汽车自动变速器发展现状.docx

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汽车自动变速器发展现状

论文题目：

汽车自动变速器的发展现状

摘要

随着科学技术的不断进步，汽车工业相应得到了迅速发展。

如何快速而平稳地把发动机的动力传递到驱动车轮上，是影响汽车操纵方便性与平顺性的关键之所在，要想解决好这些问题，首先要了解自动变速器技术特别是液力变矩器等相关技术的发展。

变速器的电子技术控制是影响汽车操纵方便与平顺的关键所在，而自动变速就是根据汽车速度，发动机转速及动力负荷等信号使自动变速器自动进行升降档位，不需驾驶者操作离合器换挡的变速器。

驾驶者可以全神贯注地注视路面交通而不会被换挡搞得手忙脚乱，从而减少了驾驶者的疲劳度，增加了驾驶者的驾驶乐趣。

自动变速的便利性和人类对舒适性的更高追求，使得自动变速器的发展更加的深入，具有良好的自动调节和适应性。

使车辆更加稳定，加速均匀，其减振作用降低了传动系的动载和杻振，延长了传动系的使用寿命，提高了乘坐的舒适性，行驶安全性，通过性以及车辆的平均速度。

下面我们就从新的角度去了解自动变速器的发展现状与展望。

关键字：

电子技术，自动变速器，传动系，舒适性

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theautoindustryhasbeenrapiddevelopmentofcorresponding.Howquicklyandsmoothlytransferthepoweroftheenginetothedrivewheels,istheimpactofvehiclehandlingandridecomfortConveniencekey,tosolvetheseproblems,wemustfirstunderstandtheautomatictransmissiontechnology,especiallythedevelopmentofhydraulictorqueconverterandrelatedtechnology.

Inthemodernsocietycongestionandthebusytraffic,inordertoreducebesetbydrivingandbringmoreandmoreusers,automatic-shiftcarsfavored.Transmissionelectrontechnologycontrolaffectautomanipulationconvenientandisthekeytoride,andautomatictransmissionisaccordingtothebusspeed,enginespeedandpowerloadautomatictransmissionsignalsofmakeliftinggearautomatically,withouttheneedtodriversshifttransmissionsoperatetheclutch.Driverscanbeabsorbedinwatchingroadtrafficwithoutbeingshiftmakehurry-scurry,thusreducingthedriverfatigue2loss,increasedthedriversdrivingpleasure.Theconvenienceandautomatictransmissionofthehumanpursuit,makinghighercomfortthedevelopmentoftheautomatictransmission,goodmoredeeplytheautomaticadjustmentandadaptability.Makevehiclesmorestable,accelerateeven,itsminusuptransmissionsystemwithreduceddynamicloadandChouvibrationandprolongtheservicelifeofthetransmissionsystem,improvetheridecomfort,drivingthroughsexualandvehiclesafety,theaveragespeed.Next,wewillgotounderstandfromanewperspectiveofautomatictransmissiondevelopmentpresentsituationandprospect.

KeyWords：

electronictechnique，automaticregulation，drivetrain，comfort

1引言......................................................................1

2自动变速器基本理论知识................................................12.1自动变速器的发展历程...............................................1

2.2自动变速器的工作原理...............................................22.2.1电控液力自动变速器的工作原理..................................2

2.2.2电控无级变速器的工作原理......................................3

2.2.3DCT双离合自动变速器的工作原理................................5

3自动变速器的现状........................................................7

3.1电子技术对自动变速器的控制.........................................7

3.1.1锁止离合器控制的要求..........................................7

3.1.2锁止控制电磁阀..............................................7

3.1.3锁止电磁阀控制锁止离合器......................................7

3.1.4调压电磁阀控制原理............................................8

3.2自动变速器主油压的调节.............................................8

3.2.1自动变速器微机控制管路油压的调................................8

3.2.2蓄压器调节电磁阀与缓冲电磁阀..................................9

3.3自动变速器的润滑...................................................9

4自动变速器的展望.......................................................10

5结果分析与讨论.........................................................12

6总结.....................................................................12

参考文献.................................................................13

致谢.....................................................................14

1引言

随着社会的进步，汽车工业得到了快速的发展，大量的电子技术在汽车上得到了应用。

人们对汽车的要求有了更高的要求，特别是汽车的舒适性，动力性，燃油经济性，这就对自动变速器有了更高的要求。

自动变速器在换挡过程中，离合器要产生大量的热量，如果不及时散热，离合器摩擦面会产生局部高温导致摩擦片的翘曲变形甚至烧结在一起。

离合器摩擦片的材料、耐磨性、摩擦系数及其摩擦面的沟槽设计形式是急需解决的关键技术问题。

另外，车辆的换挡的品质会直接影响到车辆的舒适性和系统的强度，容易引起传动系统较大的瞬态纵向冲击。

怎样才能使变速器得到更好的发展要从液压对自动变速器的的控制，润滑油对自动变速器的润滑，电子元件在自动变速器上的精确地控制，及材料在自动变速器上的应用。

［1］

2自动变速器的基本理论知识

2.1自动变速器的发展历程

汽车自动变速器目前在国际上已成为发展趋势。

与传统的手动变速器相比,汽车自动变速器在节能、可操控和驾驶舒适性等方面有显著优势。

因此,自动变速器在汽车工业发达国家和地区的市场占有率越来越高。

当前,自动变速器在美国汽车市场上的占有率接近90%,在日本汽车市场上占有率在80%以上,在欧洲乘用车市场上占有率在50%以上,而在我国目前6000多万辆的汽车保有量中,自动挡车约占10%以上。

在美国,AT（液力自动变速器）占有绝对优势。

这主要是因为其自动变速器发展较早,消费者要求汽车必须操控简单,驾乘舒适,且对油耗并不敏感。

这种消费习惯造就了美国以AT为主的自动变速器市场。

欧洲消费者注重驾驶体验和驾驶乐趣,喜欢手动操控对机械带来的控制感,并且对油耗比较看重,所以自动变速器发展空间一直不大。

具有节能和运动特性的DCT（双离合器式自动变速器）出现后,立刻成为欧洲市场的宠儿。

日本是世界上CVT（无级变速器）装车率最高的市场。

日本消费者对CVT这种可以使发动机一直工作在同一转速区间保持低噪声并连续加速的变速器青睐有加。

在我国,自动变速器市场近些年每年都在以20%的速度增长,但毕竟起步晚,基础薄弱,大量自动变速器仍然依赖进口。

自主品牌企业开发了一些新产品,但多数没有形成产业化,产品技术路线也不是十分清晰。

［2］

2.2自动变速器的工作原理

2.2.1电控液力自动变速器的工作原理

液力自动变速器（后以AT简称）是目前汽车自动变速器的主流。

目前保守估计在轿车上AT装车率在美国已经达到90%以上，日本也已经达到80%左右，欧洲发达国家大体也达到50%左右。

城市大客车的装车率，在美国大体上是100%，西欧是95%。

工程车辆的装车率，在美国是70%，西欧是30%。

AT装车率仍呈上升趋势。

因此AT结构与原理、设计等内容将是本人研究的重点。

AT主要包括：

液力变矩器、行星排动力传动系统、液压操纵系统、电子控制部分（TCU）（其中也有专家将液力变矩器分开研究）。

其基本工作过程：

（总结为：

液压控制系统控制行星齿轮系统，自动改变行星齿轮的传动状态。

）

1） 驾驶员踏下加速踏板（油门踏板），控制节气门开度和汽车的行驶速度（变速器输出轴转速）。

2）TCU检测节气门开度、发动机转速、怠速开关、档位开关、油温、车速等模拟、脉冲、开关三类信号。

TCU控制单元通过预先设定的控制程序，输出各种指示灯信号、液压控制阀开闭信号和比例控制信号。

3） 液压控制系统通过电磁阀的开闭和比例控制信号，来控制液压系统不同油路的油压和流量，保证离合器和制动器的正确接合和分离。

4）离合器和制动器在液压控制系统控制下产生接合、分离动作。

不同的离合器和制动器接合与分离状态将使行星排动力传动系统产生不同的传动比输出状态。

5） 液力变矩传动介质为液体因此用来保证车辆在起步、换档过程减少冲击和振动，维持发动机的最佳工况，提高车辆适应路面的能力。

2.2.2无级变速器的工作原理

（1）钢带式CVT

图2-1带轮和钢

  CVT是带轮和钢带的组合，如图2-1所示，取代常规的齿轮装置传递动力。

主要部件包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。

　　金属带由两束金属环和几百个金属片构成。

主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。

可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。

发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。

工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。

可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。

由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。

　　在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。

主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。

金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。

　　汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。

随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐减小，从动轮的工作半径相应增大，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。

［3］

（2）滚轮转盘式CVT

图2-2滚轮转盘式

   可用来传递更大的功率和扭矩，适用于较大排量的汽车上。

这种CVT使用转盘和滚轮的结合传递驱动扭矩并改变传动比。

如图2-2所示，它通过移动动力滚轮改变传动比，输入转盘给动力滚轮及时施加作用力，所以这种CVT对传动比变化的反应比钢带式CVT更快，从而实现驾驶员加速器输入的传动比线性变化。

此外，与钢带驱动式CVT类似，传动比的连续改变使驾驶员享受到无缝平顺换档，没有任何换档冲击，如图2-2所示。

发动机动力传递到一个输入转盘，输入转盘的旋转运动把动力传递到滚轮，再经滚轮传递到输出转盘。

通过连续改变动力滚轮的倾斜角度，CVT执行平顺而连续的传动比变化。

输入转盘和动力滚轮之间接触点画圆的大小以及输出转盘和动力滚轮之间触点画圆的大小根据动力滚轮倾斜角度的变化而变化。

圆的大小比值对应输入转盘和输出转盘的转速比，转速比等于传动比。

 当输出转盘的圆较大时，输出转盘的旋转比输入转盘慢，这相当于传统变速器的低档。

反之，输出转盘的圆较小时，输出转盘的旋转比输入转盘快，这相当于传统变速器的高档。

图2-3滚轮转盘式侧视图

  动力滚轮支撑在耳轴的上方和下方，总成与液压伺服活塞连接，可以上下移动，如图2-3所示。

动力滚轮的这种构造可以使各个滚轮绕着耳轴旋转。

当动力滚轮的轴线通过转盘中心时，不会产生滚轮的倾斜力。

因此，既然滚轮倾斜保持不变，就没有改变传动比。

由于转盘高速旋转，滚轮只要向上或向下移动0.1mm~1.0mm，就可以倾斜。

这就使EXTROIDCVT即时响应传动比改变的指令，导致特别快速的传动比变化。

动力滚轮的倾斜角度有液压机构进行操纵。

尽管通过倾斜动力滚轮改变传动比，但并没有直接给滚轮加力。

相反，使用转盘产生的力使滚轮倾斜，当滚轮从中心轴垂直移动时，转盘就使滚轮倾斜。

由于转盘高速旋转，转盘产生的力使滚轮移动和受力最小时就立刻倾斜，因此，我们能够快速感觉到传动比变化明显。

当驾驶员的加速器输入时，就可以线性加速和减速。

［4］

2.2.3DCT双离合工作原理自动变速器

图2-4双离合变速箱原理

双离合自动变速器（简称DCT）基于手动变速箱基础之上。

如图2-4所示，而与手动变速箱所不同的是，DCT中的两幅离合器与二根输入轴相连，换挡和离合操作都是通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现。

而不再通过离合器踏板操作。

就像tiptronic液力自动变速器一样，驾驶员可以手动换挡或将变速杆处于全自动D挡（舒适型，在发动机低速运行时换挡）或S挡（任务型，在发动机高速运行时换挡）模式。

此种模式下的换挡通常由挡位和离合执行器实现。

两幅离合器各自与不同的输入轴相连。

发动机的输入轴通过缓冲器与两幅离合器外片相连。

发动机启动后自动挂1挡。

由于离合器1处于打开状态，因而没有扭矩传到驱动轮。

当离合器1关闭时，离合器1的外片逐渐贴合内片并开始通过第一挡的实心轴、齿轮组和同步器传动发动机扭矩至差速器，最终至驱动轮。

同时，由于离合器2此时并不传递扭矩，因此第二挡已被预先选定。

从第一挡换到第二挡时，由于第一挡的解除和第二挡的挂挡在同一速度，车辆有足够的前冲力。

当第离合器2完全接合后，第三挡已被预先选定，因为此时离合器1没有接合，不传导扭矩，挂挡原理依次类推。

此时驾驶员仅感觉到离合器转换。

对快速换挡操作来说，换下一挡即意味着与之相连的离合器开放，但此挡位预先选定。

通过变速箱控制软件的复杂算法，根据驾驶员各自的需要调整换挡类型和换挡速度确保了选定正确挡位。

通过设计，双离合变速器中的最大差速小于传统的液力自动离合器，该类离合器操作起来简便快速，与传统的液力自动离合器相比，其舒适感也更高，或不低于液力自动变速器。

［5］

3自动变速器的现状

3.1电子技术对自动变速器的控制

3.1.1锁止离合器控制的要求

变扭器内部的锁止离合器接合后，可利用机械摩擦传递扭矩，机械效率得以提高，改善了自动变速器车辆的燃油经济性。

锁止离合器控制条件包括：

自动变速器在较高档位行驶，如超速档、直接档、2档等；车速和节气门开度进入锁止控制的设定范围。

锁止离合器解除锁止的工况：

发动机水温低于60℃；发动机节气门关闭；车辆处于制动状态；巡航加速工况。

锁止离合器的控制有液压控制和微机控制2种方式。

变扭器锁止方式有机械锁止和柔性锁止2种。

在锁止控制的范围内，车速较低时进入柔性锁止，利用摩擦元件之间的滑差，得到较高的传动效率；在车速较高时进入完全锁止即机械锁止状态，传动效率为100%。

［6］.

3.1.2锁止控制电磁阀

锁止离合器的动作由锁止继动阀控制，锁止继动阀由作用在滑阀两端的锁止控制液压信号调节。

根据锁止离合器控制条件，锁止控制液压信号综合车速、档位、水温、发动机工况、行驶状态等。

锁止控制液压信号的方案有：

锁止信号阀控制，锁止控制电磁阀控制，锁止信号阀与锁止控制电磁阀控制3种。

3.1.3锁止电磁阀控制锁止离合器

锁止离合器的动作由锁止继动阀调节，当锁止继动阀的滑阀移动时，控制油液进入变扭器内部锁止离合器的背面，而正面的油液经由继动阀控制泄放，在两面压差的作用下，锁止离合器压紧，实现锁止。

相反，当继动阀的滑阀相反移动时，控制油液进入锁止离合器的正面、背面，流出变扭器后经由继动阀进入散热器，在回位弹簧的作用下，锁止离合器分离。

自动变速器微机根据有关工况信号分析判断后，控制锁止电磁阀动作。

锁止电磁阀为二通占空比型。

在较高占空比控制信号时，锁止电磁阀控制泄压孔开度较大，管路压力降低，控制锁止继动阀移位，节流孔开度变大，使锁止离合器接合压力增大；当占空比控制信号为100%时，锁止离合器完全接合。

相反，在较低占空比控制信号时，锁止电磁阀控制泄压孔开度较小，管路压力升高。

控制锁止继动阀移位，节流孔开度减小，使锁止离合器接合压力降低。

当锁止电磁阀断电时，完全关闭泄压孔，使锁止离合器完全分离。

当锁止电磁阀断电时，油路保压，锁止信号阀移位，同时，使锁止继动阀移位，油液进入锁止离合器与变扭器内壁之间，锁止离合器分离。

当锁止控制电磁阀通电时，油路泄压，锁止信号阀移位，同时，使锁止继动阀移位，锁止离合器与变扭器内壁之间的油液排空，锁止离合器接合。

3.1.4调压电磁阀控制原理

自动变速器微机根据工况信号分析判断后，控制调压电磁阀动作，实现主油压的调节，以适应自动变速器各种工况的要求。

调压电磁阀为比例型电磁阀或占空比型电磁阀。

调压电磁阀为二通占空比型。

在较高占空比控制信号时，调压电磁阀控制泄压孔开度较大，直接控制有关管路压力降低；或控制一个调节阀动作，产生压力信号驱动液压调节阀移位，使主油路压力降低。

相反，在较低占空比控制信号时，调压电磁阀控制泄压孔开度较小，有关管路压力或主油路压力升高。

当调压电磁阀断电时，完全关闭泄压孔，有关管路压力或主油路压力可达最大值。

［7］

3.2自动变速器主油压的调节

3.2.1自动变速器微机控制管路油压的调节

有以下模式。

a.随节气门开度变大，管路压力升高。

在高档管路压力较高。

该模式是适应自动变速器大负荷工作时，液压执行元件需要较高的油压作用。

b.在发动机制动工况下，提高管路压力，使有关液压执行元件的接合力增大。

c.在液压控制系统的换档过程中，适当降低管路压力，使有关液压执行元件的接合较为平顺，避免换档冲击。

d.随油液温度变化，自动变速器微机控制调压电磁阀工作，调节管路压力。

当油液温度低于-10℃时，粘度较大，流动性较差，自动变速器微机控制管路压力达最大值，加快油液的流动速度，避免有关液压执行元件动作迟滞。

当油液温度在-10～60℃之间时，适当降低管路压力，避免有关液压执行元件接合粗暴，减缓换档冲击。

强制离合器电磁阀控制原理，自动变速器在速比转换过程中，利用单向轮的单向锁止作用对行星齿轮机构的元件进行约束，可以避免换档冲击。

但是，利用单向轮的单向锁止作用实现行星齿轮机构的动力传递的速比，由于单向轮相反方向的单向自由作用，不能实现行星齿轮机构动力的逆向传递，即没有发动机制动。

在需要发动机制动的工况下，必须约束单向轮相反方向的单向自由作用，才能实现发动机制动。

自动变速器微机根据驾驶员的操作以及工况信号分析判断后，输出开关信号控制强制离合器电磁阀动作，产生的油压信号驱动强制离合器控制阀动作，最终实现强制离合器的动作。

［8］

3.2.2蓄压器调节电磁阀与缓冲电磁阀

在换档过程中，由于存在控制油压的突变以及动摩擦系数向静摩擦系数的转变，使换档执行元件的摩擦力矩发生突变，引起换档冲击。

随发动机负荷的变化，换档执行元件的接合冲击强度亦不同，因此，必须对换档执行元件的动作油压进行适当控制。

蓄压器调节电磁阀的作用是控制蓄压器的背压，在传递较大扭矩工况时，蓄压器调节电磁阀增大蓄压器的背压，提高其缓冲作用。

发动机节气门开度较大时，蓄压器背压亦随之增大。

蓄压器调节电磁阀为占空比型或比例型。

在较高占空比控制信号时，蓄压器调节电磁阀控制泄压孔开度较大，蓄压器背压降低。

相反，在较低占空比控制信号时，蓄压器调节电磁阀控制泄压孔开度较小，蓄压器背压升高。

当蓄压器调节电磁阀断电时，完全关闭泄压孔，蓄压器背压可达最大值。

缓冲电磁阀为占空比型或比例型。

在较高占空比控制信号时，缓冲电磁阀控制泄压孔开度较大，控制管路压力降低；或控制液压调节阀动作，使管路压力或主油路压力降低。

相反，在较低占空比控制信号时，缓冲电磁阀控制泄压孔开度较小，管路压力或主油路压力升高。

当缓冲电磁阀断电时，完全关闭泄压孔，管路压力或主油路压力达最大值。

［9］

3.3自动变速器的润滑

自动变速箱润滑油（AutomaticTransmissionFluid）简称ATF，通常ATF的基础油是从石蜡基原油中提炼出来，简称矿物油，（约占90％）。

但由于基