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自动变速器毕业论文

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目录……………………………………………………………………………………………………1

第一章概述……………………………………………………………………………………………………………1

1.1设计的目的与意义.....................................................................2

1.2设计与制作的主要工作...................................................................2

第二章自动变速器的工作原理及与手动变速器的区别………………………………………………………………3

2.1自动变速器的工作原理.....................................................................3

2.2自动变速器的型号含义......................................................................3

第三章自动变速器电控系统的结构组成和工作原理分析……………………………………………………………4

3.1自动变速器电控系统的结构组成.............................................................4

3.2自动变速器传感器的种类..................................................................4

3.3自动变速器ECU...........................................................................4

3.4自动变速器执行元件及控制开关.............................................................4

3.5自动变速器电控系统工作原理................................................................4

摘要

本文先对自动变速器工作原理及与手动变速器的区别进行了分析，并介绍了自动变速器分类。

再对丰田A340E自动变速器进行了概述，即丰田皇冠3.0JZS133型轿车A340E型自动变速器系统的结构和工作原理。

分析自动变速器档位变换及换挡路线和各档位的控制油路。

丰田A340E型自动变速器实际上是自动变速器根据汽车速度、发动机转速和动力负荷、路况等因素自动进行升降档位，实现自动换挡变速。

最后介绍了自动变速器容易出现的故障及原因和相关的检测维修方法，以及自动变速器技术未来的发展趋势。

关键词：

丰田，A340E型自动变速器，传动路线，控制系统，故障原因，故障检修，发展趋势

第一章概述

1.1设计的目的与意义

自动变速器的复杂程度在当今轿车上是最高的。

自动变速器的飞速发展及其普遍应用已成为当今轿车发展的一个方向。

目前自动变速器上采用的电子控制系统，许多采用的是模糊控制理论，使变速器在经济模式和动力模式之间存在滑动换档曲线，在不同的道路条件下，自动变速器的换档更加随意、更加柔顺。

这样，自动变速器的结构及其工作原理变得越来越复杂，这给维修人员增添了许多技术难题，也给汽车专业的学生在学习和实验时带来许多不便。

电控技术作为新兴的技术，特别是在国内，应用时间较短。

人们对发动机、变速器电控技术的原理、工作特性以及实际中会产生的问题还没有深刻的理解；其次，由于发动机、变速器引入了电子控制技术，它们的故障日趋复杂化，因此以前人工故障诊断法已经无法满足维修的要求。

当前，制约我国汽车维修行业发展的主要因素是人才和技术的缺乏。

许多从事汽车维修多年的技工，检测或诊断机械故障得心应手，但对于电控发动机故障，则感到力不从心，不知从何下手，这是因为许多维修工依然是凭“经验维修”，而不是“数据维修”；诊断汽车电控故障依然靠“换件诊断”，而不是“技术诊断”。

这样造成的错诊误断、错换部件等现象层出不穷，维修费用也居高不下。

与此同时，我国与汽车有关的各类院校教学内容、教学手段和教学模式陈旧，大部分高等院校对电控发动机知识的讲解还只是停留在书本知识的传授上。

虽然学生的理论知识比较丰富，但是由于很少有实践机会，学生对老师讲解的电控发动机、自动变速器知识认识不深刻，记忆不牢固，对故障的了解只是停留在老师介绍的个别情况上，至于这些故障产生的原因以及其他发动机的情况还不能融会贯通。

为此，基于上面的分析，为促进我国汽车检测与诊断技术的发展和丰富国内汽车专业的教学、科研设备，确定了本课题的研究内容，即在我校现有设备的基础上，通过改进和重新设计，开发变速器测控实验教学系统。

其主要的思路是通过对汽自动变速器的结构和原理分析并可以设置电控动机及变速器主要传感器、执行器、控制线路以及电控单元等信号的常见故障；另外，它还可以模拟自动变速器的主控信号，使实验及教学能互动进行。

该系统可以为使用者提供非常方便的检测接口、直观的电路显示以及非常丰富的检测内容。

相关企业的技术人员以及相关专业的大专院校学生通过在试验平台上的反复模拟试验，可以加强对电控发动机及自动变速器的结构、控制原理以及故障诊断原理的认识，提高使用和维修水平。

因此发动机及变速器测控实验教学系统的开发有着较大的实用价值和应用前景，它可广泛应用于各大专院校、科研院所及汽车维修企业单位，因此也具有广阔的市场前景。

1）确定基本组成结构及个装置的的选型和布置方案，其中包括传感器的选择及布置。

2）设计结构原理图：

自动变速器电控系统的试验台工作原理及其性能匹配，包括驱

动设备变频调速原理，传感器的模拟与输出原理。

3）线路设计。

4）熟路与输出的产生方法。

5）通过一些实验，确定故障的测试方法。

第二章自动变速器的工作原理及手动变速器的区别

2.1自动变速器的工作原理

一般来说，自动变速器的挡位分为P、R、N、D、2、1或L档位。

自动变速器是通过各种液压多片离合器和制动闸限制或接通行星齿轮组中的某些齿轮得到不同的传动比，自动变速器传动系统是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。

其中，液力变扭器是自动变速器最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，它直接输入发动机动力，并传递扭矩，同时具有离合作用。

泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间形成转速差，实现变速变矩。

以一个典型的自动变速器为例，液压控制装置根据节气门（油门）开度和变速器输出轴上输送来的信号控制升降档。

根据节气门开度变化，液压控制装置中的调节阀产生与加速踏板踏下量成正比的液压，该液压作为节气门开度“信号”加到液压控制装置；另外有装配在输出轴上的速控液压阀可产生与转速（车速）成正比的液压，作为车速“信号”加到液压控制装置。

因此，就有节气门开度“信号”和车速“信号”，液压控制装置根据这两个“信号”自动调节变速器油量，从而控制换档时机。

也就是说在汽车驾驶中，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），就能自动控制变速器内的液压控制装置，液压控制装置会利用液力去控制行星齿轮系统的离合器和制动器，以改变行星齿轮的传动状态。

自动变速器的核心控制装置是液压控制装置，液压控制装置由油泵、阀体、离合器、制动器以及连接所有这些部件的液体通路所组成。

关键部件是阀体，因此它是自动变速器的控制中心。

阀体的作用是根据发动机和底盘传动系的负载状况（节气门开度和输出轴转速），对油泵输出到各执行机构的油压加以控制，以控制液力变矩器，控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。

2.2自动变速器的型号含义

一般用A表示自动变速器，M表示手动变速器，有的变速器型号前加上表明生产厂家的字母，如ZF表示德国ZF公司生产的自动变速器。

用F表示前轮驱动，R表示后轮驱动。

前进档用数字表示，用E表示电控，L表示液控，EH表示电液控制。

生产、改进序号是指自动变速器是基本型还是改进型，额定输出转矩指自动变速器能够传动的最大转矩。

以丰田自动变速器为例：

目前丰田自动变速器的型号以A340E这种型号中有3个数字为代表，这种形式的变速器主要有A140E、A245E、A541E、A650E、A750E、A760E、U341E、U241E、U151F、A540H等，其中：

A-----表示自动变速器；若是U则表示超级智能自动变速器，且为前轮驱动。

3------其中1、2、5表示前轮驱动，3、4、6、7表示后轮驱动。

4------表示前进档位数，4表示四档自动变速器，5表示五档自动变速器，6表示六档自动变速器。

0------表示生产序号，0是基本型，1是一次改进，2是二次改进。

E------表示电控自动变速器，同时具有锁止离合器；H或F表示四轮驱动自动变速器，均省略了E。

第三章自动变速器电控系统的结构组成和工作原理分析

3.1自动变速器电控系统的结构组成及其工作原理

1、液力变矩器

液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。

它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。

　　2、变速齿轮机构

自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。

采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。

目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。

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、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。

　　4、自动换挡控制系统

自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换挡。

　　5、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。

3.2自动变速器传感器的种类

1．节气门位置传感器功用：

是将发动机的负荷（对应于节气门的开度）转换为电信号输入ECU，作为确定变速器换档时机和变矩器锁止时机的主要信号之一，一般采用线型输出型节气门传感器，带有怠速开关，多与发动机节气门位置传感器功用[7]。

2.机油温度传感器：

检测自动变速器液压油的温度。

以作为ECU控制进行换档控制，油压控制和锁止离合器控制的控制信号。

3.发动机转速传感器:

自动变速器控制ECU利用发动机转速信号与变速器输入轴转速信号进行比较以判断锁止离合器的打滑状态，从而调整适合的变矩器锁止离合器控制电磁阀的调制脉冲，传递方式可分为专线和数据总线两种，型式有电磁式和霍尔式。

4.自动变速器输入轴转速传感器：

结构和车速传感器相同；向ECU输入行星齿轮变速器输入轴的转速信号，更精确的控制换档过程，还有就是把信号和来自发动机控制系统的发动机信号进行比较计算出变矩器的传动比，使油路压力的控制优化。

改善换档品质。

5.车速传感器：

产生频率与车速成正比的信号电压，并输入ECU作为确定变速器换档时机和变速器锁止主要信号之一。

对于装有自动定速巡航装置的车辆，它还用于速度调节。

6.冷却液温度传感器：

当发动机温度较低时，ECU可以防止液力变矩器进入锁止状态，保证汽车正常操控性能。

低温信号会延迟升档时间。

若温度过高，ECU将提前进入锁止液力变矩器。

3.3自动变速器ECU

它是汽车电子控制装置的中枢电路元件，主要具有译码指令和进行数据处理能力的中央处理器CPU，用于存储程序和数据处理器，以及具有与外部传感器﹑控制开关﹑和执行器进行数据交换的输入和输出接口组成[8]。

3.4自动变速器执行元件及控制开关

1．电磁阀：

1）功用根据变速器ECU的指令接通﹑切断或部分接通﹑部分切断液压回路，以实现一自动变速器的换档﹑变矩器锁止﹑主油压调节﹑发动机制动等项目内容的控制;2）可分为换档电磁阀﹑锁止电磁阀﹑油压控制电磁阀等，工作方式有开

关式电磁阀和脉宽调制式电磁阀。

2.模式先择开关：

用于选择变速器的控制模式，即选择自动变速器的换档规律，一满足不同的行使要求。

3.多功能开关：

用于向自动变速器控制单元传递操纵手柄的位置信息，进行以下控制：

1）将操纵手柄的机械位置（P﹑R﹑N﹑D﹑3﹑2）传递给自动变速器控制单元。

2）通过继电器J207控制发动机在非P﹑N挡位置不能启动。

3）当操纵手柄在D﹑5﹑4是向巡航控制系统提供电压。

4）倒车时接通倒车灯。

4．超速档开关：

用来控制自动变速器超速档，只有在超速档开关打开后，自动变速器随车速升高而升档，直到升入最高档。

5．制动灯开关：

用以判断制动踏板是否踩下，如果被踩下，制动灯电路接通，同时将信号输给ECU以解除锁止离合器接合，防止突然制动时发动机熄火。

6．强制降挡开关：

检测加速踏板是否超过节气门全开的位置，当加速踏板超过节气门全开的位置时，强制降挡开关接通，并向电子控制装置ECU输送信号。

这时ECU按设定的换档程序控制换档，并使变速器自动下降一个档位，以提高汽车的加速性。

7．Tiptronic开关（手动换档开关）：

用于电子控制装置根据根据被接触的触点。

测得操纵手柄的的位置，从而按照不同的程序控制自动变速器的工作。

8.选档指示器：

用于显示档位所处的位置。

3.5自动变速器电控系统工作原理

电子控制系统的作用是控制换档工作点和锁止离合器的工作情况。

其组成包括传感器、计算机ECU和执行器三个部分。

传感器（如图2-1）由节气门位置传感器、车速传感器、水温传感器和变速器工作型式选择开关、空档起动开关、制动灯开关、O/D主控开关等组成.它们将探测到的信息以电信号的形式送给ECU、ECU则根据这些信号来确定换档时刻和锁止时刻.执行器包括三个电磁阀。

电磁阀有ECU控制，并改变液压阀的油压。

电子控制系统的控制原理如下：

1.换档时机控制：

在ECU内存储着变速杆的各个位置（D、2和L）和变速器型即（NORMAL即标准型,或POWER即动力型）最优换档模式。

以此为基准,再考虑车速传感器发来的车速信号和节气门传感器发来的节气门开度信号。

ECU便在适当的时刻打开或关闭1号和2号电磁阀,从而操纵各个换档阀,接通或关断通往各换档离合器和制动器的油路，实现变速器的加、减档。

随着技术发展和社会进步，汽车已经成为人们生活中不可缺少的交通运输工具，而汽车在我国的普及率正在迅速逼近国外发达国家的水平。

然而国内汽车检测维修等相关技术人才远远不能满足需要，成为国内紧缺人才。

近年来，国内培养汽车维修、服务等方面人才的高职类院校如雨后春笋般地涌现出来，培养目标基本上定位在培养社会急需的高等技能型人才。

汽车自动变速器是目前公认的汽车传动系统中的重点和难点技术，目前已经成为各大汽车制造商开发、引进、制造、装备的重点和标准配置。

自动表速器的使用也提高了汽车的驾驶性能、行驶性能和乘坐的舒适性，延长了汽车发动机和传动系的使用寿命，也降低了汽车废气排放污染。

2.超速档控制：

如果O/D主控开关打开,变速杆又在“D”位时,就有可能以超速档行驶。

然而在下列两种情况下,电子控制系统将阻止挂入超速档:

（1）在使用巡驶控制系统行驶时,如界实际车速降低到低于设定车速约而汽

车仍在超速档运行时,巡驶控制系统计算机便将信号送给发动机和电子

控制变速器,从而脱开超速档,并在实际车速达到存贮器内设定的车速

之前阻止变速器换回到超速档上。

（2）水温低于60℃,电控系统也将阻止变速器挂人超速档。

3.锁止控制：

ECU的存储器内存有锁止离合器工作模式。

以此模式为基准,根据车速信号和节气门开度信号,ECU接通或关闭锁止电磁阀,从而通过锁止继电器阀进行油路转换,使锁止离合器啮合或脱开。

为了避免发动机熄火,在制动时制动开关接通和节气门全关时,ECU就关闭锁止电磁阀,使锁止离合器强制分离。

为了改善综合运行性能和加速变速器升温,在冷却水温低于60℃时,ECU也关闭锁止电磁阀,使锁止离合器分离。

此外,为减轻换档冲击,在加、减档过程中,ECU将暂时脱开锁止离合器[11]。

4自动模式选择控制：

在有模式选择的电控自动变速器上，驾驶员可以通过该开关改变自动变速器的控制模式，可选择经济模式，动力模式和普通模式。

在不同的模式下，自动变速器的换档规律有所不同，以便满足不同的行使要求。

例如，经济模式是一获得最小的燃油消耗为目的进行换档控制，因此换档车速相对较低，动力性指标下降；动力模式则是以满足最大动力性为目的的换档控制，经济性放在次要的位置。

因此换档车速相对较高，又油耗也稍微增加。

电子控制装置在进行自动模式选择控制时，主要考虑自动变速器操纵手柄的位置及加速踏板被踩下的速度，以判断驾驶员的操作目的，自动选择控制模式：

1）当自动变速器操纵手柄位于前进低档时，电子控制只选择动力模式。

2）在前进档D位，当加速踏板被踩下较低时，电子控制选择经济模式，当加速踏

板被踩下的速度超过控制程序所设定的值时，电子控制有经济模式转化为动

力模式。

3）在前进档D位，电子控制装置选择动力模式时一旦节气门开度低于1／8时换档

规律有动力模式转化为经济模式

5.换档品质控制：

改善换档质量，提高汽车的乘坐舒适性。

目前常见的改善换档品质的特殊功能控制功能有以下几种：

1）换档油压控制：

在升档或降挡的瞬间，电子控制装置通过油路压力调节适当

降低主油路压力阀以降低主油路压力，以减小换档的冲击，以改善换档品质

的目的

2）减矩控制：

在换档的瞬间，通过延迟发动机的点火时间或减少喷油量，暂时减小发动机的输出扭矩，以减小换档冲击和汽车加速出现的波动3）N-D换档控制

6.使用输入轴转速传感器的控制：

点子控制装置通过这一个传感器可以检测自动变速器的输入轴转速传感器的转速，并以此计算出变矩器的传动比以及自动变速器稍微传动比。

从而使点子控制装置更精确的控制自动变速器的工作。

特别是点子控制装置在进行换档油压控制。

减矩控制和锁止控制时用这一参数进行计算，可使它们更精确，从而获得最佳的换档时机和乘坐舒适性。

7.巡航控制：

能自动控制车速，使汽车接受选定的车速稳定行使，无需驾驶员反复调节节气门开度。

8.故障自诊断：

在点子控制装置中设有专门的故障自诊断电路，它在汽车行使过程中，不停的观察自动变速器的电子控制系统中所有传感器和执行器的工作情况。

通常一旦发现某个传感器或执行器的故障或者工作不正常时仪表板上的自动变速器故障指示灯的闪亮以提醒驾驶员立即将汽车送至修理厂维修。

同时将检测到的故障一故障码的形式存储在点子控制装置的存储器内，只要不拆除汽车需点此，故障码就会一直保存在点至控制装置中。

第二章丰田皇冠3.0JZS133型轿车A340E自动变速器的结构及原理

2.1A340E系列自动变速器的基本结构

自动变速器的基本组成：

液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。

液力变矩器结构：

行星齿轮机构：

供油系统：

2.2主要零部件简图

图2-1A340E行星齿轮结构简图

1-超速离合器（C0），2-超速制动器（B0），3-二档滑行制动器（B1），4，直接离10

合器（C2），

5-前进离合器（C1），6-二档制动器（B2），7-倒档制动器（B3），8-后行星架，9-后环齿圈，10-输出轴，11-太阳轮，12-第二单向离合器，13-第一单向离合器，14-前环齿圈，15-前行星架，16-超速环齿圈，17-超速行星架，18-超速太阳轮，19-输入轴，20-超速单向离合器，21-超速输入轴

89121314

15161723

21

20181922

图2-2超速行星排组件

1座圈，2止推轴承，3离合器鼓，4活塞，5O型圈，6回位弹簧，7卡簧，8钢片，

9摩察片，10法兰，11、12卡环，13挡板，14单向离合器，15外环，16止推垫圈，

17超速行星架，18、20座圈，19止推轴承，21唤齿圈，22齿圈法兰，23卡环

图2-4直接档离合器分解图

1离合器鼓，2活塞，3O型圈，4回位弹簧，5卡环，6推力垫，7钢片，8摩察片，9法兰，10卡环。

图2-5前进离合器分解图

1封油环，2止推轴承，3离合器鼓，4、6O型圈，5活塞，7回位弹簧，8卡环，9座圈，10止推轴承，11缓冲板，12钢片，13法兰，14卡环，15摩察片。

图2-7共享太阳轮分解图

1卡环，2共享太阳轮，3密封圈，4输入鼓，5卡环，

6推力垫，7第一单向离合器和二档制动毂总成。

图2-8二档制动器分解图

1卡环，2法兰，3摩察片，4、6钢片，5活塞套筒，7推力垫，8卡环，9弹簧座，10回位弹簧，11制动活塞，12O型圈，13二档制动毂

图2-10后行星排组件分解图

（8）一档及倒档制动器组件

下图（2-11）为一档及倒档制动器的分解图。

制动鼓是自动变速器壳体，而制动毂不在该组件中。

由于一档及倒档制动器是用来制动后行星架的，所以一档及倒档制动器的制动毂和和后行星架为一体。

这样，当该制动器结合时，后行星架即被制动。

2.3A340E的传动原理及传动路线

A340E传动原理：

A340E是前行星架和后环齿圈组成一个组件成为双排行星齿轮机构4个基本组件中一个；前进离合器C1是把输入轴19和前环齿圈14连在一起，而直接离合器C2和A43D的形式一样，它把超速行星排的输出和太阳轮连接在一起。

各换档执行元件工作表如下：

（1）P位和N位

当操纵

手柄置于P位或N位时，电液控制系统使换文件执行机构中的超速离合器C0处于工作状态。

由于前进离合器C1和直接离合器C2均不在啮合位置，超速行星排的动力无法传递至后续的双排行星齿轮机构。

所以，超速行星排处于空转状态，而整个自动变速器处于空档。

（2）R位倒档

在该档位动作的换檔执行机构是C0、C2、B3和F0。

超速离合器C0的啮合把超速太阳轮和超速行星架连为一体而处于直接档状态。

C2的动作使超速行星排的输出通过输入轴19经该离合器传递至共享太阳轮11。

在后行星排中，后行星架被倒档制动器B3制动。

当太阳轮顺时针旋转时，后行星架上的行星轮只能逆时针自转带动后环齿圈逆时针转动，所以输出轴也随之做逆时针方向旋转，形成倒档传动状态，该档位动作的换档执行机构C0、C2、B3和F0工作。

3实验台总体设计方案

本实验台的目的是为教学提供