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自动变速器学习知识整理-龚灯荣

丰田汽车自动变速器(AT)

龚灯荣

一、按自动变速器的控制方法不同划分

自动变速器可分为液控式(液力控机械式)和电控式(电控液力式)两种。液控式自动变速器是由液力变矩器与带有换挡执行元件的辅助变速装置组合而成的(主要有节气门控制阀和数控机械阀),并通过控制装置使换挡执行元件工作。电控式自动变速器根据发动机转速、节气门开度和档位开关等电信号,由电控单元ECU(或动力控制模块PCM)通过电磁阀控制液压系统的工作,从而确定最佳的换挡时机与换挡档位。

二、自动变速器的基本组成

目前,使用的液力机械式自动变速器一般由液力变矩器、齿轮变速机构、液压控制系统、变速器油等组成,如图1-3所示。电控自动变速器除上述四部分外,还设有电子控制系统。

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图1-3 液力自动变速器的基本

组成

1-液力变矩器;2-齿轮变速机构;3-壳体;

4-液压控制系统

1.液力变矩器

液力变矩器以自动变速器油(ATF)为工作液,通过工作液将发动机转矩传递给机械变速器,在动力传递过程中,能改变发动机输出的转矩,同时能起到自动离合器和传统的飞轮的作用[。

2.齿轮变速机构

齿轮变速机构可在变矩器的基础上改变转矩,同时可实现倒挡传动。广泛应用的行星齿轮式变速机构一般有2-3排行星齿轮组成。行星齿轮式变速机构主要由太阳轮、内齿圈和行星轮及其齿轮架等工作元件组成。该变速机构依靠不同的工作元件组合来获得不同的速比。本田车系采用的定轴齿轮式变速机构,其齿轮轴的布置形式类似于传统的普通变速器。该类变速器设有三根固定的平行轴,即主轴、副轴和中间轴。动力由液力变矩器传入主轴及主轴上的齿轮,通过副轴及不同的齿轮组合再传递给中间轴,从而实现不同速比的动力传递[2。

3.液压控制系统

液压控制系统主要由机油泵、液压控制阀、液压执行元件和液压管路等组成。

其主要功能是通过各种阀来控制自动变速器执行元件的动作,以实现自动变速器的自动换挡过程[2]。

4.电子控制系统

电控自动变速器的电子控制系统主要包括各种传感器、电子控制单元和各种电磁阀等。其主要功能是根据电子控制单元接收来的各种传感器信号,通过电磁阀来控制液压换挡阀的动作,进而实现自动变速

三、液力变矩器

1、液力变矩器的功用和组成

①功用

a.传递转矩。

b.无级变速。

c.自动离合。

d.驱动液压泵。

e.由于采用AT油传递动力,液力变矩器的动力传递柔和,且能防止传动系过载。

②组成

液力变矩器总成封在一个钢制壳体(变矩器壳体)中,内部充满AT油。液力变矩器壳体通过螺栓与发动机曲轴后端的飞轮连接,与发动机曲轴一起旋转。泵轮位于液力变矩器的后部,与变矩器壳体连在一起。涡轮位于泵轮前,通过带花键的从动轴向后面的机械变速器输出动力。导轮位于泵轮与涡轮之间,通过单向离合器支承在固定套管上,使得导轮只能单向旋转(顺时针旋转)。泵轮、涡轮和导轮上都带有叶片,液力变矩器装配好后形成环形内腔,其间充满AT油。

液力变矩器总成封在一个钢制壳体(变矩器壳体)中,内部充满AT油。

2.工作原理

与液力耦合器不同的是,液力变矩器不仅能传递转矩,而且还能在泵轮转矩不变的情况下,在导轮的作用下,随着涡轮转速的不同自动地改变涡轮输出的转矩值,即“变矩”。

当本来转速高于涡轮转速时才发生转矩增大。在涡轮低转速时,导轮引起回流的工作液产生高速的循环流动,这使泵轮转动更有效,并且增大推动涡轮工作液的作用力液力变矩器的工作原理可以通过一对风扇的工作来描述。如图所示,将风扇A通电,将气流吹动起来,并使未通电的电扇B也转动起来,此时动力由电扇A传递到电扇B。为了实现转矩的放大,在两台电扇的背面加上一条空气通道,使穿过风扇B的气流通过空气通道的导向,从电扇A的背面流回,这会加强电扇A吹动的气流,使吹电扇B的转矩增加。即电扇A相当于泵轮,电扇B相当于涡轮,空气通道相当于导轮,空气相当于AT油。涡轮回流的ATF油经过导轮叶片后改变流动方向,与泵轮旋转方向相同,从而使液力变矩器具有转矩放大的功用。

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四.单排行星齿轮变速器

1. 齿圈为主动件(输入),行星架为从动件(输出),太阳轮固定,减速增扭;

2.行星架为主动件(输入),齿圈为从动件(输出),太阳轮固定,曾速减扭;

3.如果太阳轮、齿圈和行星架三个元件没有任何约束,则各元件的运动是不确定的,此时为空档。

4. 如果太阳轮、齿圈和行星架三个元件约束任何两个,则传动比为1;

5.太阳轮为主动件(输入),齿圈为从动件(输出),行星架固定,为增速传动,为倒档。

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五.辛普森式行星齿轮变速器

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辛普森式双怕排行星齿轮传动系统有两个多片离合器(C1和C2)、两个多片制动器(B2、B3)、一个钢带制动器B1、两个单向离合器(F1和F2)和两排行星齿轮机构(前、后)(每排行星齿轮机构有太阳轮、行星轮和齿圈构成)组成;输入轴用花键与O/D行星轮齿圈连接,并与直接离合器(C2)鼓和前进挡离合器(C1)鼓作为一个整体一起转动;前进挡离合器(C1)与前排行星轮齿圈作为一个整体一起转动;直接挡离合器(C2)鼓与前、后太阳轮的前端啮合;前排太阳轮与后排太阳轮是一个整体;二档制动器(B2)也是1号单向离合器(F1)的外滚道;而1号单向离合器的内滚道与前、后排行星太阳轮结合成整体;2号单向离合器(F2)的内滚道用花键连接到变速器壳体上,而外滚道与后排行星架作为

一个整体转动;后排行星轮齿圈用花键连接到输出轴上;前排行星架和后排行星

齿圈一起与输出轴结合成一个整体转动。

传动系统各组件

组件名称功能

C1前进挡离合器连接输入轴和前行星轮齿圈

C2直接挡离合器连接输入轴和前、后行星太阳轮

B12挡滑行制动器既阻止前、后太阳轮顺时针转动,又阻止其逆时针转动

B22档制动器既阻止F1的外滚道顺时针转动,又阻止其逆时针转动,这样就阻止

了前、后太阳轮逆、顺时针转动

B3一档兼倒挡制动器既阻止后行星架顺时针转动,又阻止其逆时针转动

F11号单向离合器当B2动作时,阻止前、后太阳轮逆时针转动

F22号单向离合器阻止后行星架逆时针转动

行星齿轮机构根据离合器和制动器的动作,改变动力传递路线,从而增加或降低

输出轴转速

所得到的各档位元件工作情况

变速杆位置变速器

挡位

电磁阀工作情况

C1C2B0B1B2B3F1F2 1号电

磁阀

2号电

磁阀

R 倒档ON OFF ○○

前进挡1档ON OFF ○○

2档ON ON ○○○

3档OFF ON ○○○

(1)倒档(R):C2、B3工作,液力变矩器自动变速器输入轴前、后太阳轮后排行星轮输出轴

(2)D-1档:C1、F2工作,液力变矩器自动变速器输入轴前齿圈前行星轮前行星架输出轴

(3)D-2档:、C1、B2、F1工作,液力变矩器自动变速器输入轴前齿圈输出轴

(4)D-3档:C1、C2、B2动力传动比等于一传出

六、丰田A340E自动变速器

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(一)各组件结构与功能

1、离合器分解图

下图为前进离合器的分解图。前进离合器是超速行星排和双排行星齿轮机构的前环齿圈之间的动力传递纽带。由于前进离合器要把动力传递至双排行星齿轮

机构的前环齿圈,所以,前进离合器的离合器毂和双排行星齿轮机构的前环齿圈为一体。

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前进离合器分解图

1 封油环,2止推轴承,3 离合器鼓,4、6 O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,1

2 钢片,1

3 法兰,1

4 卡环,1

5 摩察片。

2、制动器下图为第二制动器另部件分解图。

(1)第二制动器(湿式多片式)。它是用来制动太阳轮。需要指出的是,第二制动器和第一单向离合器是一个联动组件;第二制动器只能锁止太阳轮连同单向离合器F1外环的逆时针转动,而不能锁止太阳轮的顺时针方向转动。

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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,12 O型圈,13 二档制动毂。

(2)带式制动器第一制动器又称二档滑行制动器B1,它是一个带式制动器,用来连接自动变速器壳体和太阳轮。当汽车以二档下坡时,由于第二制动器不能完成对太阳轮顺时针方向的锁止,所以,需要第一制动器B1对太阳轮顺时针方向的旋转进行制动。使动力能顺利进行反向传递,则发动机制动减速,的功能得

以实现。

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图2-10 第一制动器

1 E型环,

2 锁杆,

3 制动带,

4 弹簧,

5 活塞杆,

6 挡圈,

7 弹簧,

8 密封油环,9 活塞,10 E型环,11 活塞,12 卡环,13 O型圈

O/D档传动系统各组件功能

组件名称功能

C0O/D直接挡离合器连接O/D行星太阳轮和O/D行星架

B0O/D制动器既阻止O/D行星太阳轮顺时针转动,又阻止其逆时针转动

F0O/D单向离合器当发动机动力传给O/D输入轴时,连接O/D行星太阳轮和行星架A340E自动变速器O/D档各档位执行元件工作状况

变速杆位置变速器

挡位

电磁阀工作情况

C0C1C2B0B1B2B3F0F1F2 1号电

磁阀

2号电

磁阀

R 倒档ON OFF ○○○○

D

1档ON OFF ○○○○2档ON ON ○○○○○

3档OFF ON ○○○○○

O/D档OFF OFF ○○○○

0:表示工作

1号、2号电磁阀用于换挡控制,3号电磁阀用于锁止控制压力调节3、A340E传动原理档位及传动路线图

手柄位

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传动档位 工 作 元 件

(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。

在P 位时有停车闭锁装置

置 C 0 C 1 C 2 B 0 B 1 B 2 B 3 F 0 F 1 F 2 P 停车档 ● ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ R 倒档 ● ○ ● ○ ○ ○ ● ● ○ ○ N

空档 ● ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ D

一档

● ● ○ ○ ○ ○ ○ ● ○ ● 二档 ● ● ○ ○ ○ ● ○ ● ● ○ 三档 ● ● ● ○ ○ ● ○ ● ○ ○ 超速档 ● ● ● ○ ● ○ ○ ○ ○ 2

一档

● ● ○ ○ ○ ○ ○ ● ○ ● 二档 ● ● ○ ○ ● ● ○ ● ● ○ 三档

● ● ● ○ ○ ● ○ ● ○ ○ L 一档 ● ● ○ ○ ○ ○ ● ● ○ ● 二档

输出轴

凸轮闭锁爪

停车闭锁凸轮

(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,

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倒档传动原理图

(3)D位一档

当操纵手柄置于D档位时,整个自动变速器处于前进状态。当发动机负荷很小或行驶阻力很大时,电液控制装置自动接通一文件油路,换档执行机构中的C0、C1、F2工作。

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D位一档传动原理图

(4)D位二档

汽车起步后,如果发动机的负荷增大(油门加大)或行驶阻力减小(这两种情况都会在电液控制系统中产生不同的响应,详见后述),电液控制装置将自动接通二档控制油路。换档执行机构的动作组件在D位一文件的基础上增加了二档制动器B2;二档制动器B2的啮合,使第一单向离合器F1的外环被固定。

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D位二档传动原理图

(5)D位三档

在行驶过程中,如果发动机负荷更大,或行驶阻力更小时,电液控制系统自动接通三档油路。换文件执行机构的动作组件较之D位二档又增加了直接离合器C2的动作。整个换档执行机构的动作组件是:C0、C1、C2、B2、F0。

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D位三文件传动原理图

(6)D位超速档

从D位三档转换到D位超速档时,作用于双排行星齿轮机构的换文件执行机构组件并没有增加,仍是C1、C2、B2三个换文件执行组件,而作用于超速行星排的换文件执行组件却有变化。电液控制系统使在前三个档位一直啮合的超速离合器脱开啮合,而使超速制动器进入啮合。

超速制动器B0的啮合使超速行星排中超速太阳轮被制动而成为超速行星排中的固定件。

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超速档传动原理图

(7)2位(或S位)一档

2位或S位是一种低速前进档。主要应用有坡道行驶和利用发动机制动减速的行驶状态。如果用D档位上坡,在三档和超速档之间或二档与三档之间可能出现“循环跳档”的情况。当手柄置于2位(S位)时,自动变速器的电液控制系统保证了在该文件位变速机构只能在一档和二档之间变速而不能升至三档或超

速档,但二位一档没有发动机制动功能。

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2位(S位)一档传动原理图

(8)2位二档

2位二档和D位二档在形式上的区别主要在2位二档时,除了D位二档时动

作的换文件执行机构组件外,还多加了二档滑行制动器的动作B1动作。在下坡

时利用2位二档的发动机制动减速功能,由于整个传动方向发生变化,二档滑行

制动器B1就起到关键作用。使共享太阳轮在顺时针方向的旋转被制动。

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2位二档传动原理图

(9)L位一档

L位是一个只能降档不能升文件的位置。在上下坡时,手柄由D位或2位移至L位时,它可以由D位三档强制降档到L位二档。L位二文件和2位二文件的原理一样具有发动机制动减速功能。如果上下坡度较大,它自动降为L位一档。上坡时可以在一档稳定行驶;而在下坡时,L位一档能利用发动机制动减速功能。

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L位档传动原理图

七、丰田A340E自动变速器档位与油路分析

(1) A340E“R”档:

A340E“R”档油路:

执行机构:C0、C2、B3动作,一号电磁铁通。(2)A340E“D”位一档

A340E“D”位一档油路:

执行机构:C0、C1动作,一号电磁铁通。

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(3)A340E“D”位二档:

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“D”位二档油路:

执行机构:C0、C1、B2动作,一号、二号电磁铁通。

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(4)A340E“D”位三档:

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A340E“D”位三档油路:

执行机构:C0、C1、C2、B2动作,一号电磁铁断、二号电磁铁通。

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(5)A340E“D”位四档:

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A340E“D”位四档油路:

执行机构:B0、C1、C2、B2动作,一号、二号电磁铁断。

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八、丰田A340E电子控制单元

自动变速器的电子控制系统包括传感器、电子控制单元(ECU)和执行器三部分,其组成框图如图所示。