《汽车底盘电控技术》电子教案Word文件下载.docx
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模块二自动变速器
自动变速器就是能够根据道路条件和汽车负载的变化自动变换传动比的变速装置。
课题一自动变速器的分类和组成
一、自动变速器的种类
液力式自动变速器（AutomaticTransmission，简称AT）、机械式自动变速器（AutomaticMechanicalTransmission，简称AMT）、无级自动变速器（ContinuouslyVariableTransmission，简称CVT）。
二、液力式自动变速器的种类
（1）按前进挡的数目分类
按前进挡的数目可将自动变速器分为二挡式、三挡式、四挡式。
（2）按汽车的驱动方式分类
按照汽车的驱动方式可将自动变速器分为后桥驱动自动变速器和前桥驱动自动变速器。
（3）按照齿轮变速机构的类型分类
自动变速器可分为普通直齿式自动变速器（又称定轴式自动变速器）和行星齿轮式自动变速器（又称动轴式自动变速器）两种。
（4）按液力变矩器有无锁止离合器分类
有锁止离合器和无锁止离合器两种。
（5）按控制系统分类
分为液压控制自动变速器和电子控制自动变速器。
三、自动变速器组成
自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速系统、控制系统组成。
1．液力变矩器
液力变矩器位于发动机和齿轮变速系统之间。
2．齿轮变速系统
自动变速器齿轮变速系统安装在液力变矩器后面，其作用是改变传动比和传动方向，进而改变汽车的行驶速度和行驶方向。
自动变速器齿轮变速系统包括齿轮变速机构和换挡执行元件两大部分。
3．控制系统
控制系统一般安装在齿轮变速系统的下部，其作用是根据汽车的运行状态（车速、节气门开度等）自动控制齿轮变速系统的工作。
控制系统可分为液压控制系统和电子控制系统。
课题二液力传动装置
一、液力耦合器
液力耦合器由泵轮和涡轮组成。
二、液力变矩器
1．液力变矩器的结构及工作原理
液力变矩器由泵轮、导轮、涡轮三部分组成。
导轮的作用是改变由涡轮回流到泵轮的液流方向，从而实现变矩。
2．带单向离合器的液力变矩器
虽然设置导轮可以增大涡轮的输出转矩，但只有在泵轮和涡轮转速相差较大时才能实现，在转速相差较小的情况下并不能实现。
为消除泵轮、涡轮转速差小时因导轮引起的能量损耗，又加装了单向离合器。
当泵轮、涡轮转速差小时，导轮在单向离合器上转动，此时导轮已不再起作用，即液力变矩器的变矩功能已消失，变矩器的作用和耦合器相同，变矩器相当于耦合器。
因此，通常把导轮开始转动的这一点叫液力变矩器的耦合点。
装有单向离合器的液力变矩器具有两种工作状态：
变矩状态和耦合状态。
通常我们把变矩器的工作状态又叫变矩器的相，因此变矩器的这两种状态也叫变矩器的两个相，这种变矩器又称二相式综合式液力变矩器。
3．单向离合器
液力变矩器常用的单向离合器有楔块型和滚柱型两种。
（1）楔块型单向离合器
主要由内圈、外圈、楔形块、保持弹簧组成。
（2）滚柱型单向离合器
滚柱型单向离合器主要由内圈、外圈、滚柱、保持弹簧等组成。
4．带锁止离合器的液力变矩器
锁止离合器在车速、节气门开度等条件满足时，将泵轮和涡轮锁定在一起，使变矩器内的动力传递由液力传递转变为机械传递，传递效率达到100%。
（1）带锁止离合器液力变矩器的结构
（2）带锁止离合器液力变矩器的工作原理
5．液力变矩器的工作特性
（1）概念
①变矩器的转速比e：
变矩器的涡轮转速和泵轮转速之比叫变矩器的转速比。
②变矩器的转矩比k：
变矩器输出转矩（即涡轮转矩）与输入转矩（即泵轮转矩）之比就是变矩器的转矩比。
③变矩器效率η：
变矩器输出功率与输入功率之比叫变矩器效率。
④变矩器失速点：
变矩器转速比为零（涡轮不转动）时的工作点叫变矩器的失速点。
⑤变矩器耦合工作点：
在装有单向离合器的变矩器上，把导轮在涡轮回流液体作用下开始转动的工作点叫耦合工作点（耦合点）。
（2）工作特性
①液力变矩器的工作范围可划分为三个：
即变矩区、耦合区和锁止区。
②在变矩区，液力变矩器的转矩比k随着转速比e的增大而减小。
在失速点时，转矩比最大，而此时正当汽车起步，需要最大的转矩。
③在变矩区，液力变矩器（装有单向离合器）的效率η随着转速比的增大不断提高，到接近耦合点时达到最大值，其增长规律呈曲线状。
进入耦合区后，变矩器效率η继续增大，到转速比e=0.95时，其效率又迅速下降。
6．液力变矩器的分类
（1）按液力变矩器的组成元件分类
分为三元件式、四元件式等。
（2）按液力变矩器的工作特性分类
分为单相式、二相式、三相式等。
7．液力变矩器的检查
（1）导轮单向离合器的检查
（2）传动板的检查
（3）导轮固定套管（即变矩器轴套）的检查
（4）液力变矩器的清洗
课题三行星齿轮变速系统
行星齿轮变速系统由行星齿轮机构和换挡执行元件（也称变速执行机构）两大部分组成。
一、行星齿轮机构
1．行星齿轮机构的构造
行星齿轮机构由太阳轮、行星齿轮（简称行星轮）、行星齿轮架（简称行星架）和环齿圈等组成。
2．行星齿轮机构的变速原理
行星齿轮机构中有3个可活动的元件：
太阳轮、行星架（包括行星轮）、环齿圈。
若固定其中一个元件，则另外两个元件可构成具有一定传动比的齿轮变速装置。
二、换挡执行元件
行星齿轮变速系统的换挡执行元件有离合器、制动器、单向离合器三种。
1．离合器
离合器的作用是将行星齿轮变速系统的输入轴与行星齿轮机构中的任一元件连接起来，把液力变矩器输出的能量传递给行星齿轮机构；
或者将行星齿轮机构中的任二元件连接起来，以实现直接传动。
（1）离合器的结构
自动变速器中所使用的离合器一般为湿式多片式离合器，主要由摩擦片、钢片、离合器鼓、离合器活塞、活塞回位弹簧、O形密封圈等组成。
（2）离合器的工作原理
离合器活塞受液压作用将钢片和摩擦片压紧在一起，钢片与摩擦片之间产生摩擦力，通过摩擦力实现力的传递。
（3）泄油装置
设置该泄油球阀的目的是防止离合器分离不彻底。
采用泄油球阀的主要缺点是进油初期密封不严，存在泄漏，使油腔压力建立缓慢。
为克服此缺点，设计了液压平衡式活塞。
（4）离合器的技术要求
离合器的主要技术要求是离合器片间的间隙。
2．制动器
制动器的作用是固定行星齿轮机构中的元件，实现某种传动比的传动。
常用的制动器有两种：
片式制动器和带式制动器。
（1）片式制动器
片式制动器的结构和前述湿式多片式离合器完全相同。
（2）带式制动器
带式制动器主要由制动鼓、制动带、推杆、活塞等组成。
（3）制动器的技术要求
制动器的技术要求和离合器相同。
三、辛普森行星齿轮变速系统
以辛普森（SIMPSON）行星齿轮变速系统应用最为广泛。
目前使用的多为辛普森行星齿轮变速系统的改进型，即在原基础上改进为四速行星齿轮变速系统。
改进后的辛普森行星齿轮变速系统有两种：
一种是在原辛普森行星齿轮变速系统的基础上，再加一个超速行星排，形成三行星排四速辛普森行星齿轮变速系统；
另一种是对原双行星排式辛普森行星齿轮变速系统进行改进，通过改变前后行星排各元件的组成方式和增加换挡执行元件，使其改变为带超速挡的双行星排四速辛普森行星齿轮变速系统。
丰田皇冠3.0轿车A340E型自动变速器三行星排四速辛普森行星齿轮变速系统。
1．停车挡（P挡位）
2．空挡（N挡位）
3．倒挡（R挡位）
4．前进1挡（D挡位1挡）
5．前进2挡（D挡位2挡）
6．前进3挡（D挡位3挡，又称直接挡）
7．超速挡（D挡位4挡，又称O/D挡）
8．2挡位2挡
9．L挡位
课题四液压控制系统
液压控制系统就是利用机械方式将车速和节气门开度转变为速控液压信号和加速踏板控制液压信号，然后，由这两个液压信号控制换挡执行元件的工作，使变速器适时自动升降挡。
液压控制系统主要由油泵、主油路油压调节装置、换挡信号装置、换挡控制装置、变矩器锁止离合器控制装置、缓冲安全装置等组成。
一、液压控制阀的基本工作原理
液压控制阀按其用途可分为方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀三种。
1．方向控制阀
方向控制阀用于控制油液流动的方向。
（1）换向阀的工作原理
（2）换向阀的种类
根据换向阀滑阀的操纵方式不同，可将其分为手动式、液动式等多种形式。
2．压力控制阀
压力控制阀的作用是调节油路中工作液体的压力
（1）压力控制阀的工作原理
（2）压力控制阀的种类
常用的压力控制阀有稳压阀和调压阀。
3．流量控制阀
流量控制阀改变流量的办法是改变截面积。
4．其他种类的阀门
（1）单向节流阀
单向节流阀用于控制作用在换挡执行元件（离合器、制动器）上的油压变化速率以改善换挡质量。
单向节流阀是单向阀和节流阀的组合。
（2）缓冲阀
缓冲阀由缓冲弹簧和活塞组成，并联在执行元件的工作油路上。
二、液压控制系统各组成部分的结构与工作原理
液压控制系统由油泵、主油路压力调节阀、换挡信号阀、换挡控制阀、变矩器锁止离合器控制阀、缓冲安全装置等组成。
（一）主油路压力调节阀
主油路压力调节阀（简称主调压阀）就是压力控制阀，其作用是根据汽车的运行状况（车速、节气门开度等）自动调节控制系统主油路的油压，以满足自动变速器在不同工况时的需求。
主油路压力调节阀主要由滑阀、调压柱塞、弹簧及阀体等组成。
调节后的主油路压力也是变化的，并且随着节气门油压的升高而升高。
倒挡时主油路压力比其他挡位均高。
（二）换挡信号阀
换挡信号阀指节气门阀和速控液压阀。
1．节气门阀
节气门阀的作用是将节气门开度的变化转换为油液压力的变化，用以控制换挡时刻。
常见的节气门阀有两种形式：
机械式节气门阀和真空式节气门阀。
（1）机械式节气门阀
（2）真空式节气门阀
2．速控液压阀
速控液压阀的作用是将自动变速器输出轴的转速（相当于车速）变化转变为油液压力（即速控液压）的变化。
速控液压阀按照其工作特性可分为单级式速控液压阀和双级式速控液压阀。
单级式速控液压阀是指在自动变速器的所有工作状态，速控液压阀所产生的速控液压和车速之间只存在一种变化关系。
双级式速控液压阀是指在自动变速器的工作过程中，速控液压和车速之间存在两种变化关系。
常见的双级式速控液压阀有两种：
单重块双级式速控液压阀和双重块双级式速控液压阀。
（1）双重块双级式速控液压阀
双重块双级速控液压阀主要由初级重块、次级重块、滑阀、弹簧、从动齿轮等组成。
（2）单重块双级式速控液压阀
丰田轿车自动变速器单重块双级式速控液压阀。
（三）换挡控制阀
换挡控制阀根据其控制方式可分为手控制阀（又叫手动阀）和自动换挡阀两种。
1．手控制阀
手控制阀的作用是由驾驶员选择自动变速器的挡位。
自动变速器的挡位就是指换挡杆位置，。
2．自动换挡阀
自动换挡阀的作用是根据节气门阀提供的节气门开度信号（节气门油压）和速控液压阀提供的车速信号（速控液压）自动控制各前进挡之间的变换。
自动换挡阀的工作过程。
（1）换挡杆在D挡位时自动换挡阀的工作过程
①1-2换挡阀：
1-2换挡阀用于控制前进1挡、前进2挡之间的挡位变换。
②2-3换挡阀：
2-3换挡阀用于控制前进2挡与前进3挡之间的挡位变换。
③3-4换挡阀：
3-4换挡阀用于控制前进3挡与前进4挡（超速挡）之间的变换。
（2）换挡杆在2挡位时自动换挡阀的工作过程
①2-3换挡阀与3-4换挡阀
②1-2换挡阀
（3）换挡杆在L挡位时自动换挡阀的工作过程
当换挡杆位于L挡位时，变速器只能在1挡工作。
若变速器不在1挡工作，那么控制系统将强制其降至1挡。
（4）强制降挡柱塞工作时各自动换挡阀的工作过程
当节气门开度变化时，节气门拉索便拉动节气门凸轮绕其轴线转动。
凸轮在转动过程中，顶动强制降挡柱塞和节气门阀。
（四）变矩器锁止离合器控制装置
变矩器锁止离合器控制装置主要包括锁止信号阀和锁止转换阀。
1．锁止信号阀
锁止信号阀的作用是根据速控液压（汽车车速）控制锁止转换阀的动作，使锁止离合器接合或分离。
2.锁止转换阀
锁止转换阀的作用是根据锁止信号阀输出的信号（来自超速制动器B0的主油压），改变变矩器内工作液的流动方向，从而控制锁止离合器的接合与分离。
3.锁止离合器的工作过程
（1）锁止离合器的接合
（2）锁止离合器的分离
（五）其他液压装置
1.超速（O/D）电磁阀
2.缓冲器
3.倒挡离合器顺序阀和倒挡制动顺序阀
倒挡离合器顺序阀和倒挡制动顺序阀均用于减小换挡冲击，改善换挡质量。
三、液压控制系统的控制过程
自动变速器工作时，液压控制系统通过控制齿轮变速系统换挡执行元件（即离合器、制动器、单向离合器）的工作来实现挡位的变换。
现以丰田A43D型自动变速器为例，分析自动变速器在各挡位时液压控制系统的工作情况。
⑤位于主油路上的限压阀（卸压阀）用于限制主油路的最高压力，以保护液压系统。
1.R挡位
2.D挡位
（1）D挡位1挡
（2）D挡位2挡
（3）D挡位3挡（直接挡）
（4）D挡位4挡（超速挡）
课题五电子控制系统
一、电子控制系统的组成
电子控制自动变速器的控制系统由电子控制系统和液压控制系统两部分组成。
液压控制系统主要由压力调节阀、换挡阀、变矩器离合器锁止控制装置等组成；
电子控制系统由传感器、电控单元和执行器三部分组成。
电子控制系统的传感器主要包括节气门位置传感器、车速传感器、冷却水温传感器、发动机转速传感器以及一些控制开关，其作用是感知汽车行驶状况和发动机运转状况，并将其转变为电信号，输入电控单元。
电子控制系统的执行器是指几个电磁阀。
二、传感器
1．节气门位置传感器
节气门位置传感器的作用是监测发动机节气门开度，并将节气门开度转变为电信号后向电控单元输出，电控单元根据该信号和车速信号控制自动变速器的换挡和变矩器锁止离合器的接合与分离。
2．车速传感器
车速传感器的作用是将汽车行驶速度转变成电信号输入电控单元，用于控制变速器换挡时刻和变矩器锁止时刻。
为了实现车速传感器失效保护功能，一般装有两个车速传感器：
主车速传感器和辅助车速传感器。
常用的车速传感器有舌簧开关式和电磁感应式两种。
（1）舌簧开关式车速传感器
舌簧开关式车速传感器主要由旋转磁铁（带有若干对磁级）和舌簧开关管组成。
（2）电磁感应式车速传感器
电磁感应式车速传感器主要由永久磁铁和电磁感应线圈组成。
3．挡位开关和空挡启动开关
挡位开关的作用是监测换挡杆（手动阀）的位置，将换挡杆的位置转换为电信号后输入电控单元，同时控制仪表板上挡位指示灯的工作。
空挡启动开关的作用是控制启动机只有在换挡杆处于P位或N位时才能工作，发动机才能启动。
4．行驶方式选择开关
行驶方式选择开关用于选择自动变速器的控制模式。
自动变速器一般有标准模式（又称正常模式，NORMAL简称“NORM”或“N”）和动力模式（POWER简称“PWR”或“P”）两种行驶方式。
5．超速主开关
超速主开关用于控制自动变速器超速挡的工作。
超速主开关安装在换挡杆上。
6．降挡开关（自动跳合开关）
降挡开关的作用是监测节气门开度是否达到节气门全开的位置（一般指节气门开度大于85%）。
三、电控单元
电控单元的作用是接收反映汽车行驶状况和发动机运转状况的各传感信号，并对其进行分析处理后，向执行器（第一、第二电磁阀、锁止电磁阀、油压电磁阀）发出执行指令，控制自动变速器的换挡正时、锁止正时及油压，另外，电控单元还具有超速挡控制、缓冲器背压控制、发动机转矩控制、故障自诊断和失效保护等功能。
1．换挡正时的控制
（1）自动换挡图
（2）换挡正时的控制过程
2．变矩器锁止正时的控制
3．超速挡的控制
4．缓冲器背压的控制
5．发动机转矩的控制
6．故障自诊断
7．失效保护功能
（1）车速传感器的失效保护功能
（2）电磁阀的失效保护功能
四、执行器
自动变速器电子控制系统的执行器是指控制换挡阀和锁止阀动作的电磁阀。
一般电子控制自动变速器有三个电磁阀：
第一电磁阀、第二电磁阀和锁止电磁阀。
第一和第二电磁阀用于控制换挡阀的动作，锁止电磁阀用于控制变矩器锁止阀的工作。
五、电子控制系统的控制过程
电子控制自动变速器的控制过程包括自动变速器的换挡控制过程和变矩器锁止离合器的锁止控制过程。
（一）电子控制自动变速器的换挡控制过程
1．电子控制自动变速器的换挡控制原理
2．丰田A43DE型电子控制自动变速器的换挡控制过程
①P挡位
②R挡位
③N挡位
④D挡位
a.D挡位1挡（前进1挡）。
b.D挡位2挡（前进2挡）。
c.D挡位3挡（直接挡）。
d.D挡位4挡（超速挡）。
⑤2挡位
a.2挡位1挡。
b.2挡位2挡。
⑥L挡位
（二）变矩器锁止离合器的控制过程
课题六自动变速器电子控制系统元件的检查
一、传感器的检查
1.辅助车速传感器的检查
2.主车速传感器的检查
二、开关的检查
自动变速器电子控制系统的开关有挡位开关和空挡启动开关、行驶方式选择开关、制动灯开关、超速主开关、降挡开关。
1．挡位开关和空挡启动开关的检查
2．行驶方式选择开关的检查
3．制动灯开关的检查
4．超速主开关的检查
5．降挡开关的检查
三、执行器的检查
1．检查电磁阀
2．检查电磁阀的密封性
课题七自动变速器的故障诊断
一、基本检查调整
自动变速器的基本检查调整项目有怠速、节气门、变速器节气门拉线、工作液的液面和油质、空挡启动开关、超速主开关。
1．怠速的检查调整
各种型号的发动机都有其规定怠速值。
怠速过高、过低都会影响自动变速器的工作性能。
2．节气门的检查调整
节气门的检查内容是：
检查在加速踏板踩到底时，节气门是否能全部打开。
3．变速器节气门拉线的检查调整
变速器节气门拉线的检查内容是：
检查变速器节气门拉线是否调整到规定位置，即变速器节气门拉线的松紧度是否合适。
4．工作液液面和品质的检查
（1）自动变速器工作液液面高度的检查
（2）工作液品质的检查
5．空挡启动开关的检查调整
6．超速主开关（即O/D主开关）的检查调整
二、手动换挡试验
手动换挡试验的步骤：
①拔下所有电磁阀的线束插接器（或拔下自动变速器电控单元电源保险丝），使所有电控装置都停止工作。
②在汽车行驶时，先检查换挡杆在R挡位有无倒挡，再检查换挡杆在L、2和D挡位之间来回拨动时，自动变速器的实际工作挡位变换是否符合关系（对丰田车而言）。
③接好电磁阀的线束插接器，清除因拔下电磁阀而在电控单元自诊断系统产生的故障码。
三、电子控制系统的故障自诊断
自诊断法就是指利用自诊断系统的故障码来确定故障部位的方法。
故障码的提取方法有两种：
一种是借助于汽车电脑解码器从汽车电控单元的专用输出接口提取；
另一种是人工提码。
四、液压机械系统的故障诊断
（一）失速试验
失速试验可用来检查发动机与自动变速器的综合性能。
通过失速试验可检查发动机的输出功率、液力变矩器导轮单向离合器的功能及齿轮变速系统换挡执行元件（即离合器、制动器等）的工作状态。
1．失速试验方法
2．失速试验时注意事项
3．失速试验结果分析
（二）时间滞后试验（又称迟滞试验、延时试验）
1．时间滞后试验方法
2．时间滞后试验注意事项
3．时间滞后试验结果分析
（三）液压试验
1．主油路油压试验方法（如图2-115所示）
2．主油路油压试验时注意事项
3．主油路油压测量结果分析
（四）路试
路试即在汽车行驶过程中对自动变速器的所有挡位进行试验，进一步检查自动变速器的工作情况。
通过路试可以帮助查找自动变速器的故障原因，确定故障部位。
另外，路试也是检验修理质量的最佳方法。
路试主要检查换挡车速与换挡质量（即换挡时有无冲击、打滑、振动和噪音）。
1．D挡位路试
（1）检查升挡车速和升挡质量
（2）检查降挡车速和降挡质量
（3）检查变矩器锁止机构的工作情况
2．2挡位路试
（1）检查升挡车速
（2）检查发动机制动作用
（3）检查自动变速器的换挡质量
3．L挡位路试
4．R挡位路试
5．P挡位路试
课题八无级变速器简介
无级变速器CVT（ContinuouslyVariableTransmission）采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变。
一、无级变速器的结构
无级变速器主要由主动带轮、从动带轮、V形传动钢带等组成。
电控无级变速器（ECVT）采用金属三角传动带作为减速传力元件。
二、电控无级变速器的工作原理
电控单元通过液压装置改变带轮直径，可实现速比的无级变化。
课题九DSG双离合变速器简介
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