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自动变速前期、液力自动变速阶段、电控自动变速阶段和智能变速阶段,各阶段的技术应用情况见图1-1。
图1-1自动变速器的发展过程
1.自动变速前期
最早在1904年出现了离合器和制动器等摩擦元件操纵变速的行星齿轮机构,该机构首先用于英国WilsonPicher汽车上。
1907年福特车上大量使用行星齿轮变速器,它的出现实现了不切断动力进行的“动力换档”,并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。
而液力偶合器的出现为自动操纵的实现提供了可能,1938年至1941年美国GeneralMotors和Chrysler公司采用液力偶合器代替离合器,省去了驾驶时的离合器踏板操作。
随后出现了液力自动变速器的前身,开始了车速和油门两个参数信号,用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。
2.液力自动变速阶段
该阶段以1938年的通用Oldsmobile车上的Hydromantic开始,以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征。
这个阶段的液力自动变速器由液力变矩器和行星齿轮变速器组成,控制系统是通过液压系统来实现的,控制信号的产生,主要是通过反应油门开度大小的节气门阀和反应车速高低的速控阀实现,其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统,按照设定的换档规律,控制换档执行机构的动作,从而实现自动换档。
代表性的产品有:
丰田的A40系列自动变速器、通用的4T60E、EF、CHPE9等系列产品。
但液压系统的控制精度较低,难以适应车辆行驶状况的变化,无法按使用者愿望实现精确的换档品质控制。
3.电控自动变速阶段
1969年法国的雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器,与全液压的区别在于自动换档的控制系统是由电脑来实现的,但当时电子技术不成熟,应用范围较窄,到20世纪80年代末,电子控制逐步实用化,越来越多的自动变速器采用了电子控制。
自动变速器的控制系统包括电控和液控两部分,电控系统由电脑、各种传感器、电磁阀及控制电路等组成,它将控制换档的参数(如车速和油门开度等)通过传感器转换为电信号输送给电脑,电脑通过处理将换档的信号作用于换档电磁阀,从而利用液压换档执行机构实现自动换档。
由于电脑能存贮和处理多种换档规律,在改善换档品质控制方面,有明显的优越性,并且与整车的其他控制系统兼容性好,最终可以实现车辆电子控制系统一体化。
4.智能自动变速阶段
随着车辆技术和自动变速技术的发展,人们不再满足于简单的功能实现,车辆自动变速技术即将进入智能化阶段,控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。
德国的宝马公司从1992年起,陆续推出用于四档和五档自动变速器的自适应控制系统,能够自动识别驾驶员的类型、环境条件和行驶状况,并对换档规律作出适当调整。
尼桑的E4N71B自动变速器,采用模糊推理对高速公路坡道进行识别,采取禁止升档的措施消除循环换档,三菱新型四档自动变速器,将各种输入信息和驾驶员的换档通过神经网络建立联系,利用神经网络的学习功能,使得车辆能够按照驾驶员意图自动换档。
1.1.3自动变速器的国内发展形势
我国应用液力传动始于五十年代,自行研制出了内燃机车和红旗CA770三
排座高级轿车的液力传动系统,随后液力传动也在我国获得了一定发展,此外,部分军用车辆上使用了液力自动变速器,但发展速度要落后于发达国家。
由于对自动变速器良好性能的逐渐认识,用户的需求量也越来越大,使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。
并且在液力自动变速器的研究、生产、修理等方面都有一定的基础。
近年来发展速度较快,如1998年,一汽大众的新捷达王装备了AG4自动变速器,1999年神龙富康推出智能型AL4自动变速器,上海别克装备了4T65-E自动变速器,此外广州本田、天津夏利、重庆奥拓等也先后加入其中,尤其是上海帕萨特B5还装备了具有模糊控制功能的自动变速器。
不仅轿车,深圳华海公司还为深圳市大型公共汽车改装了进口的艾里逊液压自动变速器。
因此,在国产车上选装自动变速器已成为必然之势。
1.2自动变速器的类型及特点
1.2.1自动变速器的类型
1.按驱动形式分类
(1)前驱动式自动变速器
①横置前驱动自动变速器
横置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。
因此又称自动驱动桥。
它主要用于小排量中低挡车辆。
如富康、标致、捷达、千里马、花冠、威驰、奇瑞等。
②L型前驱动自动变速器
美国车,中等排量多采用L型前驱动自动变速器,其最大特点是变矩器与变速器输入轴不在同一直线上,而是通过链条传动,从而有效减少了放置的空间。
它主要用于中等排量前驱动车型,如上汽别克、福特金牛、沃尔沃S80等
③纵置前驱动自动变速器
纵置前驱动自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同,只是在侧面增加了一个差速器,如奥迪、帕萨特和克莱斯勒君王等。
图1-2自动变速器前驱图
(2)后驱动式自动变速器
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,发动机的动力经变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。
这种发动机前置,后轮驱动的布置型式,其发动机和自动变速器都是纵置的,因此轴向尺寸较大,在小型客车上布置比较困难。
它是一般大型豪华车上常采用的布置型式,如奔驰、宝马、凌志430、卡迪拉克5.7、林肯城市等。
图1-3自动变速器后驱图
(3)四轮驱动式自动变速器
四轮驱动自动变速器常在越野车及部分豪华车上使用,如奥迪A8、路虎等。
2.按控制系统分类
目前,汽车上使用的自动变速器主要有电控机械自动变速器(AMT)、液力机械自动变速器(AT)、无级自动变速器(CVT)和双离合自动变速器(DCT)等四种类型。
(1)电控机械自动变速器(AMT)
电控机械自动变速器是在原手动变速器(MT)的基础上附加了一套电控液压装置,通过电子控制单元(ECU)控制液压装置,操纵有级机械变速器的离合器和换档杆,使离合器自动地进行分离与接合,变速器档位的切换则由电子控制单元根据车速、发动机转速和节气门开度来自动控制,从而实现有级机械变速器的自动离合和自动选档。
(2)液力机械自动变速器(AT)
主要由液力变矩器、行星齿轮和电子液压控制系统三大部分组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速、变矩。
液力变矩器依靠具有一定动量的油液传递动力,由于液体传递动力具有一定的“柔性”,能够吸收冲击能量,而且在一定范围内能够自动连续地调节转速,因此具有无级变速之称。
由于液力变矩器的变速、变矩范围不够大,因此在液力变矩器的涡轮后面再串联几排行星齿轮来提高效率,液压操纵系统会根据发动机工况的变化自行操控行星齿轮进行不同的组合,以实现自动变速、变矩。
由于行星齿轮是有级的,本质上这种变速器也是有级变速器,是有级变速的自动控制。
(3)无级自动变速器(CVT)
无级自动变速器内部没有传统手动变速器的齿轮传动机构,它采用V形传动带和工作直径可变的主、从动轮相互配合来传递动力,能够在一个很宽的范围内实现传动比的连续改变。
CVT主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等机件,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,另一侧带轮则被固定。
可动盘与固定盘都是锥面结构,它们的锥面形成V形槽,与V形金属传动带啮合。
发动机输出的动力首先传到主动轮,然后通过V形传动带传递到从动轮,最后经减速器、差速器传递给车轮。
CVT工作时,通过主动轮、从动轮的可动盘的轴向移动,改变主动轮、从动轮锥面与V形传动带啮合的工作半径,从而改变传动比。
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。
(4)双离合自动变速器(DCT)
双离合自动变速器是一种技术更为先进、控制更为复杂的新型电控机械式自动变速器。
1.2.2自动变速器的特点
自动变速器的主要特点表现在以下几个方面:
1.驾驶性能优良
汽车驾驶性能的好坏,除与汽车本身的结构有关外,还取决于正确的控制和操纵。
自动变速器可以按照预先设定的最佳换档规律自动变换档位,让汽车在不同的运行条件下都能同时兼顾发动机的最低油耗和变速器的最高效率,因而特别适合于非职业驾驶。
2.自适应能力强
自动变速装置的档位变换不但快,而且平稳,提高了汽车的乘坐舒适性。
通过液体传动或微电脑控制换档,一方面能在一定范围内实现无级变速,大大减少了行驶过程中的换档次数,另一方面可以消除或降低动力传动系统中的冲击和动载。
试验结果表明,在坏路段行驶时,自动变速的车辆传动轴上,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的50%~70%。
从而延长发动机和传动系统零部件的寿命。
3.行车安全性高
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调节。
以城市大客车为例,平均每分钟换档3~5次,而每次换档有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,而且易产生疲劳,造成交通事故增加。
装用自动变速器的车辆,取消了离合器踏板,只要控制油门踏板,就能自动变速。
从而改善了驾驶员的劳动强度,使行车事故率降低,平均车速提高。
4.废气排放低
手动换档变速器由于经常换档,需要切断动力,使发动机的转速变化较大,节气门开度变化急剧,非稳定工况强烈,从而导致排放中的污染物多。
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.经济性较好
自动变速器能自动适应行驶阻力的变化,选择最佳的换档时刻,从而提高了汽车的动力性和经济性。
通过实验可知,装备四档自动变速器时,城市行驶的百公里油耗小于同车装备五档手动机械变速器。
当然,与手动变速器相比,自动变速器结构复杂,零部件加工难度较大,生产成本较高,此外,变速器的维护和修理也较麻烦。
1.3自动变速器的基本组成及工作原理
1.3.1基本组成
液力变矩器、行星齿轮变速器、液压控制系统、电子控制系统、冷却滤油装
置。
图1-2自动变速器的组成
1.3.2工作原理
1.3.2.1液压控制自动变速器的工作原理
液控自动变速器是通过机械传动方式,将汽车行驶时的车速和节气门开度这两个主控制参数转变为液压控制信号;
液压控制系统的阀体总成中的各控制阀根据这些液压控制信号的变化,按照设定的换挡规律,操纵换挡执行元件的动作实现自动换挡。
如图1-3液压控制自动变速器的工作原理:
图1-3液压控制自动变速器的工作图
1.3.2.2电子控制自动变速器的工作原理
电控自动变速器是通过各种传感器,将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油(ATF)温度等参数信号输入ECU,ECU根据这些信号,按照设定的换挡规律,向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出动作控制信号,换挡电磁阀和油压电磁阀再将ECU的动作控制信号转变为液压控制信号,阀体中的控制阀根据这些液压控制信号,控制换挡执行元件的动作,从而实现自动换挡过程。
如图1-4电子控制自动变速器的工作原理:
图1-4电子控制自动变速器的工作图
1.4论文研究的目的及意义
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。
变速器的主要任务是传递动力,并在动力的传递过程中改变传动比,以调节或变换发动机的特性,同时通过变速来适应不同的驾驶要求。
自动变速器能根据路面状况自动变速、变矩,具有更好的驾驶性能、行驶性能、安全性能及排放性能等等,这样有效的改变了手动变速器换挡频繁、劳动强度大、分散驾驶员的注意力等的缺点,论文所研究的自动变速器通过先进的技术来改变手动变速器的缺陷,让不管是身形娇小还是操作动作迟钝的人群也能加入有车一族。
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。
通过参考大量文献对自动变速器的类型特点以及作用原理作出充分掌握。
第二章本田MAXA型自动变速器
2.1本田MAXA型自动变速器介绍
广州本田雅阁轿车MAXA自动变速器采用电子控制式,它具有四个前进档和一个倒档。
该自动变速器主要由定轴式齿轮变速传动机构、液压控制系统和电子控制系统等三大部分组成,主要由一个三元件液力变矩器和一个三轴机构组成的电子控制自动变速装置,可以提供4个前进档和一个倒车挡.该装置与发动机曲轴成直线排列.其主要特点如下:
(1)采用定轴式齿轮变速传动机构,而日产、丰田及大多数欧美汽车自动变速器采用的是行星齿轮变速传动机构。
(2)除液压控制系统外,还增设有电子控制系统,使车辆在各种道路条件下均具有平顺的驾驶操纵性和最佳的档位选择。
(3)采用前轮驱动,自动变速器与驱动桥合为一体,动力传递路线短,结构更紧凑。
2.2本田MAXA型自动变速器的结构及构造
广州本田雅阁轿车用MAXA自动变速器的内部结构如图2-1所示,MAXA自动变速器的纵剖视图如图2-2所示,图2-3所示为MAXA自动变速器的齿轮机构。
图2-1广州本田雅阁轿车用MAXA自动变速器的内部结构
图2-2MAXA自动变速器的纵剖视图
图2-3MAXA自动变速器的齿轮机构
1-副轴1档齿轮2-副轴3档齿轮3-主轴3档齿轮4-3档离合器5-4档离合器6-主轴4档齿轮7-主轴倒档齿轮8-倒档惰轮9-主轴惰轮10-主轴11-副轴2档齿轮12-副轴惰轮13-驻车档齿轮14-副轴齿轮15-驻车锁销16-辅助轴17-辅助轴惰轮18-副轴2档齿轮19-副轴倒档齿轮20-倒档滑套21-副轴4档齿轮22-伺服阀23-2档离合器24-1档离合器25-辅助轴1档齿轮26-单向离合器27-1档固定离合器28-最终主动齿轮29-液力变矩器30-油泵
2.3本田MAXA型自动变速器的工作原理
MAXA自动变速器的结构简图如图2-4所示。
可以看出,该自动变速器采用平行轴式结构,其中液力变矩器直接把动力传给主轴.最后中间轴把动力传给主减速器输出。
主轴上面通过花键装有3挡离合器和4挡离合器.副轴上面通过花键装有1挡离合器和2挡离合器。
各离合器的功能见表2.1所示。
图2-4MAXA自动变速器的结构简图
1.液力变矩器;
2.主轴3挡齿轮;
3.3挡离合器;
4.4挡离合器;
5.主轴4挡齿轮;
6.主轴倒挡齿轮;
7.主轴惰轮;
8.中间轴惰轮;
9.中间轴2挡齿轮;
10.中间轴倒挡齿轮;
11.倒挡轴及倒挡齿轮;
12.倒挡结合套;
13.倒挡滑套花键毂;
14.4挡结合套;
15.中间轴4挡齿轮;
16.中间轴3挡齿轮;
17.中间轴1挡齿轮;
18.中间轴输出齿轮;
19.主减速器总成;
20.副轴1挡齿轮;
21.1挡离合器;
22.2挡离合器;
23.副轴2挡齿轮;
24.副轴惰轮。
表2.1MAXA自动变速器各换挡执行元件的功能
2.3.1路线传递
本田MAXA自动变速器的结构与手动变速器相似,动力传递路线与手动变速器也基本相同,不同之处在于它用一个离合器的充油结合代替手动变速器中的结合套滑动结合,其离合器的充油是自动控制的。
也就是说,它把手动变速器的手动推动结合套换挡形式改成了自动变速器的离合器结合自动换挡形式,其工作原理简单,换挡执行元件也只有离合器,没有制动器。
MAXA自动变速器共有4个前进挡和1个倒挡,各挡位时自动变速器换挡执行元件的工作状态如表2.2所示。
表2.2MAXA自动变速器各挡位参与工作的相关部件
1.一挡传递路线
当MAXA自动变速器在l挡工作时。
由表2.2可知。
l挡离合器工作。
变速器的电脑通过阀体总成控制l挡离合器21充油结合,把副轴l挡齿轮20和副轴连接在一起.这时。
液力变扭器l的动力传给主轴,通过主轴惰轮7传递给中间轴惰轮8。
再传给副轴惰轮24,进而动力传至副轴。
因为1挡离合器21充油结合。
动力通过1挡离合器21.继续传递到副轴l挡齿轮20,副轴l挡齿轮20把动力传到中间轴1挡齿轮17,再把动力传给主减速器,进行减速增扭后再输m给左右半轴。
从l挡动力传输路线可以看出。
参与作用的是1挡离合器21充油结合工作,致使动力能够形成闭路传递出去。
1挡动力传输路线如图2-5所示。
图2-5粗线表示一档传递路线
2.二档传递路线
2挡工作时,由表2.2可知,2挡离合器工作。
变速器的电脑通过阀体总成控制2挡离合器22因充油结合,把副轴2挡齿轮23和副轴连接在一起。
这时,液力变扭器l的动力传给主轴,通过主轴惰轮7传给中间轴惰轮8,再传给副轴惰轮24。
进而动力传至副轴。
因为2挡离合器22充油结合,动力通过2挡离合器22。
继续传递到副轴2挡齿轮23.副轴2挡齿轮23把动力传到中间轴2挡齿轮9,再把动力传给主减速器,进行减速增扭后再输出给左右半轴,。
从2挡动力传输路线可以看出.参与作用的是2挡离合器22充油结合工作。
致使动力能够形成闭路传递出去。
此时1挡离合器21是不充油的。
l挡离合器21完全泄压,否则就会出现所谓的“乱挡”了。
2挡动力传输路线如图2-6所示。
图2-6粗线表示二档传递路线
3.三档传递路线
3挡工作时,由表2.2可知,3挡离合器工作。
变速器的电脑通过阀体总成控制3挡离合器3因充油结合,把主轴3挡齿轮2和主轴连接在一起,这时.液力变扭器1的动力传给主轴,因为3挡离合器3充油结合。
动力通过3挡离合器3,继续传递中间轴3挡齿轮16.再由中间轴把动力传给主减速器,进行减速增扭后再输出。
3挡动力传输路线如图2-7所示。
图2-7粗线表示三档传递路线
4.四档传递路线
4挡工作时,由表2.2可知,4挡齿轮和4挡离合器工作。
变速器的电脑通
过阀体控制4挡离合器4充油结合,把主轴4挡齿轮5和主轴连接在一起,这时,液力变扭器l的动力传给主轴,因为4挡离合器4充油结合。
动力通过4挡离合器4,传到主轴4挡齿轮5.进而传递到中间轴4挡齿轮15.因为倒挡滑套花键毂13在变速器电路及油路控制下左移,与4挡结合套14结合,这样,动力就传给了中间轴,再由中间轴把动力传给主减速器.因为主轴4挡齿轮5的齿数明显多于中间轴4挡齿轮15的齿数。
所以4挡时候,变速器实现超速传动。
显然,3挡,4挡,变速器动力传输路线简单.只经过一级齿轮传动,传动效率是比较高的。
4挡动力传输路线如图2-8所示。
图2-8粗线表示四档传递路线
5.R档传递路线
R挡丁作时.由表2.2可知,4挡离合器和倒挡齿轮工作。
动力传输路线与4挡有些相同之处,变速器的电脑通过阀体控制4挡离合器4充油结合,把主轴倒挡齿轮6和主轴连接在一起。
这时,液力变扭器1的动力传给主轴。
因为4挡离合器4充油结合。
动力通过4挡离合器4,到主轴倒挡齿轮6.进而传递到倒挡轴及倒挡齿轮ll,由倒挡齿轮11把动力传给中间轴倒挡齿轮10,因为倒挡滑套花键毂13在变速器电路及油路控制下右移,与倒挡结合套12结合,这样,动力就传给了中间轴。
再由中间轴把动力传给主减速器。
与4挡相比.倒挡多增加了一级齿轮传动,所以输出动力反向.传动比取决于中间轴倒挡齿轮10与主轴倒挡齿轮6的齿数比。
R挡动力传输路线如图2-9所示。
图2-9粗线表示R档传递路线
由此可以看出,本田MAXA型自动变速器各挡位动力传输路线与手动变速器相似.特别是3挡和4挡,动力传输路线更简单,同时效率肯定也会比较高,因为在3、4挡时,只经过一级齿轮副的啮合,相对于走行星齿轮结构的辛普森、拉威娜、威尔逊、莱佩莱捷式自动变速器来说,平行轴式自动变速器的优点就是动力传输路线简单。
换挡执行元件少,机械效率也会高些。
第三章本田MAXA型自动变速器检查及故障检修
3.1基本检查概述
自动变速器的油位不当,油质不佳、联动机构调节不当以及发动机怠速不正常,是引起自动变速器产生故障的最常见原因。
通常把对这些部件的检查与重新调整,叫做自动变速器的基本检查。
无论具体故障是什么,这种基本检查总是要进行,而且也是首先进行的。
基本检查和调整项目包括:
油面检查、油质检查、液压控制系统漏油检查、油门拉索检查和调整、换挡杆位置检查和调整、空挡起动开关和怠速检查。
3.1.1检查具体内容
1.油面检查
在对变速器进行检查前或故障诊断前,首先要对变速器油面高度进行检查,一般在车辆行驶1万公里后检查油液面。
变速器与差速器有一共用的油池,其间是相通的。
在拉出油尺之前,应将护罩及手柄上的脏东西都擦干净。
把选挡手柄放在P位或N位(空挡),将发动机在怠速时至少运转一分钟,汽车必须停放在水平路面上,这样才能确保在差速器和变速器之间的油面高度正常、稳定。
检查应在油液正常工作温度(50~90)℃,时进行。
自动变速器油面检查的具体方法是:
(1)将汽车停放在水平地面上,并拉紧手制动。
(2)让发动机怠速运转一分钟以上。
(3)踩住制动踏板,将操纵手柄拨至倒挡(R)、前进挡(D)、前进低挡(S、L或2、1)等位置,并在每个挡位上停留几秒钟,使液力变矩器和所有换挡执行元件中都充满液压油。
最后将操纵手柄拨至停车挡(P)位置。
(4)从加油管内拔出自动变速器油尺,将擦干净的油尺全部插入加油管后再拔出,检查油尺上的油面高度。
液压油油面高度的标准是:
如果自动变速器处于冷态(即冷车刚刚起动,液压油的温度较低,为室温或低
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