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详解汽车自动变速器分类及结构原理
来源:本站整理  作者:佚名  2013-09-22 06:46:16

    7.拉威挪式行星齿轮变速器
    下面以大众01N型四档自动变速器为例,介绍拉威挪行星齿轮机构和液压系统
    (1)结构及组成
    拉威挪式行星齿轮变速器包括拉威挪行星齿轮机构、离合器、制动器和单向离合器,见图33。
四档拉威挪式行星齿轮变速器

拉威挪行星齿轮机构由双行星排组成,包括大太阳轮、小太阳轮、长行星轮、短行星轮、齿圈和行星架。大、小太阳轮采用分段式结构,使三档到四档的转换更加平顺。短行星轮与长行星轮及小太阳轮啮合,长行星轮同时与大太阳轮、短行星轮及齿圈啮合,动力通过齿圈输出。两个行星轮共用一个行星架。拉威挪行星齿轮机构见图34。
拉威挪行星齿轮机构

    (2)各档传动路线
    拉威挪式行星齿轮变速器的传动简图见图35。
拉威挪式行星齿轮变速器的传动简图

    离合器K2用于驱动大太阳轮,离合器K3用于驱动行星架,制动器B1用于制动行星架,制动器B2用于制动大太阳轮,单向离合器F防止行星架逆时针转动,锁止离合器LC将液力变矩器的泵轮和涡轮刚性连在一起。拉威挪式行星齿轮变速器的换档执行元件工作表见表3。
拉威挪式行星齿轮变速器的换档执行元件工作表

    1) 1档的传动路线。1档时离合器K1接合,单向离合器F工作。动力传动路线:泵轮→涡轮→涡轮→离合器K1→小太阳轮→短行星轮→长行星轮驱动齿圈,见图36。
拉威挪式行星齿轮变速器的1档传动路线

    2) 2档的传动路线。2档时离合器K1接合,制动器B2制动大太阳轮。动力传动路线:泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器K1→小太阳轮→短行星轮→长行星轮围绕大太阳轮转动并驱动齿圈,见图37。
拉威挪式行星齿轮变速器的2档传动路线

    3) 3档的传动路线。3档时离合器K1和K3接合,驱动小太阳轮和行星架,因而使行星齿轮机构锁止并一同转动。动力传动路线:泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器K1和K3→整个行星齿轮转动,见图38。
拉威挪式行星齿轮变速器的3档传动路线

    4) 4档的传动路线。4档时离合器K3接合,制动器B2工作,使行星架工作并制动大太阳轮。动力传动路线:泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器K3→行星架→长行星轮围绕大太阳轮转动并驱动齿圈,见图39。
拉威挪式行星齿轮变速器的4档传动路线

    5) R位的传动路线。R位时离合器K2接合,驱动大太阳轮;制动器B1工作,使行星架制动。动力传动路线:泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器K2→大太阳轮→长行星轮反向驱动齿圈,见图40。
拉威挪式行星齿轮变速器的R档传动路线

    8.液压控制系统
    (1)液压控制系统的基本组成和工作原理
    对于全液控自动变速器来说,液压控制系统将发动机的负荷(节气门开度)和车速信号转换为不同的油压,并由此确定换档时刻,并进行换档的控制。
    1)液压控制系统的基本组成。液压控制系统的基本组成包括动力源、执行机构和控制机构三大部分,主要元件见图41。
全液控自动变速器的液压控制系统

    ①动力源。液压控制系统的动力源是油泵(或称为液压泵),它是整个液压控制系统的工作基础。如各种阀体的动作、换档执行元件的工作等都需要一定压力的ATF。油泵的基本功用就是提供满足需求的ATF油量和油压。
    ②执行机构。执行机构主要由离合器、制动器液压缸等组成。其功用是在控制油压的作用下实现离合器的接合和分离、制动器的制动和松开动作,以便得到相应的档位。
    ③控制机构。控制机构包括阀体和各种阀,包括主调压阀、副调压阀、手动阀、换档阀、节气门阀、速控阀(调速器)、强制降档阀等。
液压控制系统还包括一些辅助装置,如用于防止换档冲击的蓄能器、单向阀等。

    2)液压控制系统的工作原理。油泵将ATF从自动变速器油底壳中泵出来、加压,并经过主调压阀的调压,形成具有一定压力的ATF,一般称为主油压(或管道压力)。主油压作用在节气门阀和速控阀上,分别产生与节气门开度和车速成正比的节气门油压和速控油压。节气门油压和速控油压作用在换档阀上,以控制换档阀的动作。节气门油压和速控油压还要反馈给主调压阀,以根据节气门的开度和车速调节主油压。主油压经过手动阀后作用在各换档阀上,换档阀的动作切换油道,使经过手动阀的主油压作用到不同的换档执行元件(离合器、制动器)以得到不同的档位。主油压还作用到副调压阀上,并把ATF分别送到油冷却器进行冷却、送到机械变速器相应元件处进行润滑和送到液力变矩器作为液力变矩器的工作介质。

    (2)液压控制系统的主要元件
    1)油泵。油泵是液压控制系统的动力源,其功用是产生一定压力和流量的ATF,供给液力变矩器、液压控制系统和行星齿轮机构。常见的油泵为内啮合齿轮泵,主要由主动齿轮、从动齿轮、月牙板、壳体等组成,见图42。
全液控自动变速器的油泵

    主动齿轮为外齿轮,从动齿轮为内齿轮,在壳体上有一个月牙板,把主、从动齿轮不啮合的部分隔开,并形成两个工作腔,分别为进油腔和出油腔。进油腔与泵体上的进油口相通,出油腔与泵体上的出油口相通。主动齿轮内径上有两个对称的凸键,与液力变矩器后端油泵驱动毅的键槽或平面相配合。因此,只要发动机转动,油泵便转动并开始供油。
    主动齿轮带动从动齿轮转动,在齿轮脱离啮合的一端(进油腔),容积不断变大,产生真空吸力,把ATF从油底壳经滤网吸入油泵。在齿轮进入啮合的一端(出油腔),容积不断减小,油压升高,把ATF从出油腔挤压出去。这样,油泵不断地运转,就形成了具有一定压力的油液,供给自动变速器工作。
这种油泵要求具有.严格的加工制造精度。因为齿轮之间、齿轮与泵体之间,过大的磨损和间隙会导致油泵的性能下降,油压过低。而油压对于自动变速器的正常工作是非常重要的。

    2)主调压阀。主调压阀是主油路压力调节阀的简称,也称为第一调压阀,其功用是根据车速、节气门开度和变速杆位置自动控制主油压(管道压力),保证液压系统油压稳定,见图43。
全液控自动变速器的主调压阀

    当发动机转速增加时,油泵输出油压会升高,作用在阀体上部A处的油压升高,使阀体向下移动,回油通道的截面积增大,从回油口排出的油液增加,使主油压下降;反之,阀体向下移动,主油压升高。

    当发动机负荷(节气门开度)增加时,由于传递的转矩增加,因此需要较大的油压才能保证离合器、制动器的正常工作。此时随着节气门开度的增加,节气门油压也会增加,作用在主调压阀下端的节气门油压使阀体向上移动,使主油压升高。

    当变速杆置于R位时,来自手动阀的主油压作用在阀体的B和C处,由于B处的面积大于C处的面积,使得阀体受到向上力的作用,阀体向上移动,主油压升高,满足倒档较大传动比的要求。

    总之,节气门开度增加,主油压增加;倒档油压高于前进档油压;车速增加,节气门油压会降低,从而使主油压降低。
    3)节气门阀。反映节气门开度的信号是自动变速器自动换档的两个重要参数之一。液控自动变速器采用节气门阀来反映节气门开度的大小。节气门阀的功用是产生与节气门开度成正比的控制油压(节气门油压),该油压传给主调压阀和换档阀,控制主油压和换档。节气门阀有两种类型:机械式节气门阀和真空式节气门阀。
    ①机械式节气门阀。机械式节气门阀由强制降档柱塞、节气门阀、弹簧等组成。强制降档柱塞装有滚轮,与节气门凸轮相接触。节气门凸轮经拉索与加速踏板相连。当踩下加速踏板节气门开度增加时,节气门拉索拉动节气门凸轮转动,将强制降档柱塞上推,并通过弹簧将节气门阀体向上推,使节流口开大,输出的节气门油压增加,使得节气门油压与节气门开度成正比。全液控自动变速器的机械式节气门阀见图44。
全液控自动变速器的机械式节气门阀

    当车速增加时,来自速控阀的速控油压也会增加,使减压阀下移,这样节气门油压会通过减压阀作用到节气门阀体的A处,由于A处的上横截面积小于下横截面积,所以在A处作用一个向下的油压,节气门阀下移,减小了节流口的通道面积,使节气门油压下降,从而使主油压下降。
    ②真空式节气门阀。真空式节气门阀的真空气室与发动机节气门后的进气歧管相通,当节气门开度增加时,节气门后方的真空度减小,即真空气室的压力增加,使推杆带动滑阀向下移动,增大节流口的通道面积,使节气门油压增加。同样,当节气门开度减小时,节气门油压会下降。全液控自动变速器的真空式节气门阀见图45。
全液控自动变速器的真空式节气门阀

    4)速控阀。速控阀又称为调速器或速度调压阀,它用于产生与车速成正比的控制油压(速控油压)并传给换档阀,以便控制换档。速控阀是液控自动变速器反应车速信号的装置,仅用于液控自动变速器,电控自动变速器采用车速传感器来反映车速。
    正确的速控油压对于自动变速器的正常工作非常重要,如果速控油压过高,会导致换档的车速提前;而速控油压过低,会导致换档的车速滞后。速控阀安装在变速器输出轴上,与输出轴一起旋转,见图46。

    作用在滑阀上的力包括向外的离心力和向内的速控油压力。当汽车低速行驶时,阀轴和滑阀构成一体,在重锤和滑阀的离心力作用下使滑阀向外移动,此时速控油压随着车速的增加而增加。当车速增加到一定程度时,阀轴被壳体内部台阶限位而不再向外移动,此时滑阀向外移动仅能靠自身的离心力,因此,速控油压随着车速的增加而缓慢增加。所以,速控油压与车速的关系分成两个阶段,一般把这种形式的速控阀称为二阶段速控阀,与此类似的还有三阶段速控阀。

    5)强制降档阀。为了加速超车,当节气门开度大于85%时,强制降档阀可以使自动变速器在当前档位降一档。对于液控自动变速器,强制降档阀与节气门阀安装在一起,当节气门开度超过85%时,节气门凸轮将强制降档柱塞顶起到一定程度,使主油压能到达相应换档阀,使换档阀动作,在当前档位降一档。
    对于电控自动变速器,一般设有强制降档开关(KD开关),当节气门开度超过85%时,KD开关闭合,自动变速器控制单元收到该开关信号后控制换档电磁阀,使自动变速器在当前档位降一档。

    6)换档阀。换档阀的功用是根据换档控制信号或油压切换档位油路,实现两个档位的转换。换档阀的油路与换档执行元件(离合器、制动器)相通,当换档阀动作后,会切换相应的油道,以便给相应档位的离合器和制动器供油,得到所需要的档位。换档阀的数量与自动变速器前进档的个数有关。一般来说,四档自动变速器需要3个换档阀,即1-2档换档阀、2-3档换档阀和3-4档换档阀。2一档换档阀工作原理见图47。
2-3档换档阀工作原理

    在节气门油压、速控油压及弹簧作用下,二档时的2-3档换档阀处于下方位置,主油压不能到达离合器C2,所以自动变速器处于D2档;当车速增加到一定程度时,速控油压大于节气门油压和弹簧伸张力之和,2-3档换档阀向上移并处于上方位置,主油压经过2-3档换档阀的油路到达离合器C2,自动变速器换至D3档。

    7)手动阀。手动阀又称为手控阀或手动换档阀,它与驾驶室内的变速杆相连,其功用是控制各档位油路的转换。操作变速杆时,手动阀移动,使主油压通往不同的油道,见图48。
手动阀的工作原理

    当变速杆置于P位时,主油压通往P、R和L位油道;当变速杆置于R位时,主油压同时通往P、R和L位油道与R位油道;当变速杆置于N位时,手动阀将主油压进油道切断,没有主油压通往各换档阀;当变速杆置于D位时,主油压通往D、2和L位油道;当变速杆置于2位时,主油压同时通往D、2和L位油道与2和L位油道;当变速杆置于L位时,主油压同时通往D、2和L位油道与2和L位油道及P、R和L位油道。

    9.电子控制系统
    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,其组成框图见图49。
自动变速器的电子控制系统组成框图

    传感器部分主要包括节气门位置传感器、车速传感器、发动机转速传感器、输入轴转速传感器、冷却液温度传感器、ATF温度传感器、空档起动开关、强制降档开关、制动灯开关、模式选择开关、OD开关等。执行器部分主要包括各种电磁阀和故障指示灯等。ECU主要完成换档控制、锁止离合器控制、油压控制、故障诊断和失效保护等功能。

    对于液控自动变速器,自动换档主要是取决于节气门油压和速控油压,即发动机负荷和车速的情况。对于电控自动变速器,与此情况是类似的,即自动换档也主要取决于发动机负荷和车速,只不过是采用节气门位置传感器和车速传感器来感知发动机负荷和车速的情况,并将这两个信号发送给自动变速器ECU, ECU根据存储器中的换档程序决定升档或降档,然后再给换档电磁阀发出控制信号,换至相应档位。
    例如,对于丰田车系的四档自动变速器,1号换档电磁阀通电,2号换档电磁阀断电,自动变速器运行档为1档。丰田车系的四档自动变速器换档电磁阀工作表见表4。
丰田车系的四档自动变速器换档电磁阀工作表

    自动变速器的换档控制还取决于冷却液温度、ATF温度等信号。如果冷却液温度、油温过低,自动变速器不会升档。如果满足了锁止离合器的工作要求,那么自动变速器ECU向锁止离合器(TCC)电磁阀(通常为3号电磁阀)通电,切换油路,使锁止离合器工作。此外,在换档过程中,为了防止换档冲击,自动变速器ECU利用4号电磁阀控制换档油压。
    自动变速器ECU具有自诊断功能,如果电子控制系统出现故障,ECU将存储故障码,点亮OD OFF指示灯(或故障警告灯),提示自动变速器出现故障。根据故障的性质和严重程度,自动变速器还会锁档,即不会升档也不会降档,以防止出现更严重的故障。

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