自动变速器典型汽车电控系统结构原理与故障诊断.ppt

第三章 现代汽车传动系电控系统结构原理与故障诊断,3.1 电控自动变速器 3.2 电控液力式差速系统 思考与练习,3.1 电控自动变速器,电控自动变速器的发展历程：,3.1.1 结构特点1.操作简化且提高了行车安全性在汽车起步和运行时，自动变速器无需离合器操作和手动换挡操作，减少了驾驶员操作的劳动强度，可使驾驶员集中精力注意路面交通情况，因此，行车的安全性得以提高。2.提高了发动机和传动系统的使用寿命由于自动变速器在自动换挡过程中无动力中断、换挡平稳、减小了发动机和传动系统零件的动载荷，此外，液力变矩器这个“弹性元件”可以吸收动力传递过程中的冲击和动载荷，因此，采用自动变速器的汽车发动机和传动系统零件的寿命比采用机械式变速器要长。,3.提高了汽车的动力性自动变速器在起步时，由于液力变矩器可连续自动变矩，可使驱动轮上的牵引力逐渐增加，换挡时动力不中断，发动机可维持在一稳定的转速，因此可使汽车平稳起步、加速性能和平均车速提高。4.提高了汽车的通过性能液力变矩器可以在一定的范围内自动变速来适应汽车行驶阻力的变化，在必要时又可自动换挡以满足牵引力的需要，因此显著提高了汽车的通过性能。,5.减少了排气污染自动变速器由于有液力传动和自动换挡，在换挡过程中发动机可保持在稳定的转速，发动机的燃烧条件不会恶化，因此可减少发动机排气污染。6.可降低燃料消耗由于自动变速器换挡及时，换挡过程中发动机仍可在理想的状态下稳定运转，因此，在需要频繁换挡的市区行驶，自动变速器汽车就比较省油一些。尤其是现代汽车自动变速器采用电子控制换挡，可按照最佳油耗规律控制换挡，加之采用了超速挡和锁止离合器等，使自动变速器汽车的油耗有了明显的下降。,3.1.2 系统分类与组成1.自动变速器的分类1)按汽车驱动形式不同分类自动变速器可分前轮驱动的自动变速器(又称变速驱动桥)和后轮驱动的自动变速器两大类。如美国通用汽车公司的4L80-E是典型的后轮驱动自动变速器。其结构如图3-1所示。,图3-1 4L80-E后轮驱动自动变速器,图3-2 4T60-E横置式前轮驱动自动变速器,2)按前进挡挡位的多少分类按自动变速器前进挡位数分为2挡、3挡、4挡、5挡、6挡自动变速器。目前自动变速器一般为4个挡，4挡即为超速挡；少数自动变速器有5个挡或6个挡，5挡或6挡即为超速挡。3)按齿轮变速部分的结构类型分类按自动变速器齿轮变速部分结构的不同可分为普通齿轮式(即非行星齿轮式)和行星齿轮式两种。行星齿轮根据其组合形式或结构的不同可分为辛普森(Simpson)式、和拉维尼约喔(Ravigneaux)式。由于行星齿轮自动变速器结构紧凑，又能获得较大的传动比，因此，目前的自动变速器普遍采用行星齿轮结构形式。,4)按自动换挡的控制方式分类按自动换挡的控制方式可分为液控自动变速器和电控自动变速器两种形式。(1)液控自动变速器。液控自动变速器换挡控制方式是通过机械手段将节气门开度和车速参数转化为液压控制信号，使阀体中各控制阀按照设定的换挡规律控制换挡执行机构动作，实现自动换挡。,(2)电控自动变速器。电控自动变速器通过各种传感器将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度参数转变为电信号，输入自动变速器电脑，电脑根据这些电信号确定自动变速器换挡控制信号。电脑输出的换挡信号控制相应的换挡电磁阀动作，并通过换挡阀产生相应的液压控制信号，使有关的换挡执行机构动作，实现自动换挡。,2.电控自动变速器的组成,3.1.3 结构与原理电控自动变速器基本原理如图3-3所示，电控自动变速器上有节气门位置传感器和车速传感器两个核心传感器。节气门位置传感器向TCU(自动变速器电子控制装置)传递发动机负荷信号，装在自动变速器输出轴上的车速传感器向TCU传递车速信号。TCU根据这些信息控制换挡电磁阀工作，换挡电磁阀通过液压控制阀体内的换挡阀动作，从而操纵离合器和制动器，实现自动换挡。,图3-3 电控自动变速器基本原理示意图,1.液力传动装置1)液力变矩器的组成常用的汽车液力变矩器如图3-4所示，它由泵轮、蜗轮和导轮组成，称为三元件液力变矩器。液力变矩器有如下一些功用。,图3-4 液力变矩器,驱动油泵。大部分汽车自动变速器液力油泵由变矩器泵轮驱动毂直接驱动，少部分汽车由变矩器蜗轮带动油泵轴间接驱动。低速区域内增矩。汽车起步时所需转矩很大，运行中逐渐减小。自动变速器低速时增矩，主要依靠变矩器。所以汽车在低速时速度上不去，中、高速后汽车加速良好，是典型的液力变矩器故障。变矩器和挠性板一起充当发动机的飞轮。液力变矩器前端安装在挠性板上，挠性板具有足够的弹性。以允许液力变矩器受热或受压时的膨胀以及冷却时收缩带来的前后移动。变矩器及其内部油液及挠性板的重量一起相当于发动机飞轮的重量。,柔和地传递转矩。液体在传力的同时，可以比机械传动更有效地吸收振动。变矩器与摩擦式离合器不同之处是在停车时不用脱开传动系，也能维持发动机的怠速运转。因为曲轴和泵轮是同步运转的，曲轴转速低，泵轮转速也同样低。泵轮转速低，液流就无法驱动蜗轮，动力就没有输出。液力变矩器的结构简图如图3-5所示。,图3-5 液力变矩器结构简图,(1)泵轮。图3-6表示拆去蜗轮和导轮后，只剩下泵轮的示意图。左边薄盘是与飞轮相当的驱动盘。由于液力变矩器较重，可当作飞轮使用，装在外缘的齿圈与驱动盘形成一体。驱动盘用螺栓与泵轮连接，液力变矩器左边与曲轴相连接。发动机转动时，液力变矩器随曲轴转动。其内部的自动变速器油(以下简称ATF)由于离心力向外侧射出，形成驱动力。,图3-6 泵轮示意图,(2)蜗轮。蜗轮如图3-7所示，它是有很多叶片的圆盘，可以在液力变矩器内自由转动。蜗轮轮毂的花键与输出轴(即自动变速器的输入轴)的花键相啮合。它是液力变矩器的输出元件，将液体的动能转变为机械能。,图3-7 蜗轮示意图,(3)导轮。导轮是液力变矩器中的反作用元件，用来改变液体流动的方向。安装在蜗轮与泵轮之间，如图3-4所示。导轮与导轮轴之间装有单向离合器。,2)液力变矩器的工作原理液力变矩器的基本工作原理就像两台电风扇对置时，一台电风扇不接电源，另一台电风扇接通电源。后者转动时，产生的气流可以吹动前者的扇叶使其转动。液力变矩器的泵轮相当于接通电源的电风扇，变矩器的蜗轮相当于未接通电源的电风扇，变矩器内的ATF相当于空气。发动机带动泵轮，泵轮转动把发动机的机械能转换成ATF的液体动能。当ATF高速进入蜗轮，推动蜗轮转动，又把ATF的液体动能转换成机械能，由输出轴输出动力。,为了易于理解变矩器的工作原理和性能，先省去导轮，只分析泵轮、蜗轮和ATF之间的工作关系。图3-8是ATF在泵轮与蜗轮间的流动示意图。发动机带动泵轮，泵轮叶片内ATF由于离心作用沿叶片外侧射出，并且流向蜗轮。也就是ATF形成一环流，很像螺旋状旋转流动来传递动力。泵轮与蜗轮之间形成的环流在中心部分产生紊流，造成动力损失。为消除这一损失，泵轮和蜗轮的中央部分做成空心。,图3-8 ATF在泵轮与蜗轮间的流动示意图,若在泵轮和蜗轮之间安装了导轮，ATF的流动情况如图3-9所示。当蜗轮转动时，从蜗轮流出的ATF有残留的动能，此动能施加在泵轮上可以增大转矩。泵轮与蜗轮的转速相差越大，即泵轮转速越快而蜗轮转速越慢时，由于单向离合器的作用，导轮固定在导轮轴上而不转动，转矩随之增大(约2.5倍)。当蜗轮转速逐渐加快与泵轮转速接近时，从泵轮叶片流过的ATF变成从叶片面流过，流动方向改变了。导轮由于单向离合器的作用在导轮轴上空转。导轮空转开始点称为偶合点。开始空转后，变矩器丧失了变矩的功能而只有液力偶合器离合动力的功能。偶合点实际是转变变矩器功能的转折点，所以将导轮空转的范围称为偶合范围，导轮不空转的范围称为变矩范围。,图3-9 ATF的流动情况(安装了导轮),3)液力传动的特性液力传动的特性是指当发动机的转速(ne)和转矩(Me)一定，泵轮的转速(n)和转矩(M)也一定时，蜗轮与泵轮之间的变扭比(K)、转速比(i)和传动效率()三者的变化规律。,转速比i只能小于1，不同于常用齿轮式变速器转速比(传动比)，它是输入轴转速与输出轴转速之比(也等于输出轴转矩与输入轴转矩之比)。,(1)变矩比(K)与转速比(i)的关系变矩比(K)随转速比(i)的增大而减小，又随转速比(i)的减小而增大。这一特性，对行驶阻力变化较大的汽车最有利，即适应性强，在一定的范围内能自动无级变矩。例如：怠速时，液流速度慢，MW小，蜗轮不动，汽车不能行驶。起步时，nW0，nBnW,K1,MW最大，能产生高能量来克服静止惯性。此时的变矩比(K)多在1.72.5之间，又叫“起步变矩比”，该点称为“失速点”。了解失速点的概念很有必要，以便利用“失速试验”来检验发动机和变矩器及行星齿轮系统的性能好坏。K越大，说明汽车加速性能越好。,逐渐加速时，nW增大，MW减小，达偶合点时，K1，MWMB。再加速时，MWMB,而汽车经常使用的转速比(i)多在0.81之间，需采取措施来改进偶合区的性能。例如：增设单向离合器或锁止离合器等。,(2)变矩器的传动效率()与转速比(i)的关系变矩器的传动效率()随nW的增大而增大，在转速比为0.8时最高，转折点在偶合点附近(i0.85时)。由于导轮的存在，传动效率特性曲线呈抛物线形状，超过偶合点，在i0.95时迅速下降。变矩器在低速区能自动变矩，而在高速区传动效率降低，即出现液力损失和功率损失，两轮的转速差可达4%5%。为了进一步提高和扩大变矩器的高效率范围，改善变矩器的使用性能(提高传动效率，降低燃料消耗)，可在液力变矩器中加装单向离合器或锁止离合器。,图3-10 液力传动的特性曲线,4)单向离合器单向离合器分为滚柱斜槽式或楔块式两种，处在固定的内圈和转动的外圈之间。楔块式单向离合器的构造和锁止原理如图3-11所示。冲击导轮的油液力图使导轮逆泵轮的旋转方向转动。此时滚柱或楔块锁止，导轮不动，产生反作用力矩MD(MD0)，使MWMBMD，K1而增扭。当蜗轮转速nw高于偶合点转速时，射流冲击导轮的背面，力图使导轮顺泵轮的旋转方向转动，如果导轮是固定的，即出现MD与MB方向相反，K1。而装有单向离合器后，单向离合器锁止作用解除，导轮可以顺时针自由转动，MD0，K1，变矩器起偶合作用，传动效率()可达0.95。这样就扩大了高效率区的范围，改善了变矩器的性能，此种液力变矩器称为两相综合式变矩器，即具有变矩和偶合两个作用。,图3-11 楔块式单向离合器的构造和锁止原理,单向离合器不仅应用在变矩器中，在行星齿轮机构中也普遍采用，其工作特点是：固定内圈，外圈转动时，顺时针转动自由，逆时针转动锁止；固定外圈，内圈转动时，顺时针转动锁止，逆时针转动自由。,5)锁止离合器在蜗轮的前面加装一个液压控制的摩擦式离合器，采用升压或降压的控制办法使其接合。当汽车在良好的路面上高速行驶时，将其接合，此时即所谓的三相综合式变矩器(变矩、偶合、锁止)。当汽车起步或在坏路上行驶时，将其分离起自动变矩的作用(多为60 km/h以下车速时)。其控制机构多为发动机转速传感器和车速传感器共控一个电磁阀，电磁阀再控制一个油道而产生升压或降压，使其分离或接合。带锁止离合器的液力变矩器的工作原理如图3-12所示。,图3-12 带锁止离合器的液力变矩器的工作原理(a)分离状态；(b)锁止状态,2.机械传动装置1)行星齿轮结构式自动变速器(1)行星齿轮系统的组成。因为自动变矩和传动效率之间存在着矛盾和变矩器尺寸的限制，变矩比(K)不能太大，只能在24之间，此值远远满足不了汽车使用工况的需要。为此，变矩器后面再串联行星齿轮系统，使转矩再增大24倍。自动变速器一般采用行星齿轮传动机构，它装在变矩器后面，把发动机的动力传递给传动轴。,简单行星齿轮机构如图3-13所示。主要由太阳轮、行星轮及行星架、齿圈三元件组成。位于行星齿轮机构中央位置的是太阳轮，太阳轮周围是行星轮。每一组行星齿轮机构又被称为1个行星排；四速的自动变速器一般有3个行星排，二速和三速的自动变速器都是2个行星排。两排行星轮共用一个太阳轮的叫辛普森(Simpson)机构；一长一短两排行星轮，一大一小两个太阳轮共用一个齿圈的叫拉维尼约喔(Ravigneaux)结构。,图3-13 简单的行星齿轮机构,行星齿轮机构的具体结构如图3-14所示。行星齿轮机构的三个元件中，若一个元件固定，另一个元件作驱动，则剩下的一个元件就可以变速转动输出动力。这是行星齿轮自动变速器的基本工作原理。固定的方法是：内齿圈采用制动器，太阳轮采用单向离合器或制动器，行星齿轮的固定是指固定行星架，可采用制动器或单向离合器。,(2)行星齿轮系统的传动规律。行星齿轮为轴转式齿轮系统，与定轴式齿轮系统一样，也是降速增扭和升速降扭的原理，只不过由于自转和公转的存在，传动比的计算方法不同。行星齿轮系统的传动比取决于齿圈齿数和太阳轮齿数，与行星齿轮(惰轮)的齿数无关。,图3-14 行星齿轮机构具体的结构(a)前排行星齿轮分解图；(b)后排行星齿轮分解图,图3-15为行星齿轮组传动简图。设太阳轮的齿数为z1，齿圈齿数为z2，太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2、n3,并令齿圈与太阳轮的齿数比为行星齿轮机构参数，用表示，即,由机械原理可知，单排行星齿轮机构的运动特性方程式为,n1 n2()n30,图3-15 行星齿轮组传动简图,齿圈固定(n20)。a.太阳轮(n1)为主动，行星架(n3)为从动，其传动比为,结论：前进行驶最大速比减速挡。b.行星架(n3)为主动，太阳轮(n1)为从动，其传动比为,结论：前进行驶快超速挡。(少用),太阳轮固定(n10)a.行星架(n3)为主动，齿圈(n2)为从动，其传动比为,结论：前进行驶超速挡。b.齿圈(n2)为主动，行星架(n3)为从动，其传动比为：,结论：前进行驶最小速比减速挡。,行星架固定(n30)a.太阳轮(n1)为主动，齿圈(n2)为从动，其传动比为,结论：n1与n2的符号相反，即表示主动轴与从动轴的旋转方向相反，且传动比的绝对值大于1，是倒挡。,b.齿圈(n2)为主动，太阳轮(n1)为从动，其传动比为,结论：n1与n2的符号相反，即表示主动轴与从动轴的旋转方向相反，且传动比的绝对值小于1，是快倒挡(汽车不用)。,太阳轮(n1)和齿圈(n2)均为主动，行星架(n3)为从动，则有,n1n2,其传动比为,i13i231,同样，如果以太阳轮和行星架为主动，齿圈为从动件；或以齿圈和行星架为主动件，太阳轮为从动件，都可以得到n1n2n3。结论：前进行驶直接挡。,太阳轮(n1)为主动，行星架(n3)和齿圈(n2)不受约束，即没有一个元件是固定的。此时行星齿轮组虽有输入，但没有输出。结论：空挡。为了更好了解行星齿轮机构的传动规律，根据三元件齿数的多少，太阳轮(z1)、齿圈(z2)、行星架(zc)(其中zc只是想象中的行星架齿数，本身没有齿，因其行星齿轮是内外啮合，其数量必大于齿圈齿数)三者的大小关系即被确定为zcz2z1。行星齿轮机构三元件大小关系如图3-16所示，了解这种关系，可判定不同组合的传动关系，确定降速挡或升速挡，进而掌握行星齿轮传动的规律。,图3-16 行星齿轮机构三元件大小关系,(3)辛普森(Simpson)式行星齿轮自动变速器的结构。在现代汽车自动变速器中，两排或多排行星齿轮机构连接在一起，用以满足汽车行驶及各种工况下所需要的多种传动比，辛普森(Simpson)式自动变速器一般是两排行星齿轮机构，共用一个太阳轮的行星齿轮机构。双行星排辛普森式行星齿轮自动变速器如图3-17所示。,图3-17 双行星排辛普森式行星齿轮自动变速器,汽车后轮驱动的自动变速器(FR式)。汽车后轮驱动的自动变速器型式很多，例如：沃尔沃的AW-70；切诺基AW-4；丰田皮卡、大霸王的A-43D、A-46DE、A-46DF；丰田凌志的A-340H、A-340E、A-340F、A-341E；福特的AOD；宝马的4L30-E；通用的4L80-E；日产的L4N71B等，这些自动变速器传动的零部件和各挡的传动路线也有很多相同之处。现以丰田凌志的A-340H、A-340E、A-341E自动变速器为例，说明其组成和动力传动路线。图3-18为丰田凌志的A-340H、A-340E、A-341E自动变速器结构简图，其各挡工作元件如表3-1所示。,图3-18 丰田凌志的A-340H，A-340E，A-341E自动变速器结构简图,表3-1 丰田凌志的A-340H、A-340E、A-341E各挡工作元件,汽车前轮驱动的自动变速器(FF式)。汽车前轮驱动的自动变速器型式较多，例如：丰田佳美用的A-540H、A-540E、A-140E；日产千里马用的RE4F03A等自动变速器。现以丰田佳美用的A-540H，A-540E为例，说明其组成和动力传动路线。丰田佳美用的A-540H、A-540E的组成如图3-19所示。如图3-20为丰田佳美用的A-540E自动变速器结构简图。丰田佳美用的A-540H、A-540E自动变速器各挡工作元件如表3-2所示。,图3-19 丰田佳美用的A-540H、A-540E的组成,图3-20 丰田佳美用的A-540E自动变速器结构简图,表3-2 丰田佳美用的A-540H、A-540E自动变速器各挡工作元件,(4)拉维尼约喔(Ravigneaux)式行星齿轮自动变速器的结构。该自动变速器有两个太阳轮，两排行星齿轮共用一个齿圈和一个行星架。行星齿轮传动系统提供齿轮减速、超速、直接驱动和倒挡的组合。拉维尼约喔式行星齿轮自动变速器如图3-21所示。它有以下优点：由于齿轮的接触面积较大，转矩加载能力增加；拉维尼约喔(Ravigneaux)式结构紧凑；可以由大太阳轮、行星架或齿圈作为输出元件。,图3-21 拉维尼约喔式行星齿轮自动变速器,三菱汽车公司的F4A33、W4A32和W4A33结构简图如图3-22所示，其各挡工作元件如表3-3所示。,图3-22 三菱汽车公司的F4A33、F3A32和W4A33结构简图,表3-3 三菱汽车公司的F4A33、F3A32和W4A33各挡工作元件,2)普通齿轮结构式的自动变速器普通齿轮机构式自动变速器的每一个挡位上都有一组离合器加以控制。离合器接合前，常啮合齿轮空转，结合后动力才输出。按轴数不同可分为：双平行轴式和三平行轴式两种。主要由齿轮、轴、轴承、离合器、液压控制机构和电子控制装置等组成。本田A24A、S24A、MP1A、MPOA和MAXA自动变速器用在很多本田汽车上。以三平行轴式为例，本田雅阁MPOA自动变速器具体结构如图3-23所示。丰田雅阁MPOA自动变速器结构简图如图3-24所示，其执行元件见表3-4。,图3-23 本田雅阁MPOA自动变速器分解图(三平行轴式),图3-24 本田雅阁MPOA自动变速器结构简图(三平行轴式),表3-4 本田雅阁MPOA自动变速器执行元件,2挡：发动机曲轴液力变矩器输入轴主轴惰轮惰轴惰轮 副轴惰轮副轴2挡离合器副轴2挡齿轮输出轴驱动齿轮。3挡：发动机曲轴液力变矩器输入轴3挡离合器主轴3挡齿轮惰轴3挡齿轮输出轴驱动齿轮。,4挡：(前进挡位时倒挡滑套将惰轴4挡齿轮与惰轴啮合)发动机曲轴液力变矩器输入轴4挡离合器主轴4挡齿轮惰轴4挡齿轮倒挡滑套输出轴驱动齿轮。倒挡：(倒挡滑套将惰轴倒挡齿轮与惰轴啮合)发动机曲轴液力变矩器输入轴4挡离合器主轴倒挡齿轮倒挡惰轮惰轴倒挡齿轮倒挡滑套输出轴驱动齿轮。N挡：所有离合器均不接合，动力不可传递，输出轴处于自由回转状态。P挡：所有离合器均不接合，动力不可传递，换挡杆带动驻车锁销将输出轴上固装的驻车齿轮锁止，输出轴及车轮不可回转，处于锁止状态。,3.液压控制系统1)液压控制系统的组成液压控制系统主要有液力油泵、主油路调压阀、手控阀、节气门阀、调速阀、换挡阀、强制低挡阀，另外还有冷油器、滤油器、变矩器阀、缓冲阀、限流阀、单向阀等。如图3-25为液压自动换挡控制系统简图。,2)液压控制系统的构造和工作原理(1)液力油泵。液力油泵的作用是定压、定量地向变矩器、液压操纵系统、齿轮系统和冷油器供油，以便完成传动、控制、润滑和降温等任务。多为同轴驱动齿轮式内转子泵，在转速为1000 r/min时，其排量可达1520 L/min。液力油泵在使用时需注意的问题：发动机不工作时，油泵不泵油，自动变速器内无控制油压，推车启动时，即使在D挡或R挡上，输出轴实际上也是空转，发动机无法启动；,如车辆被牵引时，发动机不工作，油泵也不工作，无压力油，长距离牵引，齿轮系统无润滑油磨损加剧，为此牵引距离不得超出80 km，牵引速度不得高于30 km/h；自动变速器齿轮系统有故障或严重漏油时，牵引车辆应将传动轴脱开。如是前轮驱动的，可使前轮悬空牵引。,图3-25 液压自动换挡控制系统简图,(2)主油路调压阀。主油路调压阀的作用是利用弹簧和滑阀配合，使主油路油压(PH)稳定，并控制在一定范围内(因机而异)：在前进挡时PH为0.30.8 MPa，怠速、高速时PH为1.21.4 MPa，在倒挡时PH为1.61.8 MPa。主油路油压(PH)是控制系统最基本、最重要的“压力源”。其压力的高低决定于其弹簧的预紧力，可在壳体外进行调节，或拆下油底壳进行调节(因机而异)。油泵和主油路调压阀如图3-26所示。,图3-26 油泵和主油路调压阀,阶梯式滑阀可用来接受多油路油压的变化。使主油路油压调节得灵敏，及时、合理满足各工况的需要。其工作原理：因为B的面积大于A的面积，产生一个油压力差F，方向向下，当FF(F为弹簧弹力)时，排油孔关闭不泄油；当FF时排油孔开始泄油，从而保证了油压的稳定。若在滑阀上下两端通过手控阀分别施加两个独立的外来油压，此油压升高或降低时，主油路油压就发生变化，满足各工况的需要。例如：加上外油压PD时，主油路油压下降，即手控阀挂入D挡；加上外油压R时，主油路油压升高，即手控阀挂入R挡。,(3)离合器。离合器的作用是用来连接输入轴、中间轴、输出轴和行星齿轮系的元件，实现转矩的传递。离合器是液压控制的执行元件，一般为多片摩擦式，它的特点是：径向尺寸小，接合柔和，能传递较大的转矩。离合器原理如图3-27所示。,图3-27 离合器原理图,(4)制动器。自动变速器中作为执行机构的制动器常见的有带式和湿式多片式制动器两种型式。制动器的作用是将行星排中太阳轮、齿圈、行星架三个元件之一加以固定，使之不能旋转，以产生不同的方向或速比。带式制动器原理如图3-28所示，它主要由制动带、制动鼓、油缸、活塞和调整件等组成。带式制动器的工作原理为通过活塞的位移，改变制动带的直径使其与制动鼓抱紧或放松。其调整点多在制动带的支撑端，可在体外调整或拆下油底壳调整。一般是把螺钉拧紧后，再退回23圈，即产生合适的带、鼓间隙。带式制动器轴向尺寸小，接触面有摩擦材料，工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。,图3-28 带式制动器原理图,(5)节气门阀。节气门阀的工作取决于节气门的开度，即取决于发动机的负荷。因此，节气门阀的输出油压由加速踏板的位置决定。输出油压将引至换挡阀系统，自动变速器在它们的综合作用下实现自动换挡。节气门阀的作用是产生与节气门开度成正比的油压PZ，与速控油压PV共同控制换挡阀，实现自动换挡。节气门阀按操纵方式分为机械式和真空式两种，其原理如图3-29、3-30所示。机械式节气门阀是利用拉杆或拉索、凸轮、弹簧来操纵节气阀的，节气门开度加大，弹簧力F也加大，输出油压PZ就相应地增大。该结构工作可靠，但应定期检查拉杆或拉索的松紧情况。,图3-29 机械式节气门阀原理图,图3-30 真空式节气门阀原理图,(6)离心式调速器。离心调速器大多位于自动变速器输出轴。它所输出的油压随输出轴转速(车速)的改变而变化。输出油压将引至换挡阀系统，自动变速器在它们的综合作用下实现自动换挡。离心式调速器的作用是产生与车速成正比的液压(Pv)，与节气门的液压(Pz)共同控制换挡阀，实现自动换挡。从结构上分，常见的离心式调速器有重块式和球阀式两种类型。重块式离心调速器结构如图3-31所示，它的滑阀位于输出轴一侧。,图3-31 重块式离心调速器结构,球阀式离心调速器如图3-32所示，它多用于自动变速驱动桥中(即FF式)，离心调速器轴驱动齿轮位于自动变速器输出轴上，与调速器齿轮啮合。重块组件套装于调速器轴的一端，在弹簧的作用下，将各自的球阀压紧在阀座上。当输出轴转速较低时，来自主油路的压力油克服重块组产生的离心力，将球顶离阀座，压力油被旁通至液压系统油路中，离心调速器的输出油压不高，随着输出轴转速不断升高，重块组产生足够的离心力克服主油路油压将球阀压紧在阀座上。旁通油道被关闭，离心调速器的输出油压相应升高。,图3-32 球阀式离心调速器,(7)手控阀。手控阀的作用是提供选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。手控阀结构如图3-33所示，选挡操纵手柄通过连杆与手控阀滑阀的一端相连。当选挡手柄位于空挡或停车挡时，由手控阀通往操纵油路的油道被关闭，操纵油路中无油压；若手柄位于前进挡或其它位置时，滑阀沿阀体移动到相应的位置，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。,图3-33 手控阀结构示意图,(8)换挡阀。换挡阀的作用是控制挡位油路的转换，一个换挡阀控制两个挡位的相互转换。换挡阀原理如图3-34所示，换挡阀左端接受节气门阀的输出油压PZ，产生液压力FZ；右端接受速控阀的输出油压PV,产生液压力FV；弹簧力F加在左端。,图3-34 换挡阀的原理图,当FZFFV时，换挡阀右移，换入低速挡；当FZFFV时，换挡阀左移，换入高速挡；当FZFFV时，换挡阀处于平衡状态，挡位不变。离合器、制动器的油路转换存在着“充油”和“排油”的过程，换挡阀的结构如图3-35所示的结构，可见，执行元件的充油和排油都要经过换挡阀。两速式自动变速器需要一个换挡阀，三速式需要两个换挡阀，四速式需要三个换挡阀，即：，。,图3-35 换挡阀的结构简图,(9)强制降挡阀。强制降挡阀是一个油路转换阀，通过加大换挡阀左端的控制油压，快速换入低速挡，及时增大牵引力，改善使用性能，在短时间内起强烈的加速作用。该阀由加速踏板控制。控制方式有两种：机械式和电磁阀式。两者都是利用加速踏板来控制一条油路，对换挡阀的左端施加一个附加油压，强制使换挡阀右移，换入低速挡。,(10)变矩器阀。变矩器阀又叫二次调压阀，是一个简单的减压阀。它与主油相通，不受手控阀的控制。其作用如下：控制变矩器的油压在0.4 MPa左右，以保证大流量、大负荷工况的传力需要；把油液送到冷却器进行降温，将油温控制在8090，油压不超过0.2 MPa，由单向节流阀控制；担负各运动部件的压力润滑，节流后的油压为0.2 MPa。,4.自动变速器电控系统1)自动变速器电控系统的组成、功用及工作原理自动变速器的电控系统的组成如图3-36所示，它由传感器，控制单元(TCU)和执行器三部分组成。电控装置的作用：在换挡控制方面用电信号代替油压信号，用微机处理代替换挡阀进行换挡控制，可实现换挡规律的最佳控制，使换挡及时、准确，更好地适应汽车的行驶要求，有利于改善发动机的工作状况，获得最佳的动力性、经济性以及较好地降低排放污染。,图3-36 自动变速器电控系统的组成,传感器包括：节气门位置传感器(TPS)、1号车速传感器(反映发动机的转速)、2号车速传感器(反映汽车行驶速度)、发动机冷却液温度传感器、自动变速器油温度传感器(部分自动变速器内有)等。电控系统中还有许多开关：如空挡启动开关(NSW)、超速挡(O/D挡)开关、行驶模式选择开关(包括经济模式开关、运动模式开关、雪地驾驶开关、巡航电控开关)、强制降挡开关及制动灯开关等。,执行器则是由各种功用的电磁阀组成。汽车自动变速器中采用28个电磁阀。最常用的电磁阀有1号、2号换挡电磁阀、锁止离合器电磁阀、主油压控制电磁阀等。车型不同，传感器的数量、电控开关数量以及电磁阀的数量也不相同。但传感器的性能指标，例如精度、响应特性、可靠性、耐久性、适应性等必须满足要求。图3-37为自动变速器电控系统的元件布置图。,2)自动变速器电控系统的结构与原理(1)传感器的结构与原理。节气门位置传感器。节气门位置传感器是将节气门开启角度转换为电压信号送至电子控制装置，作为决定换挡点和变矩器锁止机构的基本信号之一，按其结构形式可分为直接型和间接型两种。直接型节气门位置传感器如图3-38所示。间接型节气门位置传感器如图3-39所示。,图3-37 自动变速器电控元件布置图(a)发动机室内元件位置；(b)驾驶室内控制装置,图3-38 直接型节气门位置传感器,图3-39 间接型节气门位置传感器,车速传感器。电控自动变速器取消了离心调速器，利用车速传感器提供速度信号。常见的车速传感器有两种类型。一种是安装在自动变速器壳体上的舌簧开关常开的舌簧开关式车速传感器，如图3-40所示。另一种缠绕在磁芯上的电磁线圈式车速传感器，如图3-41所示，它的位置相对于自动变速器输出轴或速度表蜗杆旋转一周，该线圈将产生交变电压。电子控制单元以产生交变电压的频率为依据确定行驶速度。电控自动变速器一般有两个车速传感器。电控单元通常采用自动变速器上的2号车速传感器发出的信号，而1号传感器(大多数位于仪表板速度表后方)则作为备用件。,图3-40 舌簧开关式车速传感器,图3-41 电磁线圈式车速传感器,空挡启动开关。空挡启动开关及其电路如图3-42所示，它是一个多功能开关，通过多个接头与电控单元相连，将选挡操纵手柄信号送至电控单元。具体功能如下：确保只有当选挡操纵手柄位于P位或N位时，发动机才能启动；当操纵手柄位于D位，自动变速器可由1挡按顺序升至高挡；当操纵手柄位于2位时，允许自动变速器从3挡降至1挡，或由1挡升至2挡；当操纵手柄位于1位时，自动变速器被锁止在1挡；当操纵手柄位于R位时，自动变速器接通倒车灯。,图3-42 空挡启动开关及其电路(a)空挡启动开关；(b)空挡启动开关电路,行驶模式选择开关。行驶模式选择开关位于仪表板或选挡操纵手柄支架附近。其主要有如下一些型式。a.经济行驶模式(Economy mode 简称E或ECO)。选择了经济行驶模式就选择了节油的工况，自动变速器内的离合器和制动器按照省油的原则，自动地转换3挡或4挡。b.跑车挡模式(Sport简称S)。选择了跑车挡模式，提高了自动变速器的换挡点，使汽车动力性能得到充分发挥。,c.动力行驶模式(Power mode)。选择动力行驶模式，电控单元将推迟升挡时间，即只有在发动机转速和节气门开度均较高的情况下才能升挡。同时，自动变速器降挡时间提前。当汽车在山区路段行驶或带有拖车时适合选用这种模式。d.正常驾驶模式(Normal)。选择了该模式就恢复了自动变速器在D位上的正常工作。e.冬季驾驶模式(Winter)。在冰雪道路上，为防止汽车在光滑路面上起步时打滑，选择冬季驾驶模式，汽车在3挡起步，这样可以避免驱动力大于附着力而造成的驱动车轮原地打滑的现象。,超速挡开关(O/D开关)。超速挡开关一般设在换挡杆手柄上，超速切断指示灯安装在组合仪表板上，超速挡开关和超速挡切断指示灯的工作情况如图3-43所示。,图3-43 超速挡开关和超速挡切断指示灯的工作情况,制动灯开关。制动灯开关位于制动踏板支架上，它的主要作用是在驾驶员踩下制动踏板后自动接通制动灯，同时确保液力变矩器锁止离合器处于分离状态，避免出现“失速”现象。巡航电控开关(或巡航电控装置)。该装置在工作时向自动变速器的电控装置传递在相应车速下控制超速挡工作的输入信号。当巡航电控装置工作，汽车以超速挡行驶，若车速降到低于设定车速约4 kmh时，超速挡关闭，以防车速进一步下降。一旦超过了巡航电控装置设定的车速，重新恢复超速挡。,强制降挡开关。它位于加速踏板下边，控制从4挡强制降到3挡，超车时使用。超车时前车让位不减速，踩下强制降挡开关，汽车强制从4挡降到3挡，原有的惯性力还在，降挡又增加了转矩，牵引力大于行驶阻力，使汽车超速前进。,(2)自动变速器电控单元(TCU)。控制换挡时刻。控制单元存有各种程序。在选挡操纵手柄位置确定的情况下，控制单元根据传感器的输出信号，按照相应换挡程序控制电磁阀的通、断。由于采用与标准信号对比的方法，尽可能地减少了干扰因素，因此能够更为精确地掌握换挡时机。,控制超速行驶。只有当选挡操纵手柄位于D位且超速开关打开时，汽车才有可能升入超速挡。当汽车以巡航方式在超速挡行驶时，若实际行驶车速低于设定车速4 kmh 以上，巡航控制单元将向电控单元发出信号，要求自动退出超速挡。这种控制功能还可以防止自动变速器在发动机冷却液温度低于60时进入超速挡工作。控制锁止离合器。电控单元存有在不同行驶模式下控制锁止离合器工作的程序。根据车速传感器和节气门位置传感器发出的信号，电控单元可以控制锁止电磁阀的开和关，从而控制锁止离合器的接合与分离。,控制换挡品质。在换挡时，电控单元发出延迟发动机点火的信号，通过控制发动机转矩保证换挡平顺。别外，电控单元还可以通过调压电磁阀调节行星齿轮机构的工作压力，使执行元件柔和地接合，进一步提高换挡品质。自我诊断。当电控系统的元件发生故障时，电控单元将故障信息储存起来，即使发动机熄火也不会消失。可利用超速挡开关指示灯或专用检测仪，从诊断接头处读出故障码，找到发生故障的部位。故障排除后，必须通过特定的程序来清除故障码。,失效保护功能。电控系统的电磁阀和车速传感器都具有备用功能。在电控系统出现故障的情况下配合手动换挡机构使车辆继续行驶。例如克莱斯勒A-604自动变速器，当其电控系统出现故障后，电控单元自动切断电子控制回路，汽车被限制在一定车速范围内(通常是2挡)行驶，不能升降挡。由此可见，电控单元安全、可靠的工作是保证自动变速器正常工作的前提条件。因此，电控单元必须安装在干净、通风良好的地方。,(3)电控自动变速器的执行器。按电磁阀控制形式分类。间接控制方式：电磁阀装在控制阀上，绝大部分自动变速器采用这种方式。直接控制方式：电磁阀位于行星齿轮系统执行机构的油路中，直接控制通向执行元件的自动变速器油。只有少数几种自动变速器采用这种方式，如本田车和后轮驱动的日产车。,按电磁阀作用不同分类。一般分为三类，即换挡电磁阀、锁止电磁阀和调压电磁阀。a.换挡电磁阀。TCU控制换挡电磁阀负极接通的时间。根据2号车速传感器，节气门位置传感器的信号(升入超速挡时还需参考发动机冷却液温度传感器和自动变速器油温度传感器的信号)接通负极后，电磁阀通电，执行油压便经换挡电磁阀作用在换挡阀上，进而接通换挡阀的油路，使离合器和制动器工作，从而完成换挡工作。b.调压电磁阀。在一些电子控制自动变速器中，主油路油压可用脉冲式电磁阀控制，脉冲式电磁阀的结构如图3-44所示。,图3-44 脉冲式电磁阀的结构(a)普通脉冲式电磁阀；(b)滑阀式脉冲电磁阀,图3-45 脉冲式电磁阀的信号(a)占空比的定义；(b)占空比与液压,主油压电磁阀是通过对节气门油压的控制，进而完成对主油压和换挡时机的控制。一部分控制油压通过节流孔形成节气门油压。主油压电磁阀则是以通断频率50 Hz(每秒50次)来调节节气门油压，具体的通断频率是根据TCU的指令，即循环断电比来进行调节的。随着节气门开度的增大和减小,断电比在20%90%间进行变化。节气门开度增大时，断电比增大，泄油量减少，节气门油压较高；节气门开度减少时，断电比减少，泄油量增多，节气门油压较低。,形成节气门油压后，再作用在主调压阀调压弹簧一侧，形成反馈调节，调节控制的油压为调节主油压，实现了对主油压的再控制。经主油压电磁阀调节后的节气门油压作用在执行机构，即换挡阀有附加弹簧的一侧，参与换挡时机的控制。TCU通过对主油压电磁阀的控制，得到更加精确的节气门油压，再以油压控制相应挡位上离合器的动作。经主油压电磁阀调节过的换挡时的油压，较液压控制自动变速器要小，这样可减少换挡时的冲击，提高换挡品质。适当降低主油压，还可降低油泵负荷，减少发动机油耗。,自动变速器油温度较低时，油液粘度较大。当自动变速器温度低于60时，主油压电磁阀根据TCU的指令提高节气门油压，进而将调节主油压，并将其控制在比常用油压偏低的状态，使自动变速器不能升入4挡(速