平行轴自动变速器

三、平行轴自动变速器图2-126三平行轴式自动变速机构平行轴式自动变速器的特点：平行轴式自动变速器的机械传动部分的最大特点，是在变速器壳体上装着二或三根相互平行的轴，每根轴上都装着几个常啮合的齿轮，常啮合齿轮的动力传递是通过离合器或单向离合器完成的。1、输入轴（主轴）输入轴通过轴上的花键与涡轮键配合，液力变矩器的涡轮旋转时，输入轴便旋转，它是自动变速器的动力输入元件，轴上键配合着主动轴惰轮，它与输出轴上的惰轮常啮合。2、输出轴（第二轴/副轴）输出轴是通过常啮合齿轮或通过主动轴驱动中间轴，再由中间轴通过常啮合齿轮把主动轴动力传递给输出轴，再由输出轴传递给驱动轮，该轴上套装着一个输入轴惰轮，它既与主动轴惰轮常啮合，又与中间轴上的惰轮常啮合，主动轴惰轮旋转，输出轴上的惰轮也一同旋转，于是便带动中间轴上的惰轮一同旋转，因中间轴与中间轮轴惰轮配合，于是中间轴便顺时针旋转。由此可知，只要主动轴旋转，中间轴便旋转。3、中间轴（辅助轴）中间轴上花键配合一中间惰轮。只要发动机运转，该齿轮便通过与之常啮合的输出轴惰轮在主动惰轮的带动下做与主动轴旋转方向相同的旋转运动，于是带动中间轴旋转。Ⅰ挡：输入轴→输入轴常啮合齿轮→输出轴常啮合齿轮→Ⅰ挡离合器→中间轴常啮合齿轮→中间轴Ⅰ挡常啮合齿轮→输出轴Ⅰ挡常啮合齿轮→输出轴；Ⅰ挡动力传递流程Ⅱ挡：输入轴→输入轴常啮合齿轮→输出轴常啮合齿轮→中间轴常啮合齿轮→Ⅱ挡离合器→中间轴Ⅱ挡常啮合齿轮→输出轴Ⅱ挡常啮合齿轮→输出轴；Ⅱ挡动力传递流程Ⅲ挡：输入轴→Ⅲ挡离合器→输入轴Ⅲ挡常啮合齿轮→输出轴Ⅲ挡常啮合齿轮→输出轴；Ⅲ挡动力传递流程Ⅳ挡：输入轴→Ⅳ、倒挡离合器→输入轴Ⅳ、倒挡常啮合齿轮→输出轴Ⅳ挡常啮合齿轮→输出轴；Ⅳ挡动力传递流程倒挡：输入轴→Ⅳ、倒挡离合器→输入轴Ⅳ、倒挡常啮合齿轮→倒档轴R挡齿轮→输出轴Ⅳ挡常啮合齿轮→输出轴；倒挡挡动力传递流程L挡：输入轴→输入轴常啮合齿轮→输出轴常啮合齿轮→Ⅰ挡离合器→中间轴Ⅰ挡常啮合齿轮→输出轴Ⅰ挡常啮合齿轮→Ⅰ挡固定离合器→输出轴。L挡动力传递流程知识链接:平行轴式自动变速器与全同步式手动变速器的对比平行轴式齿轮变速机构（如图2-128所示）是利用平行轴式间不同齿数的齿轮啮合，进行两轴间动力传递的。图2-129低挡动力传递图2-130直接挡动力传递图2-129低挡动力传递图2-130直接挡动力传递驱动齿轮小，被驱动齿轮大，输入轴对输出轴是减速增扭传递，即汽车变速器的低挡运行状态。如图2-129所示。驱动齿轮与被驱动齿轮一样大，输入轴对输出轴是等速传递，即汽车变速器的直接挡运行状态。如图2-130所示。图2-131超速挡动力传递图2-132倒挡动力传递驱动齿轮大，被驱动齿轮小，输入轴对输出轴是增速减扭传递，即汽车变速器的超速挡运动状态。如图2-131所示。如果在主从轴中间加一惰轮改变传动方向，就可获得倒挡，这些都可手动挡变速器相同。如图2-132所示。四、无级变速器机械式无级自动变速器（ContinuouslyVariableTransmission，简称CVT）是根据车速和节气门开度来改变机械式V形传动带轮的作用半径，实现无级变速。目前机械式无级自动变速器以金属带式为主。（一）CVT基本结构图2-133为日本富士重工业公司使用的TB-40金属带式机械式无级自动变速器，它将轿车传动系的离合器、变速器、主减速器及差速器等装配成一个整体结构。（二）CVT基本工作原理1．CVT动力传递路线发动机→电磁离合器→主动带轮→金属传动带→从动带轮→主减速器→差速器→半轴→驱动轮。2．变速原理金属带传动装置的变速原理如图2-134所示，通过同时改变主动带轮和从动带轮的作用半径，来改变传动比，其变化范围为0.497～2.503，最大传动比与最小传动比的比值为5.036，这个值与手动换挡五挡变速器的值相当。这样的传动比变化范围还不能满足轿车行驶的需要，因此常与其他传动（液力耦合、电磁离合器等）配合使用。金属带结构CVT使用的金属带是用多层钼合金薄钢带串上V形的钢片制成（图2-135）。这种金属带可承受很大的拉力和侧向压力，钢带装在工作半径可变的带轮上，靠液压力改变带轮的半径来改变传动比。3．控制原理CVT的控制系统由两部分组成：电磁离合器控制系统和变速控制系统如图2-136所示。电磁离合器控制原理是当汽车起步、换挡或停车时，由微机控制离合器实现分离和接合。发动机转速、车速、操纵杆位置、加速踏板位置等信息输入微机，经过运算处理后，可以确定当前所处的运行工况，然后从微机的只读存贮器中读取相应的控制参数，输出给电磁离合器，使之处于预先设定的工作状态。电子控制系统还具有失效保险、故障自诊断等功能。变速控制是采用液压系统控制金属传动带传动机构，即通过主动带轮和从动带轮V形槽宽度的变化，来控制带轮可动锥面盘的轴向位置。液压控制系统根据发动机节气门开度、发动机转速、传动比等输入信号来控制供给主从动带轮液压室的油压，调整液压室油压分别用换挡控制阀和压力调节阀来进行。此外，还有金属带润滑用的保压阀、将换挡控制阀的动作限定在高转速范围内的Ds挡位阀（又称作发动机辅助制动阀）、变速锁止阀等辅助阀。图2-136CVT控制系统原理知识链接:自动变速器试验一、电控系统的控制原理二、电控系统的控制阀一、电控系统的控制原理自动变速器电脑除用于控制变速器本身的工作外，还通常与其它系统的电脑相连，如发动机控制系统电脑、巡航控制系统电脑、ABS系统电脑等。从这些电脑中获取与自动变速器有关的信号，或将自动变速器的工作情况通过电信号传给其它系统的电脑，使其它系统的工作与自动变速器相配合。有的车型的自动变速器与发动机共用一个电脑来控制，简化电路，并减少由于连接线路问所引起的故障。内容（一）换挡控制原理（二）车速控制原理（三）自动模式控制原理（四）锁止离合器控制原理（五）换挡品质控制原理（六）油压控制原理（七）发动机制动控制原理（八）故障自诊断和失效保护（一）换挡控制原理换挡控制即控制自动变速器的换挡时刻，也就是在汽车达到某一车速时，让自动变速器升挡或降挡。电脑控制可以让自动变速器在汽车的任何行驶条件下都按最佳换挡时刻进行换挡，从而使汽车的动力性和经济性等指标达到最佳。汽车自动变速器的操纵手柄或模式开关处于不同位置时，对汽车的使用要求不同，换挡规律也不同，通常电脑将汽车在不同使用要求下的最佳换挡规律以自动换挡图的形式储存在存储器中。自动换挡控制原理框图如图2-137所示。图2-137自动换挡控制方框图自动换挡控制工作原理汽车在行驶时，电脑根据模式开关和操纵手柄的信号从存储器中选出相应的自动换挡图，再将车速传感器、节气门位置传感器测得的车速、节气门开度与所选的自动换挡图进行比较。如在一定节气门开度下行驶的汽车达到设定的换挡车速时，电脑便向换挡电磁阀发出电信号，由电磁阀的动作决定压力油通往各操纵元件的流向，以实现挡位的自动变换。在汽车行驶过程中，ECTECU随时接收的信息包括：挡位开关提供的选挡操纵手柄的位置（“D”、“2”或“L”位）信号，驱动模式选择开关提供的驾驶员选择的换挡规律（“NORM”、“PWR”或“ECON”）信号，节气门位置传感器提供的发动机节气门开度（即发动机负荷）信号，No.1、No.2车速传感器提供的汽车行驶速度信号。除此之外，还要接收发动机ECU和巡航控制ECU输送的解除超速行驶信号。如图2-138所示为换挡时机控制过程框图。图2-138换挡时机的控制过程ECTECU首先根据空挡起动开关提供的选挡操纵手柄在前进挡（“D”、“2”或“L”）的位置信号和驾驶员选择的驱动模式开关信号选择换挡规律；再将节气门位置传感器和车速传感器输入的信号与预先存储在只读存储器（ROM）中的节气门开度和车速数据进行比较，从而确定换挡时间。自动变速器中换挡离合器和制动器的控制油路，使离合器和制动器接合或分离，从而实现自动换挡。当车速和节气门开度达到选定换挡规律的最佳换挡时机时，立即向No.1、No.2电磁阀发出通电或断电指令，控制阀体中的换挡阀动作；换挡阀阀芯移动时，就会接通或关闭行星齿轮变速器中换挡离合器和制动器的控制油路，使离合器和制动器接合或分离，从而实现自动换挡。汽车最佳换挡车速主要取决于汽车行驶时的节气门开度。不同节气门开度下的最佳换挡车速可以用自动换挡图来表示，如图2-139所示。由图可知，节气门开度越小，汽车的升挡车速和降挡车速越低；反之，汽车升挡和降挡车速越高。节气门开度相同时，动力模式的各挡升挡车速及降挡车速都要比经济模式各挡升挡车速及降挡车速高，升挡车速越高，加速动力性能越好；反之，升挡车速低，则燃油经济性就越好。图2-139自动变速器在“D”位时的换挡规律如图2-140所示为操纵手柄在“S”位时换挡规律。此时无超速挡，2挡使用车速达110km/h以上，且2挡升3挡及3挡降2挡与节气门无关，若使用动力模式换挡规律，则只能在1挡工作，没有升挡。图2-140自动变速器在“S”位时的换挡规律（二）车速控制原理电子车速控制系统能自动控制车速，使汽车按选定的速度稳定行驶，无需驾驶员反复调节节气门开度。当然，在必要时也可脱开这种自动方式，转而由驾驶员控制车速。电子车速控制系统由电子控制单元（ECU）和真空执行机构组成，后者包括真空调节器、节气门驱动伺服膜盒、车速控制开关和制动踏板上的真空解除开关等部分，如图2-141所示。正常行驶时，在发动机进气管负压和真空调节器供给定量空气的共同作用下，伺服膜盒内保持一定的真空度，控制汽车按预定速度稳定行驶。当汽车以巡航方式在超速挡行驶时，若实际行驶车速低于标准车速4km/h以上，巡航控制单元将向ECU发出信号，要求自动退出超速挡。这种控制功能还可以防止自动变速器在发动机冷却液温度低于60℃时进入超速挡工作。图2-141电子车速控制系统（三）自动模式控制原理在有模式开关的电子控制自动变速器上，驾驶员可以通过该开关来改变自动变速器的控制模式，目前一些新型的电子控制自动变速器由于采用了新型的电脑，具有很强的运算和控制功能，并具有一定的智能控制能力，因此这种自动变速器可以取消模式开关，由电脑进行自动模式选择控制。电脑通过各个传感器测得汽车行驶状况和驾驶员的操作方式，经过运算分析，自动选择采用经济模式、动力模式或普通模式进行换挡控制，以满足不同的行驶要求。①当操纵手柄位于前进低挡（“S”位或“2”位、“L”位或“1”位）时：电脑只选择动力模式。②在前进挡（“D”位）：当油门踏板被踩下的速率较低时，电脑选择经济模式；当油门踏板被踩下的速率超过控制程序中所设定的速率时，电脑由经济模式转变为动力模式。③在前进挡（“D”位）：电脑选择动力模式时，一旦节气门开度低于12.5%，换挡规律即由动力模式转换为经济模式。（四）锁止离合器控制原理电脑内储存有不同行驶模式下控制锁止离合器工作的程序，根据车速传感器和节气门位置传感器发出的信号，电脑可以控制锁止电磁阀的开和关，从而控制锁止离合器的接合或分离。电脑在以下几种情况下可强制解除锁止：当汽车采取制动或节气门全闭时，为防止发动机熄火好一点，电脑切断通向锁止电磁阀的电路，强行解除锁止。在自动变速器升降挡过程中，电脑暂时解除锁止，以减小换挡冲击。如果发动机冷却液的温度低于60℃，锁止离合器应处于分离状态，加速变速器预热，提高总体驾驶性能。目前许多新型电子控制自动变速器采用脉冲式电磁阀作为锁止电磁阀，电脑在控制锁止离合器接合时，通过改变脉冲电信号的占空比，让锁止电磁阀的开度逐渐增大，以减小锁止离合器接合时产生的冲击，使锁止离合器的接合过程变得柔和。（五）换挡品质控制原理在自动变速器换挡时，电脑发出延迟发动机点火的信号，通过控制发动机转矩保证换挡平顺。另外，电脑还可通过调压电磁阀调节行星齿轮系统执行机构的工作压力，使执行元件柔和地接合，进一步提高换挡品质。（六）油压控制原理电液式控制系统中的主油路油压也是由主油路调压阀调节的。并且主油路油压应随发动机负荷增大而增高，以满足传递大功率时对离合器、制动器等执行元件液压缸工作压力的要求。目前不少新型电控式自动变速器的电液式控制系统已完全取消了由节气门拉索或节气门真空阀控制的节气门阀，而以一个油压电磁阀来产生节气门油压。油压电磁阀是脉冲式电磁阀，电脑根据节气门位置传感器测定的节气门开度，控制发往油压电磁阀的脉冲信号的占空比，以改变油压电磁阀排油孔的开度，使主油路油压随节气门开度而变化。节气门开度越大，脉冲电信号的占空比越小，油压电磁阀的排油孔开度越小，节气门油压也就越大。节气门油压被作为控制油压反馈到主油路调压阀，使主油路调压阀随着节气门开度的变化调节主油路压力的高低，以获得不同发动机负荷下主油路压力的最佳值，并将驱动油泵所需的动力减少到最小。（七）发动机制动控制原理现在一些新型电控式自动变速器的强制离合器或强制制动器（为利用发动机的制动作用而设置的执行元件）的工作也是由电脑通过电磁阀来控制的，电脑按照设定的控制程序，在操纵手柄位置、车速、节气门开度等满足一定条件时，向强制离合器电磁阀或强制制动器电磁阀发出电信号，打开强制离合器或强制制动器的控制油路，使之接合或制动，让自动变速器具有反向传递动力的能力，从而在汽车滑行时可以实现发动机制动。（八）发动机制动控制原理电控自动变速器一般在电脑内设有专门的故障自诊断电路。它在汽车行驶过程中不停地监测自动变速器电子控制装置中所有传感器和部分执行器的工作。一旦发现故障，电脑将故障信息以故障码的形式贮存在电脑的存储器内，只要不拆除汽车蓄电池，被测到的故障码就不会消失。大部分汽车是以超速挡指示灯作为故障警告灯的，若超速挡指示灯亮起后，按动超速挡开关也不能将它熄灭，即说明电子控制装置发现故障。检修人员可用专用仪器，从诊断插座处读出故障码，找到发生故障的部件。故障排除后，必须通过特定的程序清除故障码。车速传感器和电磁阀是ECT电控系统的重要部件。当电磁阀或车速传感器及其电路出现故障时，ECTECU将利用其备用功能，配合选挡操纵手柄和手控阀工作，使汽车继续行驶到维修站进行维修，此功能称为失效保护功能。1．电磁阀电路失效保护的控制当No.1、No.2电磁阀正常时，在汽车行驶过程中，ECTECU通过控制No.1和No.2电磁阀通电或断电，即可控制换挡阀切换换挡元件油路，使变速器从一挡升挡到O/D挡或从O/D挡降挡到一挡。当No.1、No.2电磁阀中的某一只电磁阀电路发生短路或断路故障时，ECTECU仍能继续控制另一只电磁阀通电或断电，使变速器进行部分挡位变换。电磁阀的失效保护功能如下表所示。表2-2ECT换挡电磁阀NO.1、NO.2失效保护功能表2．车速传感器电路失效保护的控制自动变速器中一般采用两个（No.1和No.2）车速传感器，No.1车速传感器为备用传感器。当No.1、No.2车速传感器正常时，ECTECU只利用No.2车速传感器信号控制换挡；当No.2车速传感器或其电路发生故障时，ECTECU将利用No.1车速传感器信号控制换挡；当No.1和No.2车速传感器都发生故障时，ECTECU将无法控制自动换挡，汽车只能在一挡行驶而无其他挡位；ECTECU既不会使O/DOFF指示灯闪亮向驾驶员报警，也不会存储任何故障代码。二、电控系统的控制阀自动变速器电脑除用于控制变速器本身的工作外，还通常与其它系统的电脑相连，如发动机控制系统电脑、巡航控制系统电脑、ABS系统电脑等。从这些电脑中获取与自动变速器有关的信号，或将自动变速器的工作情况通过电信号传给其它系统的电脑，使其它系统的工作与自动变速器相配合。有的车型的自动变速器与发动机共用一个电脑来控制，简化电路，并减少由于连接线路问题所引起的故障。（一）换挡阀电液式控制系统换挡阀的工作完全由换挡电磁阀控制。其控制方式有两种：一种是加压控制，即通过开启或关闭换挡阀控制油路进油孔来控制换挡阀的工作；另一种是泄压控制，即通过开启或关闭换挡阀控制油路的泄油孔来控制换挡阀的工作。加压控制方式的工作原理如图2-142所示。图2-142电液控制系统换挡阀的工作原理▲当电磁阀关闭时，没有油压作用在换挡阀左端，换挡阀在右端弹簧力的作用下移向左端。▲当电磁阀开启时，压力油作用在换挡阀左端，使换挡阀克服弹簧力右移，从而改变油路，实现挡位变换。有4个前进挡的自动变速器通常有3个换挡阀。这3个换挡阀可以分别由3个换挡电磁阀来控制，也可以只用两个电磁阀来控制，并通过3个换挡阀之间油路的互锁作用实现4个挡位的变换。目前大部分电子控制自动变速器采用由两个电磁阀操纵3个换挡阀的控制方式。这种换挡控制的工作原理如图2-143所示，它采用泄压控制的方式。由图中可知，Ⅰ-Ⅱ挡换挡阀和Ⅲ-Ⅳ挡换挡阀由电磁阀A控制，Ⅰ-Ⅲ挡换挡阀则由电磁阀B控制。电磁阀不通电时关闭泄油孔，来自手动阀的主油路压力油通过节流孔后作用在各换挡阀右端，使阀芯克服弹簧力左移，电磁阀通电时泄油孔开启，换挡阀右端压力油被泄空，阀芯在左端弹簧力的作用下右移。说明文字如图中a所示为1挡，此时电磁阀A断电，电磁阀B通电，Ⅰ-Ⅱ挡换挡阀阀芯左移，关闭Ⅱ挡油路；Ⅱ-Ⅲ挡换挡阀阀芯右移，关闭Ⅲ挡油路。同时使主油路油压作用在Ⅲ-Ⅳ挡换挡阀阀芯左端，让Ⅲ-Ⅳ挡换挡阀阀芯停留在右位。a)1挡如图中b所示为Ⅱ挡，此时电磁阀A和电磁阀B同时通电，Ⅰ-Ⅱ挡换挡阀右端油压下降，阀芯右移，打开Ⅱ挡油路。b)2挡如图中c所示为3挡，此时电磁阀A通电，电磁阀B断电，Ⅱ-Ⅲ挡换挡阀右端油压上升，阀芯左移，打开Ⅲ挡油路。同时使主油路压作用在Ⅰ～Ⅱ挡换档阀左端，并让Ⅲ～Ⅳ挡换挡阀阀芯左端控制压力泄空。c)3挡如图中d所示为4挡，此时电磁阀A和电磁阀B均不通电，Ⅲ-Ⅳ挡换挡阀阀芯右端控制压力上升，阀芯左移，关闭直接挡离合器油路，接通超速挡制动器油路。由于Ⅰ～Ⅱ挡换挡阀阀芯左端作用着主油路油压，虽然右端有压力油作用，但阀芯仍保持在右端不能左移。d)4挡（二）锁止离合器控制阀电控式自动变速器的锁止电磁阀采用开关式电磁阀，主油路压力油经节流孔作用在锁止离合器控制阀的右端（如图2-144所示），锁止离合器控制阀的左端作用着弹簧力。接合状态：当车速、节气门开度等因素满足锁止条件时，电脑向锁止电磁阀发出信号，电磁阀排油孔关闭，作用在锁止离合器控制阀右端的控制油压上升，阀芯在右端控制油压的作用下左移，此时锁止离合器活塞右侧的自动变速器油经锁止离合器控制阀泄压，活塞左侧的变矩器油压将活塞压紧在变矩器壳体上，使锁止离合器处于接合状态。图2-144接合状态（开关式电磁阀）分离状态：当车速、节气门开度等因素未达到锁止条件时，锁止电磁阀不通电，电磁阀的排油孔开启，作用在锁止离合器控制阀右端的控制油压下降，使阀芯在弹簧的作用下处于右位，来自变矩器阀的压力油经锁止离合器控制阀同时作用在变矩器内锁止离合器活塞两侧，从而使锁止离合器处于分离状态。另一种是目前用于一些新型的电控式自动变速器上，锁止电磁阀采用脉冲式电磁阀，使电脑可以利用脉冲电信号占空比大小来调节锁止电磁阀的开度，以控制作用在锁止离合器控制阀右端的油压，由此调节锁止离合器控制阀左移时排油孔的开度，从而控制锁止离合器活塞右侧油压的大小（如图2-145所示）。图2-145分离状态（开关式电磁阀）脉冲式电磁阀工作原理：当作用在锁止电磁阀上的脉冲电信号的占空比为0时，电磁阀关闭，没有油压作用在锁止离合器控制阀右端，此时锁止离合器活塞左右两侧的油压相同，锁止离合器处于分离状态；当作用在锁止电磁阀上的脉冲电信号的占空比较小时，电磁阀的开度和作用在锁止离合器控制阀右端的油压以及锁止控制阀左移打开的排油孔开度均较小，锁止离合器活塞左右两侧油压差以及由此而产生的锁止离合器接合力也较小，使锁止离合器处于半接合状态。如图2-146所示。图2-146电控系统锁止离合器控制阀工作原理（脉冲式电磁阀）脉冲信号的占空比例大，锁止离合器左右两侧的油压差以及锁止离合器的接合力也越大。当脉冲电信号的占空比达到一定数值时，锁止离合器即可完全接合。这样，电脑在控制锁止离合器接合时，可以通过电磁阀来调节其接合速度，让接合力逐渐增大，使接合过程更加柔和。有些车型的自动变速器电脑还具有滑动锁止控制程序，也就是在汽车的行驶条件已接近但尚未达到锁止控制程序所要求的条件时，先让锁止离合器处于磨滑状态（即半接合状态），变矩器处于半机械半液力传动工况。