汽车自动变速器的工作原理及换挡规律分析

汽车自动变速器的工作原理及换挡规律 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 学习中心编号: 831 学习中心名称: 贵州电大黔南州分校 西南大学网络与继续教育学院 毕 业 论 文 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 汽车自动变速器的工作原理 及换挡规律分析 学生姓名 冯仲韦 学 号 1518312663003 类 型 网络教育 专 业 车辆 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 层 次 专升本 指导教师 陈翀 日 期 2016年10月 目 录 引言................................................................ 1 1、自动变速器的概述................................................. 1 1.1自动变速器(AT)............................................... 1 1.2自动变速器的基本组成......................................... 1 1.3自动变速器的优点............................................. 2 1.4自动变速器的分类............................................. 3 2、汽车自动变速器的工作原理分析..................................... 5 2.1普通齿轮变速器的工作原理..................................... 5 2.2各档动力动力传递情况......................................... 6 2.3两轴变速器................................................... 6 3、自动变速器换挡规律............................................... 7 3.1自动变速器换挡规律简介....................................... 7 3.2单参数换挡规律............................................... 7 3.3二参数换挡规律............................................... 8 .4动态三参数换挡规律........................................... 8 3 4、自动变速器换挡规律的图解 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ..................................... 9 4.1动力性换挡规律............................................... 9 4.2经济性换挡规律.............................................. 10 4.3综合模式换挡规律............................................ 12 5 总结与展望...................................................... 12 5.1论文总结.................................................... 12 5.2论文存在的不足及展望........................................ 13 参考文献........................................................... 13 致谢............................................................... 15 汽车自动变速器的工作原理及换挡规律分析 冯仲韦 西南大学 工程技术学院 摘要:变速器的发展趋势是越来越复杂,自动化程度也越来越高,自动变速器将是未来的主流。其中换挡规律是自动变速器的核心问题,它将直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性及对环境的适应能力。因此,对自动变速器的换挡规律的分析及其控制系统的研究是十分必要的。本文主要介绍了自动变速器的三种参数的换挡规律,并通过图解方法分析自动变速器的动力性、经济性以及综合模式的换挡规律。对电液控制换档执行元件进行介绍,并举出相关案例,丰富了自动变速器换挡规律及控制系统的资料,也对汽车维修行业有着重大的意义。 关键词,自动变速器,换挡规律,图解方法, 引言 随着自动档汽车进入市场，随着人们对自动档汽车的青睐，越来越多的人开始驾驶自动档汽车。自动变速器根据汽车速度、发动机转速、动力负荷等因素自动进行升降档位，不需由驾驶者操作离合器换档，使用很方便。特别在交通比较拥挤的城区马路行驶，自动变速器体现出很好的便利性。 但是自动变速器比手动变速器复杂得多，有很多方面不相同，最大的区别在于控制方面。手动变速器由驾驶员操纵档位，加档或减档由人工操作，而自动变速器是由机器自动控制档位，变换档位是由液压控制装置进行的。那么自动变速器的结构、控制变得十分复杂，在维护和修理中就带来了较大的困难，对汽车维修人员的要求也随之提高，为此，本论文通过参考大量文献对自动变速器的换挡规律及其控制系统原理进行分析，希望为广大维修人员对自动变速器的维修带来帮助。 1、自动变速器的概述 1.1自动变速器(AT) 自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。自动变速器的汽车，能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯地注视路面交通而不会 [1]被换档搞得手忙脚乱。 一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型:液力自动变速器、液压传动自动变速器、电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，最常见的是液力自动变速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度和车速的变化，自动地进行换档。 1.2自动变速器的基本组成 自动变速器的厂牌型号很多，外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制 1 阀体等，按照这些部件的功能，可将它们分成换挡操纵系统、机械传动系统、液 [2]压控制系统、电路控制系统、液力传动系统等五大部分。 (1)换挡控制系统 驾驶员通过自动变速器的变速杆改变阀体内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡。 (2)液力传动系统 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，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递到自动变速器的输入轴，并根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和转矩比，具有一定的减速增矩功能。 (3)机械传动系统 自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。 4)液压控制系统 ( 自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。油泵是自动变速器最重要的组成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统部分提供具有一定油压的液压油，油压的调节由调压阀来实现。 (5)电路控制系统 自动换挡控制系统能根据发动机的负荷(节气门开度)和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自 [3]动换挡。 1.3自动变速器的优点 (1)良好的行驶性能 2 自动变速装置的挡位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。通过液体传动和微电脑控制换挡，可以消除或降低动力传递系统中的冲击和动载，这对在地形复杂、路面恶劣条件下作业的工程车辆、军用车辆尤为重要。试验表明，在坏路段行驶时，自动变速器的车辆传动轴上，最大动载转矩的峰值只有手动变速器的20%,40%。原地起步时最大动载转矩的峰值只有手动变速器的50%,70%，且能大幅度延长发动机和传动系零部件的寿命。 (2)操纵简单 只需设置液压工作阀的位置，自动变速器就可以根据需要进行自动加挡和减挡，省去了起步和换挡时踏离合器、更换变速杆位置和放松油门等复杂的操作规程，大大减小了驾驶员的劳动强度。 (3)高行车安全性 在车辆行驶过程中，驾驶员必须根据道路、交通条件的变化，对车辆的行驶方向和速度进行改变和调节。以城市大客车为例，平均每分钟换挡3,5次，而每次换挡有4,6个手脚协同动作。正是由于这种连续不断的频繁操作，使驾驶员的注意力被分散，而且容易产生疲劳，造成交通事故增加;或者是减少换挡，以操纵油门大小代替变速，即以牺牲燃油经济性来减轻疲劳强度。自动变速的车 从而辆，取消了离合器踏板和变速操纵杆，只要控制油门踏板，就能自动变速, [4]减轻了驾驶员的疲劳强度，使行车事故率降低，平均车速提高。 (4)降低废气排放 发动机在怠速和高速运行时，排放的废气中,CO或CH化合物的浓度较高，而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放的转速范围内工作,从而降低了排气污染。 (5)可以延长发动机和传动系的使用寿命 因为自动变速器采用液力变矩器和发动机“弹性”连接，外界的冲击负荷可以通过藕合器缓冲，有过载保护的功能。在汽车起步换挡、制动时能吸收振动，相应减小了发动机和传动系的动载荷。 1.4自动变速器的分类 (1)按汽车驱动方式分类 3 自动变速器按照汽车驱动方式的不同,可分为前驱动自动变速器(如图1-1所示)和后驱动自动变速器(如图1-2所示)两种。 这两种自动变速器在结构和布置上有很大的不同。后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，因此轴向尺寸较大;阀板总成则布置在齿轮变速器下方的油底壳内。前驱动自动变速器除了具有与后驱动自动变速器相同的组成部分外，在自动变速器的壳体内还装有差速器。前驱动汽车的发动机有纵置和横置两种。纵置发动机的前驱动自动变器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，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出于汽车横向尺寸的限制，要求有较小的轴向尺寸，因此通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式，变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴则布置在下方。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，因此常将阀板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 [5]地间隙。 图1-1 前驱动AT 图1-2 后驱动AT 4 (2)按自动变速器前进挡位数分类 自动变速器按前进挡的档位数的不同，可分为 2个前进档，3个前进档，4个前进档三种。 早期的自动变速器通常为2个前进档或 3个前进档。这两种自动变速器都没有超速档，其最高档为直接档。新型轿车装用的自动变速器基本上都是4个前进档，即设有超速档。现在还有了6个、7个前进档。如丰田皇冠、宝马7系、奥迪A8等轿车采用六档自动变速器。 (3)按齿轮变速器类型分类 自动变速器按齿轮变速器的类型不同，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较大，最大传动比较小，使用较少。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。 (4)按变速形式分类 可分为有级变速器与无级变速器两种。 有级变速器是具有有限几个定值传动比(一般有3,5个前进挡和一个倒挡)的变速器。无级变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的变速器，无级变速器目前在汽车上应用已逐步增多。 2、汽车自动变速器的工作原理分析 2.1普通齿轮变速器的工作原理 一对啮合传动的齿轮，设小齿轮齿数Z1,20，大齿轮齿数Z2,40，在相同的时间内小齿轮转过一圈时，大齿轮转过半圈。显然，当小齿轮是主动齿轮时，它的转速经大齿轮输出时就降低了;如果大齿轮是主动齿轮时，它的转速经小齿轮输出时就提高了。这就是齿轮传动的变速原理。三轴五档变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴(输入轴)、中间轴、第二轴(输出轴)、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。第一轴第一轴和第一轴常啮合齿轮为一个 [6]整体，是变速器的动力输入轴。第一轴前部花键插于离合器从动盘毂中。 中间轴在中间轴上制有(或固装)有六个齿轮，作为一个整体而转动。最前面的齿轮与一轴常啮合齿轮相啮合，称为中间轴常啮合齿轮，从离合器输入一轴的动力经这一对常啮合齿轮传到中间轴各齿轮上。向后依次称各齿轮为中间轴三 5 档、二档、倒档、一档和五档齿轮。第二轴在第二轴上，通过花键固装有三个花键毂，通过轴承安装有二轴各档齿轮。其中从前向后，在第一和第二花键毂之间装有三档和二档齿轮，在第二和第三花键毂之间装有一档和五档齿轮，它们分别与中间轴上各相应档齿轮相啮合。在三个花键毂上分别套有带有内花键的接合套，并设有同步机构。通过接合套的前后移动，可以使花键毂与相邻齿轮上的接合齿圈连接在一起，将齿轮上的动力传给二轴。其中在第二个接合套上还制有倒档齿轮。第二轴前端插入一轴齿轮的中心孔内，两者之间设有滚针轴承。第二轴后端通过凸缘与万向传动装置相连。倒档轴倒档轴采用过盈配合压装在壳体相应的轴孔中。倒档齿轮通过轴承活套在倒档轴上。 2.2各档动力动力传递情况 a、一档输入轴?第一轴常啮齿轮?中间轴?中间轴第一档齿轮?第二轴一档齿轮?一档同步器接合齿圈?接合套?第二轴?输出 b、二档输入轴?第一轴常啮齿轮?中间轴?中间轴第二档齿轮?第二轴二档齿轮?二档同步器接合齿圈?接合套?第二轴?输出 c、三档输入轴?第一轴常啮齿轮?中间轴?中间轴第三档齿轮?第二轴三档齿轮?三档同步器接合齿圈?接合套?第二轴?输出 d、四档输入轴?一档常啮齿轮?第一轴上四档齿轮接合齿圈?三、四档同步器接合套?第二轴?输出(直接档) e、五档输入轴?第一轴常啮齿轮?中间轴?中间轴第五档齿轮?第二轴五档齿轮?五档同步器接合齿圈?接合套?第二轴?输出(超速档) f、倒档输入轴?第一轴常啮齿轮?中间轴?中间轴倒档齿轮?倒档轴上的倒档齿轮?第二轴上倒档齿轮?第二轴倒档齿轮接合齿圈?倒档同步器接合套?第二轴?输出 2.3两轴变速器 两轴变速器主要由输入和输出两根轴组成。 与传统的三轴变速器相比，由于省去了中间轴，在一般档位只经过一对齿轮就可以将输入轴的动力传至输出轴，所以传动效率要高一些;同样因为任何一档都要经过一对齿轮传动，所以任何一档的传动效率又都不如三轴变速器直接档的传动效率高。 6 3、自动变速器换挡规律 3.1自动变速器换挡规律简介 自动变速器换挡规律的发展经历了单参数、二参数、动态三参数换挡规律个阶段。近年来，越来越多的研究将智能控制理论应用于换挡规律，对传统的“二参数”或“三参数”进行了修正，引入了能够反映具体作业状态和环境状态的参数，使得换挡时机更加合理，换挡次数减少，从而大大提高了车辆的燃油经济性和生产率，改了作业换挡的品质。 3.2单参数换挡规律 汽车用单参数换挡规律一般选择相对稳定的车速作为控制参数，国外大功率拖拉机以发动机转速n来限定。如图2-1所示，当车速达到V时升入2挡;反2 之，当车速降至 V时换回到1挡。V和V之 间是两挡均可能出现的工作区，这112 种在控制参数相同的情况下，升挡和降挡的时刻不同，降挡时刻较升挡时刻晚的 [7]现象称为降挡重叠或降挡延迟。其作用是:?换入新挡后，不会因油门的振动或车速引起的轻度变化，而重新换回原来挡位，保证换挡过程的稳定性。?有利于减小换挡循环，防止控制系统元件的加速磨损，并防止乘坐舒适性的降低。 α—油门开度 n—发动机转速 V—车速 图3-1单参数换挡规律 单参数换挡规律结构简单，但无论油门开度如何变化，换挡点、换挡延迟大小都不变，不能实现驾驶员干预换挡，且噪声大难于顾动力性、经济性要求，故目前已很少采用。 7 3.3二参数换挡规律 二参数换挡规律克服了单参数换挡规律的缺点，其控制参数类型有车速与油门度、液力变矩器泵轮转速与涡轮转速、车速与发动机转矩等，但当前采用最多的形式仍为车速与油门开度。根据降挡延迟的不同可划分为等延迟型(降挡延迟?V的大小不随油门变化)、发散型(降挡延迟随油门开度增大而增大)、收敛型 (降挡延迟随油门开度增大而减小)与组合型(两段或多段不同类型的变化规律组合而成，以实现不同油门下获得不同的性能)4种类型。图2a所示为以车速和油门开度作为控制参数的收敛型二参数换挡规律示意图，图2b所示是反映降挡延迟所引起输入轴转速的变化。 二参数换档规律通常应用油门开度和车速作为控制信号。二参数换档规律提供了驾驶员干预换档的可能性，可以反应驾驶员的操作意图。稳态行驶状态下，利用制定的经济性和动力性模式两参数换档规律换档，能够满足车辆的动力性和经济性要求，是目前自动变速产品中广泛采用的换档规律。 (a) (b) α—油门开度 n—发动机转速 v—车速 图3-2 收敛型二参数换挡规律 3.4动态三参数换挡规律 以油门开度α和车辆速度V为参数的二参数换挡规律是将发动机的稳态试验数据作为求解换挡规律的前提，属静态范畴。然而，车辆在起步、换挡及道路条件变化时，不是加速就是减速，是一个动态过程。显然二参数控制不符合实际，也就不可能保证车辆始终处于最佳挡位行驶，从而影响整车最佳性能的发挥。为此，葛安林将更能反映车辆实际工作状态的重要动态参数一加速度dv/dt引入换 8 挡控制，形成动态三参数换挡规律。它包括最佳动力性动态三参数换挡规律和最 [8]佳燃油经济性动态三参数换挡规律。试验证明:动态三参数换挡规律和二参数换挡规律相比，前者具有较佳的加速性能挡位越低，加速度越大;前者的动力性、经济性和换挡品质都明显优于后者，且平稳、无冲击，采用前者能提高乘坐舒适性和动力传动系统零部件的寿命。但目前尚由于加速度传感器成本高、控制系统处理复杂，这种类型的规律还没有得到应用。 4、自动变速器换挡规律的图解方法 4.1动力性换挡规律 动力性换档规律要求发挥最大的车辆牵引性能，充分发挥发动机的功率，以便获取车辆优异的加速性能，爬坡能力，提高车辆平均行驶速度。动力性换档规律制定规则是:首先绘制不同挡位车辆的行驶加速度曲线图，取同一油门开度下相邻挡位加速度曲线交点，就是动力性换档规律的换档点，将加速度的交点连成曲线，即为两挡间最佳的动力性换档规律。 在动力性换档规律的制定中，由于换档时间较短，因此假设车辆换档前后车速不变，整车等效惯量也保持不变;为保证换档平顺性，要求车辆换档前后加速度一致，车辆驱动力基本一致，这就要求车辆换档前后功率一致，即发动机需要输出的功率在换档前后保持一致。上述假设和要求不仅可以体现驾驶员的操纵意图，而且也可以满足车辆换档舒适性的要求，这同样适用于经济性换档规律。 图4-1动力性换档线位于最下侧，线上的标示点为发动机等油门曲线交点，可以看出等油门曲线相交之前，低挡位发动机输出功率高于高挡位发动机输出功率，即车辆加速性能低挡位优于高挡位;但相交之后，则反之。故等油门交点是车辆两挡位加速能力的临界点，将这些临界点用曲线连接起来就是车辆升挡的最佳动力性换档曲线。很明显，车辆动力性换档点处于发动机较高油耗区。 9 图4-1综合换挡规律图解 本方法的求解结果与根据传统方法计算的同一车辆的动力性换档规律完全一致，从而验证了本方法的正确性。 4.2经济性换挡规律 无级变速车辆能够连续调整变速器的传动比，在车辆运行中，发动机可以按照如图4-2曲线所示理想工况运行，使发动机始终处于最优的经济性工作状态。但对于有级变速器，其传动比是有限的，换档前后发动机不可能为连续状态，即在换档前后发动机工作状态(转速与扭矩)将发生急剧变化。为保证车辆经济性，应选取发动机最优工作曲线附近的区域，作为有级变速车辆的经济工作区。有级变速车辆的经济性换档规律应当保证车辆各挡位运行时发动机工作处于图4-3 [9]所示的区域中。 图4-2 发动机理想工作位置曲线 10 图4-3 有级变速车辆发动机理想工作区域 图4-4 中的经济性换档线位于两挡位的最佳发动机工作线之间，线上的标示点为两挡位发动机工作区域的等比油耗临界点。对于经济性换档，车辆运行工况较稳定，油门操纵变化缓慢。当车速升高时可以看出发动机低挡位的工作区域进入高油耗区域;但对于高挡位，车速升高后发动机工作区域则进入更低油耗区域。因此该临界点为经济性换档点，将这些临界点用曲线连接起来就是我们需要 [10]的车辆升挡的最佳经济性换档曲线。换档线对于相邻两挡来说是低挡位发动机工作区域的下限，高挡位工作区域的上限，从图3-4中可以看出发动机在某一挡位上的工作区域恰是图4-3中分析的区域。 图4-4 相邻挡位发动机工作区域 11 4.3综合模式换挡规律 根据经济性换档规律线和动力性换档规律线，获得综合模式下换档规律曲线。过低和过高油门时，发动机效率较低，综合驾驶员主观上操纵要求、发动机工作特性、车辆经济性与动力性换档线，做出了一条满足一般操作模式下的换档 [11]线，这条新组合的曲线为综合换档规律曲线，用作综合模式换档规律。 将上述三条曲线由图中查出低挡位对应的车速和油门作为参变量，并重新建立以车速和油门为纵横坐标的曲线，这些曲线就是简明的换档线，见图3-5。 图4-5 换挡规律图 上述内容提出了一种制定自动变速器车辆换挡规律的图解方法，通过将不同挡位车辆的驱动力曲线和发动机特性曲线绘制在同一图上，对比分析换挡前后车辆及发动机的工作状态，可以简便、有效地获得车辆最佳的动力性和经济性换挡规律，并能够综合分析车辆各模式下换挡规律对车辆性能的影响，对提高自动变速器性能及开发水平具有重要意义。 5 总结与展望 5.1论文总结 行车舒适性的追求仍然是当今汽车行业的发展趋势，自动变速技术很好地提高了行车舒适性是现在非常活跃的领域而近几十年来电子技术的迅猛发展微机产品不断更新换代性能价格比不断提高为汽车自动化提供了雄厚的物质基础当今世界自动变速技术三个重要的研究方向分别是机械式液力变矩AT;无级变速器即CVT;电控机械式自动变速器即AMT，本论文是在阅读了大量的国内外有关 12 文献资料、吸收了国内外先进的研究成果的思想及参考了学科专业知识书籍的基础上完成的。 5.2论文存在的不足及展望 由于受现在由于受现有条件和时间的限制，本文对自动变速器的分析认识虽然取得了一定的成果，但在下述方面仍存在不足，有待于进一步完善和改进: 1(对于自动变速器的现状虽然做了介绍，但是对于它的现在只是做了简单的介绍。 2(自动变速器的换挡规律虽然从参数及利用图解方法做了比较完整的分析，但因时间和条件的限制不能拿出更清晰，更深层次的图片来做简单的介绍。 3(对于自动变速器的电子控制系统，由于时间的限制，只是做了大概的说明，这是论文欠缺的地方。 4(对于自动变速器，会出现的常见故障做出了解释，但因经验尚浅，还有各种各样的疑难问题，是我没有想到的，这也是论文的欠缺之处，需要更完善。 但是对于未来汽车自动变速器的换挡规律的分析及其控制系统的检修，我们拭目以待～ 参考文献 [1] 谭本忠.看图学修汽车自动变速器[M].北京:机械工业出版社，2010:1-7 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