電子控制自動變速器的原理、結構及維護措施課程設計.doc

機械設計課程設計電子控制自動變速器的原理、結構及維護措施 制作人：機械工程學部汽服0901班 夏輝華指導老師：楊振東一、序言 汽車自動變速是指自動變換傳動比，調節(jié)或變換發(fā)動機動力輸出性能，經濟而方便地傳送動力，較好地適應外界負載與道路條件的需要。自動變速器自1939年美國通用汽車公司首次在轎車上應用以來，發(fā)展速度很快，尤其是電子技術和微處理機應用于換擋變速之后，自動變速技術這一人們長期追求的目標，進入了迅速發(fā)展的嶄新時期。從1981年起，美國、日本一些汽車公司相繼開發(fā)出各種微機控制的自動變速系統(tǒng)，諸如電子控制液力變矩式自動變速器，電子控制多級齒輪變速器等。日本豐田公司生產的電子控制變速器(ECT)首先應用于豪華型皇冠牌轎車上，這種微機控制的四擋變速器的優(yōu)點主要是：能保證最佳的換擋規(guī)律，換擋的精確性好，能獲得良好的燃料經濟性和滿意的動力性，減少污染；換擋靈便，換擋過程平穩(wěn)，無沖擊和振動，換擋品質好，行駛舒適，換擋動作準確、及時；操縱系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，能在高低溫、大顛簸、沖擊振動、強磁場、電子干擾下正常工作；駕駛員可以干預自動換擋，以適應復雜的交通情況和地形條件；控制系統(tǒng)具有自我修正換擋和高度靈敏的自我診斷功能；操縱容易，在交通擁擠時可大大提高車輛行駛的安全性及可靠性。由于上述原因，自動變速器已廣泛應用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上，并且裝車率迅速增長，尤其在美、日、德等國生產的轎車上，采用電子控制變速器的比例越來越高。當然，電子控制自動變速器也存在結構復雜、零件精度要求高、制造難度大，成本較高，相應的維修技術較復雜，傳動效率較手動齒輪式變速器低等缺點。 目前，電子控制自動變速器發(fā)展的主要特點是實現(xiàn)一機多參數多規(guī)律控制，并在此基礎上將控制變速器的微機與控制發(fā)動機的微機合并在一起，實現(xiàn)其綜合控制。所謂一機是指采用單一微機控制，多參數是指輸入微機的控制參數多元化，即控制參數不僅有發(fā)動機轉速、車速、節(jié)氣門開度等信號，而且有反映發(fā)動機和變速器工作環(huán)境、車輛行駛環(huán)境的信號，這些參數能全面反映發(fā)動機和變速器的實際工況。多規(guī)律是指控制微機中同時存儲多種換擋規(guī)律，如最佳經濟性和最佳動力性換擋規(guī)律等，駕駛員可根據需要調用相應的規(guī)律實現(xiàn)最佳換擋控制。所謂綜合控制是指在發(fā)動機與變速器微機處理信號的同時，對變速時發(fā)動機的點火時間進行延遲控制，使發(fā)動機輸出扭矩略有下降，大大減少變速時的沖擊現(xiàn)象，明顯改進變速性能，綜合控制的方框圖如圖1-1所示。 圖1-1 綜合控制的方框圖 1-發(fā)動機；2-自動變速器；3-發(fā)動機控制信號；4-變速控制信號；5-發(fā)動機控制用微機6-發(fā)動機控制信號；7-發(fā)動機轉速狀態(tài)控制信號；8-變速控制用微機；9-發(fā)動機與變速控制單元ECU；10-節(jié)氣門位置傳感器；11-速度傳感器（在變速器內）；12-速度傳感器（在速度表內）；13-水溫開關；14-變速方式選擇開關；15-空擋啟動開關；16-停車燈開關；17-變速控制開關其次，電子控制自動變速器為提高傳動效率，改善燃油經濟性，普遍采用了閉鎖式液力變矩器。為減輕質量，縮短動力傳動路線，在前置發(fā)動機前輪驅動的車輛(FF)中，自動變速器通常與驅動橋結合為一體，構成自動驅動橋。為加寬變速范圍，縮小傳動比間隔，自動變速器正在向多擋化發(fā)展，四擋變速器已普遍成為轎車的標準結構，五擋自動變速器早已投放市場。為便于使用維修，控制系統(tǒng)的診斷功能不斷增強。此外，世界各大汽車公司對無級變速的研究十分活躍，估計在不長的時間內電子控制的無級自動變速器將會應用于現(xiàn)代汽車上。目錄第一章 電子控制自動變速器的組成 1.1.液力變矩器 1.2.齒輪變速系統(tǒng) 1.3.換擋執(zhí)行器 1.4.液壓自動操縱系統(tǒng) 1.5.電子控制系統(tǒng)第二章 電子控制自動變速器的控制原理 第3章 電子控制自動變速器的維護措施3.1 電子控制變速器的使用常識3.2 電控自動變速器維護常識 第一章 電子控制自動變速器的組成電子控制自動變速器通常由液力變矩器、行星齒輪變速系統(tǒng)、換擋執(zhí)行器、液壓自動操縱系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)五部分組成，圖2-1所示為典型的汽車四擋自動變速器結構圖。1.液力變矩器液力變矩器是電子控制自動變速器不可缺少的核心組成部分，它能將輸入軸的扭矩連續(xù)自動地傳給輸出軸，是典型的液力傳動裝置。目前轎車上廣泛采用由泵輪、渦輪和導輪組成的單級綜合式液力變矩器（圖2-2），其優(yōu)點是結構簡單、工作可靠、性能良好。液力變矩器實際上是一個能無級(連續(xù)地)自動進行變矩的液力自動變速器。變矩器除了上述三個主要元件外，有的還具有鎖止離合器。鎖止離合器位于渦輪前端，是一個液壓直接控制的全自動離合器。它的工作由電腦控制系統(tǒng)控制，即由電腦控制系統(tǒng)根據發(fā)動機轉速傳感器和車速傳感器輸入的信號，控制一個電磁閥，而電磁閥則通過控制通向變矩器的油道中工作液(ATF)的流向，使鎖止離合器閉鎖或分離。圖2-2 液力變矩器的組成變矩器內注以自動變速器油，由供油泵供給。供油泵還定壓、定量地為自動變速器的各系統(tǒng)提供工作液，完成傳扭、控制與潤滑、冷卻等任務。供油泵一般由變矩器泵輪套的凸爪驅動。液力變矩器具有自動適應性和變扭能力，其工作的主要特點是變扭比K(K=渦輪輸出扭矩/泵輪輸入扭矩)隨著渦輪轉速與泵輪轉速(泵輪轉速等于發(fā)動機轉速)的相對變化，即隨轉速比i(i=渦輪轉速/泵輪轉速)的變化自動無級地變化；在車速低時變矩器能輸出大的扭矩，而在車速高時能利用偶合器的高效率，因而綜合了液力元件的雙重優(yōu)點，被稱為綜合式液力變矩器，這一特性正好適合于汽車行駛阻力變化的特點。2.齒輪變速系統(tǒng)液力變矩器雖能傳遞和增大發(fā)動機扭矩，但變扭比不大，變速范圍不寬，遠不能滿足汽車使用工況的需要，為此在液力變矩器后面又裝一個輔助變速裝置-齒輪變速系統(tǒng)，多數是行星齒輪變速系統(tǒng)，也可以是平行軸式（固定軸線式)齒輪變速系統(tǒng)，用以進一步增大扭矩，擴大其變速范圍，提高汽車的適應能力。行星齒輪變速系統(tǒng)是一種常嚙合傳動，其傳動比變換可通過分離與結合離合器或制動器而方便地實現(xiàn)，特別有利于動力換擋或自動換擋。電子控制自動變速器的行星齒輪變速系統(tǒng)一般由雙排行星輪或三排行星輪組成，并廣泛采用三自由度變速器。圖2-3為雙排行星輪變速器的原理圖，該變速器在同一軸上有前后兩個單排行星輪，兩排行星輪由一個公共的空心太陽輪相連，該太陽輪與兩行星排的行星輪嚙合，這種雙排行星輪變速器具有前進擋和一個倒擋，常裝在前置發(fā)動機后驅動的(FR)汽車上。 圖2-3 三擋行星輪變速器原理圖C1-前離合器；C2-后離合器；B1、B2、B3-制動器；F1、F2-單向離合器若在上述三擋自動變速器中再加一個超速行星排，即構成四擋自動變速器，它可以進行超速傳動，使傳動比小于1。超速行星排在FR車輛中裝于液力變矩器與三擋行星輪變速器之間，而在前置發(fā)動機前驅動(FF)車輛中裝于三擋行星輪變速器之后。超速行星排主要由一個行星排，用于夾持太陽輪的超速制動器Bo，連接太陽輪和行星輪架的超速離合器C。以及超速單向離合器Fo組成，動力由超速行星排內齒圈輸入，傳至超速行星輪架。圖2-4是四擋行星輪變速器的原理。 圖2-4 四擋行星輪變速器傳動原理C0-超速離合器；B0-超速制動器；F0-超速單向離合器3.換擋執(zhí)行器行星輪變速器的換擋執(zhí)行機構包括換擋離合器、換擋制動器和單向離合器。換擋離合器為濕式多片離合器，由液壓來控制其結合與分離，通常由若干交錯排列的主從動離合器片組成。換擋制動器是將行星輪變速器中某一元件(太陽輪、行星輪架或齒圈)固定，使其不能轉動，構成新的動力傳遞路線，換上新的擋位，得到新的傳動比。它和換擋離合器一樣由液壓操縱。換擋制動器通常有兩種形式：一種是濕式多片制動器，其結構與上述濕式多片離合器相同，不同點是離合器連接兩個轉動構件并傳遞動力，而制動器連接的一個是轉動機件，另一個是固定不動的變速器殼體，作用是剎住轉動機件，使其不能傳動。換擋制動器的另一形式是帶式制動器。行星輪變速器中單向離合器的作用是確保平順地無沖擊換擋，它與液力變矩器中的單向離合器結構相同，均由內、外圈及兩者之間的楔塊組成。4.液壓自動操縱系統(tǒng)液壓自動操縱系統(tǒng)通常由供油、手動選擋、參數調節(jié)、換擋時刻控制、換擋品質控制等部分組成。供油部分包括供油泵、油濾清器、主油路調壓閥、第二調壓閥、油冷卻器等。供油泵和主油路調壓閥是液壓自動操縱系統(tǒng)的動力源，第二調壓閥也稱變矩器補償壓力調節(jié)閥。手動選擋部分包括手控制閥和手控制閥撥板，手控制閥由換擋桿操縱，作用是利用滑閥的移動，實現(xiàn)控制油路的轉換，即根據換擋桿所置排擋位置將液壓油轉換到P、R、N、D、2或L的油路。參數調節(jié)部分主要有兩方面：一是節(jié)氣門壓力調節(jié)閥(簡稱節(jié)氣門閥)，作用是根據節(jié)氣門開度產生加速踏板控制液壓，并將此控制液壓加在1-2擋、2-3擋、3-4擋三個換擋閥(變速閥)的一端，當節(jié)氣門開度變大時，加速踏板控制液壓升高；二是速控調壓閥(又稱調速器)，作用是根據車速產生由車速控制的液壓，并將此速控液壓加在各換擋閥的另一端，車速增大時，速控液壓增大。換擋閥即根據以上兩參數變換擋位。在電子控制自動變速器中，節(jié)氣門開度和車速這兩個參數分別由節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器采集成電信號，送至電腦，電腦則通過電磁閥操縱換擋閥使之自動變換擋位。換擋時刻控制部分主要是換擋閥，在電子控制自動變速器中，換擋閥根據電子控制器確定的換擋點及換擋信號工作，進行自動換擋。換擋品質控制機構的作用是控制換擋過程，使升降擋更加平穩(wěn)、柔和、無沖擊，防止產生大的動載荷。一般是在液壓通道上增加蓄能減振器、緩沖閥、定時閥、執(zhí)行力調節(jié)閥等。5.電子控制系統(tǒng)電子控制自動變速器一般采用電控液動系統(tǒng)，由于動力源是供油泵和主調壓閥，并由其產生液壓，因此仍保留液壓操縱系統(tǒng)。電子控制系統(tǒng)是將液控液動系統(tǒng)液壓操縱裝置的換擋控制機構改為電子控制機構，其作用是將車速傳感器和節(jié)氣門開度傳感器產生的電信號輸入電子控制系統(tǒng)，由電子控制系統(tǒng)經過計算、比較處理后，根據預先編制的換擋程序，確定擋位與換擋點，輸出換擋指令，控制電磁閥線圈的通斷，改變換擋閥端面的控制液壓，導致?lián)Q擋閥的移動，自動切換執(zhí)行元件的油路，實現(xiàn)自動換擋。此外，系統(tǒng)還具有自診斷功能與失效安全保護功能。電子控制系統(tǒng)由傳感器、電子控制器和執(zhí)行機構三部分組成，圖2-5是豐田A140E四擋自動變速器的電控系統(tǒng)方框圖。 圖2-5 豐田A140E自動變速器電控系統(tǒng)方框圖第二章 電子控制自動變速器的控制原理電子控制自動變速器(ECT)的控制原理如圖3-1所示，它與液控液動(液壓控制) 自動變速器控制原理(圖3-2)比較有明顯不同。 圖3-1 液控液動(液壓控制)自動變速器控制原理圖3-2 液控液動(液壓控制)自動變速器控制原理在液控液動自動變速器中，有兩種液壓信號輸入控制閥(液壓控制裝置)，一種是由調速閥將車速變換成的液壓信號，另一種是由節(jié)流閥將節(jié)氣門開啟角度變換成的液壓信號，兩種信號分別加到換擋閥兩端。而電子控制自動變速器是將車速和節(jié)氣門開度的電信號輸入電子控制系統(tǒng)，經電子控制系統(tǒng)處理后，再輸入指令給電磁閥，利用電磁閥控制液壓回路。液控液動(液壓控制)自動變速器的比較如圖3-3所示。由于電子控制自動變速器采用車速傳感器，可以更準確地測定車速，且采用微機控制換擋時機，還可對車速進行精細的控制，所以目前電子控制自動變速器已廣泛普及，而液控液動自動變速器的使用已越來越少。 圖3-3 電子控制自動變速器與液控液動自動變速器的比由此可知，電子控制自動變速器實施自動控制的特點是：采用速度傳感器和節(jié)氣門位置傳感器將車速和節(jié)氣門開度轉換成電信號，輸入電子控制器ECU，由ECU 根據預先編制并存入存儲器ROM的換擋程序，進行比較計算，確定換擋點和變矩器閉鎖離合器閉鎖時間，向電磁閥發(fā)出控制信號，以控制電磁閥線圈電流的通斷，再由電磁閥控制液動的換擋閥，換擋閥移動，切換換擋執(zhí)行器(換擋離合器和制動器)的油路，實現(xiàn)自動換擋。換言之，各換擋閥的移動方向由電磁閥控制，而電磁閥線圈通電與否由電子控制系統(tǒng)控制，電子控制系統(tǒng)又是根據反映發(fā)動機負荷的節(jié)氣門位置傳感器和反映車速的速度傳感器輸入電子控制系統(tǒng)的電信號，向電磁閥發(fā)出控制指令的。 第3章 電子控制自動變速器的只用維護措施3.1 電子控制變速器的使用常識a 起動與起步裝有電控自動變速器的汽車在起動發(fā)動機時，必須講選擋操縱手柄置于p擋位或N檔位，并拉緊手制動活踩下制動踏板。車輛起步時應該先踩下制動踏板，換擋后，松開手制動，然后平穩(wěn)的抬起制動踏板，待汽車緩慢起步后再緩慢踩下加速踏板。車輛起步時還應該做到：在發(fā)動機起步后、汽車起步前，不要踩加速踏板；在掛擋時，不要松開制動踏板；起步后，加速踏板不要踩得過猛，應該緩慢踩下；在冬季發(fā)動機啟動后最好不要立即起步，等發(fā)動機的裝束降下來后再起步。b 停車若停車時間很短，可在D檔位下踩住自動踏板停車，這樣松開制動踏板可立即起步，但要注意在停車過程中制動踏板不能有松動，否則，汽車將車險蠕動。可能碰上前面的汽車；若停車時間稍長，可在D檔位下踩住制動踏板的同事，拉下手制動；若停車時間較長，最好將選擋操縱手柄置于N檔位，并拉近手制動后松開制動踏板一面造成自動變速器油的溫度過高，也可避免制動時間過長而使制動燈消耗過多的蓄電池電能。不要讓發(fā)動機在N檔位下長時間怠速運轉，這樣會使自動變速器的油因循環(huán)不暢而導致油溫升高。因為在發(fā)動機怠速驅動下的油泵，其泵油量小，使液力變矩器的自動變速器油得不到及時的循環(huán)流動而導致溫度升高。因此，如果停車時間較長，而又不想讓發(fā)動機熄火，最好是在這期間踩幾次加速踏板，使液力變速器內過熱的油能循環(huán)流動，通過冷卻器使油溫下降。在停車時，選擋操縱手柄在D、S、L或R檔位的任一情況下，不可踩加速踏板使發(fā)動機的轉速升高，因為此時液力變速器油渦輪不轉，而泵輪帶動自動變速器油高速旋轉，會使油溫很快升高，導致自動變速器油過早變質。汽車在停放的位置停下后，應踩住制動踏板，將選擋操縱手柄置于P檔位，并拉緊手制動，然后關閉點火開關，使發(fā)動機熄火。C 行車坡道行使：如果是一般的小坡道，可在D檔位下，用加速踏板和制動踏板來控制汽車的上、下坡速度；如遇到較長的陡坡，應將選擋操縱手柄從D檔位移至S檔位或者L檔位（視坡度而定），這樣可以避免在D檔位上坡時，因高檔的動力不足而造成自動變速器“循環(huán)跳擋”（不斷地減擋加檔），加劇自動變速器換擋執(zhí)行元件的磨損；下坡時，在S檔位和L檔位下則可以利用發(fā)動機的制動作用（下坡時，車速應該不超過30km/h，這時發(fā)動機制動效果最好）。超車：當需要超車時迅速將加速,迅速將加速踏板猜到底，這時，自動變速器會自動降低一個檔位，可獲得強烈的加速效果，放松加速踏板，自動變速器有自動升入高檔。應注意的是待加速達到要求后，應立即松開加速踏板，以避免發(fā)動機的轉速過高，并對高檔位換擋執(zhí)行元件造成過大的沖擊。 倒車：需倒車時，應在汽車完全挺穩(wěn)后再將選擋操縱手柄移至R檔位；如果是平坦的路面倒車，松開制動踏板和手制動后，以發(fā)動機的怠速緩慢倒車即可，無需踩加速踏板；如果倒車中需要越過臺階或其他障礙物時，應緩慢踩下加速踏板，并在越過障礙物后及時制動。滑行：自動變速器車輛，不可使用N檔位滑行，這不僅容易使自動變速器油溫過高而影響使用，而且還會造成高速旋轉的齒輪（由行駛的汽車帶動）得不到充分的潤滑而燒蝕。另外，在汽車行駛中，若非緊急超車等情況，盡量不要將加速踏板迅速猜到底，因為，這樣做自動變速器會進行“強制低檔”控制，即自動變速器立即墻紙換入低檔，這樣容易使發(fā)動機轉速過高，造成自動變速器中摩擦片磨損和自動變速器油溫過高，因此，這種“墻紙高檔”操作若非急需，盡量少用。d 換擋在用換擋操縱手柄透擋時，補藥踩下加速踏板，掛上檔位后也不要立即猛踩加速踏板，否則，會使自動變速器中的離合器、制動器受損；要掛R檔位或P檔位時，一定要在汽車停穩(wěn)以后進行，否則，會損壞自動變速器中的換擋執(zhí)行元件或停車鎖止機構；在車速很搞的情況下，從D檔位換入S檔位或L檔位會引起發(fā)動機強烈的制動作用，使低檔換擋執(zhí)行元件受到較強烈的摩擦而損壞，因此，從高檔換入低檔時，應在車速下降以后再換入，另外，在換入低檔位后，補藥猛踩加速踏板，否則容易使發(fā)動機的轉速過高，并造成自動變速器中的摩擦片磨損加劇和自動變速器油溫過高。3.2電控自動變速器維護常識a.自動變速器出現(xiàn)故障時應首先考慮常見的故障部位。自動變速器有許多故障現(xiàn)象的原因可能涉及機、電、液多個系統(tǒng)，但自動變速器中液壓系統(tǒng)的各個液壓閥、液力變矩器等一般出現(xiàn)故障的概率較小，較常見的是：自動變速器油面高度不當或油質變差、節(jié)氣門拉桿或選檔桿等聯(lián)動裝置松動或調節(jié)不當、發(fā)動機怠速不良等；液壓系統(tǒng)出現(xiàn)漏油