01N自动变速器结构详解与故障诊断.doc
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1、毕 业 论 文论文题目:帕萨特B5 01N型自动变速器结构详解与故障分析系 部: 汽车工程系 专业名称: 汽车电子技术 班 级: 101051 学 号: 31 姓 名: 李子成 指导教师: 化永星 完成时间: 2013 年 5 月 16 日目录一概要 1(一)自动变速器的发展历程 1(二)自动变速器的发展趋势 2二. 01N型自动变速器结构特点及原理介绍 4(一)01N型自动变速器结构特点 4(二)01N型自动变速箱换档杆的结构5(三)01N型自动变速箱液力变矩器 5(四)01N型自动变速箱液压控制系统 7(五)01N型自动变速箱电控单元及传感器 10(六)01N型自动变速箱的执行元件 13三
2、、上海帕萨特B5 01N自动变速器常见故障及排除方法 14(一)自动变速器换档冲击大14(二)自动变速器打滑14(三)自动变速器不能升档 15(四)自动变速器无前进档 16(五)自动变速器无超速档16四、案例分析 17(一)案例一17(二)案例二18结束语 20参考文献21帕萨特B5 01N型自动变速器结构详解与故障分析摘要:01N型自动变速器主要应用在上海大众桑塔纳、帕萨特等轿车上,该变速器机械液压元件结构比较紧凑,帕萨特B5 01 N型4挡自动变速器采用模糊逻辑控制理论,在换挡时自动变速器电子控制单元根据车速和发动机负荷等信号,适时合理地进行自动换挡。本文对自动变速器的发展进行了介绍及将来
3、发展趋势进行介绍,对01N型自动变速器的结构和工作原理以及常见故障进行了深入分析。关键词:01N自动变速箱;结构特点;常见故障;案例分析一、概要(一)自动变速箱的发展历程1、自动变速器的前期早在1904年出现了离合器和制动器等摩擦元件操纵变速的行星齿轮机构,该机构首先应用于英国wilson picher汽车上。1907年福特车上大量使用行星齿轮变速器,它的出现实现了不切断动力进行的“动力换挡”,并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。而液力耦合器的出现为自动操纵的实现提供了可能,1938年至1941年美国General Motois和chrysler公司采用液力耦合器替代离合器,省去了驾驶时的
4、离合器踏板操作。随后出现了液力自动变速器的前身,开始了车速和油门两个参数信号,用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。2、液力自动变速器阶段该阶段以1938年的通用oldsmobile车上的Hydiomantic开始,以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征。这个阶段的液力自动变速器由液力变矩器和行星齿轮变速器组成,控制系统是通过液压系统来实现的,控制信号的产生,主要是通过反应油门开度大小的节气阀和反应车速高低的速控阀实现,其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统,按照设定的换挡规律,控制换挡执行机构的动作,从而实现自动换挡。代表性的产品有:丰田A40系列自动变速器、通用的4T
5、60E、EF、CHPE9等系列产品。但液压系统的控制精确度低,难以适应车辆行驶状况的变化,无法按照使用者的愿望实现精确的换挡品质控制。3、电控自动变速器阶段1969年法国的雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器,与全液压的区别在于自动换挡的控制系统是由电脑来实现的,但当时电子技术不成熟,应用范围较窄,到20世纪80年代末,电子控制逐步实用化,越来越多的自动变速器采用了电子控制。 自动变速器的控制系统包括电控和液控两部分,电控系统由电脑、各种传感器、电磁阀及控制电路等组成,它将控制换挡的参数(如车速和油门开度等)通过传感器转换为电信号输送给电脑,电脑通过处理将换挡的信号作用于换挡电磁阀,
6、而利用液压换挡执行机构实现自动换挡。由于电脑能存储和处理多种换挡规律,在改善换挡品质方面,有明显的优越性,并且与整车的其他控制系统兼容性好,最终可以实现车辆电子控制系统一体化。4、智能自动变速器阶段随着车辆技术和自动变速技术的发展,人们不在满足于简单的功能实现,车辆自动变速技术即将进入智能阶段,控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。德国的宝马公司从1992年起陆续推出用于4档和5档自动变速器的自适应控制系统,能够自动识别驾驶员的类型、环境条件和行驶状况,并对换挡规律作出适当调整。尼桑E4N71B自动变速器,采用模糊推理对高速公路坡道进行识别,采取禁止升档的措施消除循环换挡,三菱新型四档
7、自动变速器,将各种输入信息和驾驶员的换挡通过神经网络建立联系。利用神经网络的学习功能,使得车辆能够按照驾驶员意图自动换挡。 由于对自动变速器良好性能的逐步认识,用户的需求量也越来越大,使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。并且在液力自动变速器的研究、生产、修理等方面都有一定的基础。近年来发展速度较快,如1998年,一汽大众的新捷达王装备了AG4自动变速器,1999年神龙富康推出智能型AL4自动变速器,上海别克装备了4T65-E自动变速器。尤其是上海帕萨特B5还装备了具有模糊控制功能的自动变速器。因此,在国产车上选装自动变速器已成为必然之势。(二)自动变速器的发展趋势作为汽车关键总成之一,变
8、速器技术在汽车诞生的百年历史中在不断地与时俱进。手动变速器由于其传递动力的直接与高效性,加上制作技术的成熟与低成本,现代汽车中装备手动变速器的汽车仍然占有很大比例。但随着人们对汽车舒适性要求越来越高,现代汽车自动变速器装备率越来越高是一个不争的事实,尤其是当自动变速器也逐渐能够兼顾操控性的时候。但,传统自动变速器技术却由于其效率的低下而在等待一场革命,发展趋势紧紧围绕安全、环保、操纵轻便化、换档自动化、智能化、整车电子集成控制一体化等方面展开。1、摩擦传动CVT技术金属带式无级变速箱的传动功率已能达到轿车实用的要求,装备金属带式无级变速箱的轿车已达100多万辆。据报道:大排量6缸的奥迪A6轿车
9、上装备的金属带式无级变速箱MultitronicCVT,能传动142kw功率,280Nm扭矩。这是真正意义的无级变速器。另一种摩擦传动CVT是滚轮转盘式。日产把它装在概念车XVL上,新款公爵车也装用这种CVT。可与3L以上排量的大马力内燃机搭配使用,可谓汽车变速箱发展史上又一重要进步。从V形橡胶带CVT到V型金属带CVT再到滚轮转盘式CVT,摩擦传动CVT的研究已持续了整整一个世纪,尽管摩擦传动无级变速器的发展已经达到很高的水平,也已经装备上汽车达到了实用的水平。但齿轮变速箱依然占据着半壁河山。无级变速是汽车变速箱始终追逐的目标;摩擦传动CVT实现大功率的无级变速传动是极为困难的,摩擦传动CV
10、T传动效率低是必然的,摩擦传动CVT的效率、功率无法与齿轮变速相比。2、齿轮无级变速器技术齿轮无级变速器(Cear ContinuouslyVariableTransmission)这是一种全新的设计思想,是利用齿轮传动实现高效率、大功率的无级变速传动。据了解,一种齿轮无级变速装置(“CCVT )已经试制成功,并已经进行了多次样机试验。齿轮无级变速装置结构相当简单,只有不足20种非标零件,51个零件,生产成本甚至低于手动变速箱。齿轮无级变速器的优势表现为以下几点:传动功率大,200KW的传动功率是很容易达到、传动效率高,90%以上的传动效率是很容易达到的,结构简单,大幅度降低生产成本,相当于自
11、动变速箱的1/10;对汽车而言,提高传动效率,节油20%,发动机在理想状态下工作,燃料燃烧完全,排放干净,极大的减少了对环境的污染。3、集成化技术操纵轻便化、换档自动化、整车电子集成控制一体化是变速器未来发展方向。汽车变速器正朝着换档力不断减小,操纵更加轻便、灵活以及多元化(AT、CVT、双离合器、AMT等)自动换档方向发展,采用的技术包括:优化设计齿形参数和操纵机构;采用新材料和高效、高精度加工方法,减小旋转零件的转动惯量,采用短行程,双锥面、多锥面同步器等。另外,整车电子集成控制一体化,全面优化车辆自动控制系统也是重要的发展方向,即将ECU与EDC、ABS、ASR等有机地集成一体,通过CA
12、N总线技术适时进行数据同步交换、共享,实现全面优化自动控制。 二、01N型自动变速器结构特点及原理介绍01N型自动变速器是德国大众公司自行研发的,它是在VW097基础上改进过来的。主要用于上海大众的桑塔纳、帕萨特发动机横向布置的车型中。01N型自动变速器采用拉维娜式行星齿轮传动结构,该结构简单、安装紧凑、传动效率高等特点。01N型自动变速器采用模糊控制原理,它根据节气门位置和车速来适时的控制升降档,它采用液力传动与机械传动两种形式来传动。(一)01N型自动变速器结构特点 01N型自动变速箱结构紧凑,传动效率高等特点如图1所示。01N型自动变速箱属于拉维娜行星齿轮结构,其主要特点是在一个行星架上
13、安装有相互啮合的两套行星齿轮,长行星轮同时与大太阳轮、短行星轮、内齿圈相啮合,短行星轮与长行星轮和小太阳轮相啮合,而长、短行星轮装在同一个行星架上。前行星齿轮排属于双行星齿轮式行星齿轮机构,而后行星齿轮排属于单行星齿轮式行星齿轮机构,两齿轮排共用齿圈和行星架。01N型自动变速器主要使用6个换挡执行元件进行升降档,其中包括三个离合器、两个制动器、一个单向离合器 。图1 01N变速箱外观图(二)01N型自动变速器换档杆的结构换档杆有P、R、N、D、3、2、1共7个位置,在换档杆旁有带运动型指示灯的ECO/SPORT(经济型/运动型)行驶方式的选择按钮,通过该按钮,驾驶员能够选择经济型和运动型的两种
14、模式。选择经济型模式时ECO指示灯灭,选择运动型模式时SPORT指示灯亮。换低档开关与油门拉索集成在一起,当油门踏板踩到使节气门全开时,该开关动作,控制单元发出指令使向低一档位强制切换。换档杆位于P、R和1档时将被机械锁止,按换档手柄侧面的按键可以解除其锁止。点火开关接通时,换档杆锁止电磁铁将防止锁止的解除,为了从P切换到R以及从N切换到各行驶档时,必须踩下制动踏板,控制单元通过制动灯开关接收到制动踏板动作的信息后,操作电磁铁解除对换档杆的锁止。(三)01N型自动变速箱液力变矩器发动机运转时带动液力变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转,泵轮内的液压油在离心力的作用下,由泵轮叶片外缘冲向涡轮,并沿涡轮
15、叶片流向导轮,再经导轮叶片内缘,形成循环的液流。导轮的作用是改变涡轮上的输出扭矩。由于从涡轮叶片下缘流向导轮的液压油仍有相当大的冲击力,只要将泵轮、涡轮和导轮的叶片设计成一定的形状和角度,就可以利用上述冲击力来提高涡轮的输出扭矩。1、变矩工况。为方便说明,设发动机转速及负荷不变,即变矩器泵轮的转速nB及转矩MB为常数。先说明汽车起步工况,开始时涡轮转速nw为零,如图2所示,工作液在泵轮叶片带动下,以一定的绝对速度沿图中箭头1的方向冲向涡轮叶片。因涡轮静止不动,液流将沿着叶片流出涡轮并冲向导轮,液流方向如图中箭头2所示。然后液流再从固定不动的导轮叶片沿箭头3方向流入泵轮。图2 液力变矩器工作原理
16、图 A泵轮;B涡轮;C导轮;1由泵轮冲向涡轮的液压油方向;2由涡轮冲向导轮的液压油方向;3由导轮流回泵轮的液压油方向;当液体流过叶片时,受到叶片的作用力,其方向发生变化。设泵轮、涡轮、导轮对液流的作用转矩分别为MB、MW、和MD。根据液流受力平衡条件,则MW=MB+MD。显然,此时涡轮转矩MW大于泵轮转矩MB,即液力变矩器起到了变矩的作用。2、耦合工况。当涡轮转速增大到某一数值,由涡轮流出的液流正好沿导轮出口方向冲向导轮时由于液流流经导轮时方向不改变,故导轮转矩MD为零,于是涡轮转矩与泵轮相等,MW=MB。若涡轮转速n继续增大,液流绝对速度v的方向继续向左倾斜,此时导轮转矩方向变为与泵轮转矩方
17、向相反,则涡轮转矩为前两者转矩之差,即Mw=MB-MD,即变矩器输出转矩反而不输入转矩小,当涡轮转速n增大到与泵轮转速nn相等时,工作液的循环流动停止,将不能传递动力。 帕萨特B5采用的是带锁止离合器的液力变矩器,锁止离合器位于液力变矩器涡轮的前端。锁止离合器由锁止活塞、减震盘和涡轮传动板等零件组成。锁止活塞和减震盘用花键连接,可前后移动。减震盘和涡轮传动板通过减震弹簧连接,能衰减锁止离合器接合时的扭转振动。涡轮传动板用铆钉固定在涡轮前端,变矩器壳体的前端面粘有摩擦片。3、锁止离合器的工作原理锁止离合器的接合与分离是由电控单元通过锁止电磁阀进行控制的。当车辆低速行驶时,速比i较小,液力变矩器处
18、于变矩工况。此时,电控单元控制锁止电磁阀断电,ATF经变速器输入轴中心油道进入锁止活塞前部,在油压的作用下,锁止活塞向后移动,锁止离合器分离,如图3所示。图3 锁止离合器工作原理示意图(分离状态)1变矩器壳体 2锁止活塞 3涡轮 4泵轮 5导轮 6变速器输入轴车辆高速行驶时,速比i增大至一定值,液力变矩器转换为耦合工况。此时,电控单元控制锁止电磁阀通电,液压控制系统中流向变矩器的ATF油改变方向,即由导轮轴套上油道流入变矩器内部,锁止活塞前侧的ATF经控制阀油道由泄油口排出,故锁止活塞前后侧油压不等,前侧油压低后侧油压高,锁止活塞在油压差的作用下向前移动,压靠在前盖上,如图4所示。图4 锁止离
19、合器工作原理示意图(接合状态)1变矩器壳体 2锁止活塞 3涡轮 4泵轮 5导轮 6变速器输入轴变矩器中的ATF不再作为传力介质,由液力传动变成机械传动因此减小了变矩器的能量损失,提高了变矩器的传动效率。(四)01N型自动变速箱液压控制系统自动变速器的工作介质是自动变速器油。01N液压控制系统是由ATF油、油泵、阀体、管道和电磁阀等元件组成。液压控制系统将油泵所产生的油压调节成稳定的主油压,关闭相应的油道来实现的自动变速,阀体上各电磁阀操纵自动变速器油的压力或流向,以操纵换挡阀。电磁阀由电脑根据个传感器的信号,从而控制作用在变矩器的锁止离合器、离合器、及制动器上的液压,以控制变矩器和行星齿轮机构
20、的工作。液压控制系统主要由主供油路、控制信号、换档及其品质控制、执行元件、冷却润滑、锁止控制等几部分组成。1、主供油路:主供油路是整个液压控制系统的动力源。它向液压控制系统提供足够的压力和流量的工作介质。而且压力大小可以随发动负荷车速及档位等不同而相应变化。它主要由油泵和各调压阀组成。1)油泵:01N自动变速器的油泵装用内啮合齿轮泵。它具有结构紧凑尺寸小、结构简单、自吸能力强、流量波动小和噪声底等优点。内啮合齿轮泵主要由小齿轮、内齿轮、月牙形隔板、泵壳和泵盖等组成。小齿轮为主动齿轮,内齿轮为被动齿轮,两者均为渐开线齿轮月牙形隔板的作用是将小齿轮和内齿轮之间的工作腔分隔为吸油腔和压油腔,使彼此不
21、通。发动机运转时,变矩器壳体后端的轴套带动小齿轮和内齿轮一起旋转,此时在吸油腔内由于小齿轮和内齿轮不断退出啮合,容积不断增大,以至形成局部真空,将液压油从进油口吸入,而后随着齿轮的旋转,齿间的液压油被带到压油腔。在压油腔中,由于小齿轮和内齿轮不断进入啮合,容积又不断减小,这样就将液压油从出油口压出。2)调压阀:自动变速器的油泵由发动机直接驱动,因此油泵的泵油量和发动机转速是成正。为了保证自动变速器的正常工作,油泵的泵油量应在发动机处于低转速时也能满足自动变速器各部分的需要,并保证油路中有足够高的油压,以防止油压过低,使离合器制动器打滑,影响自动变速器的动力传递,由于发动机最低转速和最高转速之间
22、相差很大,因此当发动机高速运转时,油泵的泵油量将大大超过变速器各部分所需的油压,导致油压过高,增加发动机的负荷,并造成换挡冲击。为此必须在油路中设置一个油压调节装置,在发动机高速运转时让多余的油返回油底壳,使油泵的泵油压力始终稳定在一定范围内,以满足自动变速器各种工况对油压的要求。为了使主油路油压能满足自动变速器不同工况的需要,油压调节装置还应具备下列功能:(1)主油路油压应能随发动机油门开度的增大而升高。当油门开度较大时由于发动机输出功率和自动变速器所传递的扭距都较大,为了防止离合器,制动器等换档执行元件打滑,主油路油压要升高,反之,当油门开度较小时,自动变速器所传递的扭矩也较小,离合器和制
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