第07章 电控自动变速器

第7章 电控自动变速器目前在汽车上广泛使用的是电子控制自动变速器，其电子控制系统根据汽车行车条件和驾车应图进行自功换档和控制，并通过对变速器液压控制及变矩器锁止控制，以提高汽车的经济性、动力性和舒适性。

7.1 概 述7.1.1 自动变速器的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。

1 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7-1)和后轮驱动自变速器(如图7-2)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。

图7-1 前轮驱动自动变速器 图7-2 后轮驱动自动变速器 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，在自动变边器的壳件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。

横置发动机的刚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，因此通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式。

变矩器和行星齿轮机构输入轴布置在上方，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。

2 按自动变速器前进挡位数分类自动变速器按前进档的挡数的不同，可分为2(前进)档自动变速器、3档自动变速器、4档自动变速器等。

早期的自动变速器通常为2个前进挡或3个前进挡。

这两种自动变速器都没有超速档，其最高档为直接挡。

现代轿车装用的自动变速器基本上都是4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，但由于设有超速档，大大改善了汽车的燃油经济性。

在商用车上，大多采用5挡和6档自动变速器，一些新型轿车上也开始采用5档和6挡自动变速器。

3 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锁止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下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锁止离合器的液力变矩器。

当汽车达到一定车速时，控制系统使锁止离合器接合，将液力变短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。

4 按齿轮传动机构的类型分类液力变矩器行星齿轮机构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采用平行轴式齿轮传动机构，由于体积大，最大传动比小，只有本田的一些车型使用。

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。

5 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，通过控制换档执行机构的动作，实现自动换档，如图7-3所示。

图7-3 全液压自动变速器结构原理图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，再输入计算机；计算机根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换档电磁阀、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7-4所示。

图7-4 电子自动变速器结构原理图6 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档控制系统构成；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，目前应用最多的是金属带式机械无级变速器，如图7-5所示。

图7-5 金属带式CVT传动装置7.1.2 电控自动变速器的基本组成电子控制液力传动式自动变速器由液力传动装置、机械辅助变速装置和自动控制系统三大功能部分组成，如图7-4所示。

1 液力传动装置液力传动装置(液力变矩器)通过液力传动将发动机飞轮输出的功率输送给齿轮变速器。

液力变矩器可在一定的范围内实现增矩减速和元级变速，在必要时还可通过其锁止离合器锁止来提高传动效率。

2 辅助变速装置辅助变速装置包括齿轮变速机构和换档执行机构两部分，其作用是进一步增矩减速，通过换档实现不同的传动比传动，以提高汽车的适应能力。

齿轮变速器与液力变矩器相配合，就形成了更大范围内的自动变速。

3 自动控制系统自动控制系统包括电子控制系统和液压控制系统两部分。

电子控制系统包括相关的传感器及开关、电子控制器(ECU) 及电磁阀，液压控制系统是安装在自动变速器阀体内的各种液压阀及控制油路。

ECU 根据各传感器及有关开关的输入信号产生相应的电控信号控制各电磁阀的动作，再通过换档阔及阀体中的各油路转换为相应的控制油压，实现对换档执行机构、油压调节装置及液力变矩器锁止装置等的自动控制。

7.1.3 电控自动变速器的优缺点电子控制式自动变速系统具有以下优点:(1) 驾驶操纵简便轻便。

由于自动变速器取消了离合器，无需频繁换挡，使得驾驶操作简单轻便，从而大大降低了劳动强度，提高了操纵方便性和行驶安全性。

此外，驾驶员无须长时间培训，即可进行驾驶操作，这是汽车普及到家庭的条件之一，也是自动变速汽车广泛受到女士们青睐的原因之一。

(2) 提高整车性能。

液力传动装置的工作介质(自动传动液)是液体，因为液体传力为柔性传力，具有缓冲作用，所以能够有效地衰减传动系统的扭转振动与冲击，防止传动系统过载损坏、延长发动机和传动系统零部件的使用寿命，这是军用越野汽车采用自动变速器的主要原因之一；自动变速器既能保证汽车平稳起步，提高乘坐舒适性，还能自动适应行驶阻力的变化，在一定速度范围内实现无级变速，使发动机的功率得到充分利用，因此有利于提高发动机的动力性。

(3) 高速节约燃油和减少污染。

装备自动变速器的汽车一般都设有“经济型”和“动力型”行驶模式供选择使用。

当汽车在高速公路或高等级路面上行驶时，可以选择“经济型”行驶模式并使用超速(O/D) 挡行驶，使发动机经常处于经济、低排放工况运行，从而能够节约燃油和降低污染。

自动变速器的主要缺点是结构复杂、零部件加工工艺要求高、难度大、维修不便。

此外在低速行驶时，传动效率比手动变速器低。

因此，装备自动变速器的汽车在一般道路(特别是城市道路)条件下行驶时，耗油量会有所增加(大约增加10%) 。

为了克服这一不足，汽车厂商在20 世纪末开发出了既能自动换挡，又能手动换挡的灵活机动式自动变速器，通常称为“手自一体”自动变速器。

7.2 液力变矩器7.2.1 液力变矩器的基本组成与原理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。

液力变矩器安装在发动机与齿轮变速器之间，起着离合与传递转矩的作用，并可在一定的范围内实现无级变矩与变速。

液力变矩器的基本元件是泵轮、涡轮、导轮，如图7-6所示。

泵轮是液力变矩器的主动件，它与固定在它轮上的变矩器壳连为一体；涡轮是变短器的从动件，涡轮与输出轴相连。

泵轮和涡轮上都均布有叶片，变矩器壳体内充满了液压油。

图7-6 液力变矩器的组成图7-7 液力变矩器的工作原理 液力变矩器的工作原理如图7-7所示。

在发动机不转动时，变矩器内的液压油静止不动，变矩器处于分离状态。

当发动机飞轮带动泵轮转动后，泵轮内的液压油随泵轮叶片一起旋转，在自身离心力的作用下甩向泵轮叶片的外缘，并从涡轮叶片的外缘冲向涡轮叶片，涡轮便在液压油冲击力的作用下旋转；冲入涡轮的液压油顺着涡轮液片流向內缘后，又流回到泵轮的內缘，并再次被泵轮甩向外缘。

转动的泵轮使变速器内的液压油循环流动，使变矩器处于结合状态，并将发动机的转矩传递给祸轮，再由输出轴传递给齿轮变速器。

导轮在泵轮与涡轮之间，流向涡轮內缘的液压油冲向静止不动导轮后，沿导轮叶片流回泵轮。

当液压油给导轮以一定的冲击力时，导轮则给液压油一个同样大小的反作用力，此反作用力传递给了涡轮，起到了增矩的作用。

7.2.2 导轮单向离合器的作用与原理导轮的增矩作用与涡轮冲向导轮的液流速度及液流方向与导轮什片的夹角大小有关。

同样的液流速度下，液流方向与导轮叶片的夹角越大，增矩作用也越大。

当涡轮不转动时，从涡轮内缘冲向导轮叶片的液流方向就是涡轮内缘处叶片的方向，此时．液流方向与导轮叶片的夹角最大，增矩作用也最大。

当涡轮转动起来以后．从泵轮冲向涡轮的液流除沿油轮叫片流动外．还将随涡轮一起作旋转运动，从涡轮內缘冲向导轮叶片的液流方向将向涡轮旋转方向倾斜，使之与轮叶片的夹角变小，增矩作用也随之减小。

涡轮的转速越高，从涡轮冲向导轮的液流与导轮叶片的夹角就越小，增矩作用也就越小。

当涡轮的转速高至使涡轮冲向导轮的液流方向与导轮叶片的夹角为0时，变矩器就无增矩作用。

如果涡轮的转速继续增高，从涡轮内缘冲向导轮的液压油将冲击导轮叶片的背面，此时的导轮就会起减矩作用了。

导轮与固定轴之间加装单向离合器后，当涡轮的转速较低，涡轮冲向导轮的液流方向与导轮叶片的夹角大于0时，单向离合器锁止而使导轮不能转动，导轮起正常的增矩作用；当涡轮的转速高至使其内缘液流冲向导轮叶片背面时，单向离合器打滑，导轮能自由转动而失去对液压油的反作用，避免了导轮起减矩作用。

变矩器壳 涡轮毂 止推轴承 锁止离合器涡轮 导轮及单向离合器 泵轮 扭矩输入 扭矩输出涡轮 泵轮 导轮7.2.3 锁止离合器的作用与原理为了充外利用发动机的功率，降低油耗，液力变矩器中设置了一个锁止离合器。

用于在车速较高时，将变矩器锁定，使之成为一个纯机械传动，以提高变矩器的传动效率。

液力变矩器锁止离合器常采用摩擦盘式结构，离合器的主动片与变矩器外壳直接相连，从动片可轴向移动，通过花键与涡轮轴连接。

锁止离合器的接合和分离由控制系统通过对其液压腔施加液压或释放液压进行控制。

7.3 行星齿轮变速器汽车必须满足从停止到起步、从低速行驶到高速行驶和倒退行驶的使用要求。