第15章

自動變速器2025/1/2115.1概述15.2液力變矩器15.3行星齒輪變速機構15.4自動變速器控制系統15.5無級變速器15.6機械式自動變速器第15章自動變速器215.1概述1.自動變速器的特點優點：1）操縱輕便。2）提高汽車通過性。3）具有良好的自適應性。4）增加車輛的使用壽命。此外，自動變速器自動變速器還具有降低廢氣排放、提高經濟性等優點。缺點：傳動效率低，結構復雜，制造、維修成本高。15.1概述1.自動變速器的類型（1）按傳動比分類：有級自動變速器和無級自動變速器兩大類。（2）按變速控制方式分類：液力控制自動變速器和電子控制自動變速器液力控制自動變速器電控自動變速器15.1概述3.自動變速器的基本組成組成：液力變矩器、行星齒輪變速器、液壓控制系統、電控單元等。15.1概述4.換檔操縱機構和變速器的基本操作要求變速桿一般都有P、R、N、D、3、2、1（L）七個檔位，儀表板上可以指示所選檔位。P檔位：停車檔（Park）R檔位：倒檔（Reverse）N檔位：空檔（Neurtal）D檔位：前進檔（Drive）3檔位是前進檔，汽車無需四檔行駛時選擇該檔位2檔位是發動機高速制動檔1（或L）檔位是發動機低速制動檔注意：汽車前進時，切勿掛入P檔位或R檔位；發動機起動時，只能在N檔位或P檔位；轉換檔位時，切勿踏下加速踏板。1.綜合式液力變矩器（1）結構組成：泵輪、渦輪、導輪、單向離合器和殼體等1）泵輪：主動元件,與變矩器殼連成一體，固定在發動機曲軸上，與曲軸一起旋轉；2）渦輪：與從動軸相連；3）導輪：導輪安裝在固定套筒上，在導輪與固定套筒之間裝有單向離合器，固定套筒與變速器殼體剛性連為一體。通過單向離合器，單向固定在從動軸上。（可順轉，不能逆轉）15.2液力變矩器1-曲軸2-導輪3-渦輪4-泵輪5-液流6-變矩器軸套7-液壓泵8-導輪固定套9-變矩器輸出軸10-單向離合器1.綜合式液力變矩器（1）結構材料：用鋁合金精密鑄造，或用鋼板沖壓而成。15.2液力變矩器固定不動的導輪,不僅能傳遞轉矩，還能在泵輪轉速和轉矩不變的前提下，改變渦輪轉矩的大小。導輪給渦輪一個反作用力矩，使渦輪輸出的轉矩不同于泵輪輸入的轉矩。1.綜合式液力變矩器（2）工作原理電風扇演示變矩器原理示意圖電風扇A通電，B不通電，電風扇A將以空氣為介質帶動電風扇B轉動。15.2液力變矩器AB1.綜合式液力變矩器（2）工作原理電風扇演示變矩器原理示意圖15.2液力變矩器如果在電風扇A與B之間加一個導管，將電風扇B出來的空氣引導到A的背面，對電風扇A來說起增益作用，是有利的。如果電風扇B出來的空氣引導到A的正面，對電風扇A來說起阻尼做用，是有害的。1.綜合式液力變矩器（2）工作原理電風扇演示變矩器原理示意圖用空氣傳遞動力會有能量損失，且電風扇B的轉速永遠小于A的轉速。如果我們將電風扇A與B用一個軸連接在一起，此時電風扇A可直接帶動B同速轉動，就沒有能量損失。15.2液力變矩器此時的電風扇A相當于液力變矩器的泵輪，電風扇B相當于渦輪，導管相當于導輪，空氣相當于自動變速器油，連接軸相當于鎖止離合器。AB1.綜合式液力變矩器（2）工作原理1）動力的傳遞當發動機曲軸帶動泵輪旋轉時，泵輪帶動油液一起旋轉，在離心力的作用下，油液從泵輪葉片的內緣向外緣流動，沖擊渦輪的葉片，油液沿著渦輪葉片由外向內流動，沖擊到導輪葉片，然后沿著導輪葉片流動，重新進入泵輪再次獲得動能，如此不斷循環，完成能量傳遞，使從動件獲得轉矩和速度。15.2液力變矩器1.綜合式液力變矩器（2）工作原理2）轉矩的放大變矩器工作時，作用在渦輪上的扭矩（Mw）不僅有泵輪施加給渦輪的扭矩(Mb)，還有導輪的反作用力矩(Md)，即：Mw=Mb+Md故Mw>Mb。所以，液力變矩器起到了增大轉矩的作用。15.2液力變矩器1—泵輪(B)

2—導輪(D)

3—渦輪(W)

15.2液力變矩器渦輪與泵輪轉速接近時變矩器的液流示意圖1.綜合式液力變矩器（2）工作原理若渦輪轉速進一步增大并與泵輪轉速接近時，ATF將從背面沖擊導輪，對導輪產生一個順時針方向的扭矩。由于單向離合器在順時針方向沒有鎖止作用，所以導輪在ATF的沖擊作用下開始朝順時針方向旋轉。15.2液力變矩器渦輪與泵輪轉速接近時變矩器的液流示意圖1.綜合式液力變矩器（2）工作原理3）無級變速隨著渦輪轉速的逐漸提高，渦輪輸出的轉矩要逐漸下降，而且這種變化是連續的。同樣，如果渦輪上的載荷增加了，渦輪的轉速要下降，而渦輪輸出的轉矩增加正好適應載荷的增加。15.2液力變矩器1.綜合式液力變矩器（2）工作原理綜上所述，液力變矩器的工作過程可以概括為兩個工況：一是變矩，另一個是偶合。當泵輪與渦輪轉速相差較大，或者說在低速區時，液力變矩器實現變矩（增矩）；當渦輪轉速達到泵輪轉速的85％～90％，或者說在高速區時，液力變矩器實現偶合傳動，即渦輪的輸出轉矩等于泵輪的輸入轉矩。因此，液力變矩器在渦輪轉速較低時具有的增扭特性，在渦輪轉速較高時具有高傳動效率的特性。15.2液力變矩器2.帶鎖止離合器的液力變矩器進入偶合工況后，由于沒有增扭作用，渦輪得到的扭矩應是曲軸的輸出扭矩。但實際工作中，并沒有100％傳遞動力，導致燃油經濟性下降。于是在液力變矩器中設置鎖止離合器，使其在高速工況下，用機械方式連接泵輪和渦輪。15.2液力變矩器1-變矩器殼體2-鎖止離合器壓盤3-渦輪4-泵輪5-變矩器軸套6-輸出軸花鍵套7-導輪2.帶鎖止離合器的液力變矩器減振盤：它與渦輪連接在一起，減振盤上裝有減振彈簧，在離合器接合時，防止產生扭轉振動。

鎖止離合器片：用凸起卡在減振盤上，可在油壓的作用下軸向移動。

前蓋（變矩器殼體）：它與泵輪連接在一起，前蓋上粘有一層摩擦材料，以增加離合器接合時的摩擦力。15.2液力變矩器2.帶鎖止離合器的液力變矩器鎖止離合器工作原理15.2液力變矩器a)鎖止離合器分離

b)鎖止離合器接合1-鎖止離合器壓盤2-渦輪3-變矩器殼4-導輪5-泵輪6-變矩器輸出軸A-變矩器出油道B、C-鎖止離合器控制油道3.液力變矩器的特性曲線1）速比（i）2）變矩比（k）一般為1.7~2.53）傳動效率（η）4）失速點指渦輪不動或速比為0時變矩器的工作點。15.2液力變矩器3.液力變矩器的特性曲線15.2液力變矩器1）怠速時，Mw很小，汽車不能行使。2）起步時，Mw最大。3）逐漸加速時，Mw減小。4）偶合點時，k=1，即Mw=Mb為提高變矩器在偶合區工作的性能，需加裝單向離合器和鎖止離合器，以提高傳動效率，降低燃料消耗。小結：液力耦合器只起傳遞轉矩作用，而不起改變轉矩大小的作用；液力變矩器不僅能傳遞轉矩，且能在泵輪轉矩不變的情況下，隨渦輪的轉速（反映著汽車行駛速度）不同而改變渦輪輸出的轉矩的數值。液力變矩器中設置鎖止離合器使其在高速工況下，用機械方式連接泵輪和渦輪，提高傳動效率。15.2液力變矩器為進一步擴大變速范圍，在液力變矩器后面裝有行星齒輪變速機構。行星齒輪變速機構由行星齒輪系和換檔執行元件組成。15.3行星齒輪變速機構行星齒輪系通常由2~3個單級行星齒輪機構或雙級行星齒輪機構組成。換檔執行元件主要包括制動器、離合器和單向離合器。1．行星齒輪機構采用單級行星齒輪機構或雙級行星齒輪機構兩種方式.（1）單級行星齒輪機構15.3行星齒輪變速機構組成：一個太陽輪、一個齒圈、一個行星架和幾個行星齒輪。行星齒輪在工作過程中始終保持嚙合狀態，只要將太陽輪、行星架和齒圈中任意一元件制動，或者對太陽輪、行星齒輪架和齒圈任意兩元件結合即可獲得各種傳動比。1-太陽輪2-齒圈

3-行星架4-行星齒輪

15.3行星齒輪變速機構1-太陽輪2-齒圈

3-行星架4-行星齒輪

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構

15.3行星齒輪變速機構1．行星齒輪機構（2）雙級行星齒輪機構特點：大、小兩太陽輪，長、短行星齒輪。短行星齒輪與小太陽輪和長行星齒輪嚙合，長行星齒輪與大太陽輪、短行星齒輪及齒圈嚙合。通過制動器對大、小太陽輪及行星輪齒架和齒圈制動，或通過離合器對大、小太陽輪及行星齒輪架和齒圈結合，即可獲得所需的檔位。15.3行星齒輪變速機構1—小太陽輪2—大太陽輪3—長行星齒輪4—短行星齒輪5—齒圈6—行星齒輪架2．拉維娜式行星齒輪變速器拉維娜行星齒輪變速器采用雙級行星齒輪機構。15.3行星齒輪變速機構捷達轎車01N型自動變速器工作原理簡圖1-二擋和四擋制動器（B2）

2-倒擋離合器（K2）

3-一擋、二擋、三擋離合器（K1）

4-三擋和四擋離合器（K3）

5-倒擋制動器（B1）

6-單向離合器（F）

7-液力變矩器鎖止離合器（LC）3．辛普森式行星齒輪變速器特點：兩個單級行星齒輪機構共用一個太陽輪。A340E型電控自動變速器由辛普森式行星齒輪變速機構和一個超速行星齒輪排組成。15.3行星齒輪變速機構1-超速離合器(C0)2-超速制動器(B0)3-二擋滑行制動器(B1)4-直接擋離合器(C2)5-前進離合器(C1)6-制動器(B2)7-一擋、倒擋制動器(B1)8-后行星架9-后齒圈

10-輸出軸11-太陽輪12-第二單向離合器(F2)13-第一單向離合器(F1)14-前齒圈

15-前行星架16-超速齒圈17-超速行星架18-超速太陽輪19-輸入軸

20-超速單向離合器(F0)21-超速輸入軸22-殼體4．換擋執行元件（1）離合器15.3行星齒輪變速機構圖15-15多片濕式離合器的組成1-離合器轂2-太陽輪3-花鍵轂4-卡環5-彈簧支承蓋6-回位彈簧

7-安全閥8-離合器環形活塞9-摩擦片10-鋼片A-進油孔作用：連接軸和行星齒輪機構的旋轉元件。換檔離合器常采用多片濕式離合器，由液壓回路來控制其接合與分離。4．換擋執行元件（2）制動器15.3行星齒輪變速機構圖15-16多片濕式制動器的組成1-制動器摩擦片2-制動器鋼片3-殼體4-活塞5-活塞缸6-太陽輪軸作用：將行星齒輪變速器中某一元件（太陽輪、行星架或齒圈）固定，使其不能轉動。換檔制動器通常有多片濕式制動器和帶式制動器兩種形式。4．換擋執行元件（3）單向離合器15.3行星齒輪變速機構圖15-17單向離合器的工作原理a)鎖止狀態b)自由狀態作用：單方向傳遞動力或單方向制動，確保平順無沖擊換檔。由內、外座圈以及兩者之間的滾柱組成。一、液壓控制系統作用：控制換檔元件的動作、提供變矩器工作液壓并保證變速器的冷卻與潤滑。液壓系統通常由供油裝置、換檔控制裝置、換檔質量控制裝置等部分組成。供油裝置包括供油泵、濾清器、調壓閥等。供油泵由變矩器泵輪驅動，為液壓系統提供工作壓力，經調壓閥調壓后向整個液壓系統提供工作液壓。換檔控制裝置包括手控換檔閥和換檔控制電磁閥。15.4自動變速器控制系統一、液壓控制系統手控換檔閥由變速桿操縱，其作用是利用滑閥的移動，實現控制油路的轉換，即根據變速桿所置排檔位置將液壓油轉換到“P”、“R”、“N”、“D”、“2”或“L”的油路。15.4自動變速器控制系統圖15-18手控換檔閥的工作原理換檔電磁閥由電控單元控制，電控單元根據確定的換檔點及換檔信號工作，控制相應的電磁閥動作，切換控制油路，進行自動換檔。二、電子控制系統由各傳感器、電控單元、各種電磁閥及指示裝置等組成。15.4自動變速器控制系統1—變速桿；2—換擋模式(運動模式或經濟模式)選擇開關；3—強制降擋開關；4—節氣門位置傳感器；5—發動機轉矩信號；6—發動機轉速信號；7—自動變速器；8—發動機轉矩下降由點火調節；9—油壓調節電磁閥；10—換擋電磁閥；11—ECU；12—故障指示燈；13—輸出轉速傳感器；14—診斷接口二、電子控制系統1.自動變速器ECU2．節氣門位置傳感器3．車速傳感器15.4自動變速器控制系統此信號用于計算按載荷變化的換檔時刻，并用于調整自動變速器的油壓。若信號中斷，自動變速器ECU會用發動機平均負載來確定換檔時刻，自動變速器油壓按節氣門全開時的油壓進行調節。此信號用于自動變速器電控單元J217換檔控制，并控制變矩器的鎖止和控制速度調節裝置。此信號中斷后，J217用發動機轉速信號作為代用信號，鎖止離合器失去鎖止功能。二、電子控制系統4．變速器轉速傳感器15.4自動變速器控制系統變速器轉速傳感器為電磁感應式，用于檢測行星齒輪機構中大太陽輪的轉速。電控單元根據大太陽輪的轉速，準確地判斷換檔時刻，控制多片離合器工作。在換檔過程中，通過推遲點火提前角來減小發動機的輸出轉矩。如果電控單元沒有收到變速器轉速傳感器的信號，電控單元進入應急運行狀態。二、電子控制系統5．檔位多功能開關與變速桿鎖止電磁閥15.4自動變速器控制系統檔位多功能開關將變速桿的位置信號傳給電控單元后執行下列功能：R檔位接通倒車燈；掛入行車檔位后，切斷起動機電路；接通或斷開速度調節裝置。當此開關信號中斷時，電控單元進入應急狀態。變速桿鎖止電磁閥N110用于鎖止變速桿位置。在P檔位和N檔位時，該電磁閥與點火系統接通，可防止變速桿滑到其它檔位。踏下制動踏板，變速桿鎖止電磁閥鎖止解除，變速桿可換入其它檔位。二、電子控制系統6．強制低速檔開關7．發動機轉速傳感器15.4自動變速器控制系統強制低速檔開關F8與節氣門拉索聯動，當加速踏板踏到底，并超過節氣門全開位置時，便會壓下此開關，變速器提前換入相鄰低檔，以降低車速，增大車輛的牽引力。電控單元將發動機轉速信號與車速進行比較，按轉速差識別出鎖止離合器打滑的狀況，如果轉速差過大，變速器電控單元即增加變矩器鎖止離合器的油壓，使變矩器離合器鎖止。同時發動機轉速傳感器的信號可作為車速傳感器出現故障后信號的替代值。發動機轉速信號中斷后，變速器電控單元進入應急狀態。。二、電子控制系統8．變速器油溫度傳感器9．制動燈開關15.4自動變速器控制系統當機油溫度達到最高值150℃時，變速器電控單元控制鎖止離合器接合，變矩器卸荷，使機油溫度下降，若溫度仍不下降，變速器電控單元使變速器自動降一檔。若信號中斷，無替代信號。電控單元J217通過制動燈開關的信號判斷是否制動。車輛靜止時，只有踏下制動踏板才能讓變速桿脫開檔位P或N，否則變速桿便會被鎖住。當制動燈開關信號出現中斷故障時，變速桿鎖止控制功能失效。二、電子控制系統10．換檔控制電磁閥、變矩器鎖止電磁閥與壓力調節電磁閥15.4自動變速器控制系統圖15-26換檔控制電磁閥的工作原理a)電磁閥通電b)電磁閥斷電1－閥座2－銜鐵和閥芯3－回位彈簧4－電磁線圈5－球閥無級變速器（ContinuouslyVariableTransmission，CVT）是傳動比在一定范圍內連續變化的變速器。CVT可以自動改變傳動速比，實現傳動速比的全程無級連續改變，它沒有傳統變速器換檔時那種“停頓”的感覺，從而得到傳動系統與發動機工況的最佳匹配。目前，奧迪A4、A6轎車，廣本飛度轎車，東南菱帥轎車，南京菲亞特西耶那、派力奧，奇瑞旗云，大眾polo轎車等已經大量采用CVT無級自動變速器。15.5無級變速器各種型號CVT的主要差別集中在：發動機動力傳遞到主動帶輪的過程以及帶輪半徑和夾緊力的控制方法上。1.無機變速器的優點1）提高燃油經濟性。2）提高動力性能3）減少排放量4）節約成本5）改善駕駛者的操縱方便性及乘員乘坐舒適性。因此它是一種比較理想的汽車動力傳動裝置。15.5無級變速器2.無級變速器的變速原理1）組成：2）原理15.5無級變速器a)低速檔b)高速檔變速箱控制單元液壓控制單元機械傳動Mutitronic01J變速箱的剖視圖15.5無級變速器飛輪減振裝置倒檔離合器輔助減速齒輪檔傳動鏈變速器行星齒輪系液壓控制單元前進檔離合器變速箱控制單元15.5無級變速器3.無級變速器的組成結構及工作原理行星齒輪架行星齒輪1行星齒輪2齒圈太陽輪動力輸出動力輸入15.5無級變速器CVT無級變速器的關鍵部件為無級變速機構其作用是使變速器在起始轉矩和終結轉矩多種速比之間連續調整，最終自動選用最佳速比，使發動機始終處于最佳速比范圍之內，無需再考慮工作性能和燃油經濟性。無級變速機構15.5無級變速器主動錐形輪發動機輔助減速機構鋼制鏈條被動錐形輪無級變速機構由兩組錐形輪組成包括一對主動錐形輪和一對被動錐形輪同時有一根鏈條運行在兩對錐形輪V形溝槽中間主動錐形輪由發動機的輔助減速機構驅動發動機的動力通過鏈條傳遞給被動錐形輪直至終端驅動15.5無級變速器在每組錐形輪中有一個錐形輪可以軸向移動；兩組錐形輪必須保持協調相同的調整，以保證鏈條始終處于張緊狀態。

無級變速機構15.5無級變速器變速原理

15.5無級變速器鏈條：采用多片式鋼制鏈條在主動錐形輪相對被動錐形輪工作直徑較小時，主動錐形輪可以傳遞給被動錐形輪較大的牽引轉矩，部分轎車的牽引轉矩可高達300N?m。

15.5無級變速器15.5無級變速器行星齒輪系輔助變速齒輪鏈輪裝置1變速比：51：46輔助變速齒輪機械式自動變速器（AMT）是在傳統的手動齒輪式變速器基礎上改進而來的，它結合了AT（自動）和MT（手動）兩者的優點，AMT既具有液力自動變速器自動變速的優點，又保留了原齒輪傳動變速器效率高、成本低的特點。15.6機械式自動變速器1.機械式自動變速器的基本工作原理15.6機械式自動變速器圖15-32機械式自動變速器的基本工作原理框圖2.機械式自動變速器的特點1）與MT相比，AMT的優勢為：操作更便捷，智能換擋，駕駛無需離合，動力更強，換擋時機掌握更精確。模仿最優秀駕駛人駕駛，避免錯誤操作，安全性更好。2）與AT相比，AMT的優勢為：動力更強，傳動效率高出7%以上，動力傳輸無損耗；省油20%，生產成本低，低于30%的成本優勢，生產繼承性強；維護成本低，可與MT媲美，較AT更低。3）與CVT相比，AMT的優勢為：成本低，利于生產，維護更方便，成本更低，產品可匹配性好。15.6機械式自動變速器3.機械式自動變速器的類型平行軸式自動變速器和雙離合器式自動變速器兩大類。15.6機械式自動變速器一、平行軸式自動變速器1.結構15.6機械式自動變速器本田雅閣轎車平行軸式自動變速器結構簡圖1-液力變矩器2-液壓泵3-最終驅動齒輪4-鎖定離合器5-單向離合器6-副軸1檔齒輪7-1檔離合器8-2檔離合器9-伺服閥10-惰軸4檔齒輪11-倒檔接合套12-惰軸倒檔齒輪13-副軸2檔齒輪14-副軸惰輪15-副軸16-駐車鎖銷17-惰軸（輸出軸）18-駐車齒輪19-惰軸惰輪20-惰軸2檔齒輪21-主軸（輸入軸）22-主軸惰輪23-倒檔惰輪24-主軸倒擋齒輪25-主軸4檔齒輪26-4檔離合器27-3檔離合器28-主軸3檔齒輪29-惰軸3檔齒輪30-惰軸1檔齒輪一、平行軸式自動變速器2.平行軸式自動變速器的動力傳動路線15.6機械式自動變速器本田雅閣轎車自動變速器傳動示意圖1-主軸三檔齒輪2-三檔離合器3-四檔離合器4-主軸四檔齒輪5-主軸倒檔齒輪6-主軸惰輪7-惰軸惰輪8-惰軸二檔齒輪9-惰軸倒檔齒輪10-倒檔惰輪11-倒檔接合套12-惰軸四檔齒輪13-惰軸三檔齒輪14-惰軸一檔齒輪15-副軸一檔齒輪16-一檔離合器17-二檔離合器18-副軸二檔齒輪19-副軸惰輪20-輸出齒輪21-最終驅動齒輪（主減速器主動齒輪）二、直接換檔變速器直接換擋變速器（DirectShiftGearbox，DSG）主要特點是比別的變速器換擋更快，傳遞的轉矩更大而且效率更高。1.

DSG變速器的結構主要由多片濕式雙離合器、三軸式齒輪變速器、自動換檔機構、電控液壓系統組成。其中最核心部分是雙離合器和三軸式齒輪箱。15.6機械式自動變速器DSG有兩根同軸心的輸入軸，輸入軸1裝在輸入軸2的內部。輸入軸1和離合器1相連，輸入軸1上的齒輪與1、3、5檔齒輪相嚙合；輸入軸2是空心的，和離合器2相連，輸入軸2上的齒輪與2、4、6檔齒輪相嚙合；倒檔齒輪通過中間軸齒輪和輸入軸1的齒輪嚙合。二、直接換檔變速器1.

DSG變速器的結構外離合器1負責1檔、3檔、5檔和倒檔，內離合器2負