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第四章 汽车电子控制自动变速系统,第一节 电子控制自动变速系统的组成第二节 自动变速器的分类第三节 齿轮变速系统的结构原理第四节 液压控制系统的结构原理第五节 电子控制系统的结构原理,下一页,第四章 汽车电子控制自动变速系统,第六节 电子控制自动变速系统的控制过程第七节 自动变速系统故障诊断与排除第八节 自动变速系统控制部件的检修,上一页,第一节 电子控制自动变速系统的组成,电子控制自动变速系统又称为电子控制变速系统ECT，是由变速系统、液压控制系统和电子控制系统三个子系统组成。一、变速系统自动变速器的变速系统是由液力变矩器、换挡执行机构和齿轮变速机构组成。液力变矩器安装在发动机飞轮上，其主要功用是将发动机输出的动力传递给变速器的输入轴。二、液压控制系统液压控制系统由液压传动装置(油泵、自动传动液)、阀体(电磁阀、换挡阀、锁止阀和调压阀等)以及连接这些液压装置的油道组成。,下一页,第一节 电子控制自动变速系统的组成,油泵通常安装在液力变矩器的后面，由发动机飞轮通过液力变矩器壳体直接驱动，其功用：一是为液力变矩器和液压控制系统提供具有一定压力的传动油液；二是为齿轮变速机构和变速器运动部件提供润滑油液。三、电子控制系统自动变速电子控制系统与其他电子控制系统一样，也是由传感器与各种控制开关、电子控制自动变速电控单元ECT ECU和执行器三部分组成。,返回,上一页,第二节 自动变速器的分类,一、按汽车驱动方式分类按驱动方式自动变速器可分为后驱动(即后轮驱动)和前驱动(即前轮驱动)自动变速器。为了便于区分前、后驱动自动变速器，一般将前轮驱动自动变速器称为自动驱动桥。前、后驱动两种变速器在结构和布置上具有较大的区别。二、按前进挡的挡位数目分类按目前使用的齿轮变速器前进挡的数目，自动变速器可分为两挡(2个前进挡)、三挡(3个前进挡)和四挡(4个前进挡)三种，其中配装四挡自动变速器的汽车较多。,下一页,第二节 自动变速器的分类,三、按变速齿轮的类型分类按变速器齿轮变速机构的类型不同，自动变速器可分为固定轴线齿轮机构式和行星齿轮机构式两种。四、按液力变矩器的类型分类按液力变矩器的类型，自动变速器可分为普通液力变矩器式、综合液力变矩器式和锁止液力变矩器式三种。五、按控制方式分类按控制方式不同，自动变速器可分为液压控制式自动变速器和电子控制式自动变速器。,下一页,上一页,第二节 自动变速器的分类,六、自动变速器的优缺点液压控制式自动变速器和电子控制式自动变速器都具有以下优点：(1)驾驶操纵简便。(2)提高整车性能。(3)高速节约燃油。,返回,上一页,第三节 齿轮变速系统的结构原理,自动变速器的变速系统是由液力变矩器、换挡执行机构和齿 轮变速机构组成。在学习电子控制自动变速系统控制过程之前，必须明白液力变矩器、齿轮变速机构、换挡执行机构以及各种控制阀的结构原理。一、锁止式液力变矩器液力变矩器是一种典型的传递转矩的液力传动装置，是自动变速器必不可少的动力传递部件。(一)锁止式液力变矩器的结构特点 锁止离合器为湿式离合器，安装在涡轮与变矩器壳体前盖之间，由主动部件、从动部件和液压控制部件三部分组成。,下一页,第三节 齿轮变速系统的结构原理,(二)锁止式液力变矩器的控制原理锁止式液力变矩器的工作状态由传动液ATF的流向进行控制，如图4-4所示。锁止离合器的控制油道分为内油道A和外油道B。汽车低速行驶时速比较小，变矩器处于变矩工况工作。二、行星齿轮变速机构(一)行星齿轮机构的结构特点行星齿轮机构是指：在齿轮机构中，至少有一个轴线可以绕共同的固定轴线转动的齿轮机构。自动变速器是由多个行星排组成，行星排多少取决于排挡数量。最简单的行星齿轮机构称为单排行星齿轮机构，其结构如图4-5所示。,下一页,上一页,图4-4 锁止式液力变矩器的控制原理,返回,图4-5 单排行星齿轮机构的结构,返回,第三节 齿轮变速系统的结构原理,(二)行星齿轮机构的运动规律众所周知，平行轴式齿轮变速机构传动比的计算公式为：主动轮转速与从动轮转速之比或从动轮齿数与主动轮齿数之比。在行星齿轮机构中，虽然将不是齿轮的行星架虚拟成一个具有明确齿数的齿轮(齿数太阳轮齿数内齿圈齿数)之后，其传动比也可按平行轴式齿轮变速机构传动比的计算公式来计算。由运动规律方程式(4-1)可见，将太阳轮、内齿圈和行星架三者中的任意元件与主动轴相连作为输入主动件，第二元件与被动轴相连作为输出从动件，再将第三元件强制固定使其转速为零或约束其运动使其转速为某一定值，则整个轮系就能以一定的传动比传递动力，实现不同挡位和速度的变化。,下一页,上一页,第三节 齿轮变速系统的结构原理,1内齿圈固定(n20)(1)太阳轮为主动件(输入)，行星架为从动件(输出)减速传动(2)行星架为主动件(输入)，太阳轮为从动件(输出)超速传动。2 太阳轮固定(n10)(1)内齿圈为主动件(输入)，行星架为从动件(输出)减速传动。(2)行星架为主动件(输入)，内齿圈为从动件(输出)超速传动。,下一页,上一页,第三节 齿轮变速系统的结构原理,3 行星架固定(n30)(1)太阳轮为主动件(输入)，内齿圈为从动件(输出)倒挡减速传动。(2)内齿圈为主动件(输入)，太阳轮为从动件(输出)倒挡升速传动。4 联锁任意两个元件(n1n2或n1n3或n2n3)直接挡传动5 所有元件都不受约束空挡综上所述，单排行星齿轮机构的运动规律可归纳为五种(减速、超速、反向、直接、空挡)传动方式和八种工作状态。,下一页,上一页,第三节 齿轮变速系统的结构原理,三、换挡执行机构自动变速器的换挡执行机构由换挡离合器(简称离合器)和换挡制动器(简称制动器)两部分组成。目前采用的离合器有单向离合器与片式离合器两种；制动器有片式制动器和带式制动器两种。(一)换挡离合器 1 片式离合器的结构特点自动变速器采用的片式离合器的零部件组成如图4-10所示，主要由离合器毂、活塞、复位弹簧、离合器片、离合器毂等组成。,下一页,上一页,图4-10 片式离合器零部件组成,返回,第三节 齿轮变速系统的结构原理,2 片式离合器的工作原理片式离合器的工作过程如图4-11所示，输入轴为主动件，驱动齿轮与输入轴制成一体，主动钢片内圆的凸缘安放在驱动齿轮的键槽中，从而实现滑动连接。主动钢片既能随驱动齿轮转动，又能作少量轴向移动。3 安全阀的作用为了保证离合器工作时能够彻底分离，必须满足以下两个条件：(1)当离合器处于分离状态时，主动片与从动片之间必须具有足够的间隙，标准间隙为0.250.38 mm。(2)当液压控制系统的油压解除后，离合器环形油腔内不能残存传动液。,下一页,上一页,图4-11 片式离合器工作原理,返回,第三节 齿轮变速系统的结构原理,(二)换挡制动器换挡制动器是换挡执行机构中的锁止元件，其功用是锁定行星排中的任意一个或两个元件，以便实现变速传动。换挡制动器分为片式制动器和带式制动器两种。1 片式制动器片式制动器的结构原理与片式离合器基本相同，仅零部件的名称有所不同。分别称为制动器毂、制动器片(主动钢片、从动摩擦片)、活塞和复位弹簧等。2 带式制动器的结构原理带式制动器由制动带及其伺服装置(即控制油缸)组成。,下一页,上一页,第三节 齿轮变速系统的结构原理,(1)制动带。制动带是内表面镀有一层摩擦材料的开口式环形钢带。按制动带的变形能力不同，可分为刚性制动带和挠性制动带两种；按制动带的结构不同，可分为单边制动带和双边制动带两种。(2)伺服装置。伺服装置分为直接作用式和间接作用式两种。直接作用式制动器的结构如图4-13所示。间接作用式伺服装置的结构如图4-14所示，与直接作用式制动器的区别在于增设了一套杠杆机构。,下一页,上一页,图4-13 直接作用式带式制动器,返回,图4-14 间接作用式带式制动器,返回,第三节 齿轮变速系统的结构原理,3 带式制动器间隙的调整带式制动器在解除制动后，制动带与制动毂之间应有一定间隙，以便制动毂旋转，否则就会导致制动毂与制动带加速磨损，影响行星齿轮机构正常工作。制动带与制动毂间隙的调整方法有两种：一是通过调节调整螺杆进行调整；二是调节活塞推杆进行调整。四、停车锁止机构目前，大多数自动变速器都是通过锁止输出轴实现驻车(停车)。停车锁止机构的结构如图4-15(a)所示，主要由停车棘爪、停车齿圈和锁止杆等组成。,返回,上一页,图4-15 停车锁止机构,返回,第四节 液压控制系统的结构原理,一、液压传动装置自动变速器液压控制系统的液压传动装置主要包括液压油泵和传动液ATF。1 液压油泵自动变速器液压油泵的功用是：一是向液力变矩器和液压控制系统提供具有一定压力的传动液ATF；二是为齿轮变速机构和变速器运动部件提供润滑油液。自动变速器常用油泵有内啮合齿轮泵、摆线转子泵和变量叶片泵三种，分别简称为齿轮泵、转子泵和叶片泵。三种油泵的共同特点是：主动部件(内转子)通过液力变矩器泵轮轴套上的花键毂由发动机曲轴驱动，从动部件与主动部件之间具有一定的偏心距。,下一页,第四节 液压控制系统的结构原理,2 传动液ATF传动液是自动传动液ATF的简称，具有传递能量、润滑、清洗和冷却等功用，是一种特殊的高级润滑油。自动变速器使用的传动液ATF必须满足以下要求：(1)适当的黏度和良好的黏度稳定性。(2)良好的热氧化稳定性。(3)良好的抗磨性。(4)良好的抗泡性。(5)对橡胶密封材料具有良好的适应性。,下一页,上一页,第四节 液压控制系统的结构原理,二、液压控制装置电子控制式自动变速器液压控制系统的控制装置主要由主副调压阀、节流阀、换挡阀、电磁阀、手控阀、锁止阀以及连接这些液压控制装置的油道组成。液压控制装置安装在阀体中，阀体总成一般都安装在变速器下部或侧面，由上阀体、下阀体、阀体板(阀板)组成。(一)调压阀调压阀的功用就是将主油路油压控制在一定范围内。根据总体结构不同，调压阀可分为球阀式、活塞式和滑阀式三种类型。,下一页,上一页,第四节 液压控制系统的结构原理,调压阀的应用在自动变速器中，一般都设有主调压阀和副调压阀(又称为第二调压阀)两只调压阀。丰田A140E型ECT液压控制系统的主调压阀与副调压阀的结构如图4-24所示。主调压阀功用是：根据节气门开度和选挡操纵手柄的位置，将油泵输入到管路的油压调节到规定数值。副调压阀的功用是：调节供给液力变矩器和各摩擦副的润滑油压，并在发动机停止转动时关闭液力变矩器的油路，保证再次启动时变矩器具有足够的传动液传递动力。,下一页,上一页,图4-24 丰田A140E型ECT调压阀的结构原理,返回,第四节 液压控制系统的结构原理,(二)手控阀控制阀的功用是转换通向各换挡执行元件(离合器、制动器)的油路，以便实现挡位变换。控制阀分为手动控制阀(手控阀)、液压控制阀(液压阀)和电磁控制阀(简称电磁阀)三种类型。1 手控阀的结构原理手控阀是一种由人工手动操纵的换向阀，基本结构如图4-25所示，滑阀(阀芯)通过机械连杆机构或缆索与操纵手柄连接。当操纵手柄处于不同位置时，滑阀随阀杆移动而移动至相应位置，从而接通相应的油路。,下一页,上一页,图4-25 手控阀的结构原理,返回,第四节 液压控制系统的结构原理,2 手控阀的应用 手控阀的功用是根据选挡操纵手柄的位置或选择的操作按钮不同，接通主调压阀与不同挡位之间的油路。手控阀的结构及其控制油路如图4-27所示。当驾驶员操纵选挡操纵手柄时，连杆机构便带动手控阀的阀芯移动，从而接通不同的油路。3 挡位代号的含义实际上，选挡操纵手柄只改变自动变速器阀体总成中手动阀的位置，而变速器所处的挡位是由手动阀和换挡执行元件的工作状态决定，既取决于手动阀的位置，还取决于汽车车速、发动机节气门开度等因素。,下一页,上一页,图4-27 选挡阀结构及其控制油路,返回,第四节 液压控制系统的结构原理,(三)液压阀1 液压阀的结构原理液压阀是一种由液压控制的换向阀，结构原理如图4-28所示，滑阀的一端作用着弹簧预紧力，另一端作用着传动液压力。2 液压阀的应用自动变速器常用的液压阀有节气门阀、节气门油压修正阀、锁止信号阀、锁止继动阀和换挡阀等等。节气门阀的功用是：根据节气门开度大小建立一个控制管路油压(主油路油压)的节气门油压，使主调压阀调节的管路油压随节气门开度增大而升高或随节气门开度减小而降低，用以满足发动机负荷变化时换挡元件工作和零部件润滑对主油路油压的要求。,下一页,上一页,图4-28 液压控制阀的结构原理,返回,第四节 液压控制系统的结构原理,节气门油压修正阀的功用是：将作用于主调压阀的节气门油压转换成随节气门开度变化而成。非线性变换的油压。其目的是在节气门开度较大时，使主调压阀调节的管路油压的增长幅度减小，以满足实际传递发动机动力的需要，防止主油路油压过高而导致换挡产生冲击现象。锁止信号阀的功用是：控制二挡制动器B2至锁止继动阀之间液压油路的接通与关闭。锁止信号阀受控于锁止电磁阀(No.3电磁阀)，No.3电磁阀又受控于ECT ECU。锁止继动阀的功用是：根据锁止信号阀的锁定信号，通过改变传送到液力变矩器的传动液的流向，使液力变矩器内部的锁止离合器接合与分离。锁止继动阀受控于锁止信号阀。换挡阀的功用是：控制换挡元件(离合器、制动器)油路的接通与关闭。,下一页,上一页,第四节 液压控制系统的结构原理,(四)电磁阀电磁阀是一种用电磁力控制其阀门打开或关闭的机电一体阀。电磁阀既是电子控制系统的执行元件，也是液压控制系统的始控元件。电磁阀一般安装在变速器阀体内部，有的安装在阀体外面，结构如图4-32所示，由电磁铁机构、阀芯和复位弹簧组成。当电磁线圈断电时，阀芯在弹簧弹力作用下将阀门关闭，油路切断。,返回,上一页,图4-32 电磁阀的结构原理,返回,第五节 电子控制系统的结构原理,各型自动变速器电子控制系统都是由传感器与控制开关、电控单元ECT ECU和执行器三部分组成，丰田佳美、赛利卡轿车装备的A140E型自动变速器电子控制系统组成框图如图4-33所示。一、电子控制系统的功能自动变速器电子控制系统的主要功能如下：(1)自动控制换挡功能(2)失效保护功能(3)故障自诊断功能,下一页,图4-33 丰田A140E型ECT电子控制系统组成框图,返回,第五节 电子控制系统的结构原理,二、控制部件的结构原理(一)节气门位置传感器TPS在电子控制自动变速系统中，节气门位置传感器的功用是：将发动机负荷(对应于节气门开启角度)转换为电压信号输入ECT ECU，作为确定变速器换挡时机(换挡点)和变矩器锁止时机的主要信号之一。(二)车速传感器VSS 电子控制自动变系统配装有主车速传感器(No.2车速传感器)和辅助车速传感器(No.1车速传感器)，以便实现失效保护控制。,下一页,上一页,第五节 电子控制系统的结构原理,(三)换挡规律(驱动模式)选择开关换挡规律(或驱动模式)选择开关安装在组合仪表盘或选挡操纵手柄上，如图4-34所示，以便驾驶员根据行驶条件选择不同的换挡规律。1 普通型(NORM)换挡规律普通型换挡规律是指动力性和燃油经济性介于经济型与动力型之间的换挡规律，曲线如图4-35所示。普通型换挡规律适用于一般驾驶条件下选用，以便兼顾汽车的动力性和经济性。,下一页,上一页,图4-34 换挡规律(驱动模式)选择开关,返回,图4-35 普通型NORM换挡规律曲线,返回,第五节 电子控制系统的结构原理,2 动力型PWR换挡规律动力型换挡规律是指汽车获得最大动力为目的的换挡规律，曲线如图4-36所示。动力型换挡规律适用于坡道和山区驾驶，能够通过改变变速器换挡时机和变矩器锁止时机，充分利用液力变矩器增加转矩的功能来提高汽车的动力性。3 经济型ECON换挡规律经济型换挡规律是指汽车获得最佳燃油经济性为目的的换挡规律，曲线如图4-37所示。因为经济型换挡规律是以提高燃油经济性为目的，汽车基本上都是以经济车速行驶，所以特别适用于道路条件良好的城市和高速公路行驶时选用。,下一页,上一页,图4-36 动力型PWR换挡规律曲线,返回,图4-37 经济型ECON换挡规律曲线,返回,第五节 电子控制系统的结构原理,(四)超速(O/D)开关超速(Over-Drive)开关通常称为O/D开关，其功用是控制自动变速器能否升到超速挡(即O/D挡)行驶。O/D开关一般都为按钮式开关，设在选挡操纵手柄上。(五)空挡启动开关NSW空挡启动开关NSW(Neutral Start Switch)是一个由选挡操纵手柄控制的多位多功能开关，结构与电路如图4-39所示。,下一页,上一页,图4-39 空挡启动开关及其电路连接,返回,第五节 电子控制系统的结构原理,(六)制动灯开关制动灯开关安装在制动踏板下面的支架上。当驾驶员踩下制动踏板时，制动灯开关接通，制动灯发亮，并从制动灯开关信号输入端子STP(或BK)向ECT ECU输入一个高电平(电源电压)信号。(七)驻车制动灯开关驻车制动灯开关又称为停车制动灯开关，受驻车制动手柄控制。(八)执行机构在电子控制变速系统工作过程中，电磁阀接受电子控制单元ECT ECU的控制指令后，再控制液压控制系统各执行器完成自动换挡和变矩器锁止任务。,返回,上一页,第六节 电子控制自动变速系统的控制过程,一、控制电路自动变速器型号不同，其控制电路也不相同，丰田佳美轿车选装的A140E型ECT电控系统控制电路如图4-40所示。二、控制过程 自动变速系统在ECT ECU的控制下，当选挡操纵手柄处于P或N位置时，启动继电器线圈电路才能接通，发动机才能被启动。当选挡操纵手柄处于D、L、2、R位置时，启动继电器线圈不能接通，发动机不能启动。(一)换挡时机的控制过程换挡时机是指变速器自动切换挡位(即速比)的时机，又称为换挡点。换挡时机的控制过程如图4-41所示。,下一页,图4-40 丰田CAMRY轿车A140E型ECT控制电路,返回,图4-41 ECT换挡时机的控制过程,返回,第六节 电子控制自动变速系统的控制过程,1 锁止时机的控制过程锁止时机控制就是何时锁止液力变矩器，将发动机动力直接传递到变速器，从而提高传动效率，并改善燃油经济性。液力变矩器锁止时机的控制过程如图4-42所示 2 解除锁止状态的控制过程在行星齿轮变速器升挡或降挡时，ECT ECU将发出暂时解除变矩器锁止状态指令，使换挡离合器或制动器接合柔和，防止或减轻换挡冲击。当自动变速器升挡或降挡以及在其他条件下需要解除液力变矩器锁止状态时，ECT ECU将向电磁阀No.3发出断电指令，并通过锁止信号阀和锁止继动阀切换锁止离合器油路，使液力变矩器解除锁止状态。,下一页,上一页,图4-42 ECT变矩器锁止时机的控制,返回,第六节 电子控制自动变速系统的控制过程,3 解除液力变矩器锁止状态的条件（1）当制动灯开关接通时。(2)当节气门位置传感器TPS怠速触点闭合表示节气门完全关闭时。(3)当巡航控制ECU向ECT ECU发出解除锁止信号时。(4)当发动机冷却液温度低于60 时。,下一页,上一页,第六节 电子控制自动变速系统的控制过程,(三)失效保护控制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，ECT ECU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 电磁阀及其电路失效保护控制2 车速传感器电路失效保护控制,返回,上一页,第七节 自动变速系统故障诊断与排除,一、自动变速系统故障自诊断测试(一)读取故障代码丰田汽车自动变速控制系统既可用故障测试仪检测，也可用人工方法进行诊断测试。1 检查O/D OFF指示灯 2 读取故障代码 3 清除故障代码,下一页,第七节 自动变速系统故障诊断与排除,二、自动变速系统的初步检查1 检查怠速转速 2 检查传动液ATF油位 3 检查调整节气门拉索位置4 检查空挡启动开关三、利用自动变速系统的故障征兆表排除故障故障征兆表又称为故障诊断表，利用故障诊断表能够比较容易的排除故障。当变速器发生故障时，如在上述检查测试中仍未发现异常或根据检查测试结果很难判定故障部位，则为疑难故障。,返回,上一页,第八节 自动变速系统控制部件的检修,一、车速传感器的检修1 No.2车速传感器的检修丰田汽车电控自动变速系统采用了No.1、No.2两只车速传感器。No.1传感器有舌簧开关式、磁感应式和霍尔效应式三种。磁感应式车速传感器的检修方法如图4-47所示。(1)检测断路和短路故障。(2)检测搭铁故障。(3)检查传感器功能。,下一页,图4-47 No.2车速传感器的检查(磁感应式传感器),返回,第八节 自动变速系统控制部件的检修,二、电磁阀的检修1 No.1、No.2电磁阀的检修(1)检测No.1、No.2电磁阀断路和短路故障。(2)检查No.1、No.2电磁阀的功能。(3)检查No.1、No.2电磁阀的密封性能。2 No.3、No.4电磁阀的检修(1)检测No.3、No.4电磁阀断路和短路故障。(2)检查No.3、No.4电磁阀的功能。,返回,上一页,
