第九章 自动变速器 第一节 自动变速器概述 一、 自动变速器迅速发展的原因 长期以来具有自动变速器的轿车，一直被视为高级和豪华的标志，通常只有发动机排量3L以上的轿车才配置自动变速器。而且人们形成了一种概念：装备自动变速器的轿车具有许多优点，但售价昂贵、燃油经济性较差、结构复杂。维修保养困难，较难在普及型轿车上推广。大家始终把自动变速器认为是一种技术难度大，但又很奢侈的汽车部件总成。20世纪80年代中期，自动变速器在国外得以迅速发展，普及率愈来愈高，除了大排量发动机继续装备自动变速器之外，发动机排量在ZL以下的轿车也大量装备自动变速器，而且不少车型都把它作为标准配置推出。自动变速器在我国一直是处于十分落后状态，除了70年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了自动变速器之后，将近二十多年来，国产轿车从未出现过自动变速器总成。自从20世纪80年代以来，国外大量的现代轿车进人我国市场，特别在一些国际化大都市，装备有自动变速器的进口轿车的保有量迅速增长。 1998年上海通用汽车公司率先在国产的别克新世纪轿车上推出了4T65E自动变速器，紧接着长春一汽大众在捷达王轿车上也推出了自动变速器，广州本田雅阁轿车、东风神龙富康轿车、东风风神轿车以及上海大众最新推出的帕萨特轿车都配置了自动变速器，其中东风神龙富康轿车和长春一汽大众刚推出的捷达都市阳光型轿车都是配置l．6L排量的电喷发动机，是国产轿车配置自动变速器中，发动机排量最小的车型。另外长春一汽大众最新推出奥迪A6，该车配置了手、自动混合控制的变速器，代表了较新的自动变速器控制技术。在仅仅2年多的时间里，在国产轿车上自动变速器的普及率发展如此之快，是始料不及的。为什么在近十年的时间里，配置自动变速器的轿车发展如此之快？究其原因，可归纳为以下几点。 ①自动变速器可消除职业和非职业驾驶员操作技能上的差异。随着轿车的大量普及，老人和妇女涉及该商品的使用领域，由于体能和操作技能上的差异，往往给这些人的使用带来许多障碍，甚至萌发许多交通安全事故。追求商品的操作简便，往“傻瓜”型的操作方式发展，是普及商品的重要途径。自动变速器能根据实际路况条件自动选择最合适的档位行驶，减少技能和体能上差异所造成的影响。 ②电子控制技术的快速发展，促使自动变速器燃油经济性明显改善。自动变速器燃油经济性较差的问题，一直制约自动变速器在普及型轿车上的广泛应用，关键是变矩器“软连接”弓I起的高速状态时的滑转，传动效率很低。80年代后期，由于电子控制技术的快速发展，电子元件的成本大幅度降低和可靠性大幅度提高，为电控自动变速器的发展创造了良好条件，变矩器‘软连接”引起的一系列问题也随之解决。如今很难比较手动和自动变速器的油耗究竟是谁高。 ③减轻驾驶员操作时的劳动强度，提高行驶安全性。随着轿车的普及，公路的高速化，酿成交通事故的机会也在增大。社会的激烈竞争，造成人们的思想高度紧张，极易产生身体的疲劳，人们需要追求一种放松的作业环境，摆脱劳累和放松情绪。自动变速器由于简化操作，具有自适应的控制功能，因此可将注意力集中于对外界情况的观察，提高了行驶安全性。 ④自动变速器可以降低发动机排放的污染。发动机变工况的使用，是造成发动机排放指标差的重要原因之一。在手动变速器的汽车上，通过稳定发动机转速而频繁变更变速器档位是很难实现的。但在自动变速器的汽车上，可把发动机转速稳定在低污染和低油耗的区域，通过变速器档位的自动变换来适应外界的路况变化。 尽管自动变速器的汽车具有许多优点，但是仍有一部分年轻人不喜欢使用自动变速器的朋，主要是起步加速不如手动变速器汽车来得快。由于结构上的原因，拥有自动变速器的汽只能1档起步，而且加速需要时间，不如手动变速器汽车操作随心所欲。 二、 液力变矩器自动变速器的种类 1．按汽车的驱动方式分 1）前置前驱动自动变速器（FF型或FWD型） 这种变速器仅使用在前轮驱动的轿车上,通常发动机呈横向布置。由于这类变速器兼有驱动桥的功能，在变速器内部除了具有变速机构外，还装备了主减速器和差速器（这两个总成一般装备在驱动桥上），因此这种变速器又称变速驱动桥（Transaxle）。这种变速器是一个输入口，两根输出轴。其中变矩器和发动机曲轴在同一中心线上，而变速机构可以布置在同一中心线上，图7．l所示就是这类变速器。它也可以布置在另一条和它平行的中心线上，通过传动链把变矩器输出轴和变速机构输人轴连接起来。由于发动机横置可以使主减速器采用圆柱斜齿轮传动，避免使用螺旋伞齿轮，因此可以简化调整，共用一种润滑油。但是德国大众的前轮驱动轿车，则比较多的采用发动机纵置的布置。 2）前置后驱动自动变速器（FR型或RWD型） 这种变速器仅使用在后轮驱动的轿车上，通常发动机呈纵向布置。 这类变速器内部仅有变速机构，主减速器和差速器均装备在后驱动桥上。这种变速器具有一个输人口，一根输出轴，发动机曲轴中心线和变矩器、变速机构三者均在同一中心线上，变速器的外形呈细长状，如图7．2所示。 3）四轮驱动自动变速器（4WD型） 四轮驱动的轿车目前在国外是一种时尚，主要用于探险、越野和休闲旅游，这种轿车保有量正在逐步扩大。该变速器具有三根输出轴，除了前轮驱动两根输出轴外，还附加后桥传动的输出轴，在变速器内部含有一个主减速器，两个差速器，一个是前轮的轮间差速器，另一个是前、后轴间差速器，其结构更为复杂。 2．按控制方式分 自动变速器控制档位变化的原理和传统手动变速器换档的规律相同。传统手动变速器换档的规律：驾驶员一是听发动机声音（发动机负荷）的大小，二是观察汽车车速，当发动机声音很大，同时又无法加速时，则驾驶员往往把档位由高档拨向低档。结果发动机声音降低，车速也提高了。目前自动变速器换档也同样遵循这样的规律，即根据换档的两个最主要的信g——发动机负荷（节气门开度）和汽车车速进行换档，称为双参数换档控制方法。根据两个信号的采集和控制方式的差别，有以下三种控制方法。 1）液压控制 在液控的自动变速器中，采集发动机负荷大小的是节气门开度阀或真空压力调节器，通过这两个装置把发动机负荷大小转换成相应的油压，并且把该油压作用于换档阀的一端，采集汽车车速大小的是调速阀，通过该装置把汽车车速高低转换成相应的油压，并且把该油压作用于换档阀的另一端，换档阀两端的油压比较大小，决定换档阀的位置状态，从而决定变速器的升降档，20世纪80年代中期前生产的自动变速器绝大多数都属于液控式的自动变速器。其信号采集和控制方式都采用机械和液压的方法。 2）电子控制 20世纪 80年代后期由于汽车电子控制技术的发展，特别是电喷发动机的广泛使用，出现了计算机的控制技术，电子传感器的大量使用，不少的工况信息相互间可以共享。在电控自动变速器中，换档的最主要信号仍然是发动机负荷和汽车车速两个信号,但是反映发动机负荷大小是节气门位置传感器或进气歧管绝对动传感器，这两个传感器都借用自电控友动机，反映汽车车速的是车速传感器。电子传感器把采集的发动机负荷和车速信号转换成电压和电流传送给电脑，电脑接受信息后，与存储在内部的程序加以比较，并给执行换档的电磁阀发出通、断点的指令，实现升降档位的变化。在电控的自动变速器中，信号的采集应用了电子传感器，而控制方法依靠电脑（ECU） 3）半电子控制 在自动变速器中具有逻辑控制的装置，不仅仅是档位变化的控制装置，在其他一些压力调节器中同样涉及逻辑控制的问题。例如自动变速器要求液压系统主回路压力能够随着发动机的负荷增大而随之增大。在有些自动变速器中，换档控制已实现了电子化，而压力调节器的控制方法仍采用机械或液控的方法，这种电子与机械混合的控制方法称为半电子控制。目前大量的自动变速器采用这种控制方法，例如通用汽车公司生产的4T60E属于半电子控制，他的档控制实现电子化，而主回路压力调节则采用真3．按机械变速器的传动方式分 1）行星齿轮机构传动（共轴式传动） 这种传动方式在自动变速器中占主导地位，具有结构紧凑、传递平稳等众多优点，绝大多数自动变速器都采用这种传动方式。有关行星齿轮机构传动原理方法在后面章节中有详细介绍，因此不再赘述。 2）平行轴齿轮机构传动 在手动变速器中广泛采用这种传动方式。它的优点是结构简单，维修保养方便。这种变速器的换档的方法和手动变速器一样，由人力拨动啮合套变换成多片离合器自动接合或释放。目前采用这种传动方式的唯独日本本田公司。广州本田雅阁轿车配置的就是这一种自动变速器，如图7．3所示。它的换档信号仍然是发动机负荷和汽车车速。 通过以上的简单介绍，可以看出液力变矩器式的自动变速器主要由下列总成部件组成： ①液力变矩器； ②机械变速器和变速的执行元件； ③机械操纵及联动机构； ④液压控制和执行元件； ⑤电子控制装置、电子传感器和执行元件。 空压力调制器。通用汽车公司最新推出的4T65E则是全电子控制的。 第二节偶合器和变矩器 偶合器和变矩器的结构特征 一、偶合器 液力偶合的原理可以用两个风扇来说明，如图8．l所示。通电转动的风扇带动空气流动， 冲击在对置的静止（不通电）的风扇的叶片上。空气流动的能量推动了对置的风扇叶片，因此能量从一个风扇传递到另一个风扇上了。尽管这种偶合的效率很低，但事实告诉人们，两个相互间没有刚性连接的叶轮，同样可以进行能量的传递。它是一种“软连接”能量传递方式。为了提高两叶轮间传递效率，人们就把两叶轮安装在一个密闭的容器中，让两叶轮对置的间隙尽可能减少，并在其中充满液压油，其中一个叶轮由发动机曲轴直接驱动，称之为泵轮，而另一个被动的叶轮则作为输出，称之力涡轮，如图8．2所示。 这种仅有两个叶轮，只能进行扭矩传递的偶合装置称为偶合器。虽然偶合器只能传递扭矩，但“软连接”给汽车带来多方面的好处。 ①在没有附加其他机械操纵装置的情况下，能够通过它平稳地切断和接通发动机和驱动轮之间的动力传递，能够很好地适应汽车平稳起步的要求。 ②“软连接”可以通过液体为介质，吸收传动系统的冲击和振动，延长零部件的寿命和减少噪声。 基于上述优点，至今在有些越野车和特种车辆上还广泛采用偶合器。在保留偶合器优点的基础上，又诞生了液力变矩器，它不仅能够传递扭矩，而且还能增大扭矩。 二、变矩器 液力变矩器的三个基本部件是泵轮、涡轮和导轮（如图8．3所示）。变矩器壳体用螺栓与发动机飞轮连接在一起。壳体又和泵轮焊接在一起。因此，壳体与泵轮随发动机转动，作为发动机的动力输人。泵轮的叶片冲焊在壳体上。当泵轮转动时，在离心力的作用下，液体被从中央甩到泵轮的边缘。 液力偶合的下一步连接是涡轮。液体从泵轮外缘甩出，撞击到涡轮的外边缘。涡轮和泵轮相似，在其内部有叶片。液体撞击涡轮叶片边缘，冲击力使涡轮转动。机械变速器的输人轴用花键与涡轮相连，当涡轮和输人轴旋转时，动力输入到机械变速器。 液力偶合允许汽车在运行时制动。当车轮制动器锁止驱动轴时，变速器内部旋转的部件以及输入轴和涡轮也同时被锁止。然而，液力偶合和直接的机械连接（手动的离合器）不同，发动机飞轮和变矩器壳体及泵轮依旧在旋转。这时在偶合的泵轮和涡轮之间的油液上，建立了一个“剪切”的动作，使变矩器油温迅速上升。过热会对变矩器和自动变速器造成损害，这也就是前面提到的，为什么在十字路口长时间等待红灯或者堵车情况下，建议把预选杆置于“N”档位的原因，尽量减少出现变矩器的“制动转矩”。变矩器新增了一个导轮，它介于泵轮和涡轮之间，导轮通过中间的单向离合器内花键和固定轴相连，固定轴与变速器壳体连接，它允许导轮在一个方向自由旋转，而在另一个旋转方向则锁止。增加导轮的目的，是为了使变矩器在某些工况下具有增大扭矩的功能。导轮的叶片通常由铝合金浇铸而成，其叶片呈斜面。 三、变矩器输出扭矩增大原理 前面提到的液力偶合器，只有两个叶轮是不能够实现增大扭矩功能的。导轮的引人使发动机扭矩的增大成为可能。这样，液力偶合器就成了变矩器。 图8．4所示为在变矩器中三个叶轮间液体的流动关系。当液体离开泵轮冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡轮的液体从中间流出，撞击导轮叶片的正面（此时单向离合器锁止），液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射，具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器的输出扭矩提高两倍甚至更多。但是必须注意，变矩器扭矩增大值并不是一个恒定值，扭矩增大值和汽车的车速有关。当汽车处于起步状态，变矩器具有最大的扭矩增大值，通常可达1．8－2．5倍，随着车速的提高，扭矩增大值逐渐下降，当涡轮和泵轮转速之比达到0．8－0．85左右时（即所谓的偶合点），变矩器的扭矩增大值就变成一倍，当车速继续增大时，仍维持这个数值。一旦变矩器出现输人和输出扭矩相同的情况，实际上变矩器就变成了偶合器。图8．5所示显示了变矩器的特性曲线。从中可以看到，变矩器的运行具有双重特征，在偶合点之前（即低速时），变矩器具有扭矩增大功能，而达到偶合点后，不再具有扭矩增大功能，变成了偶合器。变矩器的扭矩输出特性，能够适应汽车使用要求，当汽车起步时，驱动轮需要较大的扭矩，而高速行驶时仅需要较小扭矩。 四、变矩器中的导轮设置单向离合器的原因 前面已提到汽车处在低速时，变矩器中来自涡轮的液体冲击在导轮的正面，使变矩器的输出扭矩得以增大，但随着车速逐渐提高，来自涡轮的液体逐渐偏离作用在导轮叶片正面的方向，变矩器的输出扭矩也随之下降，当涡轮和泵轮转速之比达到偶合点时，涡轮喷射的液体作用到导轮的背面，一旦出现这种情况，经导轮折射的液体返回给泵轮，反而成了泵轮旋转的阻力，将会出现输出扭矩低于输人扭矩的状况，这违背了变矩器具有扭矩增大的初衷。作用在导轮叶片正面的液体，随着涡轮转速提高逐渐转向叶片背面，是液力变矩器固有的特征，它是由变矩器结构所决定的。为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩小于输人扭矩的现象，在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。当在低速时，作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定，产生增大扭矩的效果。当在高速时，作用在导轮叶片的扭矩不能增大。图8．6所示反映了单向离合器和导轮之间的装配关系。 变矩器导轮的单向离合器在使用过程中，作用在导轮背面的液体通过单向离合器的超越（释放），使导轮自由旋转，此时变矩器实际上变成了偶合器，它只能传递力矩。单向离合器是比较容易损坏的部件，但变矩器又是不可拆卸的总成，因此只能根据故障的现象来判断，如果单向离合器失效表现为在两个方向都能自由旋转，则反映出汽车低速时加速性能减弱；如果失效表现为两个方向都锁止，则反映出汽车高速时动力不足。自动变速器的失速试验，也可以反映变矩器的单向离合器的失效状况。 五、变矩器锁止离合器（TCC） 偶合器和变矩器都属于“软连接”机构，它们具有许多优点。但是这种连接装置也存在明显缺点，高速状态时，泵轮和涡轮之间会产生较大的滑转现象，传动效率大幅度下降，特别反映在偶合点之后，图8．5显示的效率曲线说明了这种情况。长期以来，配置自动变速器的轿车油耗高的主要症结就在于此。 锁止离合器的作用： 当汽车行驶阻力小时 　　发动机转速较高，此时不需要增扭，锁止离合器将变矩器的泵轮和涡轮锁住，可以提高传动效率，能节油5%左右。 　在汽车行驶阻力大时 　　发动机转速降低，此时锁止离合器分离，实现增扭。 变矩器锁止离合器的主要功能是：在汽车低速时，利用变矩器低速扭矩增大的特性，提高汽车起步和坏路的加速性；在高速时，变矩器锁止离合器作用，使液力偶合（“软连接”）让位于直接的机械传动（“硬连接”），提高传动效率，降低燃油消耗。 变矩器的锁止离合器有一个压盘，当通上压力油时，发动机和变速器就成为刚性连接。低速时，扭矩需要增大，因此液力偶合起作用。然而，当车速到达变矩器不能实现增大扭矩时（通常大于时速 50 km／h左右），锁止离合器作用，液力偶合作用失效。 图8．7为变矩器锁止离合器的结构图，在变矩器壳体和涡轮之间的压盘用花键与涡轮轮我连接，并允许压盘在涡轮轮载上轴向运动。环状的摩擦材料粘在压盘前端面上，处于锁上状态时，压力油作用在压盘的背面，通过摩擦材料和壳体端部接触，由此建立了发动机和变速器的刚性连接。处于刚性连接时，为了吸收传动系的振动和冲击，在压盘总成上设置了多个扭振弹簧和窗口，敷设阻尼材料，压盘和壳体接合过程中，会产生很大的冲击力和振动，通过扭振弹簧的变形加以吸收，在这种状态下，压盘总成上的主、被动盘之间将会产生较大转角的变化。当解除锁止时，来自控制阀的压力油进人压盘的正面，推动压盘移动，解除摩擦材料和壳体接触，同时该压力油从活塞外缘和壳体内圆的缝隙中进人叶轮的腔内，此时变矩器恢复了液力偶合状态。变矩器两种状态的实现，是通过改变进人变矩器液体的流动方向完成的（如图8．8所示）。必须指出，作用在压盘正面和背面的油压，是两种差别很大的油压，前者是低压（释放）而后者则为高压（锁止）。目前，国外现代轿车上都配置了这种结构的变矩器，包括上海通用公司生产的别克新世纪、广州本田公司生产的本田雅阁等国产轿车的变矩器都采用这种结构。别克新世纪还配置另一种粘液式的锁止离合器．它以硅油作为介质，操作方式和L述相同，它的优点是压盘和壳体接触时显得更柔和、平稳。它取消了压盘上的扭振弹簧，代替它的是硅油离合器，但存在少量的滑转现象。 刚性连接使传递扭矩的效率得以提高，它消除了液力偶合所产生的一部分滑转，而成为直接的机械连接。另外，刚性连接不会像液力偶合那样使变矩器油温快速上升。为了防止变矩器在液力偶合过程中的温升，采取以下两种措施。 ①变矩器内部的液体必须体外循环流动。 ②变矩器液体在体外循环回路中，必须设置油冷却器装置。图8．9所示说明了它们之间的装配关系，从变速器壳体上引出两根管子，其中一根管子内的液体来自变矩器，和散热器上的油冷却器一端相连，油冷却器另一端则通过另一根管子连接到壳体上，然后重返油底壳或者作为润滑用油。 为了保证变矩器充满液体，并具备一定的压力，通常在体外循环回路设置了单向阎。如果体外循环回路出现单向间堵塞故障，将会使变矩器油温迅速上升，严重影响正常使用，因此定期清洗体外循环回路中的污垢十分必要。  8．5 变矩器锁止离合器的作用条件 早期的液控自动变速器的变矩器也配置锁止离合器，但它是一种简单离心式的锁止离合器，离合器组件的内孔花键和涡轮轴相连，离合器组件的外边缘有若干离合器蹄铁，每块蹄铁表面都有摩擦材料的衬片，随着涡轮转速和离心力的增大，离合器蹄铁向外甩动并与变矩器壳体的内圆表面接触。这样，来自发动机的一部分动力通过外壳一摩擦蹄铁一离合器组件传递给涡轮轴，当涡轮转速很高时，离合器完全锁止，液力偶合不起作用，成了直接的机械传动。早期离心式的锁止离合器传递了一个信息，即锁止离合器应该在汽车高速状态起到锁止作用。涡轮转速愈高，锁止效果愈好。上述液力控制式锁止离合器的出现，可以彻底解决离心式离合器存在的锁止效果完全依赖涡轮转速的问题。同时还要解决在车轮制动器作用时，发动机扭矩会骤然增大，将会引起压盘摩擦材料和壳体内端面严重打滑的现象。频繁发生打滑，严重影响锁止离合器的使用寿命，油温上升，磨粒的增加也会影响自动变速器液压油的使用。因此，当车轮制动器作用时，处于锁止状态的离合器必须迅速释放。 锁止离合器还需解决和发动机水温相关的问题，原本锁止离合器和发动机水温并没有直接联系，但在前面部分已提到两个问题：首先变矩器内的液体需要体外循环，并且要经过设置在散热器上的油冷却器，液体的热量很大部分靠散热器中循环水带走，变矩器中的油温直接和发动机水温相关联；第二，当变矩器锁止离合器作用时，液力偶合作用失效，叶轮间的介质“剪切”不存在，油温迅速下降，从而引起发动机水温下降，过低的水温会影响发动机的正常使用，因此锁止离合器作用前，控制发动机的水温是必要的。 变矩器锁止离合器上述的作用条件，只有在电控自动变速器上，通过电子传感器的控制方式才能够实现。尽管锁止离合器的作用条件，在各种轿车上有所不同，但下列的几点基本上；都在执行： ①汽车处在高速（50 km／h）或者位于 3档以上的档位； ②汽车的车轮制动器处于非作用状态； ③发动机的水温不低于规定值，通常为50－600C； ④发动机的节气门开度不处于怠速状态，位置传感器必须有最小的电压输出。 变矩器内部设置了锁止离合器后，在扩大了功能的同时，故障率也相应增加，提高了维修费用。变矩器是不可拆装的总成，通常采用总成更换的方法也必须予以改进。目前在国外已开展对变矩器维修采用切割焊缝一维修保养一重新焊接一动平衡的维修方法，这样可以降低用户的维修费用。 第三节 行星齿轮变速机构 一、 简单的行星齿轮机构的特点 １、 行星齿轮机构机构传动的基本原理 自动变速器的变速机构建立在齿轮传动原理基础上，它包括齿轮和轴以及为变速器提供各种传动比的变速执行元件多片离合器。制动箍带和伺服油缸、单向离合器等部件。行星齿轮机构在绝大多数的自动变速器中被广泛使用，但日本本田公司的变速机构采用平行轴斜齿轮布置。 变速机构可以提供不同的传动比，在整个驱动范围内，为汽车的动力性和经济性的提高创造了条件。齿轮传动的变速器的传动比都是有级的，传动比可以由驾驶员手动选择或由液压控制系统通过变速执行元件的作用和释放自动选择。 简单（单排）的行星齿轮机构是变速机构的基础，通常自动变速器的变速机构都由两排或三排以上行星齿轮机构组成。简单行星齿轮机构包括一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈，其中行星齿轮由行星架的固定轴支承，允许行星轮在支承轴上转动。行星齿轮和相邻的太阳轮、齿圈总是处于常啮合状态，通常都采用斜齿轮以提高工作的平稳性（如图9．l所示）。 图9．2表示了简单行星齿轮机构，位于行星齿轮机构中心的是太阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了可以绕行星架支承轴旋转外，在有些工况下，还会在行星架的带动下，围绕太阳轮的中心轴线旋转，这就像地球的自转和绕着太阳的公转一样，当出现这种情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动方式。在整个行星齿轮机构中，如行星轮的自转存在，而行星架则固定不动，这种方式类似平行轴式的传动称为定轴传动。齿圈是内齿轮，它和行星轮常啮合，是内齿和外齿轮啮合，两者间旋转方向相。行星齿轮的个数取决于变速器的设计负荷，通常有三个或四个，个数愈多承担负荷愈大。 简单的行星齿轮机构通常称为三构件机构，三个构件分别指太阳轮、行星架和齿圈。这三构件如果要确定相互间的运动关系，一般情况下首先需要固定其中的一个构件，然后确定谁是主动件，并确定主动件的转速和旋转方向，结果被动件的转速、旋转方向就（确定了。下面分别讨论三种情况。 ①见图9．3（a），齿圈固定，太阳轮为主动件且顺时针转动，而行星架则为被动件。太阳轮顺时针转动，则行星轮应为逆时针转动，但由于齿圈固定，因此行星轮要逆时针转动只有行星架同时实现顺时针转动方可实现，结果行星轮不仅存在逆时针自转，并且在行星架的带动下，绕太阳轮中心轴线顺时针公转。在这种状态下，就出现了行星齿轮机构作用的传动方式，而且被动件行星架的旋转方向与主动件同方向。在这里，太阳轮是主动件而且是小齿轮，被动件行星架没有具体齿数的传动关系，因此定义行星架的当量齿数等于太阳轮和齿圈齿数之和。这样，太阳轮带动行星架转动仍属于小齿轮带动最大的齿轮，是一种减速运动且有最大的传动比。 ②见图9．3（b），太阳轮固定，行星架为主动件且顺时针转动，齿圈为被动件。当行星架顺时转动时，势必造成行星轮的顺时针转动，结果行星轮带动齿圈顺时针转动。在这里，主动件行星架的旋转方向和被动件齿圈相同。由于行星架是一个当量齿数最大齿轮，因此被动的齿圈以增速的方式输出，两者间传动比小于1。 ③见图9．3（C），行星架固定，太阳轮为主动件且顺时针转动，而齿圈则作为被动件。由于行星架被固定，则机构就属于定轴传动，太阳轮顺时针转动，行星轮则逆时针转动，而行星轮又带齿圈同方向转动，结果齿圈的旋转方向和太阳轮相反。在定轴传动中，行星轮起了过渡轮的作用，改变了被动件齿圈的旋向。 下面讨论齿圈的输出是增速或减速的问题。从结构图上已经可以看到，太阳轮的齿数小于齿圈的齿数，属于小齿轮带动大齿轮的传动关系，因此齿圈显然是减速状态，即两者间的传的比大于l。注意，由于行星轮是过渡轮，传动比的大小与行星轮的齿数多少无关。 ２、行星齿轮机构基本特征 通过以上三种传动关系的分析，可以把简单行星齿轮机构的运动特征归纳成下列几点。①两个外齿轮相互啮合时，其转动方向相反。 ②一个外齿轮与一个内齿轮相啮合时，其转动方向相同。 ③小齿轮驱动大齿轮时，输出扭矩增大而输出转速降低。 ④大齿轮驱动小齿轮时，输出扭矩减小而输出转速提高。 ⑤若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。 ⑥若行量架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。 ⑦在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最多．而齿圈齿数则介于中间。（注：行星架的当量齿数=太阳轮齿数十齿圈齿数。） ⑧若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向旋转，则第三元件的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接档。（这是一个十分重要的特征，尽管上述的例子没有涉及。） 表9．1列出简单行星齿轮机构的三元件经组合后六种不同的运动状况。若假设太阳轮20齿，齿圈40齿，则行星架当量齿数为60齿。 以上叙述的简单行星齿轮机构运动关系是属于经常遇到的，在确定三者关系时，首先把其中一件固定，然后确定另外两者的主、被动关系。实际上简单行星齿轮机构还有一个很重要的特征，允许同时两件作为主动件输入，而被动件照样有唯一的输出，这是行星齿轮机构的一个十分重要的特征，而且在自动变速器上被广泛采用，在下面的章节中会叙述。 二、行星齿轮机构变速执行元件 通过前面行星齿轮机构的工作原理介绍，可以知道行星齿轮机构若要实现传动比的例或者输出轴旋转方向的变化，通常采用的措施是改变主、被动件的关系，另一个措施是改变B定的元件，通过不同的组合方式可获得不同的传动比和旋转方向。在表9.1中清楚反映列种关系。使传动比和旋转方向产生变化的元件称为变速执行元件，它们分别是多片离合器、制动箍带和伺服油缸、单向离合器。其中前两种需要液压控制，而单向离合器是机械结构，固定旋转件再仅仅取决于旋转五向。 １、制动箍带和伺服油缸 行星齿轮机构中的三大构件，都允许自由旋转，但为了要实现某一档位的变换，需要把其中的一件加以固定，承担该任务的就是制动箍带和伺服油缸，两者是配套使用的，有时又称两者为制动器。图9．4所示反映了该装置的工作原理。 制动带是一种围绕在制动鼓外面可收拢的制动组件。每个制动鼓与行星齿轮机构的某一元件连成整体，锁止制动鼓就是固定行星齿轮机构的一个构件。制动带是衬有半金属或有机摩擦材料的简单挠性金属带。当伺服油缸给制动带作用力时，制动带箍紧制动鼓，行星齿轮机构某一构件的旋转也随之被固定。伺服油缸是制动带的施力装置，当液压作用在伺服活塞上时使活塞压缩回位弹簧而移动，并通过机械的联动装置作用在制动带上。为了释放制动带，作用在伺服活塞上的液压油通过控制阀改变液体的流动方向，和回油相通，伺服活塞在回位弹簧力的作用下回到初始位置，制动带释放。 制动带的收拢作用力方向，可以设计成和制动鼓同一旋转方向，也可以设置成相反。假若作用力方向和制动鼓旋转同一方向，则制动鼓的旋转使制动带锁正力增大，好比车轮制动器中的“领蹄”，而使伺服油缸作用油压减小。假若作用力和旋转方向相反，就好比是“从蹄”，锁止力减弱，则伺服油缸的作用力需要增大。 现代轿车自动变速器采用单层式和双层式两种类型的制动带．见图9．5。表面展开是一完整带状形金属板材的制动带，称为单层制动带，目前大多采用这种结构。表面被分割成几个环圈，并且用搭切口使各环圈联动的制动带称为双层制动带，由于双层制动带更易变形，更易贴近制动鼓形状，使制动鼓锁止过程平稳柔和，因此在同样作用力下，可提供更大的锁紧力矩。通用公司的4T60E和4T65E自动变速器就采用双层制动带。 由于制动带和制动鼓在锁止过程中总存在滑转，因此相互间的磨损是难免的。大多数早期自动变速器的制动带都需要通过调整螺栓定期地调整间隙。两者的间隙要适当，如果间隙调整过小，即使制动带无作用力时，也会出现严重的拖滞现象，过量滑转会引起制动带和鼓的表面烧蚀。近期的自动变速器的制动带不需要调整，等到间隙过大后，更换其中一。二个零件以恢复原有的间隙。 伺服油缸是产生制动带作用力的装置，油缸作用面积愈大，作用油压愈高，所产生作用力愈大。图9．4反映的是一种广泛采用的伺服油缸，油缸中仅有一个活塞，而且油压仅作用在活塞的一侧，称为单向作用伺服油缸。图9．6所示是另一种伺服油缸，虽然活塞仅有一个，但活塞两侧都可作用油压，而且活塞左侧的作用面积小于右侧，这是一种差动油缸，又称为双向作用伺服油缸。当左边作用口进入油压时，此时右边释放口和回油通道相连，左侧油压推动活塞和推杆右移，结果使制动带收紧。当右边释放口进入油压，而左边作用口的油压仍保持，由于活塞两侧存在面积差，结果活塞又重新左移，恢复初始位置，使制动带释放。这种伺服油缸的应用在以后的章节中会介绍。图9．7所示是一种称为复合式活塞的伺服油缸，通常有两个活塞，其活塞的作用面积有三个，都存在面积差值，而且有两个作用口，一个释放口。首先压力油进入活塞面积最小的作用口，使活塞推杆推出，制动带收紧。当压力油进入释放口时，第一作用口压力仍保持，由于释放口中的活塞作用面积大于第一作用口的活塞面积，推杆收回，制动带释放。当压力油进入第二作用口时，第一作用口和释放口中的压力仍保持，由于第二作用口中活塞的作用面积，叠加上已作用的第一作用口活塞面积，远大于释放口的活塞作用面积，因此推杆再次伸出并使制动带收紧。这种复合式活塞的伺服油缸在日本马自达公司的自动变速器上采用 ２、 多片离合器 多片离合器的功能之一是进行动力切换，变速器的输入动力来自变矩器涡轮轴，为了实现档位状态的变化，必须要把输入动力接通到行星齿轮机构的某一主动件上，比如把动力接通到太阳轮，但在另一档位又必须把同一输入动力接通至行星架。架通输入动力和机构中某一构件的桥梁就是多片离合器，通过多片离合器，既可以把传动路线导通，也可将其断开。 多片离合器的功能之二是固定行星齿轮机构的某一构件。在这种情况又把它称为制动器。在日本丰田公司制造的自动变速器中，其行星齿轮机构的变速执行元件中没有制动带，取而代之的是多片离合器。把多片离合器的一端和机构中的某一构件连接，而另外一端则和变速器壳体连接。 图9．8示意的是多片离合器组件，它包括一些带有摩擦材料的盘片和一些钢制盘片，摩擦片和钢片交替地安装在离合器鼓内。摩擦片的工作面上有粗糙的摩擦材料，而钢片表面则光滑，没有摩擦材料。油压通过离合器鼓内的活塞作用，把摩擦片和钢片紧压在一起，使离合器处于结合状态。如果油压被消除，则回位弹簧使活塞回位，而使离合器处于分离状态。通常两组片子中摩擦片的内缘有内花键，而钢片的外缘则有外花键，钢片的外花键和主动的离合器鼓的内花键相配合，摩擦片的内花键则和从动轴的外花键相配合，当离合器接合时，主动件通过多片离合器把动力传递给被动件。当油压作用在活塞上时每一组片子的正压力都是相等的，片子数愈多、油压愈高，离合器可传递负荷的能力也愈大。 多片离合器还包括一个或多个回位弹簧、回位弹簧座、油封、一个或多个压盘和挡圈。对多片离合器分离状态时的摩擦片和钢片的间隙，各种不同型号的自动变速器的标准不尽相同，通常在1.8-2.2mm之间，由于在接合过程中存在片间滑磨，间隙变大也在情理之中，当间隙超过设定的极限间隙后，换档过程的时间将会延长，严重时将会引起发动机“飞车”或“掉速”现象，产生换档冲击。过量的片间滑转，会引起钢片表面的高温烧蚀现象，烧蚀后的钢片会引起变形和表面硬度退化，既加速磨损又影响力矩的传递能力。钢片烧蚀一般是由于负载过大，活塞作用油压不足以把钢片和摩擦片压紧（锁止）而引起的。 当多片离合器分离时，停止向活塞供给油压，并将其排泄。活塞在回位弹簧的作用下返回初始位置，使主、从动片让出间隙，从而使其分离。当处于分离状态时，为了解除活塞上的残留油压，在离合器上设置一个离心式单向阀，通过离心力把单向问打开，使部分残留油压迅速地从这里泄出，防止片间的拖滞现象发生。当活塞作用油压时，单向问自行关闭，建立压力使多片离合器接合（如图9．9所示） 离合器的活塞回位弹簧通常有三种：中央一个大螺旋弹簧；周边布置几个小螺旋弹簧；一个蝶形弹簧。其中周置数个小螺旋弹簧的结构为最多。设置回位弹簧的目的是让活塞回位，但并非弹簧力愈大愈好，因为在活塞作用油压时，其中一部分作用力要抵消在弹簧预紧力上，弹簧回位力愈大，活塞作用油压要抵消的力也愈大，其结果使离合器片间的正压力减弱，影响力矩传递能力。这就是为什么经常在一些弹簧座上缺少几个弹簧的原因。出厂时活塞回位弹簧力已进行测试，使弹簧力既可保证活塞彻底回位，同时又避免弹簧回位力过大。 ３、单向和超越式离合器 自动变速器中单向离合器是一种固定装置，它的功能和制动带相似。制动带能够在两个方向都能锁止制动鼓旋转，而单向离合器只能在广个方向锁止，而在另一方向则能自由转动。单向离合器的内外圈中有一件是直接和壳体固定的，而另外一件则和行星齿轮机构的某一构件连接。在自动变速器中常用的单向离合器有两种不同的型式：滚柱式和凸块式，见图9．10。 滚柱式单向离合器利用弹簧把滚柱固定在离合器内外座圈之间适当位置。外座圈的内表面有若干个凸轮状缺口，滚柱在弹簧力作用下，使其介于内座圈和缺口表面之间，当某一座圈固定，而另一座圈以一定方向转动时，滚柱楔紧在缺口滚道的狭窄端，则旋转座圈也锁止。当该座圈朝相反方向旋转时，滚柱朝缺口滚道较宽端运动，滚柱和缺口滚道无楔紧趋势，该座圈能自由转动。凸块式单向离合器包括内外座圈和介于座圈间的8字形的金属凸块。当其中一个座圈固定，而另一座圈往某一方向旋转时，其结果使8字形凸块竖起，楔紧内外座圈表面，则旋转座圈锁止。当该座圈以相反方向旋转，使凸块倒下，没有楔紧内外座表面的趋势，那么该座圈可以自由转动。 超越式离合器尽管结构型式和单向离合器完全相同，但它的作用方式有较大区别，超越式离合器的内外圈分别和运动的部件相连，它的所谓“锁止”或“超越”不仅取决于内外圈的旋转方向，而且取决于内外圈的相对速度。超越式离合器一般安装位置是介于输入动力和行星齿轮机构某j构件之间，其功能类似于多片离合器，但多片离合器的接合与释放借助于活塞上的作用油压，而超越式离合器是纯机械控制，图9.11所示是超越式离合器在内外座圈不同速度下离合器的锁止和超越状态。当内座圈转速大于外座圈时，则离合器超越，即内外座圈各自按原有转速旋转，相互间无干扰。当内座圈转速小于外座圈时，则离合器锁止。注意上述判定条件都是图示的结构所决定的。假若8字凸块倒向另外一方向（即把离合器水平旋转180”），上述的结果正好都相反。  三、 典型复合式行星齿轮机构 上面介绍了简单的行星齿轮机构，实际上自动变速器中的行星齿轮机构是由两排或三排以上的简单的行星齿轮机构组成的，可组成具有适当传动比的变速器，通常具有三个前进档或四个前进档及一个倒档。尽管目前自动变速器品种、规格很多，但是其中的复合式的行星齿轮机构基本都采用一些典型化的机构，归纳起来下列三种复合式的行星齿轮机构的使用比较普遍： ①拉维奈行星齿轮机构； ②辛普森行星齿轮机构； ③串联式行星齿轮机构。 下面分别介绍这三种复合式的行星齿轮机构。 １、 拉维奈行星齿轮机构 1）.结构 图9．12显示拉维奈行星齿轮机构的结构图，它由双排的行居齿轮机构组成．具有大、小两个太阳轮、三个长行星轮和三个短行星轮并共用同一行星架，仅有一个齿圈并和输出轴连接。拉维奈行星齿轮机构可以组成三个前进档及一个倒档。它的前排是一个简单行星齿轮机构，而后排则是一个双行星轮的齿轮机构。 2）．各执行元件的功能 图9．13显示拉维东行星齿轮机构和变速执行元件之间的关系。该机构的变速执行元件有五件，前多片离合器C1，后多片离合器C2，前制动带B1，后制动带B2，单向离合器F1。当多片离合器、制动带和单向离合器起作用时具有以下效果。 ①前多片离合器C1作用肥来自输入轴（涡轮轴）的输入动力接到后排主太阳轮。 ②后多片离合器C2作用，把来自涡轮轴的输入动力接到前排第2太阳轮。 ③前制动带B1作用，固定第2太阳轮不动，结果第2行星轮围绕第2太阳轮外缘转动，行星齿轮机构作用。 ④后制动带B2作用，固定行星架不动，结果行星轮仅作为过渡轮，它绕自己轴线转动。 ⑤单向离合器F1作用，固定行星架不动，使单向离合器在逆时针转动时有自行锁止的功能。它具有后制动带作用时的同样功能。 3）．动力流分析 为了进一步理解拉维奈行星齿轮机构各档传动比是如何实现的，驱动力和动力流是如何通过各种齿轮部件的，下面进行各档位的动力流分析。表9．2列出变速执行元件状态和档位间的关系，拉维奈行星齿轮机构变速器执行元件工作规律。 1）l档 操作预选杆手柄位于D位置，C1多片离合器作用，主太阳轮3是驱动件。F1单向离合器作用并将行星架固定。机构动力流：主太阳轮传到主行星轮，再传到第2行星轮，然后到齿圈，最后传给输出轴。 在这里，两个长短行星轮仅起过渡轮的作用，为了改变输入动力的旋转方向，对机构的速比没有影响。因为多了一个过渡的行星轮，则发动机和输出轴同一旋转方向。l档速比仅取决于齿圈和主太阳轮齿数之比。 当主太阳轮顺时针方向转动时，第2行星轮最终带动齿圈也朝顺时针方向转动，此时，齿圈给行星架的反作用的力矩，使行星架产生逆时针转动的趋势，由于f1单向离合器逆时针转动锁止，则使行星架固定。 当汽车处于滑行状态时，由驱动轮逆向输入的动力带动齿圈顺时针高速旋转，通过第2行星轮对行星架产生顺时针转动的作用力矩，与此同时主太阳轮仍有来自发动机的怠速动力带动使其顺时针低速旋转，但最终使行星架脱离单向离合器的锁止，顺时针自由空转。这就是1档的汽车滑行。当驱动轮的转速低于某一值时，行星架又重新被FI单向离合器锁止，汽车滑行状态结束，又重新恢复驱动状态。 为了在1档传动比状态下能够实现发动机制动，可将预选杆置于低档（L或1）位置，此时若处在1档，则C1多片离合器和B2后制动带同时作用，并将行星架固定。这种情况下的动力流和预选杆置于D位是完全相同的，但汽车在下坡时，驱动轮可以通过行星齿轮机构反向带动发动机，利用发动机怠速运转阻力实现发动机制动。 2）2档 C1多片离合器和F1前制动带同时作用，主太阳轮仍然是驱动件，第2太阳轮被后制动带固定。动力流从主太阳轮传到主行星轮，然后传到第2行星轮，由于第2太阳轮被固定，第2行星轮只能在行星架的顺时针转动的基础上实现顺时针自转，最后带动齿圈旋转，齿圈带动输出轴转动，其转动方向和发动机方向一致。输出轴是减速运动。 这时2档的输出轴转速比1档转速高，这是因为齿圈的转动同时由第2行星轮自转和行星架公转共同带动。2档传动比的计算比1档复杂，它涉及前后两排行星机构的齿轮齿数，2档的传动比仍大于1。输出轴依旧是减速运动。 这种拉维奈行星齿轮机构，处在2档传动比状态时，驱动轮逆向传入的动力，始终和发动机相连，因此只能实现发动机制动，而不存在汽车滑行，不管预选杆置于D或2位置。 3）3档 C1多片离合器和C2多片离合器同时作用，主太阳轮和第2太阳轮同时作为驱动件带动第2行星轮转动。此时第2行星轮不可能产生两种不同方向的旋转，整个机构锁止，相互间合成一整体，因此就出现了直接档，传动比1：1。前面曾提到，行星齿轮机构任意两元件同速同方向，则就产生直接档。在这里就是主太阳轮和第2太阳轮同速同方向，产生直接档的效果。 4）倒档 C2多片离合器和B2后制动带同时作用，第2太阳轮作为驱动件，行星架被后制动带固定。动力流从涡轮输出轴经CZ多片离合器传给第2太阳轮作顺时针转动，并带动第2行星轮逆时针转动，由于行星架固定不动，第2行星轮只能自转并带动齿圈逆时针转动。输出轴的转动方向与发动机相反，提供倒档。倒档传动比是齿圈和第2太阳轮齿数之比，传动比大于l。输出轴是一种减速运动。 上面介绍的拉维奈行星齿轮机构是一种原型，它仅有三个前进档，而且只有1档存在汽车滑行。目前的自动变速器以四个前进档居多，在拉维奈机构的原型上通过再增加一排行星齿轮机构或增加变速执行元件，实现四个前进档，并且使2档也存在汽车滑行和发动机制动两种状态。 目前采用拉维奈行星齿轮机构的有韩国 Hyundai（现代）A4AF、A4BF（同 Chrysle克莱斯勒KM175、KM176）、日本马自达 FA4A－EL和 GF4A－EL、德国大众096和097型等自动变速器。 9．3．2辛普森三档行星齿轮机构 这是一种十分著名的行星齿轮机构，以设计发明者H．W．Simpson工程师命名的机构，从20世纪4O年代至今广泛采用于世界各国的汽车自动变速器中，它的特点是由两个完全相同的齿轮参数的行星排组成，见图9．14。整个机构具有相同齿圈，六个相同的行星轮和一个供两个行星排合用的加长太阳轮（故又称共同太阳轮行星齿轮机构），它的前行星架和后齿圈为同一构件，并且和输出轴连接。该机构可组成三个前进档和一个倒档。 1．各执行元件的功能 辛普森行星齿轮机构设置了五个变速执行元件：C1前多片离合器,C2后多片离合器、B1微动带,B2后制动带、F1 单向离合器。五个变速执行元件的作用效果如下（见图9．15）。 ①当C1前多片离合器作用时，把来自涡轮输出轴的动力接通至太阳轮。 ②当C2后多片离合作用时，把来自涡轮输出轴的动力接通至前排赤圈。 ③当B1前制动带作用时，固定太阳轮。 ④当B2后制动带作用时，固定后行星架。 ⑤当F1单向离合器作用时，固定后行星架。 在辛普森机构中的B1和B2实际上是一种制动器，在某些变速器中该制动器采用制动带，而在有些变速器中则采用多片离合器作为制动器，例如日本丰田的自动变速器。 表9.3反映了辛普森行星齿轮机构变速器变速执行元件的工作规律。 2．动力流分析 下面进行辛普森机构各档位的动力流分析。 l）l档 把预选杆置于D位置，C2后多片离合器作用把输入动力传给前齿圈，F1单向离合器作用，使后行星架固定不动。辛普森1档的动力流分析比较困难，因为在该档位前后行星排可通过两个构件相互间连接。其输入动力经C2后多片离合器传给前齿圈，使其顺时针旋转。前齿圈又带动前行星轮顺时针转动，由于前行星轮既可带动前行星架顺时针转动（输出轴的转动），又可带动太阳轮边时针转动，因此前齿圈的转速通过前行星轮被分解成两条传动路线，其中前星行架和太阳轮的转动方向比较明确，但前行星架和太阳轮转速如何分配呢？由于后排行星架被FI单向离合器固定，因此后排行星齿轮机构具有确定传动比，且是减速机构，另外后排行星齿轮机构通过后齿圈输出，它的输出转速和转动方向应该和前行星架保持一致，因为前行星架和后齿圈为同一构件。根据这两个条件，就可以确定前行星架和太阳轮之间的转速分配，显然太阳轮的转速比前行星架快得多。 太阳轮逆时针的旋转带动后行星轮顺时针转动，行星轮再带动后齿圈顺时针转动，由于后齿圈顺时针转动时，会给后行星架施加一个逆时针的力矩，通过F1单向离合器将后行星架固定。后排行星齿轮机构的传动比是后齿圈和太阳轮齿数之比，但辛普森机构1档传动比要大得多，计算也更复杂且有确定的传动比。 辛普森机构的1档具有汽车滑行功能，当驱动轮的转速超过了发动机的转速之后，来自驱动轮的逆向动力通过后齿圈和前行星架输入机构，使后行星架顺时针旋转，脱离F1单向离合器锁止，实现了汽车滑行。当驱动轮转速低于发动机时，单向离合器重新锁止，变速器恢复驱动状态。 若要在1档实现发动机制动，则需要把预选杆置于L或1位置，此时后行星架被B2后制动带固定，驱动轮逆向传入的动力通过变速器将发动机转速提高，从而消耗动力使驱动轮转速迅速下降，实现发动机制动。 2）2档 C2后多片离合器和B1前制动带同时作用。此时涡轮输出轴经C2后多片离合器和前齿圈连接，同时太阳轮组件被B2后制动带固定。 其动力经输入轴传给前齿圈，使之作顺时针旋转，由于太阳轮被固定，因此前行星轮在前齿圈带动下，既有自转，又随行星架公转，行星轮和行星架都是顺时针转动，行星架最后带动输出轴顺时针旋转。2档传动比取决于行星架当量齿数和前齿圈齿数之比，它是一种传动比大于1的减速运动。2档的传动比仅仅和前排行星齿轮机构有关。 另外当输出轴转动时，同时会带动后齿圈顺时针转动，后太阳轮已被固定，此时后行星轮和后行星架都顺时针空转F1 单向离合器处于释放状态。 在上述的辛普森机构的2档工作状态下（预选杆置于D位），来自驱动轮的逆向传入变速器的动力，可以直接传至发动机，实现发动机制动。 3）3档 C1前多片离合器和C2后多片离合器同时作用。C1前多片离合器的接合把动力传至太阳轮，C2后多片离合器的接合把动力传至前齿圈。根据上述行星齿轮机构特征：任意两元件同速同方向旋转即为直接档，则机构锁成一整体。在3档状态，前齿圈和太阳轮均有相同旋转方向和速度。从另外角度分析，当来自C2后多片离合器的动力传至前齿圈，再由前齿圈带动太阳轮逆时针转动，而来自C1前多片离合器的动力直接传给太阳轮，使之顺时针转动，因此同一个太阳轮不可能出现两个转动方向，只能相互间锁止成一整体。当机构整体顺时针转动时，n单向离合器和后行星架处于释放状态。3档是直接档，它的传动比是1：1。 在3档状态下，只存在发动机制动的功能，而不存在汽车滑行的作用。 4）倒档 C1前多片离合器和B2后制动带同时作用。C1前多片离合器的接合把动力传给太阳轮，B2后制动带的作用使后行星架固定。此时动力经输R入轴传给了太阳轮并使其顺时针转动，因后行星架已被固定，后行星轮成了过渡轮，因此后行星轮是逆时针转动，井使后齿圈也逆时针转动，最终后齿圈带动输出轴逆时针旋转。倒档传动比等于后齿圈齿数和太阳轮齿数之比，是传动比大于1的减速运动。从上述可知，倒档的传动比仅仅和后排行星齿轮机构相关。 另外，当输出轴逆时针转动时，使前行星架同时也逆时针转动，此时前排太阳轮是顺时针转动，这两个构件的不同方向的旋转，使前齿圈产生逆时针方向的空转。 9．3．3 辛普森式四档行星齿轮机构 早期的轿车自动变速器大多采用三档行星齿轮变速器，其最高档3档是传动比为1的直接档。20世纪80年代后，随着发达国家对汽车燃油经济性的要求日趋严格，越来越多的轿车自动变速器采用了四档行星齿轮变速器。其最高档4档是传动比小于1的超速档。这种自动变速器的优点是除了能降低汽车燃油消耗外，还可以使发动机经常处于较低转速的运转工况，以减小运转噪声，延长发动机的使用寿命。 辛普森式四档行星齿轮变速器是在辛普森式三档变速器的基础上发展起来的，它有两N类型：一种是在辛普森式三档变速器原有的双排行星齿轮机构的基础上再增加一个单排行星齿轮机构，用三个行星排组成四个前进档的行垦齿轮变速器；另一种是对辛普森式双排行星齿轮机构进行改进，通过改变前后行星排各基本元件的组合方式和增加换档执行元件，使之成为带有超速档的四档行星齿轮变速器。下面介绍其中的一种，三个行星排辛普森式四档行星齿轮变速器的结构与工作原理。 这种四档变速器是在不改变原辛普森式三档行星齿轮变速器的主要结构和大部分零部件的情况下，另外再增加一个单排行星齿轮机构和相应的换档执行元件来产生超速档。这个单排行星齿轮机构称为超速行星排，它装在行星齿轮变速器的前端，如图9．16所示。其行星架是主动件，与变速器输入轴连接；齿圈则作为被动件，与后面的双排辛普森行星齿轮机构连接。超速行星排的工作由直接多片离合器CO和超速制动器BO来控制，直接多片离合器CO用于将超速行星排的太阳轮和行星架连接，超速排的制动器BO用于固定超速行星排的太阳轮。根据行星齿轮变速器的变速原理，当制动器BO放松、直接多片离合器CO接合时，超速行星排处于直接传动状态，其传动比为1。当超速制动器BO制动、直接离合器CO放松时，超速行星排处于增速传动状态，其传动比小于1。 当行星齿轮变速器处于1档、2档、3档或倒档时，超速行星排中的超速制动器BO放松，直接多片离合器CO接合，使超速行星排处于传动比为1的直接传动状态，而后半部分的双排行星齿轮机构各换档执行元件的工作和原辛普森式三档行星齿轮变速器在1档、2档、3档及倒档的工作完全相同。来自变矩器的发动机动力经超速行星排直接传给后半部的双排行星齿轮机构，此时行星齿轮变速器的传动比完全由后半部的双排行星齿轮机构及相应的换档执行元件来控制。当行星齿轮变速器处于超速档时，后半部的双排行星齿轮机构保持在3档的工作状态，其传动比为二；而在超速行星排中，由于超速制动器BO产生制动，直接多片离合器CO放松，使超速行星排处于增速传动状态，其传动比小于1（该传动比即为该行星齿轮变速器在超速档时的传动比）。 由于直接多片离会器CO在自动变速器处于超速档之外的任一档位（包括停车档、空档和倒档）都处于接合状态，因此当发动机刚起动而油泵尚未建立起正常的油压时，直接离合器CO就已处于半接合状态，这样容易使其摩擦片因打滑而加剧磨损。为了防止出现这种情况，在与直接离会器CO并列的位置上布置了一个直接单向超越离合器FO，使超速行星排的行星架能在逆时针方向上对太阳轮产生锁止作用。在发动机刚起动并带动自动变速器输入轴转动时，它就让超速行星排的太阳轮和行星架锁止为一个整体，防止直接离合器CO的摩擦片在半接合状态下打滑。直接单向超越离合器FO的另一个作用是改善由3档升至超速档的换档平顺性。在3档升至超速档换档过程中，为了防止超速制动器BO和直接离合器CO同时接合，造成超速行星排各基本元件之间的运动干涉，必须在直接多片离合器CO完全释放后再让超速制动器BO接合。这样，有可能因直接多片离合器CO释放后，超速制动器BO来不及接合，使行星齿轮变速器出现打滑现象。直接单向超越离合器FO可以在直接离合器CO已释放，而超速制动器BO尚未完全接合时，代替直接离合器CO的工作，将超速行星排太阳轮和行星架锁止在一起，防止超速行星排出现打滑现象，并在超速制动器BO接合后又能及时脱离锁止，让超速行星排顺利进入超速档工作状态。由三个行星排组成的辛普森式四档行星齿轮变速器各换档执行元件在不同档位的工作情况见表9．4。这种型式的四档行星齿轮变速器可以使原辛普森式三档行星齿轮变速器的大部分零部件都得到利用有利于减少生产投资，降低成本。 目前大部分轿车都采用这种型式的四档自动变速器，特别是日本丰田公司的四档自动变速器。有些车型的这种自动变速器将超速行星排设置在原辛普森式三档行星齿轮变速器的后端，其工作原理是相同的。 在图9.16所示的辛普森四档变速器机构中，对原辛普森三档的机构已作了改进，新增了一个制动器B1和一个单向离合器F2。对原辛普森三档的机构进行改进出于以下两点考虑： ①从2档换至3档存在运动干涉； ②要求辛普森机构2档存在两种状态，即汽车滑行和发动机制动。 原辛普森式三档行星齿轮变速器（参见图9．15）由二档换至3档时，一方面2档制动器B1要释放，另一方面执行元件的工作交替应及时准确，太快或太慢都会影响换档质量和变速器的使用寿命。例如，若二档制动器B1释放后，倒档及高档离合器C1来不及接合，会使行星齿轮变速器出现打滑现象，使发动机出现空转，并出现换档冲击；若二档制动器B1未完全释放，倒档及高档离合器C1便过早接合，则行星齿轮机构各独立元件之间会产生运动干涉。迫使换档执行元件打滑，加剧摩擦片或制动箍带的磨损。 为了防止出现上述情况，改善2-3档的换档平顺性，可在前后太阳轮组件和2档制动器B1之间串联一个单向超越离合器F2，称为2档单向超越离合器，如图9．17所示。其内圈和前后太阳轮组件连接，外圈和2档制动器B1连接，在逆时针方向对前后太阳轮组件具有锁止作用。当行星齿轮变速器处于2档时，前进离合器C2和2档制动器B1仍同时工作。汽车加速时，前后太阳轮组件的受力方向为逆时针方向，由于2档单向超越离合器F2的外圈被2档制动器B1固定，因此前后太阳轮朝逆时针方向的旋转趋势被2档制动器B1及2档单向超越离合器F1锁止，2档得以实现。当行星齿轮变速器由2档换至3档时，即使倒档及直接档离合器C1在2档制动器B1释放之前就已接合，但由于倒档及直接档离合器C1接合之后，前后太阳轮组件的受力方向改变为顺时针方向，而在顺时针方向上 2档单向离合器F2对前后太阳轮组件没有锁止作用，前后太阳轮组件仍可以向顺时针方向旋转，因此使换档得以顺利进行。 增加了2档单向离合器之后，若汽车在行星齿轮变速器处于2档时松开油门踏板减速或下坡，则在汽车惯性的作用下，驱动轮将通过变速器输出轴逆向带动行星齿轮机构的前行星架和后齿圈组件以较高的转速旋转。由于此时发动机处于怠速运转状态，和输入轴连接的前齿圈转速较低，前行星轮在前行星架的带动下朝顺时针方向作公转的同时，对前太阳轮组件产生一个顺时针方向的力矩，而太阳轮在顺时针方向旋转时，2档单向离合器F2对前后太阳轮组件没有锁止作用，因此即使2档制动器B1仍处于制动状态，前后太阳轮组件还是可以朝顺时针方向自由旋转。这样，在辛普森式行星齿轮机构的四个独立元件中有两个处于自由状态，从而使该行星齿轮机构失去传递动力的能力，驱动轮和发动机脱离连接关系，不能产生发动机制动作用。为了在需要时让2档也能产生发动机制动作用，必须在前后太阳轮组件和变速器壳体之间另外再设置一个制动器B3。制动器B3在2档是否工作，是由预选杆手柄的位置决定的，当手柄位于前进档位置（D）6寸，制动器B3不工作；当操纵手柄位于前进低档位（2或S）而行星齿轮变速器处于 2档时，制动器 B3工作。这样不论汽车加速或减速，前后太阳轮组件都被该制动器固定，此时的2档在汽车松开油门踏板、减速或下坡时能产生发动机制动作用。目前大多数轿车自动变速器已采用这种结构。 辛普森行星齿轮机构在自动变速器中被广泛使用，日本丰田的自动变速器几乎都采用这种结构，如 TOyota A14OE、A240E、A24lE、A340和 A350等型号的自动变速器。 9．3．4串联式行星齿轮机构 1．结构 串联式行星齿轮机构，通过两组行星齿轮机构串联在一起，形成复合式行星齿轮机构。其特征是：前排行星机构的行星架与后排行星机构的齿圈为同一构件；而前排行星机构的齿圈则与后排行星机构的行星架为同一构件。 下面以GM公司生产的4T60的四前进档的前驱动式自动变速器为例进行介绍，如图9．18所示。该变速器共有三排行星齿轮机构，其中，最右端的这一排行星机构用作主减速器。主减速器的输入元件为太阳轮，输出元件为行星架，齿圈为固定元件。另外两排即为串联式行星齿轮机构。通常前排行星齿轮机构称为输入行星齿轮机构（简称“输入行星排”）；而后行星齿轮机构称为反应行星齿轮机构（简称“反应行星排”）。在该自动变速器中共设置了八个变速执行元件（四个多片离合器、两个制动带和两个超越式离合器）。4T60变速器的行星齿轮机构输入轴与发动机曲轴为平行并列式布置结构，因此其动力通过链轮传递到变速器的输入轴。 二．备执行元件功能 ①当输入多片离合器接合时，把来自输入动力和输入卡块式超越离合器外圈接通。 ②当2档多片离合器接合时，把来自输入动力和前行星架、后齿圈接通。 ③当3档多片离合器接合时，把来自输入动力和3档滚柱式超越离合器外圈接通。 ④当4档多片离合器接合时，把前输入太阳轮固定，同时固定输入卡块式超越离合器内圈和3档滚柱式超越离合器内圈。 ⑤当1／2档制动带作用时，固定后排太阳轮。 ⑥当倒档制动带作用时，固定前行星架和后齿圈。 ⑦当输入卡块式超越离合器锁止时，把输入动力接通至前输入太阳轮。 ⑧当3档滚柱式超越离合器锁止时，把输入动力接通至前输入太阳轮。注意：输入超越离合器和3档超越离合器锁止方向相反。 3．动力流分析 下面对4T60自动变速器串联式行星齿轮机构的动力传递路线进行分析（见表9．5）。  l）空档（N）和停车档（P） 操纵预选杆手柄置于空档（N）或停车档（P）位置。此时，输入多片离合器作用，输入卡块式超越离合器处于锁止状态。因此前排行星机构中的太阳轮随输入轴一起旋转。但是由于行星齿轮机构中的其他元件均处于非约束状态，因此行星机构中的输出轴上没有任何动力输出。 2）l档 操纵预选杆手柄置于OD档位置，而变速器则处于1档。此时除了输入多片离合器作用，输入卡块式超越离合器处于锁止状态以外，1/2档制动箍带起作用。动力由输入太阳轮顺时针驱动。输入行星架和反应齿圈旋转。然后又通过反应齿圈带动反应行星架，使其顺时针绕反应太阳轮旋转。由于反应太阳轮在1/2档制动箍带的作用下固定不动，因此动力就由反应行星架顺时针输出到主减速器，其变速比为2.92：1。 串联式行星齿轮机构的1档动力流分析比较复杂，因为在1档工作期间，前后行星齿轮排同时参与工作，而且连接前后行星齿轮排的元件有两个，既可以从输入行星架与反应齿圈相连，又可以从前齿圈与反应行星架连接。实际上，当输入太阳轮顺时针旋转时，输入行星架和前齿圈都顺时针旋转，但两条路线的传递必须满足在反应行星架上是同一速度和旋转方向。 3）2档 操纵预选杆手柄置于OD档位置而变速器处于2档。此时，输入多片离合器、1/2档制动箍带和2档多片离合器处于作用状态，而输入卡块式超越式离合器处于超越状态。2档多片离合器顺时针带动反应齿圈旋转，而反应齿圈又驱动反应行星架绕静止不动的反应太阳轮顺时针旋转，从而获得动力输出。其变速比为1.57：1。 输入多片离合器作用，对2档变速比没有贡献，它之所以作用主要是为从2档降至］档早做准备。为什么在2档时，同样是输入多片离合器作用，输入卡块式超越式离合器就变成了超越（而处于1档时，输入卡块式超越式离合器处于锁止状态广在2档时，由于前行星架的顺时针驱动，使前输入太阳轮连同输入卡块式超越式离合器的内圈产生顺时针的高速旋转，而该离合器的外圈，所获得的是来自变矩器输出轴的顺时针低速，由于该离合器内外圈均顺时针旋转，而且内圈转速大于外圈，所以该离合器超越（前面已介绍了这种超越式离合器，见图9．11）。 4）直接档（3档） 当预选杆手柄置于OD档，而变速器则处于3档。此时，2档多片离合器和3档多片离合器作用，3档滚柱式超越高合器处于锁止状态，而其他执行元件处于非工作状态。动力分两路输入串联式行星齿轮机构：一路由输入轴经2档多片离合器顺时针驱动输入行星架旋转，并有使输入太阳轮转得比输入行星架更快的趋势；而另～路则通过3档多片离合器经锁止的3档滚柱式超越离合器驱动输入太阳轮旋转，这样，在该行星齿轮机构中，输入行星架和输入太阳轮获得同速同方向的旋转，则整个机构锁成一整体，产生了直接档输出。其变速比为1：1。 3档滚柱式超越离合器为什么能锁止？由于输入行星架的顺时针驱动，使输入太阳轮连同3档滚柱式超越离合器的内圈都产生顺时针高速旋转，而该离合器的外圈则是来自变矩器输出轴顺时针的低速旋转，内外圈转速同方向，且外圈转速小于内圈，则离合器锁止（注意：3档滚柱超越离合器和其相邻的输入卡块式超越离合器锁止方向相反）。由于该离合器锁止，因此输入太阳轮就获得了和输入行星架同样的速度和旋转方向。 5）超速档（4档） 当操纵手柄置于OD档，而变速器处于4档。此时，4档多片离合器、2档多片离合器和3B多片离合器作用，而3档滚柱式超越离合器处于超越状态。由于4档多片离合器的作用，使得输入太阳轮静止不动。动力经2档多片离合器传至输入行星架并顺时针带动输入齿圈旋转。并且输入齿圈与反应行星架是做成一体的，因此动力即被顺时针输出到主减速器。其变速比为0.70：1。 3档多片离合器的作用，对超速档无贡献，它主要为从4档降为3档早做准备。当4档多片离合器作用时，输入太阳轮被固定的同时，3档滚柱式超越离合器的内圈也同时被固定与此同时，3档多片离合器的作用，使3档滚柱式超越离合器的外圈顺时针旋转，由于外圈转速大于内圈，该离合器超越。 6）倒档 当操纵预选杆手柄置于倒车档次（R）位置时，倒档制动箍带和输入多片离合器作用，输入卡块式超越离合器处于锁止状态。由于倒档制动箍带的作用而使输入行星架静止不动，行星轮变为情轮。动力经输入多片离合器和输入卡块式超越离合器顺时针传至输入太阳轮，使输入齿圈逆时针旋转，带动反应行星架实现倒车。其变速比为2.38：1。 在以上介绍各前进档的动力流时，都是把预选杆置于OD档位置作为条件。在这个条件下，对每一档位可能出现的状态（汽车滑行或发动机制动），没有进一步说明。实际上对于4T60这种液控的自动变速器，当处于OD档时，而且驱动轮转速高于发动机转速时，该变速器的1档存在汽车滑行，而2档、3档和4档仅存在发动机制动。l档存在汽车滑行状态是由于输入卡块式超越离合器在这种工况下，出现了内圈转速高于外圈，因此该离合器超越。 9．3．5串联式行星齿轮机构的改进 4T60E和4T65E自动变速器都是电控自动变速器，它们都采用相同的改进之后的串联式的行星齿轮机构，如图9.19所示。其换档规律见表9.6。在该机构中新增了两件变速执行元件，即手动1/2档制动带和1/2档单向离合器。其中1/2档单向离合器的外圈固定是通过前进档制动带作用的。这样，处在1档和2档时，当反应太阳轮有逆时针转动趋势时，可以通过1/2档单向离合器将其锁止（此时，前进档制动带必须作用），但也可用手动1/2档制动带固定反应太阳轮。新增了两件变速元件之后，当预选杆置于OD档位置，l档。2档和3档都存在汽车滑行状态，但4档仍为发动机制动。3档存在汽车滑行状态是由于在驱动轮对应转速大于发动机转速的工况下，输入太阳轮改变了旋转方向，成了逆时针旋转，3档滚柱式超越离合器无法锁止，另外反应式太阳轮在此工况下，允许它顺时针空转（1/2档单向离合器无法将其锁止）。在四构件系统中，若存在两个自由度，则动力无法输出。若要在1档实现发动机制动，可以把预选杆置于1档（手动低档）位置，此时1档传动比所作用的变速元件，除保持OD档原作用的元件外，还新增了三件（3档多片离合器、3档滚柱式超越离合器和手动1／2档制动带）。若要在2档实现发动机制动，可以把预选杆置于2档（手动2档）位置，此时2档传动比所作用的变速元件，除保持OD档原元件外还新增了一件（手动1／2档制动带）。若要在3档实现发动机制动，可以把预选杆置于3档（手动3档）位置，此时3档传动比所作用的变速元件，除保持OD档原作用元件外，还新增了两件（输入多片离合器和输入卡块式超越离合器），新增两个变速执行元件是为了固定输入太阳轮，使四构件机构能从输入行星架输出，实现发动机制动。 改进后的串联机构主要应用在美国通用汽车公司的4T60E和4T65E的自动变速器上，另外福特汽车公司的AXOD自动变速器也采用同样的结构。 行星齿轮机构是自动变速器中最重要的机械部件，其中变速执行元件多片离合器、制动带库向离合器、超越离合器是较易发生故障的部件，这些部件的损坏，将会引起变速器某些档位不工作或者有负荷时档位打滑。行星齿轮机构的动力流分析较为复杂，但它又是故障分析和诊断的基础。 第四节 液压操控系统 一、液力自动变速器的控制原理 迄今为止几乎所有的自动变速器都采用液力的工作方式。除了变矩器的工作需要液力之外，变速执行元件多片离合器和制动带的伺服油缸在作用或释放时也需要液力。另外自动变速器中的液体压力润滑也离不开液力。 根据前面所介绍的行星齿轮机构的变速原理已经知道，所谓自动变速器的档位变换，实际上就是对行星齿轮机构中的变速执行元件实行控制，也就是多片离合器作用或释放、制动带的作用或释放以及单向离合器和超越式离合器的锁止和释放。其中单向离合器和超越式离合器的锁上和释放不需要用液力来操纵，其两种状态的变化，仅仅取决于旋转方向或者是内外圈的相对速度。另外变矩器的锁止离合器也同样存在锁止和释放的两种状态。液力自动变速器中的多片离合器、制动带和变矩器锁止离合器的状态改变都依赖于液压系统中的控制阀（换向间），通过改变控制阀滑阀的位置，从而改变液压系统中的液体通道，实现对执行元件的控制。液力自动变速器的控制方式主要有两种方式：一种完全采用液压控制方式，称之为液控自动变速器；另一种采用电子控制方式，称之为电控自动变速器。两种不同控制方式，对于变速器换档信号的采集、处理方法不同，对于改变控制阀滑阀位置的方法也不同。 （一） 换档信号的采集和处理 无论是液控或电控自动变速器在执行档位变化之前，它都要获得下列几个重要的信号（见图10．1）。 1．预选杆的位置信号 也就是P、R、N、OD、D、2。1的位置信号。该信号是由驾驶员根据自己意愿选择的。驾驶员操纵预选杆，实际上是选择手动问和档位开关的位置，对于具有七个位置的预选杆，手动阀就有七个位置与其对应，手动闹中的每个位置，其内部的液体通道都是不同的。手动阀是自动变速器的控制阀之一。 2．发动机负荷信号 该信号变速器执行换档的重要信号之一。在液控自动变速中，该信号来自节气门开度阀（TV），或来自真空压力调制器。通过这些装置，使发动机的节气门开度或进气管内的真空度转换成相应的油压大小，直接对控制阀的滑阀位置进行控制。在电控自动变速中，发动机负荷信号主要通过节气门位置传感器和进气歧管绝对压力传感器来获取，并且把这些获取信号以电压大小的方式传送给电脑，经处理后由电脑给电磁阀发出通断电的指令，从而改变控制阀滑阀的位置。 3．汽车车速信号 该信号是变速器执行换档的另一个重要信号。在液控自动变速中，该信号来自与变速器输出轴连接的调速阀，使输出轴转速通过调速阀转换成相应的油压大小，直接对控制阀的滑阀位置进行控制。在电控自动变器中，汽车的车速信号则通过车速传感器获取，并且把车速信号以电压大小的方式传送给电脑，经处理后由电脑给电磁阀发出通断电的指令，从而改变控制阀滑阀的位置。 4．强制降档信号 该信号来自油门踏板。当驾驶员将油门踏板接近踩到底时，即节气门全开状态时，该信号发生，强制控制阀（换档阀）的滑阀处于打开位置，高压液体使液控换档阀中的滑阀强制变换位置，则变速器由高档换入低档。在液控自动变速中，油门踏板和强制降档阀是通过钢索联动的。在电控自动变速器中，强制降档信号则通过油门踏板上的强制降档（电）开关触点的闭合或断开，把该信号传给电脑，然后由电脑经处理之后给换档阀发出通断电的指令，实现强制降档的动作。 5．其他电子传感的信号 在电控自动变速器中，除了变速器换档的主要信号发动机负荷和汽车车速之外，还有其他的一些信号通过各种传感器传给电脑，这些附加的信号主要为了改善换档品质或者是为了提供报警的信号。图10．2示出了自动变速器的12个输人电信号。 图10.2自动变速器的电子控制装置 输入信号传感器 电子控制器 输出 l一变速器压力开关总成（PSA） ·动力控制模块（PCM） 由电子控制的变速器的元件 2一变速器输入速度传感器（TISS） A—压力控制电磁阀（PCS） 3一变速器汽车速度传感器（VSS） ·故障诊断连接器（DLC） 4一变速器液体温度传感器（TFT） B—1—2换档电磁阀（“A”） 5一变速器预选档位开关 6—节气门位置传感器（TPS） C—2—3换档电磁阀（“B”） 7一发动机水温传感器（ECT） 8一发动机转速（点火模块） D一变矩器锁止离合器占空 9一变矩器锁止离合器（TCC）制动开关 比控制电磁阀（PWM） 10－空调（A／C）开关 11一巡航控制信号 12一进气歧管空气绝对压力传感器 在图10．l左侧并用虚线箭头表示的信号，称为外部的控制信号，这些信号主要执行对控制阀的滑阀位置控制。图右侧的循环框图主要反映变速器内部的控制关系，控制阀主要对变矩器、多片离合器和制动带执行接合或释放的控制。从变矩器进入体外循环的液体还必须连接到散热器上的油冷却器，然后再返回变速器的油盘。由于自动变速器内部结构十分紧凑，因此无法靠飞溅的方法实现润滑，必须采用压力润滑的方法，同时通过液体带走内部的摩擦热量。 （二） 换档控制过程 图10．3显示了液控自动变速器换档控制过程。在方向盘下面的操纵杆称为预选杆，分别有P、R、N、OD、D、2、1共Q七个档位。当驾驶员在操纵预选杆的同时，通过拉杆分别和棘轮。手动阀联动，当选择了预选杆位置也就确定了手动阀位置，手动阀位置不同，其内部通道也相应发生变化，手动阀的进油口和来自主回路的油压相接。汽车在行驶过程中，驾驶员脚踩油门踏板，通过一根钢索带动发动机进气管上的节气门，使其产生开度变化，与此同时通过另一根和节气门联动的钢索拉动一摇臂，使其产生角度变化。在有些结构中，摇臂被一个旋转的径向凸轮替代，摇臂角度变化实际上是推动强制降档间向左移动，同时压缩介于降档阀和节气门开度间之间的弹簧，随着角度变大，弹簧的预压缩量也增大，则从节气门的开度阀进入换档阀左侧控制口的油压也随之加大。在有些液控变速器中，进人换档阀一侧的油压不是来自节气门开度阀，而是来自真空压力调制器的油压，真空压力调制器中真空腔直接通过一根软管和发动机进气管连接。当换档阀左边节气门开度阀油压大于右边调速阀油压时，滑阀右移使来自油泵的主回路进人伺服油缸活塞下腔，活塞克服回位弹簧预紧力使制动带收紧，完成轮毂的固定。在图10．4上，变速执行元件是制动带和伺服油缸，根据同样的作用原理，这套装置可用于控制多片离合器。一个伺服油缸或一个多片离合器就应该配置一套两位三通换档阀，实现变速执行元件的作用或释放。但实际上，在自动变速器液压系统中，仅出现两至三个换档阀，通常一个换档阀就包含了几个两位三通问，其内部的通道也复杂得多，它可以同时控制几个变速执行元件的工作。 换档阀两侧的控制油压相互间始终是对抗的，来自调速阀的油压坚持变速器的档位往上升，而来自节气门开度阀的油压坚持变速器的档位往下降，最终滑阀位置取决于油压大的一侧。因此变速器换档点正确与否和调速阀、节气门开度阀自身的输出特性有很大关系，这些装置都有中间调节环节，应该根据要求检查和调节这些装置的输出特性（即速度一油压和节气门开度一油压曲线），否则会出现换档点延迟或提前的现象。注意进入换档间两侧的是控制油压，是随汽车工况变化的低压，而进人滑阀中间使制动带起作用的是来自主回路的高压。真空压力调制器和进气歧管相连，当节气门开度变化，实际影响迸气歧管的真空度；当真空压力调制器的真空腔压力变化时，就引起换档阀油压变化。尽管真空压力调制器没有和油门踏板有联动的装置，但它是从进气歧管真空度的变化来获取发动机负荷变化的信号，并把信号转换成对应的油压。换档阀另一侧控制口的油压来自调速阀，该油压随调速阀转速的增加而增加。这样换档阀的两侧控制口分别作用了来自两处的油压，左侧来自节气门开度阀油压或者真空压力调制器油压，它反映的是发动机负荷的大小；右侧来自调速阀油压，它反映的是汽车车速的大小。当左侧油压大于右侧，换档阀滑阀右移，变速器就执行降档动作；反之，换档阀滑阀左移，变速器就执行升档动作。当驾驶员踩油门踏板时，节气门开度阀右侧的强制降档阀和它处于联动状态，在油门踏板行程接近踩到底时，强制降档阀把来自主回路的油压和换档阀左侧控制口油路接通，使换档阀左侧出现高压，迫使换档阀滑阀右移，实施强制降档。 图10．4显示了液控自动变速器换档阀控制变速执行元件的过程。在该图中，变速执行元件是制动带和伺服油缸。当右边来自调速阀的油压大于左边节气门开度阀油压时，洲滑阀左移，此时伺服油缸活塞下腔的油压经换档阀的回油孔流回油盘，使制动带释放。 二．液压系统的油压和调压装置 （一） 液压系统的油压 所有液控自动变速器都存在三种基本控制油压：主回路油压、节气门开度油压和速度油压。这些油压都是由调压阀、节气门开度阀和速度阀（调速阀）调节的。主回路油压是经调压阀调节后的油泵输出压力，变速器中的所有其他油压都是由主回路油压调节后形成的，主回路油压是液压系统设置的最高油压，该油压又称为主回路油压或工作油压（见图10．5）。主回路油压主要用于驱动制动带和多片离合器，经过减压装置或节流通道之后的油压则用于变矩器、润滑变速器以及作为控制滑阀的移位。速度油压是根据车速变化调节的油压。节气门开度油压是根据发动机负荷或节气门开度变化调节的油压。节气门开度油压和速度油压的综合作用控制变速器换档。 在某些工况下，主回路油压必须升高。例如在发动机大负荷的工况下，为了使制动带箍紧和多片离合器接合更可靠以及延迟升档，必须提高主回路油压。当主回路油压升高到超过一般工况下的油压时，才可能使汽车克服重载，实现拖挂或爬坡。 当汽车重载行驶时，节气门开度油压（或真空压力调制器油压）作为发动机负荷的信号，以信号油压的方式作用于调压阀上的升压阀。作用在升压阀上的节气门开度油压与调压阀弹簧一起作用在调压阀的一侧，直至主回路油压升高到与调压阀弹簧力与节气门开度油压作用力之和相等为止。主回路油压的升高增强了变速执行元件的抗滑转能力，并自动升高了换档点。有些自动变速器的调压阀上装有两个升压阀，另外一个升压阀则用于改善倒档和低档的换人以及进一步增大倒档和低档工作时变速执行元件接合和固定的能力。 在电控自动变速中，由于采用电磁阀换档的方式，通常就不出现调速阀油压和节气门开度阀油压。但是在有些半电控的自动变速器上，为了使主回路油压能随发动机负荷的变化而变化，因此保留了节气门开度阀或真空压力调制器，把发动机的负荷变化通过其中一个装置转换成对应的控制油压信号，并施加在调压阀的升压阀上，使主回路油压发生相应的变化。 自动变速器的主回路压力调节系统采取随发动机负荷变化和预选杆档位变化的控制方式，其最大的优点是可以减少发动机燃油消耗，降低油温，改善换档冲击和在发动机小负荷工况下实现提前换档。 在变矩器正常工作时，其内部的油压通常是一种低压，主回路油压经过第二调压阀（减压阀）或者限压阀的降压，然后进人变矩器。但是当变矩器的锁止离合器处于锁止状态时，则进入变矩器的油压是来自主回路的油压。 自动变速器的润滑油压，一般都是经过第二调压阀调节后的低压，或者是主回路油压经过油道上的节流孔产生比较大的油压降，然后再执行润滑作用。 （二） 调压阀 当油泵把油液输送到液压系统时，油泵的输出油压随着发动机的转速增加而升高，过高的油压可能引起油泵停转或部件损坏。为了防止这种现象发生，在液压系统都设有调压阀，以调节和保持主回路的油压，起到限压和溢流的作用。 调压阀有三种主要的用途和工作方式：使油液充满变矩器。泄压和建立平衡的工作状态（如图10.6所示）。当油泵开始转动，系统中的油液阻力很小，无法建立油压。这时调压阀在弹簧力的作用下使泄油口处于关闭状态。由于油压作用在调压阀中的滑阀上端，而弹簧力作用在滑阀的另一端，使调压阀处于平衡位置。随着液压系统的油压不断上升，作用在滑阀的油压迫使滑阀克服弹簧的预紧力下移，一直移至泄油口开启时，主回路油压和弹簧力平衡。该油压就是主回路设定的最高油压。一旦液压系统的油压小于弹簧力，调压阀中的滑阀上升，关闭泄油口，允许液压系统中的油压再次升高，直到重新打开泄油口保持新的平衡。滑阀这种不断的往复移动，维持系统压力的恒定不变。调节主回路油压的调压阀称为主调压阀。 变矩器正常工作时，其内部充满了液体，但是其内部的油压往往要低于主回路油压。为了实现这种降低油压的变化，通常在进人变矩器之前，设置第二调压阀或者限压阀。第二调压阀实际上是一种减压阀，来自主回路的油压经过该阀后实现了降压，通常该阀的设置油压为0．4－0．5 MPa。来自主调压阀的油压输人第二调压阀的下端控制口，使滑阀克服上端弹簧力上移，输人的油压和打开的泄油口相通，使油压下降，当下端控制口油压低于弹簧力时，泄油口重新关闭，滑阀的上下移动使输出油压始终保持一个恒定值。第二调压阀的工作原理和主调压阀类似，只是该阀的弹簧力比主调压阀小得多。 前面已提到，自动变速器中的主回路油压是随着发动机负荷和预选杆档位变化而变化的。但前面介绍的主调压阀，它的设定油压是恒定的，因为弹簧预紧力不可调节。为了是实现主回路油压可调节，在原调压阀的基础上，又附加了一个升压阀（见图10．7），升压阀上有两个控制口，其中一个控制口油压来自节气门开度阀或真空压力调制器，另外一个控制口则来自手动阀的倒档或低档输出口，无论哪个控制口作用油压，都会推动升压阀移动，这样作用在去调压楼的滑阀力除兀原弹簧力外还附加升压阀的作用力，这样调压阀就获得新设置的主回路油压。由于升压阀一个控制口的油压是来自随发动机负荷而变化的信号油压，因此调压阀的调节油量也随之变化。 三、 反映发动机负荷变化的感应装置 无论是液控和电控的自动变速器，在换档之前都需要获得有关发动机负荷变化的信号，其中液控自动变速器的发动机负荷信号来自节气门开度问或真空压力调制器，并且是改变换档滑阀位置的动力源。另外变速器的换档时机和换档特性也随发动机负荷而变化。当汽车处于大负荷状态下工作时，为了防止多片离合器和制动带打滑，需要提高液压系统主回路的油压。在自动变速器中，反馈发动机负荷信息，并使主回路油压产生相应变化的装置，除了电子传感器装置之外，广泛采用的机械装置就是真空压力调制器或者节气门开度阀。其中4T60E自动变速器采用的是真空压力调制器，而丰田汽车公司的自动变速器则广泛采用节气门开度阀。 （一） 真空压力调制器 真空压力调制器是利用发动机的真空度（负压），传感发动机的负荷信号。真空压力调制器是根据真空度信号，增加或降低油压的负荷传感装置，其真空度信号随节气门开度和汽车负荷而改变（如图10．8所示）。发动机的节气门开度大时负压低，而节气门开度小时负压高。当负压低时真空压力调制器使信号油压升高，而负压高时真空压力调制器使信号油压降低。当高负压（在某一确定的发动机转速和节气门开度工况下）作用于真空压力调制器时，使调压阀正常工作，并保持正常的油压。但是，当低负压作用于真空压力调制器时，真空压力调制器输送到调压阀的升压阀的信号油压升高，则调压阀使液压系统主回路油压也随之升高。 真空压力调制器通常为一个拧在或压装在变速器壳后部的小圆形金属盒。真空压力调节器通过真空管路与发动机进气歧管连通，从而获得发动机的真空度（如图10．9所示）。 真空压力调制器金属盒的内脏被膜片分隔成两个密封的气室。靠近变速器壳体的气室通大气，另一侧气室与大气隔绝，即形成真空气室。在与大气相通的一侧膜片上连接着一个推杆，推杆的另一端与真空压力调制器的双边节流阀相连。在真空气室中位于膜片和金属盒端面间装有螺旋弹簧。 在低负压时，真空压力调制器在螺旋弹簧预压缩力的作用下，推动双边节流阀向右移动，直接输送油压到其控制装置，而在高负压时则阻止输送油压。在发动机低负荷且节气门开度小时，进气歧管的高负压将使真空压力调制器的真空腔克服弹簧力，把膜片连同推杆吸过一段距离，即推杆作用在双边节流阀顶端的作用力减小，双边节流阀的输出油压和推杆的作用力平衡。当发动机负荷增高且节气门开度加大时，进气歧管负压降低，膜片弹簧通过膜片和推杆推动双边节流阀从而提高输出油压。真空压力调制器和双边节流阀的输出油压，与进气歧管的真空度（负压）成反比，而与发动机节气门开度成正比。 真空膜片对膜片一边的大气压与另一边真空度的差值作出反应。由于在海拔较高地方大气压和发动机真空度较小，则一般真空压力调制器反应较小。有些真空压力调节器采用高度补偿真空闲，高度补偿真空阀是一个安装在真空压力调制器大气室的弹簧式膜盒。在膜盒制作时，抽成真空以使大气压能压缩膜盒。当海拔提高而大气压降低时，由于压差减小，膜盒膨胀。膜盒的膨胀对真空压力调制器的真空气室侧膜片施加一个作用力，而补偿了因海拔较高大气压较低的影响。 真空压力调制器的缺点是：当膜片破损而漏气时，有可能把变速器的油液吸人发动机进气歧管，使变速器的液压油损耗加快；如果是液控自动变速器，其换档信号来自真空压力调制器，则膜片漏气还会引起控制上的误差，使整个换档控制系统出现相当于节气门全开的控制效果，出现主回路油压升高、换档点车速增大、换档粗暴等现象。 （二） 节气门开度阀和联动装置 节气门开度阀和联动装置是另外一种反映发动机负荷的传感装置，通过操纵油门踏板洲节气门开度阀的工作。节气门开度问根据节气门开度，把加在其上的主回路油压改变成节气门开度阀的油压（如图10．10所示）。联动装置使油门踏板的移动转变成节气门开度阀一侧弹簧的预紧力，油门踏板的移动位移越大，弹簧预紧力越大，节气门开度问输出油压则越高，直到等于主回路油压。节气门开度阀钢索一端连接在节气门联动装置上，另一端连接在变速器壳体的节气门开度阀的拉臂或凸轮上。 当踩下油门踏板时，节气门开度阀打开，产生节气门开度油压，节气门开度油压直接作用在调压阀上的控制口。节气门开度油压与调压阀弹簧共同使调压阀保持在关闭泄油口位置上，使油压上升。由于主回路的油压升高使变速执行元件的施力装置压紧，防止在发动机大负荷下变速执行元件打滑。当释放油门踏板时，节气门开度油压降低，主回油路的油压也降低。在液控换档的自动变速器中，当车速降至特定值时，这一主回路油压的下降引起降档。 如果迅速踩下油门踏板，节气门开度油压和主回路油压会突然增大，这使节气门开度油压比速度阀油压高。在换档阀上的节气门开度油压和换档阀弹簧共同作用下，使换档阀克服速度阀油压向降档的位置移动，变速器实现自动降档。换档阀在这一位置时切断了通往其他档位的出口，阻止这时升档。许多自动变速器装有强制降档阀，可额外增大作用在换档阀的油压，以迅速及时降档。 四、 反映汽车车速变化的感应装置 调速阀是由变速器输出轴驱动的控制装置。它传感车速，并向阎体输送升档或降档的油压信号，基本上是由调速阀根据车速控制变速器的换档点和换档特性。调速阀根据车速把主回路油压升高或降低，把输出轴的转速信号转变成为速度油压信号。速度油压随车速的提高而增大，并且直接输送给换档阀的一侧的控制口，该油压和另一侧节气门开度油压对峙，决定换档滑阀的位置。 机械式调速阀通过活动重块离心力的作用反应车速的变化。随着变速器输出轴转速的增加，重块在离心力的作用下，距离旋转轴线越来越远。重块的这种运动，使调速阀输送给换档阀更高的油压。当变速器输出轴转速降低，就会引起速度油压下降。 自动变速器中采用的调速阀有许多不同的型式，但不论哪种型式的调速阀都根据车速提供不同的油压信号。调速阀可以与变速器输出轴一起转动，也可以是被输出轴驱动。调速阀既可以远离变速器输出轴安装在变速器壳体中，而通过蜗轮驱动，也可以直接安装在变速器输出轴上。对于前轮驱动汽车，调速阀通过主减速器上的齿轮驱动。 调速阀一般包括一个单独的小阀体，其上具有主回路油压进口、速度油压出口和回油底壳的泄油口。调速阀体有一个或两个由重块和弹簧力控制的阀。当汽车不动时，调速阀体上主回路进口被关闭。当汽车起步时，调速阀开始转动，使重块在离心力的作用下移动阀。这样主回路油压经调节后，进入速度油压回路输送到换档阀。 调速阀一般有三种型式：输出轴式、齿轮驱动单向球阀式和齿轮驱动线轴滑阀式（如图10.11所示）。这些型式都有大小两个重块和弹簧，并且该间通过阀轴与变速器输出轴连接。大的初级重块在低速时向外移动，而小的次级重块在高速时向外移动。 输出轴式调速阀有一个装在变速器输出轴上具有弹簧的线轴式滑阀（见图10.11a）。调速间重块的设置是：当次级重块克服主回路油压移动时，初级重块克服弹簧力移动。位于输出阶侧两重块和弹簧的总作用力，比输出轴另一侧滑阀自重的离心力大得多。因此，当输出轴以较高的速度转动时，滑阀被阀轴向内拉；当转速增高时，速度油压被输送到换档阀。 当输出轴转速升高时，速度阀逐步打开主回路压力油人口，而增大速度油压，直到速度油压等于主回路油压。如果这时油液被排泄，压力就会降低。油液被排泄后，滑阀一旦又被重块的离心力向内拉，主回路压力油又进人调速阀，又开始重复如上的循环。 车速在95 km/h或110 km/h时，调速阀仍可起调节作用。有些调速阀在更高的速度也可以起调节作用，这取决于重块和弹簧力的选择。当汽车停止时，调速间在弹簧力的作用下，关闭主回路压力油人口。如果供给调速阀的主回路油压是后油泵提供的，则只有在汽车行驶中调速阀才会有主回路油压。 齿轮驱动单向球阀式调速阀垂直于输出轴方向安装在变速器上（见图10.11b）。离心重块直接作用在单向球阀上，以打开或关闭两个泄油口。当主回路油压推开单向问时，通过调速阀体泄油。汽车停车时，单向阀打开，供给调速阀的主回路油压就被泄掉了。当车速增加时，重块离心力使单向阀部分关闭，而限制油液排泄。这使速度油压上升，直到单向球阀关闭到完全没有泄漏时，速度油压等于主回路油压。这时速度油压增高，并作用在换档间上。 齿轮驱动线轴滑阀式速度阀垂直于输出轴方向安装在变速器上，并由输出轴驱动（见图10.11C）。这种型式调速阀的油压调节很像安装在输出轴上的调速阀，但它的机械结构不同。它由离心重块通过杠杆间接控制滑阀，重块兼作杠杆。当车速增加时，在离心力下，重块向外甩，引起滑阀向阀孔内滑动，而关闭泄油口，井使速度油压增加。 五 自动变速器中的阀 在液压系统中，阀可以分成控制阀和压力调制阀两种基本型式。另外还有其他型式的阀，如单向阀和起阻尼、节流作用的小孔，它们协助变速器的液压系统工作。 前面介绍的调速阀、节气门开度间和真空压力调制器都属于这种压力调制阀。这种阀输人的油压基本是恒定的，但输出油压则随着外部信号的变化而变化，这个外部信号可以是真空度、作用力或位移。在电子控制的压力调制问中，其外部信号也可以是电流大小或脉冲宽度的大小，这在下面的章节中介绍。 控制阀不同于压力调制阀，其作用主要是为了改变液控变速执行元件的作用和释放，通过改变控制阀中的滑阀位置，变换液体在控制阀中的流动方向。这种流动方向的变化不会改变控制阀的输出油压和输入油压的关系，即在控制阀中输人和输出的油压基本是一致的。 液压系统绝大多数采用的是滑阀，又称为线轴式滑阀，因其外形类似缝纫的线轴而得名（如图10．12所示）。阀的较粗部位称为阀轴，阀轴表面与阀体孔精确配合，几个阀轴通过阀杆连在一起。阀杆比阔轴细，而且是非精加工部分。阀轴之间的空隙称为阀槽。当滑间装人阀孔内，阀槽在闹座孔间形成了油压通道。 改变滑阀在阀孔中的位置，可改变液体流动路线。改变滑阀的位置，可以通过机械或液压作用加以控制。有些液压控制的滑阀有不同大小的阀轴，并且装有弹簧，当作用在滑阀上的液体压力引起滑阀朝较大阀轴一侧移动时，它还需克服大阀轴一侧的弹簧预紧力。滑阀另一侧油压必须比没有装弹簧以前更大，才有可能移动滑阀的位置。 （一） 控制阀的操纵方式 控制阀的操纵方式在液压系统中通常有下列几种。 （1）手动操纵（如图10．13a所示） 具有一定压力的液体通过通道A被控制阀接受，又经过滑问中的阀槽进人通道C，这样液体压力就能够作用到多片离合器或制动带的伺服油缸上。当操纵杆运动时，滑阀移动，结果A通道关闭人通道打开，则液体压力通过B通道解除，制动带或多片离合器就释放。 在自动变速器中，手动阀是通过预选杆联动装置操纵的线轴式滑阀。当预选杆位于前进档或倒档时，手动间把主回路油压输送到相应的执行元件的油路中。由预选杆联动装置决定手动阀中滑阀的位置。当驾驶员选择了预选杆的档位，滑阀所处位置和它对应，能够使液体通过滑阀中的阀槽经过其出口输送到前进档油路。如果预选杆被选择倒档位置时，则滑阀移动到打开倒档进油口，同时打开输出油压到倒档油路的出口。 （2）单向液控操纵（如图10．13b所示） 控制阀的一侧有控制口，另一侧有弹簧预紧力作用在滑阀的端部。当液体压力通过D通道进人滑阀左端时，则滑阀克服弹簧力右移，液体从A流到C。当D通道的控制油压释放，回位弹簧将滑阀移向左侧，停留在它原先位置，这时液体从B流到C，而A日关闭。该间实际上是一个两位三通阀。通常单向液控的控制阀的滑阀仅有两个位置，要么停留在左端，否则就停留在右端。由于进人控制口的油压仅需要推动滑阀移动，因此它的油压都较低，来自主回路油压经过减压阀或者经过节流口产生这种油压。 自动变速器中的单向液控阀，比图示的阀要复杂，阀的位置只有两个，但阀中的通道远不止三个。它兼有控制其他油路的功能。 （3）双向液控操纵（如图10．13C所示） 通过通道D的压力使A通道打开，允许液体经过滑阀流到C通道中。如果液体压力通过E通道作用于滑阀右侧，则滑阀在弹簧力和油压的共同作用下，使滑阀左移，关闭A通道，打开B通道。 在液控自动变速器中，换档阀就是采用双向液控的方式，换档阀一侧的控制油压来自节气门开度问而另一侧来自调速阀，两侧油压比较大小，最终滑阀的位置取决于油压大的一侧。 （4）电液控操纵 在电控的自动变速器中，换档阀滑阀的位置变化往往采用电液联合作用的方式（如图10．14所示），滑阀位置变化，不仅仅取决于D控制通道是否有液体进人，还取决于电磁阀线圈通断电的状态。并联在D通道上的电磁阀实际上是一个两位两通电磁阀（如图10．15所示），当电磁线圈断电时，依靠弹簧的预紧力推动锥阀把阀门关闭，这样D通道中的油压建立，在油压的作用下，克服右侧弹簧力使滑阀右移，通道A和C相通人通道关闭。当电磁阀线圈通电时，通过线圈的磁场力克服电磁阀中的弹簧力，使锥阀打开，这样D通道的液体和回油口相通，油压迅速跌落，此时换档阀中的滑间在右侧弹簧力的作用下，使滑阀左移，这样换档网中通道B和C相通人通道关闭。在电控自动变速器中，若要实现档位的变换，只要电子控制单元（ECU）给换档阀的电磁线圈发出通断电的指令，即可实现换档阀中滑阀状态变化，即实现了档位变化。 电控自动变速器的换档电磁阀通常有两个，就有可能实现四个前进档的变换。但换档阀和电磁阀的数量并不对应，通常四个前进档的自动变速器应该有三个换档阀，即1—2换档阀。2—3换档阀和3－4换档阀，但换档电磁阀仅有两个（A和B）电磁阀，也就是说在三个换档阀中，其中有两个采用电液控制方式，而另外一个则采用液控方式。当然在电控自动变速器中，可能还有更多的电磁阀，那是作为其他用途使用的。 （二） 单向阀和节流阀 在液压阀体总成上，设置不少单向阀，这些单向阀的材料既有钢制的，也有塑料制成的。它主要用于保持油缸中的油液的压力，并且防止油液倒流到油底壳中。当油液正向流动时单向阀打开，而液体流动停止时单向阀关闭。当液体逆向流动时，液体作用在钢球上，使钢球和问座紧密贴合，单向间关闭。单向阀在单管路回路中可以起到止回阀的作用，由液体的流动方向控制单向间的开启和关闭。 如果单向间和节流口组成并联油路（如图10．16所示），则通常是为了实现变速执行元件作用时比较缓慢、平稳，而执行元件释放时快速。当液体进人变速执行元件的回路时，由于单向阀关闭，则液体只能从节流口进人，因此流量变少，而且存在压力降，这样油缸活塞的运动比较缓慢。如果换档阀的滑阀改变位置，则执行元件中的压力油迅速地打开单向阀，通过换档间流人油底壳，实现变速执行元件的快速释放。 没有弹簧的球形单向阀若用于液压双管路中，可以起到改变液体流动方向的作用，这一功能类似换档阀。在这种情况下，一个球形单向阀通常有两个阀座，球阀落位于哪个阀座，哪个通道就关闭。从两个不同方向油管来的压力油都要输向同一个出油口，当一侧油管中的压力大于另一侧油管压力时，球阀就落位于低压油管上的阀座，使该油管通道关闭，则高压油管通道和输出口相通。如果另一侧油管压力高，则球阀就落位于另一个阀座上当两侧油管压力相同时，球阀在中问漂浮，两侧油管通道向时和出油口相通（见图10.17） 在阀体总成的油道上，经常会设置一些节流口（见图10．18）。液体流动时的压力会受到节流作用的影响，即产生压力降，也就是液体计经过节流口时，入口处的压力比出口处的压力高，利用节流口产生的压力降，可以起到降压和减缓流量的作用，这对改善执行元件的动作是有利的。但是节流口产生的压力降，仅出现在液体的流动过程，一旦液体停止流动，节流口前后的压力差消除。换句活说，当多片离大器或制动带尚未锁上时，使油缸活塞移动的油压是比较低的，等到离合器或制动带完全锁止了。活塞不再移动，此时作用压增高，节流口的压力不存在。节流口的这种作用，对改善变速特的换档冲击十分有益。 六、 油泵 自动变速器的变速执行元件和变矩器的作用以及液体在自动变速器内部的循环都离不开产生压力源的油泵。自动变速器普遍采用的油泵有两种型式，一种是月牙型的定量泵，另一种是叶片式的变量泵。所谓定量泵就是指油泵的输人轴每转一圈，它的液体排量是恒定的。而变量泵则指油泵的排量会随着主回路的油压升高，自动地调节油泵排量，使油泵排量随着油压上升而逐渐降低。变量泵的应用对于降低燃油消耗，减少油液温升是十分有利的。当自动变速器完成了换档过程之后，为了保证内部液体循环和泄漏补偿所需要的排量之外，不再需要更多的液体，变量泵能够根据主回路反馈的油压，调月牙型油泵节油泵排量，或在保持液压系统油压不变的情况下，自动地改变排量。 １、 月牙型油泵 这种油泵实际上也属于齿轮泵，其中一个是内齿轮而另外一个是外齿轮，两齿轮的接合区域形成了月牙状的空腔，泵也由此得名（如图10．19所示）。齿数少的外齿轮带动齿数多的内齿轮转动，内外齿轮部分啮合。当外齿轮转动时，内外齿轮不断地进人和脱离啮合。当轮齿脱离啮合时，在齿轮间产生低压，从而在月牙型油泵人口处形成真空，则油底壳的油液在大气压力的推动下，进人油泵的月牙状的容积腔内。当齿轮转动时，在齿轮和月牙型腔内充满了油液，油液在齿轮的带动下，沿着壳体不断地向出口运送。当液体位于出口处时，由于在这个位置上两齿轮刚好进人啮合状态，轮齿之间的间隙逐渐变小，因此使油液的压力逐渐随之增高，迫使油液从出口处排出，不断流向变速器的液压回路。 通常在月牙型腔内还设置了一个月牙型的隔离块，它的作用是防止内外齿轮进人啮合状态时，由于油液在出口处产生的高压而引起外齿轮和内齿轮的啮合状态的变坏，从而影响液体高压的产生。因此在内外齿轮啮合区域的对面，设置月牙型的隔离块，防止外齿轮在高压作用下齿轮轴线的径向偏移。 月牙型油泵是一种定量泵，每转动一圈输出的排量是相同的，输出油液的流量随发动机的转速而变化。由于月牙型油泵具有轴向安装尺寸小，连接方便、结构简单等特点，因此在后轮驱动的自动变速器中广泛采用。 ２、 叶片式变量油泵 许多自动变速器都装用了叶片式的变量油泵（如图10.20所示）。这种油泵的排量是可变的。当主回路油压较高时，油泵的排量相应减少。为了实现自动调节油泵的排量，把主回路的油压信号作用在背面，借助于滑座背面的液体压力克服紧贴滑座另一侧的弹簧力，从而改变滑座与叶片转子中心的偏心距。这样就控制了油泵的输出流量。 油泵的转子和叶片被装在滑座孔内。滑座可在销轴上回转摆动，其位置决定了油泵的输出（如图10.21所示）。当滑座在弹簧力作用下处于完全伸开位置时（转子中心和滑座中心的偏心量最大），滑座和叶片处于最大的排量输出位置。当转子和叶片在滑座孔内转动时，由于工作腔的容积从大到小变化，从而形成的油压从低压到高压。从进油孔吸人叶片间的油液被运送到出油口。当滑座从完全伸开位置，朝中心摆动时（偏心量逐渐减小），大量的油液从出口侧流回人口侧。当滑座与转子同心时，油泵不能输出。因为滑座随着传给它的输出油信号而回转摆动，所以它能够处于任何可能的位置，包括空转或不输出的位置。变量泵的输出取决于自动变速器的需要，而不依据发动机的转速，因此它比定量泵节省能量。在油泵转速低，而又需要油液流量大时，变量泵能够大流量输出。反之，当油泵转速高，而需要的流量较小时，变量泵可以相应地减小输出。一旦达到满足变速器的需要，变量泵就仅输出保持调节油压所需要的流量。 3．油泵的驱动方式 油泵都是由发动机曲轴通过变矩器外壳驱动的。几乎所有的后轮驱动的自动变速器的油 泵，都由变矩器上油泵驱动壳带动。在驱动壳上加工有两个槽或平面，以连接油泵的主动件（如图10．22所示）。当发动机带动变矩器外壳转动时，油泵被驱动壳直接带动。许多前轮驱动的变速驱动桥，通过与变矩器中心的花键孔相配合的花键轴或六方轴驱动油泵，这种驱动方式称为内驱动（如图10．23所示）。上述两种油泵驱动方式，都要求油泵主动件的中心线和变矩器在同一中心线上。许多老式和少数新式变速器采用一个辅助油泵，安装在变速器壳体的后部，由变速器输出轴驱动。只要变速器输出轴转动，辅助油泵就工作。这种设计，主要为了满足发动机熄火后，汽车被拖动时，对变速器油泵进行强制润滑，以避免可能引起的磨损和高温烧蚀。因此对于没有辅助油泵的变速器，一旦发动机抛锚，汽车若被牵引，则要求驱动轮抬离地面。若无法实施，则要求对牵引速度和牵引距离加以控制。 由于只有发动机工作，油泵才能工作，因此油泵的输出取决于发动机的转速，则油泵的输出视为可变的。在某些转速时油泵的排量增大会使液压系统的油压高于变速器所需的油压，此时可通过调压阀限制液压系统的油压。在变量泵系统中，可以通过反馈的信号油压，使油泵减少排量。 10.6.4 储能器 自动变速器的换档性能取决于制动带或多片离合器的施力装置在液压作用下，起作用的速度和作用在施力活塞上的油压。有些施力活塞油路中利用储能器，以减慢起作用的速度，但不降低施力装置的作用力。储能器与伺服装置类似，它也包括活塞和液压缸。储能器的作用是缓和施力装置的作用力。由弹簧或油压控制需要作用于储能器活塞上的油压。当弹簧压缩时，作用于伺服装置或多片离合器的油压增大。这一压力的增大作用于储能器上从而引起伺服装置或多片离合器受到的高压延迟。因而使换档略有延迟但冲击减小。储能器是伺服装置和多片离合器作用力的缓冲器，储能器通过临时转移部分液压油到并联油路或油腔中，缓冲油液压力的突然增大。这可使油液压力逐步增大，从而使制动带或多片离合器平稳接合。 有些变速器没有采用储能器，而是在伺服装置上或多片离合器施力活塞油路中设置节流孔。这一节流作用减少了初始作用力，但是最终仍使全部的油压作用在活塞上。 另外，还有不少储能器使用一种储能器油压，来协助弹簧共同吸收伺服装置和多片离合器施力活塞上的油压。这种储能器油压是根据汽车的工作条件通过储能器调节间产生的（如图10．24所示）。储能器调节阀的主要控制信号来自发动机负荷：既可以来自节气门开度阀，也可以来自真空压力调制器。当伺服装置或多片离合器施力活塞油压克服储能器弹簧力使活塞上升时，部分油液从储能器间排出。当发动机处于大负荷状态时，储能器的油压调节到一个较高油压，增加了储能器油压，使得伺服装置或多片离合器施力活塞的移动更困难。结果使得伺服装置和多片离合器施力活塞的液压回路油压上升更迅速并提供一种更稳定的档位。 第五节 电子控制自动变速器 液压控制的自动变速器主要由行星齿轮机构和液压系统组成。尽管液控自动变速器已经作了多年的改进，但是本身的结构特征决定了它的一些固有的缺陷，例如由于油液的流动，使升降档稍有延迟，变速器的工作响应比较缓慢，换档点不够稳定。另外，液控自动变速器的换档规律只有一种，不能适应各种使用条件的需要。由于换档的信号都依靠各种机械感应阀转换成油压信号，使得整个液压系统十分复杂，可靠性下降而成本增大。 电控自动变速器的发展，得益于电子技术的发展，更得益于发动机电子控制技术的发展。因为自动变速器的许多输人信号，都来自电控发动机的传感器。由于共享这些信号资源，使得电控自动变速器的结构和控制变得比较简单。 电控自动变速器的基础元件是计算机（ECU），它具有“大脑”的功能。它接收、存储、处理和发送信息，决定车辆的工作条件。计算机的全部工作信息都是电信号（电压或电流），因此响应的速度特别快。对于计算机而言，接受的一定的电压或电流值就表示当前汽车工作时的一种工作状态，计算机就是根据这些数值进行处理的。计算机接受各种输入装置发送的电信号以后，将其储存起来，并通过与计算机存储器中的数值进行比较，来解释这些信号。通过这些数据处理，就知道了目前汽车的工作状态，并且根据计算机已设置的程序对下一步动作作出响应。如果需要产生某一动作，计算机将向要实现这一动作的装置发送一个电压信号，使它响应和校正其工作状态。 电控自动变速器的计算机通常控制下面的工作状态。 ①通过控制换档电磁阀的线圈的开人关方式，从而控制变速器档位的升档或降档。 ②通过控制压力电磁阀的电流大小，从而调节主回路油压，使该油压随发动机的负荷变化而变化。 ③通过控制变矩器锁止离合器（TCC）的占空比电磁阀线圈的脉冲宽度，来调节锁止离合器作用和释放的时间，以及作用时的油压。 ④对于各种超越界限的电信号，作出报警和故障存储的控制，甚至转换成另一种控制方式。 电控自动变速器的整个工作过程，就是由微处理器的接收来自一些输人传感器的信号，经计算机处理，然后向执行装置发送指令。通常电控自动变速器都设有自我工作监控器，以检查其指令是否达到预期要求的结果。如果结果尚未实现，则计算机进一步修正它的指令，直至达到预期目标为止，这种控制方式就称为闭环控制。 一、 输人信号 电控自动变速器的输人信号都来自汽车上的各种传感器，由于各种汽车控制系统的装备不一样，因此传感器的数量和品种有所区别。但是大致可以分成为两类：参考电压式传感器和电压发生器。电压发生器比较典型的使用例子就是汽车速度传感器（如图10．25所示）。 车速传感器通常安装在变速器的壳体上，与液控的调速阀几乎处于相同的安装位置，在变速器的输出轴上安装一个齿轮，随输出轴一起旋转。正对齿轮的车速传感器，通常都属于磁电式传感器。在一块永久磁铁上缠绕了一组线圈，当齿轮旋转时，切割磁力线使线圈内部感应出交变的低电压，通过交变电压的频率来判定汽车车速。 参考电压式的传感器应用最为广泛，例如电位器、热敏电阻器和压力传感器等。这些传感器与计算机构成输人回路。计算机发送一个参考电压（通常为5V）给这类传感器，并且接收它们的反馈电压。通过查看程序和存储器中的标准值比较，了解目前传感器所处的工作状态。 通／断开关在自动变速器上广泛采用，档位开关就是一例。当驾驶员拨动预选杆时，与其联动的就是档位开关，它类似于收音机上的波段开关。当预选杆有七个位置，则转轴上的动触点可分别和静止的七个触点闭合，动、静触点与计算机组成输人回路，把预选杆所处的位置输人计算机。计算机根据接受到的高、低电位，判定预选杆的位置。 电位器、热敏电阻和压力传感器的电阻，随其工作条件的变化而改变。在电控发动机章节中所述的节气门位置传感器就是利用电位器工作的原理，电位器的转轴和节气门轴联动，当处于不同开度时，电位器处于不同的电阻值，从而输出信号电压不同。计算机发送给电位器一个标准的SV参考电压，从接受的反馈电压变化，就能判定节气门开度。电控自动变速器的发动机负荷信号就来自节气门位置传感器。 热敏电阻器随着工作条件的变化其阻值也发生变化。在电控自动变速器中，油温传感器都采用负热敏电阻器，它实际上是一个简单的电子温度计。传感器完全浸没在变速器的油液中，其电阻值随温度上升而下降。当反馈的电压发生变化，计算机就能判定变速器的油温高低。计算机根据这一信号帮助控制换档品质，因为变速器油液的特性会随油温而变化。 压力传感器（压力开关，如图10．26所示）是主要反映液压回路的油压大小的感应元件，当液压增大时，通过膜片使接触器变形，同时使触点闭合。当作用于膜片上的油压不同时，接触器变形状态不同，电阻值也不同。压力传感器在电控自动变速器采用的目的，主要是把多片离合器和伺服油缸的工作状态（油压大小、油压建立的时间、实际的档位状况）输人计算机，从而判断是否需要调节主回路油压。 来自开关的反馈信号反映出回路的通断周期。如果开关周期地迅速开／关，则反馈信号也是一个快速的开／关信号，这描述了一个数字信号即一系列的开关脉冲。计算机是通过一系列的开／关信号处理信息的数字装置。计算机只接受数字型的数据，而参考电压传感器输人的是电压变化量（模拟量），因此计算机的首要任务就是把传感器输人的模拟信号转化为数字信号，即微处理器中的A／D转换装置。图10．27为变速器控制装置输入线路示意图。 二、 输出装置 计算机把处理后的指令发送到其输出装置，该输出装置就是电子控制系统的执行元件。电控自动变速器中典型的输出装置有电磁阀线圈、电动机和继电器等。这些装置可以使变速器的某一机构的状态发生变化，例如换档电磁阀线圈处于通／断电状态时，换档阀的滑阀位置就会发生变化，从而引起行星齿轮机构的变速执行元件处于接合或释放状态，变速器的档位也随之发生变换。计算机发送给输出装置的指令，绝大多数都是一种开／关信号，如换档电磁阀线圈，仅有通／断电两种状态。但有时，计算机发出的指令是根据汽车工作条件需要的可变信号，如电控自动变速器的压力控制电磁阀的线圈，计算机发送给该线圈的电流大小是根据发动机负荷大小变化的，从而调节主回路的油压。另外计算机发出的指令还可以是一种引起输出装置周期变化的可变信号，如控制变矩器锁止离合器工作的占空比电磁阀（PWM），计算机发送给线圈的信号是一种周期变化的脉冲信号，而且该脉冲信号的宽度在不同的时间是可变的，通过调节脉冲宽度实现锁止离合器作用／释放的时间的变化，以及改变作用的油压大小。 三、 信号的处理 计算机接受来自输人传感器的信号之后，首先要把这种低压弱信号通过放大器进行放大，并且通过A／D转换器把模拟信号转换成数字信号，把这些转换后的数据与存储的数据进行比较，然后作出处理信息。在计算机的存储器中，存储了理想的换档规律和执行的逻辑程序，它们提供了最佳换档时刻。而且可以设置多种的换档规律，来满足汽车不同使用工况下的最佳换档点。电控自动变速器可以存在多种换档规律，而液控自动变速器则无法实现。 计算机要决定合适的换档规律首先要查看输人的预选杆位置。该输人信号来自档位开关。同时所选定的换档规律取决于驾驶员选择的换档规律转换按钮。每一种发动机／变速器都有不同的一组换档规律的数据。决定换档规律的主要因素是预选杆位置、当前的档位、节气门开度和车速。计算机同时也要查看各种温度、负荷和发动机工况等多种输人信息。 不同的车型会选择不同的换档规律，通常的轿车都设置了两种以上的换档规律模式。它包括正常模式（或称经济型模式）、特性模式（动力型模式）、冬季模式和手动换档模式。 ①正常模式是以节省燃油消耗为主要目的，通常在高速公路使用。这种换档模式又称为提前换档，车速增加对档位的上升起明显的作用。 ②动力模式以发挥发动机动力为主要目的，充分发挥变速器的低档扭矩大的特性，适用于坏路、爬坡和牵引状态。这种换档模式又称之为延时换档。在这种模式下，计算机指令压力控制电磁间给主回路油压获得更高油压，防止多片离合器和制动带打滑。当变速器提升下一个更高档位时，计算机命令延长换档时间来提供汽车更大的加速度。 ③冬季模式主要是在冬季冰雪路面起步或在滑溜路面起步使用。由于自动变速器按常规的换档规律必须是1档起步，但变速器的1档具有很大的传动比，因此在冰雪路面或滑溜路面经常会出现轮胎打滑现象，起步困难而且不安全，尤其在冰雪覆盖的横道线上，尚若停止灯解除，汽车还不能起步，就会阻塞交通。在这种情况下，选择冬季模式，自动变速器就会转换成2档或3档起步，避免上述现象发生。 在有些自动变速器中没有设置冬季模式，完成同样的功能是通过把预选杆放置于手动2档的位置，在这手动2档中，可以避免出现1档（这不同于一般的手动2档），强制变速器用2档起步。 ④手动换档模式允许驾驶员以与手动变速器相同的操纵方式来变换自动变速器的档位。驾驶员可以使用预选杆，就像使用手动变速器的换档杆一样在手动二档（第1档）。手动2档（第2档）。手动3档（第3档）和超速档（第4档）之间进行换档。尽管如此，一旦驾驶员企图滞留在1档或2档排而发动机又处于超速状态运转，此时计算机将会对变速器提供超速的保护。 四、失效保护 对于电控自动变速器要考虑失效保护的问题。它的含义是指：不管是什么原因引起变速器电子控制系统故障，变速器仍然能够维持基本的工作条件。这是失效安全的原则。例如在控制计算机完全失电的状态下，自动变速器至少还能提供一个前进档位，让汽车能继续维持行驶。通常在自动变速器电子控制系统失效或部分失效的情况下，计算机的处理器则会发送下列的工作指令。 （1）提供最大的主回路油压 在电控自动变速器中主回路的设定油压由两部分组成：“是通过调压阀设置的额定油压，二是通过压力控制电磁阀根据发动机负荷信号附加的偏置油压。如果计算机处于失电状态，则压力控制电磁阔无法接受计算机的输出信号。在这种情况下，压力控制电磁阀的输人电流为零，而要求压力控制电磁阀有最大的调节油压输出。如果液压系统能够提供最大的主回路油压，则可以防止变速执行元件多片离合器和制动带在大负荷情况下打滑。此时发动机的负荷信号已无法让计算机接受。 （2）换档电磁阀都处于断电状态 无论是3档或4档的电控变速器都设置了两个换档电磁阀。如果计算机失电或者电子控制装置出现故障，两个电磁阀只能处于断电状态。现代的电控变速器设计中，总会存在一个前进档位，在这个档位工作时，两个电磁间都处于断电状态，一般把这一档位设置在2档或3档。 （3）变矩器锁止离合器（TCC）处于关闭状态 一旦电控自动变速器处于失效保护状态时，汽车只能在2档或3档起步，如果在这种情况下锁止离合器仍处于作用状态，则可能引起起步颤抖，甚至无法起步。为了保证锁止离合器在该工况下是释放的，则要求变矩器锁止离合器的控制电磁阀处于断电时，锁止离合器释放，而通电时锁止离合器可以作用。 五、 换档的适应性 在电控自动变速器中，当其中的一些零部件由于磨损已超过了它的工作期限时，计算机可以提供一种适应特性变化的能力。例如，随着使用里程的增大，多片离合器中的钢片和摩擦片的磨损量增大，会影响换档时间或引起换档冲击。在一些具备适应特性变化能力的电控系统中，计算机可以通过采集多片离合器的作用时间，来监控变速器的换档时间。当换档时间超过设定值后，计算机就可以发送增大主回路油压的指令，通过增大油压，弥补多片离合器的作用时间，使换档时间又重新恢复到初始设定值。如果油压增大，换档时间没有减少，则计算机认定该多片离合器必须更换了，同时向计算机发出故障报警信号。为了采集多片离合器作用时间的信号，在与多片离合器作用活塞油路上，设置了压力开关，通过油压上升的时间来判定多片离合器的作用时间。多片离合器仅仅是计算机弥补这种特性变化的一个例子，在电控变速器中类似的控制方式有很多。 10.7.6 故障的诊断能力 电控自动变速器中的计算机能够连续地采集汽车工作状态下的全部信息，中央处理器每隔一定时间收集一次输人和输出信号。计算机从中能够判断发动机和变速器是否能够提供期望的性能。如果出现性能已经严重变坏的情况，则诊断故障代码（DTC）被计算机存储。当故障代码被存储的同时，汽车仪表板上的报警灯会被点亮。它将提醒驾驶员，汽车已出现问题需要马上进行诊断和维护。但有些故障代码不会引起报警灯的显示，而是将它存储在记忆器中。需要通过合适的诊断扫描仪器，从记忆器中把它重新召回。 为了判断故障代码，可以简单地把诊断扫描仪插进故障诊断连接器（DLC）的插口。由于汽车上增加了电子控制系统，因此诊断扫描仪已成了一种标准的汽车维修设备。故障诊断连接器（DLC）是一种基本的连接器，通过导线和计算机连接。配备了诊断扫描仪器，能够阅览存储在记忆器中的全部信息。另外，汽车在道路试验期间，利用扫描仪器能够监视全部的计算机输人信息。这样有可能正确地判断性能变坏的原因。 八、典型的电控元件 （一） 换档电磁阀 图10.28是这种换档电磁阀的结构。它实际上是一种常开的两位两通电磁阀，即断电时通道是打开的，当通电时，通道关闭。当然也可以是一种常闭的两位两通电磁阀，那么工作状态正好相反。这种换档电磁阀就是前面提到的电液控操纵的换档阀，即在换档滑阀的一侧控制口的油路上，并联一个两位两通电磁阀，当电磁阀关闭时，控制口建立油压，推动滑阀移动，实现档位变化。当电磁阀打开时，控制口油压和回油相通，则滑阀恢复到初始位置。这种换档电磁阀采用的是球阀结构，它反应迅速，制造简单。当螺旋线圈通电时，电流产生的磁力场，强制中央的柱塞克服弹簧力，向右移动，迫使钢球位于问座上，使阀门关闭，这样控制口油压和回油隔离。当电磁阀断电时，弹簧力强制中央的柱塞回到左侧的位置，钢球脱离问座，控制口油压和回油口相通，控制口处于卸压状态。通过两位两通电磁阀的通／断电的变化，就能实现换档阀位置变化，从而实现档位的升降。目前大部分的电控变速器的换档电磁阀都采用这种结构。 （二） 压力控制电磁阀 压力控制电磁阀是一种精确的电子压力调节器（如图10.29所示），它根据流经螺旋线圈的电流大小，来控制变速器的主回路油压。当电流增大时，由线圈产生的磁力场推动柱塞克服弹簧力进一步离开泄油口。通过增大电流，增大泄油口的开度，减小调节后的输出油压。计算机根据各种输人信号控制压力控制电磁阀，这些信号包括节气门开度，油液温度，进气歧管绝对压力（MAN）传感器和档位状态。压力控制电磁阀调节主回路实际是通过改变线圈的电流使得电磁力发生变化，当电流大时，电磁力增大，泄油口打开大，结果被调制的油压减低；调制油压和电流成反比。 如何改变压力控制电磁阀的电流呢？在电控自动变速器中采用的是一种称为调节“占空比”的方法。占空比的定义是；在每一个循环周期中，电流通过电磁阀线圈的时间占一个循环周期的百分比，即电磁间通电时间的百分比（见图10．30）。占空比有正负之分。正占空比=A／（A＋B）×11％，负占空比=B／（A＋B）×100％。这里的 A为通电时间；B为断电时间。正占空比指电磁线圈通电（参与工作）时间占一个循环周期的百分比；负占空比指电磁线圈断电（不参与工作川寸间占一个循环周期的百分比。通常正、负占空比的术语都使用。占空比调节又称为脉冲宽度调制（PWM），脉冲宽度即表示通电时间。 每一秒钟内出现的循环数称为频率，用赫芝（Hz）表示。通常电子控制的脉冲宽度调制电磁阀的工作，就是用占空比和频率的术语来说明的。4T65E自动变速器的压力控制电磁阀采用正占空比，固定的频率是292.5Hz。当送给压力控制电磁阀一个较高的占空比，那么电磁阀线圈就得到一个较大的电流，压力电磁阀就产生比较大泄油口。表10.1说明了4T65E自动变速器压力控制电磁阀电流、占空比和调制油压的关系。在微处理器中设有控制压力控制电磁阀工作的电子回路。微处理器为电子回路提供了一条接地线的通道，监控平均电流并连续地改变压力控制电磁阀的泄油口开度。调节占空比就是为了维持在压力控制电磁问中有一个正确的平均电流。 占空比和通往压力控制电磁阀的电流主要受到节气门开度（发动机扭矩）的影响，并且和节气门开度成反比。换句话说，当节气门开度增加，通过微处理器减少占空比，从而减少送人压力控制电磁阀的电流。电磁阀中的电流产生了一个磁力场，使衔铁克服弹簧力移动，同时计算机内部的程序还允许自动调节换档压力，它建立在改善自动变速器特性的基础上。当变速执行元件多片离合器和制动带处于磨损期间，则换档时间增长。为了弥补这种磨损，维持初始标定的换档时间，计算机通过控制压力控制电磁阀调节产生比较大的油压。自动调节的过程被称为“自学习”，它是利用假设的符合换档感觉作为目标逐步增加变速器适应性能。汽车在确定的速比档位行驶中，计算机通过监控推动杆子使泄油口阀门打开。 许多自动变速器都设置了输入速度传感器和汽车速度传感器，利用已确定的传动比，判断该档位转速是否太快（油压过高）或太慢（油压过低），并通过调节压力控制电磁阀信号，维持一种设定的换档感觉。 （三）变速器锁止离合器（TCC）占空比电磁阀 前面已提到了占空比电磁阀的结构和工作原理，主要应用于压力控制电磁阀。通过调节电磁阀的正占空比的大小，改变电磁阀线圈中的平均电流，从而改变电磁力的大小，使泄油口的大小也随之变化，最终使调制的油压发生变化。 这一节介绍的占空比电磁阀主要应用于控制变矩器的锁止离合器。通过改变占空比使锁止离合器在作用和释放时的油压发生变化，使作用/释放的过程变做比较平稳和柔顺。控制锁止离合器的占空比电磁阀通常是一种常闭的脉冲宽度调制的电磁阀，用于控制变矩器锁止离合器的作用和释放。计算机通过采用负占空比控制该电磁阀，计算机发送给电磁阀的固有的频率是32Hz（4T65E自动变速器），通过改变负占空比率控制锁止离合器的作用／释放。电磁阀具有使锁止离合器的作用／释放的油压呈斜直线上升／下降的功能，导致锁止离合器平稳工作。 图10.31显示了变矩器锁止离合器占空比电磁阀的结构。它的结构和工作原理和前面介绍的换档电磁阀类似，都属于两位两通电磁阀。但它们之间还存在区别：换档电磁阀是常开的两位两通阀，而该电磁阀是常闭的两位两通阀，即电磁阀通电时，控制口油压和泄油口相通，处于卸压状态。另外的区别是，换档电磁阀的通／断电的作用时间较长，只要汽车档位没有变化，换档电磁阀的通／断电状态同样没有变化。但是变矩器锁止离合器的占空比电磁阀工作状态却不同，它接收的是一种周期变化的信号，在一个周期中，电磁阀一会儿断电又一会儿通电。当断电时，和泄油口隔离，控制油压比较高。当通电时，和泄油口相通，控制油压又迅速下降。由于电磁阀的通／断电都是在瞬间完成的，因此通过改变负占空比的不同比率，就能实现控制口不同油压的调节。 当汽车的工作条件满足一定的要求时，变矩器的锁止离合器进人作用状态，计算机立即增加占空比，大约增加到22％（图10.31中的A点）。计算机使占空比呈斜直线上升，直到占空比达到大约 98％，完成全部的锁止离合器的作用油压。计算机通过改变占空比率来控制锁止离合器的作用。同样，当锁止离合器释放时，占空比率也呈斜直线下降。 在汽车有些工作条件下，是需要防止锁止离合器作用的。例如当计算机接收到来自制动踏板开关一个高电位信号，该信号是由驾驶员踩下制动踏板引起的，计算机立即指令释放变矩器锁止离合器。 图10．31中给出的占空比变化参数，仅仅是一个例子。实际上的占空比的变化，则取决于汽车的性能匹配和汽车的工作条件。 九 液压回路 液控自动变速器的回路 把油泵。阀和管路有机地布置在一起就形成了液压系统。在实际的变速器中，一些主要的部件比较容易下定义，而一些输送管路则较难作定义。因此为了便于说明原理，液体的流动通道则用单线表示。图10．32为自动变速器的液控原理图，采用的行星齿轮机构是前面已介绍的拉维奈行星齿轮机构的原型。为了便于理解，在图中仅列出了一些主要的阀门，而省略了一些次要的阀门。 在图的左侧，布置了油盘和油泵，油泵从发动机曲轴获取动力而旋转，在这里采用的是定量泵，液体经过主调压阀调节之后的油压称为主回路油压，该油压直接送往手动问的人口处。 从主调压阀另一出口处出来的油压，直接送往第2调压阀的人口处，该油压同样是主回路油压。由于第2调压阀是一种减压阀，因此经过第2调压阀出来的油压实际上是一种低压。这油压直接送人变矩器的人口，变矩器的出口液体和油冷却器相通，经过油冷却器后流人油盘。第2调压阀还存在另一出口，作为变速器润滑使用，由于润滑系统只允许使用低压，因此也必须经过第2调压阀减压。图中的变矩器没有设置锁止离合器，有关这一方面的油路在下面的章节中会有叙述。 手动阀实际上是一个多通道的阀门，由驾驶员手动操纵。手动阀的位置，决定液体在液压系统内部的流动方向。假若手动阀的位置允许主调压阀的油压进人液压系统，则该油压分别流人节气门开度阀、调速阀、l—2换档阀、2—3换档阀以及前多片离合器。 调速间和节气门开度间都属于压力调制阀，它们人口处的油压都是恒定的主回路油压，但是出口处的油压则受到外界信号的影响。调速阀直接和输出轴联动，输出轴的转速直接影响输出油压的大小，该油压直接送人l—2换档阀和2一3换档阀的右端控制口；节气门开度间通过拉索和油门踏板联动，输出口的油压大小和节气门开度相关，该油压直接送人l—2换档阔和23换档阀的左端控制口。 l—2换档阔和2—3换档阀中的滑阀，在两控制口没有油压的状态下，由于受到左侧弹簧力的作用，使滑阀始终处于右端位置。这个时候，两个换档阀的出口处都没有油压作用。和这两个换档阀相关的变速执行元件（前制动带和后离合器）都处于释放状态。随着汽车速度的增加和油门踏板的变化，换档阀两端控制口油压都会发生变化，如果右端调速阀的油压大于左端节气门开度阀油压，则换档滑阀左移，此时已等在换档阅人口处的主回路油压，经过换档阀直接进人变速执行元件，实现档位的变化。 从节气门开度阀输出口输出的油压，一方面直接送往两换档阀的左端控制口，同时还有一个旁通输出口，它和以上的输出口具有相同的油压。该油压直接作用在调压阀中的升压阀上，使主回路油压能随着发动机负荷的增大而上升。 1．空档（N）和驻车档（P）。 参见图10.33，当预选杆处于“N”或“P”档位置时，手动周的位置也相应变化，则液压系统按如下方式工作。 ①当预选杆处于“N”或“P”档位置时，手动阀的滑阀处于关闭位置，来自主调压的油压无法进人到液压系统的内部，在这种情况下，调速阀、节气门开度问以及两个换档阀的输人口都没有液体输人，因此变速执行元件都处于释放状态，即空档位置。 ②来自主调压阀的液体送往第2调压阀，它提供变矩器工作的压力。第2调压阀也同时提供变速器各种零部件润滑用的油，在它进入油盘之前，液体通过变矩器都会产生热量，当液体通过油冷却器时，大量的热量被带走。 虽然在这两种档位下，所有的变速执行元件都没有作用，但是变矩器仍在工作，润滑和散热系统照样处于工作状态。 2．第1档 见图10.34，如果选择“D”档位置，变速器将换入第1档，当汽车速度增加时，它自动地变化到第2档，然后又随着车速的进一步提高自动地换人第3档。如果“l”被选择，变速器将维持在第1档。 作为第1档，液压系统按如下方式工作。 ①当选择“D”档位置，手动阀滑阀移动后允许主回路油压送到前多片离合器，单向离合器处于锁止状态，行星架固定不动，变速器处于第1档。 ②在第1档位置，行星架有逆时针旋转趋势，单向离合器锁止。当处于第2档时，单向离合器自动解除锁止。 ③当预选杆选择在“1”档位置，手动阀允许主回路油压到达后伺服油缸，由后制动带固定行星架，代替单向离合器。这样可以实现发动机辅助制动。 ④同时，主回路油压也被送到其他的阀，它们已作好了使用准备，一旦需要马上参与换档。这些间包括换档阀、节气门开度阀和调速阀。当汽车开始移动时，调速阀输出油压；当油门踏板踩下时，节气门开度阀也有对应的输出油压。 3．第2档 见图10．35，作为第2档，液压系统以如下方式工作。 ①汽车速度增加，进人1—2换档阀端部反应区域的调速阀油压也随之增加，使换档阀的滑阀移动。这时候，允许主回路油压通过l—2换档阀进人前伺服油缸的作用侧。、作为第2档，前制动带必须作用。前多片离合器在第2档时，也需要作用，但它在第1档已经作用了。 ②节气门开度阀的油压也作用在l—2换档阀的另一端，该压力和调速阀压力是相反的，这时候，换档阀已变成了一种继动阀的作用，它的运动状态受到节气门开度阀压力和调速阀压力的影响。 ③在较小节气门开度时，节气门开度阀输出的油压比较低，而调速阀压力较高，因此在低速状态提前升档。在节气门开度较大时，节气门开度问压力将比调速阀压力高，所以升档就会被延迟。只有处于比较高的速度时，才可能出现升档。 ④升档和降档是两种相反的换档动作。当调速阀压力下降时，弹簧力把换档阀送到它的初始位置，切断主回路压力进人后伺服油缸并且释放后制动带。另外向下换档（降档）主要受到节气门开度问油压的影响 4．第3档 见图10．36，作为第3档，液压系统以如下方式工作。  ①调速阀压力和节气门开度阀压力在2——3换档阀上的工作方式，与在l——2换档阀上的工作方式相同。在合适的车速下，调速阀压力将使2—3换档阀的滑阀移动，允许主回路油压进人后多片离合器。 ②与此同时，主回路压力也被送到前制动带伺服油缸的释放口一侧。由于该伺服油缸是双向作用武油缸，且释放口一侧的活塞作用面积比作用口一侧的活塞作用面积要大，因此在主回路压力的作用下，前制动带被释放（见图9．6）。 5．倒档 作为倒档，液压系统以如下方式进行工作。 ①预选杆处于“R”档位置，主回路油压到达后多片离合器和后伺服油缸，当这两个变速执行元件都作用时，机构就提供了倒档。 ②倒档时的液压回路，除了有压力作用在多片离合器和伺服油缸上外，其余都类似于空档位置“N”。 （二） 电控自动变速器回路 传统的自动变速器均为液控自动变速器，即其控制部分和执行部分都是通过液压油来实现的。而电控自动变速器在执行时仍然采用液压油作为动力源，其控制部分则采用电子控制装置。电控装置是这种变速器的核。L它利用各种传感器对变速器的工况进行检测，并对这些工况的信息进行处理，然后发出控制信号送至相应的电磁线圈，驱动换档问使回路内的油压和油液走向发生相应变化，从而实现对变速器的全面控制。目前，汽车上越来越多的自动变速器采用这种控制系统。图10．37示意了液控自动变速器和电控自动变速器两者间的最基本的差别。 图10．37（a）是液控自动变速器的布置图。在液控系统中，节气门开度的油压是通过钢索与油门踏板及与节气门相联的节气门开度间来控制的（有的则采用真空压力调制器来控制）。调速阀油压则是通过与变速器输出轴上的小齿轮相啮合的调速阀产生的。通过这两个油压对换档状态的控制来实现换档。 图10．37(b）是电子控制的布置图。其中既没有节气门开度阀，也没有调速阀。取而代之的是节气门位置传感器和车速传感器等各种状态传感器和电子控制单元（ECU），同时ECU又根据其他有关传感器所提供的信号，选择最佳的换档时机向换档电磁阀发出控制信号，使多片离合器或制动带作用。 在电控系统中，调压阀也是一种电子控制的电磁阀，但它与一般的开／关电磁间不同，它是一种占空比电磁阀，就如前面已介绍的压力控制电磁阀。它通过节气门位置和车速信号来产生和调节主回路和变矩器中的油压。 电控自动变速器的主要优点是： ①换档平稳。快捷、可靠； ②改善燃油经济性和排放性能； ③自动换档时机更加精确； ④对节气门开度的响应更平稳； ⑤由于能够随时检测变速器的工况，因此对发动机起到保护作用； ⑥能够消除反复循环换档的现象； ⑦可自动诊断故障，并以故障码的形式进行存储和读取，便于维修； ⑧可以设置多种换档规律，满足不同行驶工况的要求。 图10．38示意了具有电控自动变速器的基本液压回路，该回路和前面提到的液控式的自动变速器回路是相似的，它的行星齿轮机构仍然采用拉维奈式的机构。但在图中，节气门开度阀和调速间都取消了，每一个换档阀都有一个电磁线圈，而且调压阀的控制回路也安置了这种电磁线圈。下面以引电磁线圈为例说明它是如何工作的。 ①电磁线圈通常都是断电的，它的阀处于常闭状态。主回路上所建立的油压作用在l—2换档阀的右端，并且在该油压的作用下，克服弹簧力使它维持在一个位置上，防止液体进人伺服油缸的作用口一侧，即作用口无油压进入。 ②当达到向上换入第2档的条件时，ECU送一个信号给电磁线圈S1，此时它参与工作并打开电磁阀。 ③主回路压力通过电磁阀S1排出，1—2换档右端的压力下降，同时弹簧力促使换档阀的滑阀改变位置。 ④此时l—2换档阀允许液体流人伺服缸的作用口一侧，完成从第1档换入第2档的动作。 电磁线圈S2工作方法与S1相同，它和2—3换档阀有关。在图中示意的只是三档变速器的控制图。作为四档变速器还应有3一4换档阀或具有相应的电磁线圈，其工作原理是一样的。 调压阀有它自己的电磁阀，它通过ECU的指令，使电磁阀S3断电或接通。而且允许调压阀工作在一种脉动状态下。它也可以像压力控制电磁阀，通过改变电流，改变回油的节流口，从而调节作用在调压阀顶部的油压，随之产生不同的主回路油压。 （三）变矩器锁止离合器的液压回路 图10．39示意的是部分的液压系统图，这一部分主要用来操纵变矩器中的锁止离合器工作。这里有减压阀、离合器控制阀（变矩器锁定阀）和电磁阀。锁止离合器的工作（作用）是把液体压力送到离合器板背面，而锁止离合器的释放，则是把液体的流动方向反过来，在图中示意的是离合器作用的状态。 1．变矩器锁止离合器处于工作状态 ①主回路压力被送到减压阀。减压后的液体被送到离合器控制阀的弹簧端，并且也送到电磁控制阀。 ②由于电磁控制阀执行ECU的指令，所以它处于打开状态。这时允许液体直接返回油盘，结果在离合器控制阀弹簧端的液体压力是无效的（不能建立较高的压力）。 ③有一个节流孔设置在减压管路上，阻碍了液体流动，因此只有比较少的液体从电磁阀排出。如果没有这个节流小孔，在系统中就会出现没有必要的液体损失，而且会影响减压管路中油压的建立。 ④主回路的压力送到离合器控制阀，并允许液体从问中通过，然后作用在变矩器的离合器板上，如图中的箭头所示。 ⑤液体压力作用在离合器板背面，使离合器处于工作位置。离合器板正面的液体通过管路返回到离合器控制阀，从那里直接返回到油盘。 ⑥离合器控制阀还能够调节作用在离合器板上的压力。减压后的液体同时也被送到离合器控制阀的右端。在这里有一个压力反应区域，处在这一端头的液体压力要使控制阀和相反端弹簧力相平衡。因此改变右端的液体压力，就可以改变进人变矩器且作用在离合器板上的油压。 ⑦当变矩器锁止离合器作用时，作用在离合器板背面的油压是来自主回路的压力，是一种比较高的油压。 2．变矩器锁止离合器释放 ①当电磁阀线圈断电，阀就处于关闭状态，停止向外排放液体，因此减压后的压力逐渐上升。 ②在离合器控制阀弹簧端的压力把阀移向右端时，就阻断了主回路压力进入控制阀，但它允许变矩器的油压（来自第2调压阀）进人控制阀，并代替主回路压力。 ③变矩器液体压力作用在离合器板正面，使离合器极向右移动，离开变矩器前端盖，结果锁止离合器释放。变矩器液体压力来自第2调压阀，是一种低压的油液。 ④来自变矩器中的液体，通过离合器控制阀，经过油冷却器冷却后返回油盘。 （四） 用占空比电磁阀控制变矩器锁止离合器的液压回路 用占空比电磁阀控制变矩器锁止离合器作用的液压回路，主要是为了解决锁止离合器在作用和释放时的“感觉”。由于锁止离合器的作用过程，就是从“软连接”转变成“硬连接”的过程，如果这个过程过于短暂，就会引起汽车传动系的剧烈冲击，就像传统汽车起步时，突然释放离合器踏板一样。为了改善这种作用过程，通常采用占空比电磁阀控制方式，在作用和释放过程中，通过调节电磁阀的占空比，使作用在离合器板背面的油压随着负占空比的增加而增加。 用占空比电磁阀控制变矩器锁止离合器的液压回路中，一般都有两个阀（见图10．40），一个称为锁止离合器调节阀，占空比电磁阀就装配在该问上。占空比电磁间实际上是一个开／关阀，通过调节一个周期内的开／关时间，即和泄油口连通的时间，来调节左端控制口的油压，从而使锁止离合器调节阀输出油压能够随左端控制口的油压大小而发生变化。另外一个问称锁止离合器的控制阀（锁定阀），它的功能主要是控制进人变矩器液体的流动方向，当变矩器锁止离合器处于作用状态时（如图10．40所示），来自锁止离合器调节阀的输出油压，经过该问进人变矩器离合器板的背面，该油压随占空比的变化而变化。此时，变矩器离合器板正面的油压通过该阀返回油盘。当变矩器锁止离合器不具备锁止条件时，作用在锁止离合器控制阀下端控制口的油压消除，则该问在上端弹簧力的作用下往下移位，处于另一位置。此时来自锁止离合器调节阀的输出油压受阻，无法进人锁止离合器的控制阀。同时来自变矩器的油压（或来自第2调压阀的油压），通过该问进人到锁止离合器板正面，使它和变矩器前盖脱离。离合器板背面的液体，则经过该阀和油冷却器相通。锁上离合器的控制阀有两种控制方式，图10．40中示出的是单向液控的，该控制口的液体和锁止离合器调节阀控制口的液体压力是相同的，即只有达到某一占空比，锁止离合器的控制阀才可能切换位置。另外也可以设置一个两位两通电磁阀，组成电液控的换档阀方式。电磁阀线圈通／断电，就形成了控制阀状态变化。 十、 一般故障诊断 自动变速器由于结构类型较多，而且较为复杂，除了机械系统之外，还有十分复杂的液压系统和电控系统，因此产生故障的原因是多方面的，其中掌握每一个变速器的每一个档位的传动路线是诊断故障的主线，变速执行元件的作用或释放都是为传动路线服务的。多片离合器、制动箍带以及单向、超越式离合器都是比较容易损坏的机械部件，一旦变速执行元件失去功能，就可能影响档位的传动路线。由于每一个变速器中的复合行星齿轮机构不同，因此变速执行元件对传动路线的影响也不同。自动变速器中的液压系统主要是为变速执行元件中的多片离合器和伺服油缸服务的，使它们作用或释放。影响多片离合器或伺服油缸正常工作的最主要的因素是主回路油压。而影响主回路油压的因素很多，但关键是油泵的密封件磨损，调压阀卡滞或磨损以及液压回路的内部泄漏等。自动变速器的电子传感器主要收集换档信息和改善换档品质，以及监控报警信息，如果这些变速器的耳目发生损坏，则ECU无法执行正确的程序，无法正确地处理信息。自动变速器电控系统的执行元件主要指各种控制阀的电磁线圈，线圈的开路或短路以及电阻值发生变化是经常出现的故障，它直接影响电磁阀的工作。总之，由于影响自动变速器故障的因素很多，在诊断过程中要比较充分地加以考虑，可以采用比较法和筛选法，逐一加以判断。下面所列的故障及原因，具有典型性。 1．自动变速器油温过高 原因：油底壳中液面位置过低；长期处于大扭矩，大负载下工作浓车辆长期处于等待状态时，制动踏板没有释放（变矩器中的液体严重“剪切”）；主回路油压偏低，多片离合器、制动箍带或变矩器锁止离合器（TCC）处于打滑状态；油冷却器管路或单向阀污垢堵塞。 2．换档过程有明显冲击 原因：多片离合器或制动箍带因磨损而产生比较大的间隙，“飞车”或“丢速”引起换档冲击烽擦副的表面状态已变化；储能器活塞卡滞，峰值油压无法衰减；调压阀阀体卡滞。 3．液控自动变速器的换档点不准确 低档换高档时车速提前的原因：节气门开度阀联动的钢绳索调整过松，使开度阀弹簧预紧力偏小；真空压力调制器滑阀发卡；调速阀滑阀发卡。 低档换高档时车速延迟的原因：主回路油压偏高；节气门开度阀联动的钢绳索调整过紧，使开度阀弹簧预紧力偏大；调速阀单向阀座泄漏；真空压力调制器的真空管破裂或滑间发卡；换档阀滑阀发卡。 4．电控自动变速器的换档点不准确 原因：换档规律开关选择不正确或损坏aCU控制程序有故障；节气门位置传感器和车速传感器有故障或连接导线松脱。换档电磁阀线圈故障或滑阀发卡。 5．主回路油压偏低 原因：液面高度偏低或滤清器堵塞；油泵磨损泄漏；液压回路中的密封环、单向阀座。活塞以及滑阀磨损、发卡引起泄漏；上、下阔板连接螺栓松动；节气门开度阀联动钢绳索调节过松；真空压力调制器滑阀发卡；调压阀滑阀发卡；预紧弹簧断裂或升压阀发卡；压力控制电磁阀故障。 6．换档错位或输出轴不转 原因：手动阀位置调整不准确或滑阀磨损泄漏；换档电磁阀线圈故障或换档阀发卡；ECU电源处于失电状态；主回路油压偏低，多片离合器或制动箍带打滑；单向或超越式离合器损坏；多片离合器活塞、伺服油缸活塞以及换档阀发卡，使它们无法作用或释放。 7．低速时动力明显不足（失速试验时，发动机转速偏高） 原因：变矩器中的导轮单向离合器已无法锁止，两个旋转方向均可自由转动；主回路油压偏低，多片离合器或制动箍带打滑。 8．高速时动力不足 原因：变矩器中的导轮单向离合器两个旋转方向均锁止；变矩器锁止离合器无法锁止或存在明显的滑转现象。 9．冷车时工作正常，热车时工作失常 原因：油底壳垃圾过多，工作时间长，引起进油滤清器堵塞；停车时，沉积物下落又恢复正常。 10．发动机起步颤抖或熄火 原因：变矩器锁止离合器活塞烧结，已无法分离；变矩器锁止阀发卡。 11．变矩器锁止离合器作用时明显冲击 原因：锁止离合器扭振弹簧已损坏；占空比电磁间不起作用。