1、第七章 汽车自动变速器第一节 概述第二节 有级机械式自动变速器第三节 液力机械传动自动变速器 第四节 金属带式无级自动变速器第一节 概述一、自动变速器的优点简化操纵，减轻驾驶员劳动强度，提高行车安全；驾驶平顺、舒适，在汽车起步和传动比变化过程中不致产生纵向冲击或抖动；可使汽车行驶过程中经常地处于良好的性能状态；可改善汽车排放。二、自动变速传动的类型1.有级机械式自动变速器（Automatic Mechanical Transmission,AMT）2.液力机械传动自动变速器（Automatic Transmission,AT）3.机械式无极自动变速器（Continously Variable
2、Transmission,CVT）4.全液压自动无极变速应用较少第二节 有级机械式自动变速器 AMT本质上仍是一种有级式机械变速器(MT)，仅有的差别是把手动换挡变成了自动换挡。AMT是在其基础上把手动换挡机构改造为自动换挡机构。AMT主要包括起步离合器执行机构、选档执行机构、换挡执行机构及电控装置等。AMT在换挡过程首先要通过离合器切断动力，换挡后还需通过离合器的平顺结合以消除换挡冲击。为了解决AMT换挡过程不连续的问题，引入了双离合方案(DCT)。DCT把换挡过程分为准备、过渡和换挡三个阶段，保证换挡过程动力不中断。第三节 液力机械传动自动变速器 为了解决换挡过程中动力传动不连续和传动比突
3、变引起的换挡冲击等问题，AT采用了液力变矩器+摩擦换挡元件的组合方式，如图所示。一、液力变矩器1.液力变矩器的功能功能功能：靠液体循环流动过程中的动能变化来传递动力，在一 定范围内自动、无级地改变传动比和速比。优点优点：1）汽车起步更加平顺，提高舒适性；2）能以很低的车速稳定行驶，提高车辆通过性；3）能自动适应行驶阻力的变化，实现无极变速，从减少变速器的换挡次数；4）传动系统动载荷减轻，提高零部件的使用寿命。缺点缺点：传动效率低，结构复杂，造价高。2.液力变矩器的结构及原理液力变矩器主要有泵轮、涡轮、导轮组成。液力变矩器中三个元件的功用：液力变矩器中三个元件的功用：泵轮：将发动机的机械能转变为
4、自动变速器油的 动能；涡轮：将自动变速器油的动能转变为涡轮轴上的 机械能；导轮：改变自动变速器油的流动方向，从而达到 增矩的作用。液力变矩器中的液体存在两种旋转运动（见图中红色箭头）：1）轴向旋转转动；2）涡流（环流）运动。故油液的绝对运动是两种运动的合成。油液的流动方向为：涡轮 导轮 泵轮 涡轮即受到来自泵轮液流的冲击，又受到来自导轮液流反作用力的冲击。因此，涡轮输出扭矩为3.液力变矩器的传动特性 三个常用来表示变矩器传动特性的量为：速比、转矩速比、转矩比、比、效率。效率。速比=涡轮转速/泵轮转速 转矩比=涡轮转矩/泵轮转矩 效率=输入功率/输出功率100%注意，传动比=输入轴转速/输出轴转
5、速=泵轮转速/涡轮转速。图7-5 图7-6 由液力变矩器的传动特性曲线（图7-5、7-6）可见，其传动效率偏低。为了解决这一本质问题，液力变矩器中都采用锁止离合器。锁止离合器。带锁止离合器的液力变矩器传动特性见图7-8。当车辆低速行驶时，油液流至锁止离合器片的前端，锁止离合器片前端与后端的压力相同，使锁止离合器分离；当车速以中速至高速行驶时，油液流至锁止离合器的后端，锁止离合器处于接合状态，使锁止离合器片与前盖一起转动。因此，带锁止离合器的液力变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时的增矩特性，又保证了涡轮转速较高时具有高传动效率。二、发动机输出特性及换挡规律1.发动机的输出特性 图7-9 图
6、7-102.换挡规律 目前，汽车上使用较多的是由节气门开度和车速确定的两参数换挡规律，如图所示。图7-12三、AT的关键控制技术1.换挡规律的研制u经济性换挡规律u动力性换挡规律2.变矩器锁止技术 锁止离合器的控制需要考虑以下信息：1）液力变矩器的传递特性；2）使整车动力性和燃油经济性达到最佳状态。3.换挡控制 换挡时，由于传动比的突变，将会产生传动冲击。为了实现动力平稳传递，对即将退出的传动元件，要先经历一个部分结合过程，再全部退出。对于接替的元件，则由部分结合慢慢过渡到全接合工作状态。退出的元件与接替的元件存在一个重叠的工作阶段。升档时传动元件的接替工作顺序如图所示。第四节 金属带式无级自
7、动变速器一、基本结构与工作原理二、关键部件三、主要技术参数与性能指标四、CVT控制目标五、CVT的几个关键问题一、基本结构与工作原理 CVT的主、从动工作轮由固定部分和可动部分两部分组成，形成V形槽，与金属带啮合。当主从动工作轮可动部分作轴向移动时，改变传动带的回转半径，从而改变传动比。可动轮的轴向移动是根据汽车使用要求，通过液压控制系统进行连续的调节，实现无极变速传动。CVT中，两轴工作轮间的动力传递不是依靠金属带的拉力，而是靠推力来实现扭矩传递。二、关键部件1.金属带金属带 金属带由多个金属片和两组金属环组成。每个金属环的厚度为1.4mm，在两侧工作轮的挤压力作用下传递动力。每条金属环由数
8、条厚度为0.18mm的薄环带叠合而成。2.工作轮工作轮 主、从动轮有可动和固定两部分组成，其工作面大多为直线锥面体。在液压控制系统的作用下，依靠钢球-滑道结构作轴向移动，可连续地改变传动带的工作半径，实现无极变速传动。3.液压油泵液压油泵 液压油泵为CVT提供控制、冷却和润滑的液压油源。常用的液压油泵有两种形式，即齿轮泵和叶片泵。为提高液压泵的工作效率，在最近开发的CVT中采用了滚子式叶片泵。4.起步离合器起步离合器 目前，用作汽车起步离合器的有三种：湿式多片离合器、电磁离合器和液力变矩器。液力变矩器与CVT合理匹配，可以使汽车以足够大的牵引力平顺地起步。当发动机转速较高时，锁止离合器将泵轮与
9、涡轮锁住成为整体进行传动，提高了传动效率，故在第二代CVT中被广泛采用。三、主要技术参数与性能指标1.主要技术参数主要技术参数 为了满足汽车使用要求，通常还配有中间齿轮传动副，再加上主减速，最终的总传动比可达到2.22715.834。发动机工作容积(升)速 比最 高 最 低 变 化速 比 速 比 范 围驱 动型 式传动器总 长(mm)两锥轮中心距 (mm)传动器总 重(kg)0.63.32.60.44556FF和FR35039614620049582.CVT性能指标性能指标（1）燃油经济性 比AT提高8%12%，与MT相当。（2）动力性 0100km/h的加速性能比AT提高7.5%11.5%高
10、速时略优于MT。（3）传动效率 低于（最多只能接近）机械变速器。（4）排放 比AT减少10%左右。综上所述，CVT的优越性体现在：1）比手动机械变速器具有更好的动力性、燃油经济性。2）比液力机械自动变速器具有更便宜的价格，更优的性能。3）比有级变速器具有更低的排放。4）具有最佳的驾驶舒适性。100%+5%90%80%105成本操纵性能功能改进潜力动力性+10%5%-5%+5%+10%6200%-5%+5%+5%0%-5%经济性+15%5AT 优化设计的CVT 将来的CVT四、CVT控制目标 CVT的两个主要任务是：1）把发动机输出功率可靠地传递到驱动轮，并尽可能减小功率损失；2）自动改变传动比
11、，使发动机维持在理想的工作点。由此决定CVT的控制问题有两个目标：u金属带夹紧力控制u速比控制 夹紧力控制与速比控制存在耦合效应，两者相互影响。主动轮和从动轮之间的耦合效应及有关影响因素如下：1.主、从动轮夹紧力的平衡条件（稳态比值Qdr/Qdn）当在从动缸施加夹紧力Qdn时，在锥面的楔力作用下，使金属带向外移动，于是在金属带内产生张紧力，使其在主动轮上产生向里运动的趋势。为了使金属带维持在稳定节圆位置上，必须在主动缸上作用一个推力Qdr，使它与Qdn通过金属带在主动轮上产生的轴向负荷相平衡。2.金属带传递的转矩与目标夹紧力 金属带能传递的最大转矩为 如果实际传递的转矩为Tin，则转矩比为 一
12、般地，只要r1，金属带就不会出现滑转损失。但过大的传动余量，会使金属带过度紧张，结果不仅使其使用寿命缩短，也会CVT的效率降低。所以，精确控制金属带传递转矩比r，并使r趋近于1，是金属带夹紧力控制的基本思想。实际上，当从动缸的压力给定时，金属带能传递的最大转矩取决于许多因素。为了精确控制金属带的传递能力，恰好与发动机的输出转矩一致，最直接、最有效的方法是在各种不同条件下通过试验。所以，CVT一般是基于精确标定的MAP图来实现金属带夹紧力控制的。3.CVT的目标传动比（速比）主动轮转速与从动轮转速之比，即传动比也可以用节圆半径比来表示：i=1i1 CVT的目标传动比定义为发动机目标转速与从动轮实
13、际转速之比：由此可见，发动机的目标转速确定后，CVT的目标速比就随之确定。无论采用经济模式还是动力模式，根据节气门开度和车速就可以确定发动机的目标转速，从而确定CVT目标速比。五、CVT的几个关键问题1.金属带回位金属带回位 停车时如果金属带处在高速档，在下一次必然会出现以高速档起步，导致起步冲击。所以停车前必须把金属带处于最低档位置，即金属带回位。汽车制动时的负加速度为停车所用时间为 故CVT速比变化率为式中，c为大于零的常数，以保证汽车停车前把速比从当前位置调到最低档位置。2.控制油缸的动压补偿控制油缸的动压补偿 主、从动缸中的液体高速旋转时，由离心力作用所产生的动压力 该动压力影响了夹紧
14、力和速比的精确控制，为此CVT主从动油缸通常采用动压补偿油室来抵消离心力的作用。3.电气故障备用安全措施电气故障备用安全措施 当电气系统出现故障（如电源供电不足，线路松脱）时，为确保系统仍能正常工作，设计时必须采用特殊措施，保证CVT仍然可以工作，汽车可以低速行驶到车库或修理间进行维修。起步离合器是自动变速器最具有挑战性的关键技术之一。起步离合器应满足下列功能：1）接合平顺，分离彻底；2）接合时发动机不停车、不空转；3）接合速度能随驾驶员的操作意图变化而变化，给乘员以舒适平顺的感觉；4）上坡起步不溜坡，发动机不熄火；5）可靠的低速爬行功能，帮助车辆平稳越障；6）限制传递的最大扭矩。4.起步离合器控制起步离合器控制
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