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自动变速器的简史
七十年代到九十年代的重要发展： 1. 带锁定离合器的液力变矩器 2. 四速自动变速器 复合式辛普森行星齿轮机构 交互式行星齿轮机构 平行轴式齿轮传动 3. 逐渐采用电子控制系统 锁定式液力变矩器剖面
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自动变速器的简史
九十年代后的重要发展 • • • • • • 五速和六速自动变速器(福特，通用，丰田和本田等) 自动手动式自动变速器(AMT欧洲市场) 集成度高，功能更强的电子控制器 无级变速器(福特，通用，丰田和本田等) 用于混合动力汽车的无级变速器(丰田和本田) 双离合器式自动变速器(大众)
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自动变速器的主要部件
自动变速器的核心组成部分五： 自动变速器散热器
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自动变速器的分类
按齿轮类型划分： • • • • • 辛普森式 拉维那式 复合辛普森式 交互行星轮系 平行轴式
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辛普森机构
辛普森机构 把双行星排的太阳轮做成一体 两个相同的行星轮系 两个离合器 两个制动器 一个超越离合器 可实现： 三个前进档 倒档和空档
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拉维那式自动变速器
拉维那机构的两种连接方法： 内齿轮输出 行星架输出
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拉维那式自动变速器
拉维那式自动变速器：
• 福特AODE后轮驱动自动变速器原理图 电子控制，用于5.0 L 以上发动机 四个离合器，两个制动器
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自动变速器效率
拉维那机构: 一个正号机构, 一个负号机构 辛普森机构: 两个负号机构
液力变矩器和离合器驱动
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自动变速器的简史
1948年美国通用装备BUICK(别克)的自动变速器：DYNAFLOW
1.独特的液力变矩器
双导轮，双泵轮，单涡轮结构
3.拉维那行星轮系 4.第一次采用超越离合器
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自动变速器的简史
福特公司： 1. Liquamatic的推出和消失(1942) 2. 由福特和BorgWorner公司推出的Fordomatic(1951) 与近代相似的高效液力变矩器与三速变速器结合 3. 改进后的该变速器于1955年装备Lincoln(林肯)轿车 4. 福特公司第一次使用具有PRNDL位置的操纵杆
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交互式双行星轮系
福特CD4E前轮驱动四速变速器 九十年代北美自动变速器最优秀的设计之一 • 1994年开始推出 • 目标：配置1.8-2.3升四缸和六缸发动机的 小骄车 • 前轮驱动 • 小轴向尺寸和轻重量 • 广泛应用于北美和欧洲的轻型骄车 福特 Contour, 福特 Probe, Mercury Mystique 马兹达 626，马兹达 MX6
• • • • • • • 四速前进档 行星排数目多 ⇒ 三个 离合器数目少 ⇒ 三个 轴向尺寸较长 体积大较重 高效承载能力大 广泛应用于后轮驱动车
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拉维那式自动变速器
辛普森式变速器驱动太阳轮需要大轮毂，体积大 拉维那机构 结构特点： • 行星轮数目多 • 两个行星轮系共用行星轮 • 比辛普森机构少一个内齿轮 • 不需要太阳轮轮毂
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福特CD4E前轮驱动四速变速器
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福特CD4E前轮驱动四速变速器
特点： 变速器差速器之间用齿型链传动 链传动布置在输出端的内齿轮上 内齿轮与主动链轮和二为一 车速为零时，链轮不转动且不受力 低档时链传动载荷大
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福特CD4E前轮驱动四速变速器
• 两个行星轮系，小轮系传动比＝1 . 889， 大轮系传动比＝2 .310 • 五个离合器 • 一个制动器 • 两个超越离合器 • 齿轮机构：交互式双行星轮系 • 传动比范围 ＝ 0.698 - 2.889 42
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复合辛普森式自动变速器
辛普森式自动变速器的缺点： 只有三个前进档 与发动机匹配差 驱动太阳轮需要大轮毂 再增加一个高速档的办法： 1。再加一个行星排：增速行星排 2。增加一个离合器 一个制动器 一个超越离合器 四档
体积大
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复合辛普森式自动变速器 增速行星排的驱动模式 (1)：
目的： 直接驱动 保证一，二，三，倒档的运作
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自动变速器的简史
早期前轮驱动变速器：发动机纵向布置，变速器横向布置 1. 2. 3. 4. 轿车的空间利用率 有利车身设计 有利底盘设计 安全
1961年福特，1965年奥迪，1966年通用，1978年丰田 前轮驱动发动机及变速器布置：发动机和变速器横向布置 开始于欧洲，1959年首先出现于英国，1964年菲亚特，1971年奥 迪及其他德国车型，1975年45％的欧洲轿车装备前轮驱动
实现方法：太阳轮与行星架锁定
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复合辛普森式自动变速器 增速行星排的驱动模式(2)：
目的：三档 + 增速驱动 四档 当汽车滑行时，输入轴可不提供动力 实现方法： 锁定太阳轮，驱动行星架，内齿轮输出 产生四档
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复合辛普森式自动变速器
实例：通用4L80－E变速器
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复合辛普森式自动变速器
复合辛普森式自动变速器特点：
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辛普森机构式自动变速器
辛普森式变速器的彩图表示：
A：前离合器 B：前制动器 C：后离合器 D：后制动器
辛普森式变速器的换档的表格表示：
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辛普森机构式自动变速器
空档：放松所有离合器
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辛普森机构式自动变速器
一档：前进离合器结合 后制动器制动
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辛普森机构式自动变速器
二档：前进离合器结合 前制动器制动（太阳轮被.5%的美国轿车在1955年装备了自动变速器 • 霍华德•辛普森(Howard Simpson)在福特公司作技术咨询的课题： 1.什么是最佳的行星齿轮机构 2.什么行星齿轮机构可使大批量生产的成本最低 • 辛普森行星齿轮机构特点：两个完全相同的行星轮系，较低的轴承 载荷，较低的齿轮速度，三速。 • 美国三大汽车公司在1950年辛普森专利发表后全部获得了使用权。 • • 辛普森行星齿轮机构被克莱斯勒首次采用，1955年正式投入生产。 辛普森行星齿轮机构目前仍然被采用，特别是用于后轮驱动
福特CD4E前轮驱动四速变速器
一档工作原理
• 离合器4结合：输入轴驱动A行星轮系的太阳轮 • B行星轮系的行星架被锁定 • 传动比 ＝2.889 (只与 A行星轮系有关）
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汽车自动变速器技术综述 及自动换档新技术
杨庆民
博士，资深技术顾问 EonTronix
yang.ching-min@
2005年5月
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提纲（OUTLINE）
• • • • • • • • • 自动变速器发展简史 自动变速器的主要部件 自动变速器的主要类型 自动变速器的发热及冷却 自动变速器的新发展 – 双离合器自动变速器 双离合器自动变速器的优缺点及分析 新概念的提出 - 离偶合器式自动变速器 离偶合器式自动变速器详述 结束语
带锁定离合器 结构的复杂化 控制的复杂化
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液力变矩器锁定
液力变矩器电磁阀锁定原理 －锁定离合器分离结合
福特公司实例
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自动变速器的主要部件
自动变速器的核心组成部分三：离合器和制动器
液压控制
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自动变速器的主要部件
自动变速器的核心组成部分四：液压元件及控制系统
液压控制系统
高压 低压 真空度压力 调速器压力
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自动变速器的简史
世界第一个真正意义上的自动变速器：1940年美国通用正式装备 OLDSMOBILE(顺风)轿车:Hydro-Matic
1.液力偶合器 2.四速 3.液压控制 4.三排行星轮系
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自动变速器的简史
克莱斯勒公司1941年的半自动变速器： VacaMatic 1.手动控制离合器 2.手动变速器结构 3.手动低速变高速 4.低速和高速档各有两个 自动档
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自动变速器的关键零部件
• • • • •
行星轮系 液力变矩器 离合器 液压控制 散热器
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自动变速器的主要部件
核心组成部分一 行星轮系： 内齿轮 太阳轮 行星轮 行星架
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自动变速器的主要部件
典型的行星轮系分解： 三个独立的 同心齿轮轴 双自由度 系统
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自动变速器的主要部件
自动变速器的核心组成部分二：液力变矩器
• 负号机构比正号机构效率高 • 辛普森机构比拉维那机构效率高 • 拉维那机构比辛普森机构结构紧凑
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拉维那式自动变速器
拉维那式自动变速器实例－福特AODE ：
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拉维那式自动变速器
复合辛普森式与拉维那式自动变速器比较 ： 复合辛普森式 行星排数目 离合器数目 制动器数目 行星轮数目 内齿轮数目 3 3 3 12 2 拉维那式 2 4 2 12 1
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辛普森机构式自动变速器
三档：两个离合器同时结合
速比 ＝1：1
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辛普森机构式自动变速器
倒档：后离合器结合 前制动器制动
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自动变速器的换档
自动变速器换档时，一定会有两个离合器干涉发生。
• 离合器间的干涉，使之瞬时发热，热量可及时通过散热器散发 • 离合器间的干涉及液力变矩器的作用，使扭矩的变化非常和缓