第七章汽車自動變速器第一節概述第二節有級機械式自動變速器第三節液力機械傳動自動變速器第四節金屬帶式無級自動變速器第一節概述一、自動變速器的優點簡化操縱，減輕駕駛員勞動強度，提高行車安全；駕駛平順、舒適，在汽車起步和傳動比變化過程中不致產生縱向沖擊或抖動；可使汽車行駛過程中經常地處于良好的性能狀態；可改善汽車排放。二、自動變速傳動的類型1.有級機械式自動變速器（AutomaticMechanicalTransmission,AMT）2.液力機械傳動自動變速器（AutomaticTransmission,AT）3.機械式無極自動變速器（ContinouslyVariableTransmission,CVT）4.全液壓自動無極變速——應用較少第二節有級機械式自動變速器AMT本質上仍是一種有級式機械變速器(MT)，僅有的差別是把手動換擋變成了自動換擋。AMT是在其基礎上把手動換擋機構改造為自動換擋機構。AMT主要包括起步離合器執行機構、選檔執行機構、換擋執行機構及電控裝置等。AMT在換擋過程首先要通過離合器切斷動力，換擋后還需通過離合器的平順結合以消除換擋沖擊。為了解決AMT換擋過程不連續的問題，引入了雙離合方案(DCT)。DCT把換擋過程分為準備、過渡和換擋三個階段，保證換擋過程動力不中斷。第三節液力機械傳動自動變速器為了解決換擋過程中動力傳動不連續和傳動比突變引起的換擋沖擊等問題，AT采用了液力變矩器+摩擦換擋元件的組合方式，如圖所示。一、液力變矩器1.液力變矩器的功能功能：靠液體循環流動過程中的動能變化來傳遞動力，在一 定范圍內自動、無級地改變傳動比和速比。優點：1）汽車起步更加平順，提高舒適性； 2）能以很低的車速穩定行駛，提高車輛通過性； 3）能自動適應行駛阻力的變化，實現無極變速，從 減少變速器的換擋次數； 4）傳動系統動載荷減輕，提高零部件的使用壽命。缺點：傳動效率低，結構復雜，造價高。2.液力變矩器的結構及原理液力變矩器主要有泵輪、渦輪、導輪組成。液力變矩器中三個元件的功用：泵輪：將發動機的機械能轉變為自動變速器油的 動能；渦輪：將自動變速器油的動能轉變為渦輪軸上的 機械能；導輪：改變自動變速器油的流動方向，從而達到 增矩的作用。

液力變矩器中的液體存在兩種旋轉運動（見圖中紅色箭頭）：1）軸向旋轉轉動；2）渦流（環流）運動。故油液的絕對運動是兩種運動的合成。油液的流動方向為：渦輪導輪泵輪渦輪即受到來自泵輪液流的沖擊，又受到來自導輪液流反作用力的沖擊。因此，渦輪輸出扭矩為3.液力變矩器的傳動特性

三個常用來表示變矩器傳動特性的量為：速比、轉矩比、效率。

速比=渦輪轉速/泵輪轉速 轉矩比=渦輪轉矩/泵輪轉矩效率=輸入功率/輸出功率×100%注意，傳動比=輸入軸轉速/輸出軸轉速=泵輪轉速/渦輪轉速。圖7-5圖7-6

由液力變矩器的傳動特性曲線（圖7-5、7-6）可見，其傳動效率偏低。為了解決這一本質問題，液力變矩器中都采用鎖止離合器。帶鎖止離合器的液力變矩器傳動特性見圖7-8。

當車輛低速行駛時，油液流至鎖止離合器片的前端，鎖止離合器片前端與后端的壓力相同，使鎖止離合器分離；當車速以中速至高速行駛時，油液流至鎖止離合器的后端，鎖止離合器處于接合狀態，使鎖止離合器片與前蓋一起轉動。因此，帶鎖止離合器的液力變矩器既利用了液力變矩器在渦輪轉速較低時的增矩特性，又保證了渦輪轉速較高時具有高傳動效率。二、發動機輸出特性及換擋規律1.發動機的輸出特性

圖7-9圖7-102.換擋規律目前，汽車上使用較多的是由節氣門開度和車速確定的兩參數換擋規律，如圖所示。圖7-12三、AT的關鍵控制技術1.換擋規律的研制經濟性換擋規律動力性換擋規律2.變矩器鎖止技術

鎖止離合器的控制需要考慮以下信息：1）液力變矩器的傳遞特性；2）使整車動力性和燃油經濟性達到最佳狀態。3.換擋控制換擋時，由于傳動比的突變，將會產生傳動沖擊。為了實現動力平穩傳遞，對即將退出的傳動元件，要先經歷一個部分結合過程，再全部退出。對于接替的元件，則由部分結合慢慢過渡到全接合工作狀態。退出的元件與接替的元件存在一個重疊的工作階段。升檔時傳動元件的接替工作順序如圖所示。第四節金屬帶式無級自動變速器 一、基本結構與工作原理 二、關鍵部件 三、主要技術參數與性能指標 四、CVT控制目標 五、CVT的幾個關鍵問題一、基本結構與工作原理

CVT的主、從動工作輪由固定部分和可動部分兩部分組成，形成V形槽，與金屬帶嚙合。當主從動工作輪可動部分作軸向移動時，改變傳動帶的回轉半徑，從而改變傳動比。可動輪的軸向移動是根據汽車使用要求，通過液壓控制系統進行連續的調節，實現無極變速傳動。CVT中，兩軸工作輪間的動力傳遞不是依靠金屬帶的拉力，而是靠推力來實現扭矩傳遞。二、關鍵部件1.金屬帶金屬帶由多個金屬片和兩組金屬環組成。每個金屬環的厚度為1.4mm，在兩側工作輪的擠壓力作用下傳遞動力。每條金屬環由數條厚度為0.18mm的薄環帶疊合而成。2.工作輪主、從動輪有可動和固定兩部分組成，其工作面大多為直線錐面體。在液壓控制系統的作用下，依靠鋼球-滑道結構作軸向移動，可連續地改變傳動帶的工作半徑，實現無極變速傳動。3.液壓油泵液壓油泵為CVT提供控制、冷卻和潤滑的液壓油源。常用的液壓油泵有兩種形式，即齒輪泵和葉片泵。為提高液壓泵的工作效率，在最近開發的CVT中采用了滾子式葉片泵。4.起步離合器目前，用作汽車起步離合器的有三種：濕式多片離合器、電磁離合器和液力變矩器。液力變矩器與CVT合理匹配，可以使汽車以足夠大的牽引力平順地起步。當發動機轉速較高時，鎖止離合器將泵輪與渦輪鎖住成為整體進行傳動，提高了傳動效率，故在第二代CVT中被廣泛采用。三、主要技術參數與性能指標1.主要技術參數

為了滿足汽車使用要求，通常還配有中間齒輪傳動副，再加上主減速，最終的總傳動比可達到2.227~15.834。發動機工作容積(升)速

比最

高

最

低

變

化速

比

速

比

范

圍驅

動型

式傳動器總

長(mm)兩錐輪中心距

(mm)傳動器總

重(kg)0.6～3.32.60.4455～6FF和FR350～396146～20049～582.CVT性能指標（1）燃油經濟性比AT提高8%~12%，與MT相當。（2）動力性0~100km/h的加速性能比AT提高7.5%~11.5%高速時略優于MT。（3）傳動效率低于（最多只能接近）機械變速器。（4）排放比AT減少10%左右。綜上所述，CVT的優越性體現在：1）比手動機械變速器具有更好的動力性、燃油經濟性。2）比液力機械自動變速器具有更便宜的價格，更優的性能。3）比有級變速器具有更低的排放。4）具有最佳的駕駛舒適性。100%+5%90%80%105成本操縱性能功能改進潛力動力性+10%5%-5%+5%+10%6200%-5%+5%+5%0%-5%經濟性+15%5AT

優化設計的CVT

將來的CVT四、CVT控制目標CVT的兩個主要任務是：1）把發動機輸出功率可靠地傳遞到驅動輪，并盡可能減小功率損失；2）自動改變傳動比，使發動機維持在理想的工作點。由此決定CVT的控制問題有兩個目標：金屬帶夾緊力控制速比控制夾緊力控制與速比控制存在耦合效應，兩者相互影響。主動輪和從動輪之間的耦合效應及有關影響因素如下：1.主、從動輪夾緊力的平衡條件（穩態比值Qdr/Qdn）

當在從動缸施加夾緊力Qdn時，在錐面的楔力作用下，使金屬帶向外移動，于是在金屬帶內產生張緊力，使其在主動輪上產生向里運動的趨勢。為了使金屬帶維持在穩定節圓位置上，必須在主動缸上作用一個推力Qdr，使它與Qdn通過金屬帶在主動輪上產生的軸向負荷相平衡。2.金屬帶傳遞的轉矩與目標夾緊力金屬帶能傳遞的最大轉矩為如果實際傳遞的轉矩為Tin，則轉矩比為一般地，只要r<1，金屬帶就不會出現滑轉損失。但過大的傳動余量，會使金屬帶過度緊張，結果不僅使其使用壽命縮短，也會CVT的效率降低。所以，精確控制金屬帶傳遞轉矩比r，并使r趨近于1，是金屬帶夾緊力控制的基本思想。

實際上，當從動缸的壓力給定時，金屬帶能傳遞的最大轉矩取決于許多因素。為了精確控制金屬帶的傳遞能力，恰好與發動機的輸出轉矩一致，最直接、最有效的方法是在各種不同條件下通過試驗。所以，CVT一般是基于精確標定的MAP圖來實現金屬帶夾緊力控制的。3.CVT的目標傳動比（速比）主動輪轉速與從動輪轉速之比，即傳動比也可以用節圓半徑比來表示：i=1i<1i>1CVT的目標傳動比定義為發動機目標轉速與從動輪實際轉速之比：

由此可見，發動機的目標轉速確定后，CVT的目標速比就隨之確定。無論采用經濟模式還是動力模式，根據節氣門開度和車速就可以確定發動機的目標轉速，從而確定CVT目標速比。五、CVT的幾個關鍵問題1.金屬帶回位停車時如果金屬帶處在高速檔，在下一次必然會出現以高速檔起步，導致起步沖擊。所以停車前必須把金屬帶處于最低檔位置，即金屬帶回位。

汽車制動時的負加速度為停車所用時間為

故CVT速比變化率為式中，c為大于零的常數，以保證汽車停車前把速比從當前位置調到最低檔位置。2.控制油缸的動壓補償主、從動缸中的液體高速旋轉時，由離心力作用所產生的動壓力

該動壓力影響了夾緊力和速比的精確控制，為此CVT主從動油缸通常采用動壓補償油室來抵消離心力的作用。3.電氣故障備用安全措施當電氣系統出現故障（如電源供電