汽车自动变速系统分析1.docx

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汽车自动变速系统分析1

第一章自动变速器的组成

自动变速器由外部操作系统、液力传动装置、机械传动机构，油路控制系统及电路控制系统几大系统构。

自动变速器的自动控制是靠液压系统来完成的。

液压系统由动力源、控制机构、执行机构三部分组成。

动力源是被液力变距器驱动的油泵，它除了向控制器提供冷却补偿油液，并使其内部具有一定压力，除此之外还向行星齿轮变速器供润滑油。

控制机构大体包括主油系统、换档信号系统，换档阀系统和缓冲安全系统。

根据其换档信号系统和换档阀系统采用的是全液压元件还是电子控制元件可将控制机构分为液控式和电控式两种。

执行机构包括各离合器制动器的液压缸

1.1液力变矩器

位于自动变速器的最前端，通过螺栓与发动机飞轮相连

作用：

利用液体的循环流动过程中的动能变化传递动力，将发动机的动力传到变速器的变速机构。

1．1.1液力耦合器与液力变矩器的比较

液力传动装置可采用液力耦合器或液力变矩器，现在的自动变速器中均采用液力变矩器，这是因为液力耦合器在工作中存在缺点所决定的。

液力耦合器由泵轮、蜗轮和壳体构成。

泵轮和蜗轮的形状就像一个圆环的两半。

泵轮和蜗轮有从其中心向外径像辐射状的叶片。

壳体密封的并且充满了工作油液。

泵轮直接连接在外壳上，以其转动方向带动油液。

运动的油液冲击蜗轮叶片，使蜗轮转动，把动力传入变速器。

液力变矩器在液力耦合器的基础上增加导轮。

导轮的工作可解决耦合器中存在的问题。

注意：

泵轮与发动机驱动盘相连，总是与曲轴一起转动。

蜗轮和变速器输入轴相连接，蜗轮旋转则输入轴旋转。

•用空气传递动力会有能量损失，且电风扇B的转速永远小于A的转速。

如果我们将电风扇A与B用一个轴连接在一起，此时电风扇A可直接带动B同速转动，就没有能量损失。

•此时的电风扇A相当于液力变矩器的泵轮，电风扇B相当于涡轮，导管相当于导环，空气相当于自动变速器油，连接轴相当于锁止离合器。

•

1.2液力变矩器组成

1.2.1液力变矩器的作用与优点

当汽车起步、上坡或遇到较大阻力时，如果发动机的转速和负荷不变，则车速下降，即泵轮转速降底，于是涡轮转矩相应增大，因而使驱动轮获得较大的力矩，保证汽车能克服增大的阻力而继续行驶，所以变矩器本身能随汽车行驶阻力的不同而自动改变输出转矩。

同样具备使汽车平稳起步，衰减传动系的扭转振动，防止传动系超载等作用。

液体传动起步平稳、加速均匀，液力传动的减振作用可以消除或降低传动系统中的冲击和动载荷，可延长发动机和传动系统零部件的寿命。

涡轮与泵轮装合后叶片相对形成环行空腔，其内充有工作油液，当泵轮转动时，其中的油液也被叶片带动一起旋转，高速流动油液冲击涡轮叶片，由于两个工作轮转速不等，两个轮叶片外缘产生液压差，则油液在泵轮和涡轮之间产生循环流动，涡轮受力产生绕涡轮轴的转矩。

1.3变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换档执行机构两部分。

1.3.1行星齿轮机构

是自动变速器的重要组成部分之一，主要由于太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。

行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。

在速比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递没有中断，因而实现了动力换挡。

简单行星齿轮机构

自动变速器中彩一套彼此始终啮合在一起的齿轮，这种齿轮组称之为行星齿轮组，这是因为齿轮组的运转方式与我们的太阳系非常相似的原因，齿轮组的构成如图。

位于中心的部件称为太阳轮，齿轮组中其他的所有齿轮都围绕着太阳轮转动。

紧靠着太阳轮的是行星架，行星架上装有小齿轮，用于和太阳轮啮合，行星轮作为一个整体围绕着太阳轮转动。

环绕着小齿轮的部位称为齿圈，齿圈只有内侧有齿。

小齿轮始终保持太阳轮和齿圈相啮合，他们作为中间齿轮，可改变行星齿轮的旋转方向，而且小齿轮还均匀的分配太阳轮和齿圈之间的扭矩。

自动变速器中采用行星齿轮组的原因就是因为其同时有更多的齿相啮合，与双齿轮组比，它是更为强固的齿轮组。

而且因为行星齿轮组内的齿轮永远都是啮合的，所以在改变传动比时，不会像手动变速器一样出现碰击或磨擦，也不会出出脱齿的现象。

另外，行星齿轮组紧凑小巧，可以提供多种传动比，如果采用两套或更多的行星齿轮组则可以获得大范围的不同的传动比。

参考：

在单排行星齿轮组中，传动比=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数。

可是行星架没有齿。

在计算传动比时，当行星齿轮组中的一个部件被固定，另一个部件作为主动件时，行星架的齿数假定为太阳轮齿数加上齿圈的齿数和。

即行星架的齿数是最大的。

万能公式：

Z太×N太＋Z圈×N圈＝（Z太+Z圈）×N行

太阳轮齿数<齿圈齿数<行星架齿数（理论值）

行星架齿数（理论值）=太阳轮齿数+齿圈齿数

工作状态：

1、固定——行星架

主动——太阳轮（内齿圈）

从动——内齿圈（太阳轮）

当太阳轮按顺时针方向旋转时，小齿轮围绕小齿轮轴按反时针方向旋转。

小齿轮试图按顺时针方向围绕内齿圈行走，但是行星架被固定，所以小齿轮不能行走。

因此，内齿圈以较低转速，按太阳轮的相反方向，即按反时针方向旋转。

2、固定——内齿圈

主动——太阳轮（行星架）

从动——行星架（太阳轮）

当太阳轮按顺时针方向旋转时，小齿轮则围绕小齿轮轴按反时针方向旋转，这种小齿轮运动试图使内齿圈按反时针方向旋转，但内齿圈被固定。

如果小齿轮围绕小齿轮轴旋转，那么，它必须在围绕内齿圈行走时按顺时针方向旋转。

所以行星架按顺时针方向旋转，但因为它比太阳轮具有更多数量的“齿”，所以与太阳轮相比，它以较低的转速旋转。

当行星架按顺时针方向旋转时，小齿轮在内齿圈内按顺时针方向行走旋转。

因为内齿圈被固定，小齿轮按反时针方向围绕小齿轮轴旋转。

因此，太阳轮按顺时针方向旋转，但其转速比行星架高，如右图，因为其齿数较少之故。

3、固定——太阳轮

主动——齿圈（行星架）

从动——行星架（齿圈）

当内齿圈顺时针方向旋转时，小齿轮则围绕小齿轮轴顺时针方向旋转，在行星架被固定的情况下，小齿轮会带着太阳轮反时针旋转，而此时太阳轮被固定，则反作用力作用于行星架，带着行星架顺时针方向旋转。

4、一个主动部件，没有部件被固定

当太阳轮作为主动部件旋转时，例如按顺时针方向旋转时，小齿轮按反时针方向围绕小齿轮轴旋转，促使内齿圈按反时针方向旋转。

因此，行星架按顺时针方向旋转。

如果试图以此状态从行星架输出扭矩，则施加于齿轮的载荷超出施加于内齿圈的载荷。

因此，在多数来自太阳轮的扭矩通过小齿轮被传递到内齿圈，以使内齿圈旋转而无一点载荷。

因此，不可能从行星架输出扭矩。

换言之，行星齿轮机构在此状态下处于空档状态。

有两部件主动，另一部件从动，当内齿圈和太阳轮以相同转速、按相同方向旋转时，小齿轮被锁止，因为它不能围绕小齿轮轴旋转。

因此，所有部件：

行星架、小齿轮、内齿圈和太阳轮一起作为直接传动装置旋转，没有转速的上升和减低。

1.3.2行星齿轮机构优点：

由于多个行星齿轮同时工作，且采用内啮合的方式、故与普通齿轮变速机构相比，在传递同样大小功率的情况下，可减小变速器的尺寸和重量，能实现同向、同轴减速传动。

由于采用的是常啮合传动，可使动力不间断。

第二章换挡执行机构

主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。

离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。

制动器的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。

单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换挡元件之一，其作用和多片式离合器及制动器基本相同，也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件，让行星齿轮变速器组成不同传动比的挡位。

2.1离合器概念：

连接两个零件。

工作时，零件不能自由旋转，不工作时，零件可独立任意旋转。

2.1.1离合器的组成

卡环：

它安装在输入轴转鼓的卡环槽内，限制活塞的行程。

输出转鼓：

其中心有齿形花键与输出轴相连，边缘有键槽。

钢片：

是光板，外缘有矩形花键与输入轴转鼓内键槽相连。

摩擦片：

内圆有花键，与行星齿轮某一元件相连接，其表面有铜基粉末冶金层或合成纤维层，以增大摩擦力。

钢片与摩擦片相间排列，可轴向移动。

弹簧座卡环：

安装在输入轴卡环槽内。

许多个回位弹簧沿圆周方向均匀分布。

2．1.2制动器概念：

将一个可独立旋转的零件与壳体相连，工作时，零件不能旋转，不工作时，元件可独立任意旋转

2.1.3供油系统

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总成之一，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一定油压的液压油。

油压的调节由调压阀来实现。

2.1.4换挡操纵机构

自动变速器的换挡操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。

驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，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。

第三章控制过程

ECU输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成电信号驱动被控的电磁阀工作。

因此，电子控制自动变速器就要增加节气门位置传感器、车速传感器、水温传感器、液压温度传感器、发动机转速传感器、档位开关、刹车灯开关等数字信号汇入ECU，从而使得ECU精确控制电磁阀，使换档和锁止时间准确，令汽车运行更加平稳和节省燃油

第四章自动变速器的技术发展

“奇瑞要把变速器做成爱信那样的知名品牌。

”日前，在奇瑞第200万辆汽车下线仪式上，奇瑞汽车董事长尹同跃告诉记者，奇瑞自主CVT变速器将于4月17日正式下线，匹配1.6L~2.0L主流排量区间的发动机，该变速器不仅将装备在奇瑞现有车型上，还将供应给其他汽车厂家。

尹同跃口中的“爱信”，就是被称为丰田汽车“三驾马车”之一的爱信精机，在国内自动变速器市场中，爱信占据了近乎垄断的市场份额。

2009年，爱信的全球排名首度超过德尔福，成为世界第五大汽车零部件供应商。

今年，爱信计划在中国实现1000亿日元的销售额。

奇瑞汽车总经理助理金弋波告诉记者，目前奇瑞内部有两个方案，一是陆续推出自主变速器产品，主打奇瑞品牌；二是效仿ACTECO发动机，为整个变速器系列设计一个全新的品牌名称。

在自主CVT变速器之后，手自一体6AT变速器也将在2011年投产。

中国汽车工业协会的统计数据显示，在国产自动挡乘用车中，80%左右搭载的是进口自动变速器，剩下的20%也主要来自外资控股的合资企业。

而爱信等跨国零部件企业更是以垄断优势控制了中国的自动变速器市场，主导着价格制定规则和市场游戏玩法。

尽管奇瑞自动变速器的研发，仍然不可避免地需要外援，但相比此前核心技术全面受制于人的窘况，已是一种巨大的进步。

一般来说，汽车驱动轮所需的转速和转矩，与发动机所能提供的转速和转矩有较大差别，因而需要传动系统来改变从发动机到驱动轮之间的传动比，将发动机的动力经济而方便地传至驱动轮，以便能够适应外界负载与道路条件变化的需要。

此外，停车、倒车等也靠传动系统来实现。

适时地协调发动机与传动系统的工作状况，充分地发挥动力传动系统的潜力，使其达到最佳的匹配，这是变速控制系统的根本任务。

自动变速能够根据动力传动系统内部和外部的状态，以及行驶工况的需求，自动地选择合适的传动比，具有这种功能的变速箱称为自动变速箱，分有级和无级变化传动比两类。

在自动变速过程中，有级传动比变速箱的变速控制，也称为换档控制；而传动比可以连续无级变化的变速箱，称为无级变速器（简称CVT）无级变速具有理想的恒功率传动性能，变速过程连续平稳，没有动力中断，是人们一直追求的目标，而采用电子技术特别是微电子技术控制变速系统，已经成为当前汽车实现自动变速功能的主要方法。

例如：

为了实现无级变径，大致分为：

等线速型（带、链无级变速、大多摩擦传动类型）；等角速型（脉动变速型，是目前唯一靠低副传动的变速器，但传动特性为脉动输出，且超越离合器部分仍为线接触摩擦传动，为整个传动链薄弱环节），几乎全部为实现无级变径而采取了点、线接触摩擦传动，为了减小几何滑动，应力求减小接触面，而为了增大传递功率，又需力求增大摩擦力，这就必须增大正压力，显见，减小接触面、增大正压力是一对矛盾，这将导致工作受力区的接触应力大幅度增加积聚，而为了减小弹性滑动，又必须克服弹性变形，这一增大应力、减小变形的矛盾只能通过增大接触面的材料硬度，强度来弥补变形、磨损，同时这又使得材料选择出现摩擦系数矛盾；于是，随着科技的发展，出现了现代传动理论——牵引传动，但牵引油膜所能提供牵引系数仍在0.1之间，仅能解决一定磨损、发热问题，况且在点、线接触区实现理想的液体润滑状态很难实现，大都处于混合润滑状态，故此主要还是依靠摩擦传动，未能从根本上解决问题，仍然很难进入高效大功率场合，围绕这一难题，全世界几乎所有的技术改革都是以改变摩擦传动件结构形状和扩大加压范围来提高功率，可谓治表不治本，为提升功率增大加压力而带来的一系列辅助系统及负面效应导致了成本猛增且效率下降。

第五章参考文献

[1]边焕鹤.汽车电器与电子设备[M].北京：

人民交通出版社，

[2]申荣卫.汽车电器[M].北京：

机械工业出版社，2006

[3]高洪一，康国初.汽车电子技术[M].北京：

北京交通大学出版社，2007

[4]刘夏伦，汽车电控自动变速器的结构特点，汽车电器，2004

[5]过学迅，汽车自动变速器，北京：

机械工业出版社，1993

[6]郝京顺，汽车变速器的发展，北京汽车，2000

目录

第一章自动变速器的组成1

1.1液力变矩器1

1．1.1液力耦合器与液力变矩器的比较1

1.2液力变矩器组成2

1.2.1液力变矩器的作用与优点3

1.3变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换档执行机构两部分。

3

1.3.1行星齿轮机构3

第二章换挡执行机构6

2.1离合器概念：

6

2.1.1离合器的组成6

2．1.2制动器概念6

2.1.3供油系统6

2.1.4换挡操纵机构6

第三章控制过程8

第四章自动变速器的技术发展9

第五章参考文献11