汽车自动变速器的共性技术

一、车辆起步装置

车辆起步过程中，必须首先消除发动机转速与输出轴之间的转速差，这种允许转速差并使前后转速逐渐达到一致的装置被称为车辆起步装置。车辆常用的起步装置有液力变矩器（或者液力耦合器）和起步离合器（湿式离合器、干式离合器或者电磁式离合器等）两种。

1、液力变矩器

液力变矩器（Hydraulic Torque Converter,HTC）依靠流体的循环流动过程的动能变化来传递动力。

液力变矩器的优点：

（1）衰减振动与吸收冲击，使车辆起步更加平顺，提高车辆的舒适性；

（2）使车辆能以更低的车速行驶，提高车辆对坏路面的通过性；

（3）自动适应行驶阻力的变化，在一定范围内实现无级变速；

（4）以流体为工作介质，大大降低了传动系统的动载荷，可以提高传动系统零部件的使用寿命。

液力变矩器的工作过程：

液体随着泵轮做牵连运动的同时，因受离心力作用而作离心运动，从泵轮（输入轴）吸收机械能并转化为动能，高速液流从泵轮冲入涡轮做向心运动释放动能，推动涡轮（输出轴）旋转，带动工作机（负载）做功。

液力变矩器的结构

液力变矩器的结构与耦合器的区别是在泵轮P与涡轮T之间增加了一个固定在单向离合器上的导轮D。

液力变矩器的性能优越，但最大的缺陷是效率低。

为了降低装有液力变矩器的汽车的油耗，一般会采用闭锁技术，即在液力变矩器的泵轮与涡轮之间，安装了一个可以控制的离合器。

（1）闭锁控制

闭锁离合器的工作原理：当闭锁压力油从油道进入离合器3的左边，而其右边的油液经油道回流。两边的压力差使装于涡轮轴花键上的活塞右移，是的涡轮和泵轮稳定地锁在一起。

闭锁离合器的构成：①泵轮 ②涡轮 ③闭锁离合器 ④前盖

为了弥补液力变矩器的阻尼作用，吸收发动机扭转振动，在有的闭锁离合器中还装有减振弹簧。

离合器分离时，油从油道进入离合器3的右边，而其左边的油液经油道泄油。

闭锁的实质是液力传动与机械传动之间的转换，故有在何点闭锁为最佳的问题。

从理论上讲，闭锁点定在转入耦合器工况点为好，该点变矩系数K=1，既保证充分利用变矩器的自适应长度，又减小了因闭锁而造成的转矩与转速的突变。

但也有为了扩大高效率范围在变矩器最高效率对应的速比处闭锁；还有将闭锁点设在最高效率与耦合器工况点之间的，也有少数将闭锁点定在耦合器工况点的，以缩小闭锁时的转速差。

对于提高效率为主要目的的城市大客车、载货汽车、军用汽车等，可将闭锁点定在最高效率附近。

而小轿车好需要兼顾舒适性，则以定在耦合器工况点为宜。

（2）滑差控制

完全闭锁对提高燃油经济性直接有效，故其闭锁范围在不断扩大；但它妨碍吸收振动和冲击，特别是低速时，即使二段式的减振器也很难将其衰减。

而且在过低速比时闭锁，当车辆快速制动时，还可能导致发动机熄火，故在变矩器工况与全闭锁工况间增加过渡的滑差控制。

所谓滑差控制是指闭锁离合器处于打滑的半接合状态。

其控制原理是：通过闭锁控制阀控制闭锁离合器的接合压力与分离压力，接合压力之间的压力差，就代表了闭锁离合器的转矩容量，故它可以实现全闭锁控制或各种程度的滑差控制。

2、起步离合器

车辆的另外一种通用的起步装置为起步离合器，起步离合器有湿式离合器和干式离合器两种。

干式离合器省去了相关液压系统，且摩擦片本身的传动效率较高，因此干式离合器可以提高燃油经济性，成本更低。但是干式离合器比湿式离合器的热容性差，散热条件不好，在交通拥挤的城市工况，离合器频繁结合，其滑磨状态很容易导致离合器的过热。

（1）离合器的自动控制问题

①首先是控制系统必须工作可靠，能精准地适应发动机的输出动力，避免起步冲击或者发动机异常熄火。

②其次，控制系统要具有对环境的适应性，如交通信号灯、坡道起步、冰雪路面起步等。

③控制系统还要满足驾驶员不同的操作意图，如平稳起步、紧急起步等意图。

（2）起步离合器控制常见的问题

①起步时存在明显的转矩冲击，使得驾驶人员感觉不适。

②发动机熄火，特别是在坡道起步的工况下，造成起步失败。

③离合器接合时间过长，使得摩擦片的滑磨功增加，离合器的温度变得过高。

④离合器操作的滞后问题：驾驶员挂挡并踩下油门后，离合器迟迟不结合，或者档位已经退出后，离合器分离迟缓。

（3）评价起步离合器控制的主要指标

①冲击度

$j=\frac{da}{dt}=\frac{r}{I_{i}i_{0}}\cdot \frac{dT_{0}}{dt}$

②离合器的比滑磨功

$W_{e,s}=\frac{W_{c}}{A_{c}}=\frac{\int_{0}^{t_{c1}}T_{c}(t)W_{c}dt +\int_{t_{c1}}^{t_{c2}}T_{c}(t)\Delta W_{e,c}(t)dt}{A_{c}}$

冲击度和滑磨功之间在一定程度上是彼此矛盾的两个参数。

接合的越快，冲击度越大，滑磨功越小。

接合的越慢，冲击度越小，滑磨功越大。

离合器控制系统，就是根据车辆的行驶工况，驾驶员的操作意图等，自动控制离合器的接合速度，在滑磨功和冲击度之间找到一个最佳平衡点。

二、自动变速器的执行机构

自动变速器的执行机构包括电机执行机构、液压气压执行机构以及电磁执行机构等多种。

1、液压执行机构

（1）液压油泵

根据各类变速器的液压系统对流量、压力以及工作特性可以采用发动机直接驱动、链驱动以及电机驱动等多多种方式。

液压油泵的种类： ①摆线转子泵 ②内啮合齿轮泵 ③径向柱塞泵 ④外啮合齿轮泵

（2）机械阀体、阀芯

将实现各种工的阀芯储能器、弹性元件等集成到一个有限的空间——即阀块内，并借助壳体及各零部件上所设计的流体通道将润滑油引入到各个所需的部位。其特点就是结构紧凑、零件小巧、集成度高。

（3）电磁阀

电磁阀是连接控制信号与液压驱动机构的媒介，是实现自动变速器主动控制的途径。

主要类型有：电液伺服控制系统、电液比例控制系统以及数字液压控制系统。

①电液伺服控制系统

电液伺服控制系统具有控制精度高、重复性好、响应速度快、抵抗干扰能力强的优点，它的核心实现元件为电液伺服阀。但是电液伺服阀的加工精度要求高，对油液清洁度有很高的要求，造成其成本很高。

②电液比例控制系统

电液比例控制系统使用的电液比例阀抗污染能力高，可以使用数字驱动电路直接驱动，对电能的消耗少，且其控制精度、重复精度与响应速度已能满足CVT电液控制系统的要求，当前已作为先导控制阀大量地应用于自动变速器的电液控制系统当中。

③数字液压控制系统

数字液压控制系统的核心元件是高速开关阀，高速开关阀结构简单，成本低。高速开关阀在阀芯高速开关动作的同时，根据驱动信号对开启和关断的时间进行调整，控制输出的压力与流量。

2、电机执行机构

电机执行就一般用于驱动功率需求较小的场合，具有成本低廉、结构简单、维修容易等特点。

对电机执行机构的位置进行控制主要包括以下三个方面：

（1）对电机旋转的圈数进行测量

（2）直接在执行机构上安装传感器

（3）设置多圈角位移传感器

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