒或前倒前倒的自动变速器也即将投放市场。大客车、军车、重型货车等所需挡位更多。故实际行星齿轮变速器中是多个行星排的组合轮系这时传动比可以通过解各个单行星排的运动方程及结构的约束方程所组成的联立方程组来得到。对太阳轮经过两个相互啮合的行星轮才与齿圈相连的双星行星排图(c)在行星架不转时因太阳轮与齿圈旋转方向相同故在式()中以“α”代入即可。其α可应用范围比单行星排扩大了且能以较少的齿轮组成变速器排挡但结构复杂、难加工装配精度要求更高。换挡执行机构因为所有齿轮是处于常啮合状态AT挡位变换不同于手动变速器用移动拨叉变速它是以对行星机构的基本元件进行约束来实现。通常有离合器、制动器和单向离合器种执行机构具有连接、固定或锁止功能使变速器获得不同传动比从而达到换挡的目的。)离合器离合器的作用是连接行星排二元件成为一体采用的是多片湿式结构。通常由离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片与摩擦片组、离合器毂及密封圈组成。离合器鼓与输入轴相连、离合器毂与输出轴相连如图所示。其特点是径向尺寸小接合柔和能获得较大的摩擦面积所以能传递较大的转矩改变离合器片数的多少即可改变所传递转矩的大小。离合器钢片由钢板冲压而成靠外齿与离合器鼓连接可轴向移动。离合器摩擦片通常靠内齿与离合器毂连接。离合器摩擦片分为钢片与摩擦材料两部分。其摩擦材料以纸基摩擦材料为主以石棉、碳、纤维素等纤维或棉、本材、合成纤维作为母体材料添加无机、有机的高摩擦性材料搅拌后浸渍酚醛类树脂硬化而成。然后将其粘在钢片上厚度为mm到mm。这种材料特点是多孔网状具有弹性摩擦系数高高压、高温、高圆周速度时的稳定性好。离合器片每片厚mm到mm平均每片间的间隙为mm到mm总间隙因总片数不同而异,一般为mm到mm。离合器接合:当压力油经过油道进入活塞缸时油压克服弹簧张力推动活塞右移将所有主、从动件依次压紧即钢片与摩擦片在摩擦力的作用下一同旋转离合器接合动力从输入轴经离合器传到输出轴。离合器分离:当油压撤除后活塞在回位弹簧作用下回位离合器分离切断输入轴至输出轴的动力传递。离合器液压缸内的离心油压在接合时影响压紧力和储备系数分离时影响彻底分离。为防止上述现象的发生在活塞外圈上设有单向球阀。当压力油经油道进入活塞油腔时单向阀的钢球在油压作用下封闭活塞上的排油孔使工作油液不能从活塞缸内排出这时油压推动活塞克服弹簧张力使离合器接合。当油压撤除后单向阀的钢球在离心力作用下离开球座开启泄油孔使离心油压得以释放保证离合器彻底分离。但是利用单向阀释放离心油压其效果不太理想。近年出现了离心平衡油室结构(如图所示)取代了过去的单向阀通过向离心平衡油室输入润滑油消除了随离合器鼓转速变化而引起的附加离心压力保证了换挡过程的质量。富康轿车自动变速器中已采用了这种最新的结构。)制动器制动器的作用是使所控制元件固定不转常用带式与片式两种。带式制动器的结构如图所示由制动带及其伺服装置(控制液压缸)组成。制动带是内表面带有镀层的开口式环形钢带。制动带开口的一端支承在与变速器壳体固连的支座上另一端与伺服装置相连。按变形能力区分可分为刚性制动带和挠性制动带。刚性制动带比挠性制动带厚具有较大的强度和热容性其缺点是不能产生与制动鼓相适应的变形。挠性制动带在工作时可与制动鼓完全贴合而且价格低廉。按结构区分制动带有单边式和双边式两种类型。双边式制动带具有自行增力功能制动效果更好多用于转矩较大的低挡和倒挡制动器。用于不同挡位的同类型制动带内表面镀层的材料不尽相同。低、倒挡制动带镀层多采用金属摩擦材料其作用是保证足够的制动力矩。高挡制动带一般使用有机耐磨材料防止制动鼓过度磨损。带式制动器平顺性差衬片磨损不均故近来湿式多片制动器应用较多。湿式多片制动器在工作原理上它与湿式多片离合器结构类似仅钢片为固定不动如图所示。因其摩擦面积大转矩容量大且反作用元件不产生径向集中反力并易于通过增减摩擦片数来实现系列化。)单向离合器单向离合器可以起到离合器与制动器的作用所不同的是以单向锁止原理来实现固定或连接作用。单向离合器传递转矩容量大空转时摩擦小且无须控制机构工作完全由与之相连的元件的方向控制瞬间即可接合或分离自动切断或接通变速时转矩从而保证平顺无冲击换挡且简化了液压控制系统。单向离合器常用的是滚柱斜槽式如图(a)和楔块式图(b)所示。早期的自动变速器为了提高换挡品质采用单向离合器比较普遍反而使结构变得更加复杂。随着电控自动变速器的发展采用电控软件技术同样可以达到换挡平顺的目的。因此取消与减少单向离合器已成为自动变速器的一种趋势。几种典型的行星齿轮变速器目前自动变速器中的行星齿轮变速器大多为三自由度结构主要有三类:即辛普森(Simpson)式、拉维娜(Ravigneaux)式及CRCR式。)辛普森结构这是以发明者Simpson工程师命名的结构其结构特点是由两个完全相同齿轮参数的行星排组成如图所示。优点是齿轮种类少、加工量少、工艺性好、成本低以齿圈输入、输出强度高传递功率大无功率循环效率高组成的元件转速低换挡平稳。虽然是三自由度的变速器每次换挡需操纵两个执行机构但因安排合理实际上仅需更换一个执行机构。故从多年前发明迄今一直广泛为世界各国所采用。我国的CA、通用公司的THMC、日产NB等均是这种结构。为了提高换挡品质如图所示中由挡换挡时释放制动器B与接合离合器C的交换应及时。否则C接合过早使各元件间会产生运动干涉B释放太快则使发动机出现空转、轰响且使换挡冲击增加。为此在B与太阳轮元件之间又串联了一个单向离合器F可使换挡平顺。但为了在需要时挡能产生发动机制动又增设了制动器B这样使结构更为复杂。为进一步提高燃料经济性和降低噪声车辆向多挡化发展挡自动变速器已成为轿车的标准装备。挡自动变速器除前后行星排用一个辅助构件相连外其他行星排完全独立形成具有个独立元件(上述为个独立元件)的辛普森机构。故可用增加一个执行机构的办法(离合器或制动器)即实现挡如图所示。HydraMaticRA、BAEL都是采用该结构。这种结构具有尺寸小、质量轻的特点。挡自动变速器也有在原挡辛普森结构基础上用积木构成法加一个参数与前两排一样的行星排来增加挡位的。图所示为丰田AE自动变速器的行星齿轮传动机构所加的行星排可前置或后置以实现超速或减速传动。Benz、AllisonAT、日产KR等都采用了类似的结构。)拉维娜结构拉维娜行星齿轮机构是由一个单行星排与一个双星行星排组合而成的复合式行星机构。拉维娜行星齿轮机构共用一行星架、长行星轮和齿圈故它只有个独立元件(如图所示)。其特点是构成元件少、转速低、结构紧凑、轴向尺寸短、尺寸小、传动比变化范围大、灵活多变、适合FR式布置。改进的拉维娜挡变速器如捷达、帕萨特选装的AG(如图所示)仅用个离合器、个制动器和个单向离合器就实现了挡变速。)CRCR结构CRCR结构是指将组单行星排的行星架C和齿圈R分别组配的变速器其特点是变速比大、效率高、元件轴转速低。福特公司的CDE与通用公司的THMT均属此型。神龙富康AL四挡自动变速器是年投产的CRCR型其结构如图所示。由于在液压系统中的电磁阀增加至个不仅对挡位离合器(制动器)的油压并且对压力储能器、节流孔等均实现电子化控制。更主要的是换挡时发动机与变速器间进行综合控制从而使其取代了单向离合器的功能且各挡都具有发动机制动作用结构简单。液压系统液压系统是自动变速器的重要组成部分为液力变矩器提供传动介质完成变速器自动换挡控制。同时它还保证变速器各部分的润滑使变速器得到可靠的散热和冷却。可见液压系统起到传动、控制、操纵、冷却和润滑等功能。液压系统的组成在电子控制自动变速器中采用的是电控式液压系统。自动变速器的液压系统由动力源、执行机构、控制机构、冷却润滑系统等组成。动力源是被液力变矩器泵轮驱动的油泵它向控制机构和执行机构供应压力油以完成换挡同时为液力变矩器提供传动介质并进行冷却补偿向行星齿轮系统提供润滑油。执行机构是指行星齿轮系统的离合器、制动器。控制机构的作用是在汽车行驶过程中接收换挡信号控制执行机构的动作使变速器得到不同挡位。同时它能改善换挡平顺性保证换挡过程正常进行。控制机构由主油路调压装置、换挡阀和缓冲安全装置及液力变矩器控制装置组成。)油泵通常用内啮合齿轮泵、摆线转子泵或叶片泵为减少在高速时油泵引起的过高的动力损失目前所用叶片泵大多为流量可变型。三种油泵在结构上的共同点是:转子与定子之间有一定的偏心距。叶片泵的转子与定子之间的偏心距可自动调节达到改变流量的目的防止了发动机转速高时供油太多的缺陷提高了系统效率。)主油路调压阀由于油泵供油的脉动性必须经过调节使主油路的压力实现稳定。主油路调压阀的结构和工作原理如图所示。来自油泵的压力油从进油口进入阀体并作用于活塞端面。当主油路压力小于规定值时活塞上端面的液体压力小于弹簧预紧力泄油口处于关闭状态。当主油路压力超过规定范围后活塞在液压力的作用下克服弹簧预紧力下移泄油口开启。部分压力油被排出从而保证主油路压力不至过高。由此可见主油路压力是由调压阀弹簧的预紧力控制的。对于使用齿轮泵或转子泵的自动变速器来说由调压阀排出的多余压力油将回到油底壳。若采用叶片泵这部分压力油会被送入叶轮壳内定子在油压的作用下产生径向移动使其和转子之间的偏心距减小油泵的泵油量得到控制进而从根本上限制了主油路压力。如果主油路系统中只有一个调压阀它除了控制主油路压力之外还要调节进入液力变矩器和润滑系统的油压。某些自动变速器的主油路系统包括两个调压阀:一个是主油路调压阀另一个是第二调压阀也称变矩器阀用来控制变矩器的油压。如果将控制油压引入主油路调压阀弹簧腔则可以通过调节控制油压来改变主油道的压力使变速器在不同的挡位均可获得不同的离合器(制动器)工作油压。在电控自动变速器中通过控制比例电磁阀可以使主调压阀的输出油压随发动机的负荷大小而变化而且对换挡离合器和制动器的接合压力及液力变矩器的闭锁离合器的接合压力也可调制使其更适应提高换挡品质的需要。)手控制阀手控制阀的作用是提供换挡操纵手柄位置信号控制液压系统接通不同的操纵油路使自动变速器按照驾驶员的操纵意图工作。如图所示选挡操纵手柄通过连杆与手控制滑阀的一端相连。当选挡手柄位于空挡或停车挡时由手控制阀通往操纵油路的油道被关闭操纵油路中无液压油、来自油泵的压力油经A口进入阀体由B口输出至主油路调压阀。若手柄位于前进挡或其他位置时滑阀沿阀体移动到相应位置接通操纵油路液压系统按照驾驶员选择的挡位完成相应的工作。)换挡阀主油路压力油经换挡阀控制流入相应的挡位离合器(制动器)。在AT中换挡阀滑阀一端受离心调速器输出油压的作用另一端受到节气门阀输出油压和弹簧的共同作用换挡阀的工作取决于节气门阀和离心调速器的综合作用。在电控自动变速器中车速和节气门信号均输入ECU由ECU通过电磁阀来控制换挡阀的换向如图所示。)缓冲安全装置缓冲安全装置用来改善换挡品质。较为常见的有蓄能器和单向节流阀等。()蓄能器蓄能器由减振活塞和弹簧组成如图所示。在自动变速器的每个前进挡都设有相应的蓄能器它并联在换挡执行机构的油路中。自动变速器换挡时从换挡阀的主油路来的压力油在进入执行机构液压缸的同时也进入蓄能器的减振活塞下部。在换挡执行机构接合初始油压增长迅速使液压缸的活塞迅速克服它的自由行程使换挡执行机构接合。当油压增长到一定值时液压缸活塞下方的油压大于活塞上方的弹簧力使减振活塞上升油路中的一部分液压油进入蓄能器延缓了换挡执行机构液压缸充油时间减小了换挡冲击。通常在减振活塞上方还有调节油压或称为蓄能器背压调节油压随节气门开度变化。在节气门开度较大时适当地降低蓄能器的减振能力会加快换挡过程防止大负荷传递动力时换挡执行机构打滑以满足换挡要求。()单向节流阀单向节流阀串联在换挡执行机构的油路中它的作用是用来对流向换挡执行机构的液压油产生节流作用使换挡执行机构在接合时能延缓油压增长速率以减小换挡冲击。在换挡执行机构分离过程中单向节流阀不起节流作用以加快换挡执行机构的泄油分离过程。单向节流阀如图所示。它有两种形式一种是弹簧节流阀式一种是球阀节流孔式。除此之外在不同型号自动变速器的液压系统中还有定时阀、顺序阀和限流阀等元件它们的功能都是通过控制压力油的流量(速)以达到提高换挡品质的目的。)液力变矩器控制装置若液力变矩器的油液在发动机熄火后被部分或全都排干将导致变矩器工作打滑或变速器换挡时间滞后。因此通常在主油路调压阀与液力变矩器之间的油路中设置变矩器阀。变矩器阀的工作原理与主油路调压阀类似。关闭点火开关后主油路压力下降变矩器阀关闭上述油路防止液力变矩器排空油液。另外液力变矩器油路系统中还有闭锁控制阀用以控制闭锁离合器闭锁时刻。根据闭锁离合器的工作特点只有当汽车在良好路面上行驶且泵轮与涡轮之间转速差较小时才能使变矩器闭锁。因此闭锁控制阀根据汽车的实际行驶情况在适当时机锁止(或解除锁止)泵轮与涡轮。在大多数自动变速器中当变速器换入前进挡的较高挡位而且车速足够高时闭锁控制阀接通闭锁离合器的油路使液力变矩器进入闭锁状态。液压控制系统工作原理以四挡自动变速器为例。有个前进挡的自动变速器通常有个换挡阀。这个换挡阀可以分别由个换挡电磁阀来控制也可以只用两个电磁阀来控制并通过个换挡阀之间油路的互锁作用实现个挡位的变换。目前大部分电子控制自动变速器采用由两个电磁阀操纵个换挡阀的控制方式。这种换挡控制的工作原理如图所示。挡换挡阀和挡换挡阀由电磁阀A控制挡换挡阀则由电磁阀B控制。电磁阀不通电时关闭泄油孔来自手动阀的主油路压力油通过节流孔后作用在各换挡阀右端使阀芯克服弹簧力左移。电磁阀通电时泄油孔开启换挡阀右端压力油被泄空阀芯在左端弹簧力的作用下右移。图(a)为挡此时电磁阀A断电电磁阀B通电挡换挡阀阀芯左移关闭挡油路挡换挡阀阀芯右移关闭挡油路。同时使主油路油压作用在挡换挡阀阀芯左端让挡换挡阀阀芯停留在右端。图(b)为挡此时电磁阀A和电磁阀B同时通电挡换挡阀右端油压下降阀心右移打开挡油路。图(c)为挡此时电磁阀A通电电磁阀B断电挡换挡阀右端油压上升阀芯左移打开挡油路。同时使主油路压作用在挡换挡阀左端并让挡换挡阀阀芯左端控制压力泄空。图(d)为挡此时电磁阀A和电磁阀B均不通电挡换挡阀阀芯右端控制压力上升阀芯左移关闭直接挡离合器油路接通超速挡制动器油路。由于挡换挡阀阀芯左端作用着主油路油压虽然右端有压力油作用但阀芯仍保持在右端不能左移。电子控制系统电子控制自动变速器采用电液式控制系统即电控液压操纵系统。电液式控制系统的核心是电子控制系统电子控制系统由信号输入装置(传感器、控制开关)、电子控制装置(ECU)、执行机构三部件组成如图所示。传感器将汽车及发动机的各种运动参数转变为电信号ECU根据这些电信号按照设定的控制程序发出控制信号通过各种电磁阀(换挡电磁阀、油压电磁阀等)来操纵阀体总成中各个控制阀的工作以完成各种控制任务。自动换挡规律在自动变速器中自动换挡规律关系到动力传动系统各总成潜力的挖掘与整体最优性能的发挥直接影响车辆的动力性、燃料经济性、通过性及对环境的适应能力。故它是自动变速器中最核心的技术。换挡规律是指两排挡间自动换挡时刻随控制参数变化的关系。它应该是单值的即对输入变量(换挡控制参数)的每组合仅存在唯一的输出状态要么维持现状要么升挡或降挡。其类型有单参数、双参数和组合型换挡规律。)单参数换挡规律单参数换挡规律多取车速V为控制参数如图所示。当车速达到V时升入挡。反之当车速降至V时换回到挡V与V间是两挡都可能工作区视车辆原来的行驶状况而定。这种升、降挡之间交错现象称为换挡延迟或换挡重叠其作用是防止刚升上新挡时不会因换挡过程中总会伴有的车速略微下降按原规律又要降挡尔后因汽车又加速至V而升挡。这种现象称为“换挡循环(不断地来回换挡)”。单参数换挡规律虽然结构最简单但不管节气门开度如何变化换挡点、换挡延迟的大小都不变不能实现驾驶员干预换挡另一方面为了保证动力性升挡点多设在发动机最大转速点这就造成中小节气门开度也要在发动机最大转速点才换挡噪声大加之难于兼顾动力性与燃料经济性的要求故已很少采用。)双参数换挡规律双参数换挡规律克服单参数换挡规律的缺点其控制参数类型有:车速与节气门开度、液力变矩器泵轮转速与涡轮转速、车速与发动机进气歧管真空度等。但当前采用最多的形式仍为车速V与节气门开度α。从换挡延迟角度双参数换挡规律又分为等延迟型如图(a)所示、发散型如图(b)所示、收敛型如图(d)所示与组合型种。等延迟型换挡规律使小节气门时可以提前换入高挡减小发动机噪声又可延迟换回低挡改善燃油经济性。发散型在大节气门开度时换挡延迟所引起的输入轴转速的变化较大、功率利用差。为弥补该缺点出现了带强制低挡的发散型如图(c)所示使它保持了换挡次数较少、舒适性高的优点又克服了其缺点故它在轿车自动变速器中应用较多。收敛型的发动机工作转速低、燃料经济性好、噪声低、行驶平稳舒适它适合于功率较低的货车。由于收敛型优于其他类型也可推广到其他类型的车辆上。组合型是上述各种类型综合而成的换挡规律。以Allison公司的CLBT型重型载货汽车自动变速器为例(如图所示)可清楚看出在小节气门开度(α<)时以舒适、稳定、少污染为主采用了单参数规律而在中节气门(<α<)时以保证最佳燃料经济性为主兼顾动力性采用收敛型当大节气门开度(α>)时则以获得最佳动力性为准用等延迟型。可以说它是扬长避短地运用了各种规律。)智能化换挡规律在人车路的大系统中汽车控制的优劣主要反映在车辆与环境(路)的协调、车辆与人的协调上。故电子自动控制系统可存储多种规律供驾驶员选用不仅有经济性规律、动力性(又称运动型)规律而且还有一般(日常)规律、环境温度及随外界条件变化的规律等。即换挡点可以自由设定为各种规律。赛欧轿车有运动、经济与雪地种规律而富康轿车则存储了种规律它们可分别或同时交替工作共同控制自动变速状态。特别是采用了模糊逻辑控制和动力传动系统的综合控制技术使其实现了智能化控制。但仍然以双参数或是动态三参数为基本控制规律其他因素视为确定换挡规律的辅助条件。电子控制单元(ECU)根据选挡杆位置从存储器中调出相应的规

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精品第3章电子控制自动变速器

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