哔哩哔哩:01v变速箱分解图 揭开大众、奥迪01V自动变速箱顿挫的秘密

核桃 汽车攻略 52 0

揭开大众、奥迪01V自动变速箱顿挫的秘密

很多自动挡车型,年数长了或者里程数高了之后,变速箱会出现各种故障,常见的自动变速箱顿挫,是什么原因引起的呢?今天分享给大家一个案例,通过这篇文章,你会明白引起自动变速箱顿挫的原因。一辆行驶里程超21万km,2001年出厂,配备ZF公司生产的01v(5HP-19)变速箱的轿车,挂入前进挡和倒挡有很大冲击,车身感到震动,同时在行驶中升档2升3和4升5也有冲击,这款变速箱的换挡品质故障,如挂挡冲击,升档冲击,降档冲击,制动降档冲击,TCC结合冲击,TCC释放冲击,连续换挡冲击等,很大原因是零配件使用寿命达到极限以及液压系统间的匹配达到极限,通过更换磨损的配件,调整配件的配合间隙,更换缓冲元件,更换老化的密封件等都可以解决问题。

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很古老的车型了,车主开了19年,有特殊感情不舍得卖掉,修一修继续使用。

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从车上抬下的变速箱,德国采埃孚公司生产的5档变速箱,型号01V

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拆下法兰盘

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拆下变扭器,它连接于变速箱和发动机中间,低速起步时,它的内部为液力涡轮传动,柔性连接,可以让我们的车辆平稳起步。高速行驶时,他的内部就完全咬合在一起,变成刚性连接,提高传动效率。

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变速箱内部机械传动磨损下来的铁削末,油里的杂质都被过滤吸附在油底壳的磁石上。

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拆下阀体,电脑把换挡信号传递到阀体上的电磁阀,通过电磁阀来控制油路的开关,阀体调节油压,把油压打入离合器内,当车速达到某一档位时,液压油推动阀体自动将档位变换到本档位上。

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新孚美有美国进口的索奈克斯阀体检测机,阀体拆下后放到机器上检测它内部的工作状况。

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拆尾壳,内部有传动齿轮,传动轴

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取下差速器,汽车差速器是使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。

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差速器的作用:第一,它是一组减速齿轮,使从变速箱输出的高转速转化为正常车速;第二,当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时,使左右车轮以不同转速滚动,即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。

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拆下内部的油泵,离合器,行星齿轮等配件。

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油泵,变速箱的小心脏,对变速箱油进行抽取和加压,为它提供循环的动力。

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各组离合器片,逐一仔细检查

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离合器片表面会腐蚀剥落,严重的烧蚀,引起行车打滑。

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所有配件经过超声波清洗后,仔细检查,重新装配。

自动变速箱分解图

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先来看看AT

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大家都知道,手动变速箱是通过离合器来控制齿轮的啮和来改变力矩和传动比。但自动变速箱不同,AT液力自动变速箱通过液力传动和行星齿轮组合的方式来实现自动变速,一般由液力变矩器、行星齿轮机构、换档执行机构、换档控制系统、换挡操纵机构等装置组成,通过液力变矩器来改变力矩,在通过行星齿轮机构从而达到“换挡”的过程

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说到这里,有的朋友可能是可能会问,液力变矩器是怎么改变力矩的喃?下面,我们就来仔细了解一下液力变矩器的原理。

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泵轮与变矩器外壳连为一体,是主动元件;涡轮通过花键与输出轴相连,是从动元件;导轮置于泵轮和涡轮之间,通过单向离合器及导轮轴套固定在变速器外壳上。发动机启动后,曲轴通过飞轮带动泵轮旋转,因旋转产生的离心力使泵轮叶片间的工作液沿叶片从内缘向外缘甩出;这部分工作液既具有随泵轮一起转动的园周向的分速度,又有冲向涡轮的轴向分速度。这些工作液冲击涡轮叶片,推动涡轮与泵轮同方向转动。从涡轮流出工作液的速度可以看为工作液相对于涡轮叶片表面流出的切向速度与随涡轮一起转动的圆周速度的合成。当涡轮转速比较小时,从涡轮流出的工作液是向后的,工作液冲击导轮叶片的前面。因为导轮被单向离合器限定不能向后转动,所以导轮叶片将向后流动的工作液导向向前推动泵轮叶片,促进泵轮旋转,从而使作用于涡轮的转矩增大。随着涡轮转速的增加,圆周速度变大,当切向速度与圆周速度的合速度开始指向导轮叶片的背面时,变矩器到达临界点。当涡轮转速进一步增加时,工作液将冲击导轮叶片的背面。因为单向离合器允许导轮与泵轮一同向前旋转,所以在工作液的带动下,导轮沿泵轮转动方向自由旋转,工作液顺利地回流到泵轮。当从涡轮流出的工作液正好与导轮叶片出口方向一致时,变矩器不产生增扭作用(这时液力变矩器的工况称为液力偶合工况)。液力变矩器靠工作液传递转矩,比机械变速器的传动效率低。在液力变矩器中设置锁止离合器,可以在高速工况下将泵轮与涡轮锁在一起,实现动力直接传递,提高变矩器的传动效率。接下来,我们来看看AMT电控机械自动变速箱在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的,是综合合了 AT(自动) 和 MT(手动)两者优点的机电液一体化自动变速器;AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点,又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。在机械变速箱总体传动结构不变的情况下,通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化。因此AMT实际上是由一个自动换挡系统来完成操作离合器和选、换档的工作过程,由于AMT能在现生产的手动波基础上进行改造,生产继承性好,投入的费用也较低,容易被生产厂接受。AMT的核心技术是微机控制,电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。

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还有生活中常用的DCT双离合变速箱结合了手动变速箱和自动变速箱的优点,没有使用变矩器,转而采用两套离合器,通过两套离合器的相互交替工作,来到达无间隙换挡的效果。两组离合器分别控制奇数挡与偶数挡,具体说来就是在换挡之前,DCT已经预先将下一挡位齿轮啮合,在得到换挡指令之后,DCT迅速向发动机发出指令,发动机转速升高,此时先前啮合的齿轮迅速结合,同时第一组离合器完全放开,完成一次升挡动作,后面的动作以此类推。

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接下来,我们再来说说cvt从名字-cvt无级变速器我们就可以知道,这款自动变速器与普通变速器最大的不同就在于他是无级变速。举个简单的例子:如果说档位像是一个一个的台阶的话,那么无级变速器就是一个连续的坡道,没有一阶一阶的顿挫感。那到底是怎么工作的喃,我们来具体看看。

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cvt不同于普通自动变速箱,传统的齿轮在CVT变速箱内被一对滑轮和一条钢制皮带所取代,每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构,引擎轴连接小滑轮,透过钢制皮带带动大滑轮。而其工作原理则是:锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开,挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度,当锥型盘向内侧移动收紧时,钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向(离心方向)运动,相反会向圆心以内运动。这样,钢片链条带动的圆盘直径增大,传动比也就发生了变化。

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小伙伴们还不能想象的话,就观看下面的视频更加详细的了解cvt

奥迪01J CVT变速箱标准数据流!

显示组 001

显示区域1:制动灯开关

J制动器未踩下: Bls.切断

J制动器已踩下: Bls.接通

显示区域2:制动器测试开关

J制动器未踩下: Bts.切断

J制动器已踩下: Bts.接通

显示区域3:选档杆锁止电磁阀-N110

J选档杆在档位R、D和S:PN未启用;

J选档杆在档位P和N,制动器未踩下: PN启用

J选档杆在档位P和N,制动器已踩下: PN未启用

显示区域4:速度

(xxx km/h)

显示组 002

显示区域1:选档杆位置

J P

J ZP (在P和R之间)

J R

J ZN (在R和N之间或N和D之间)

J N

J D

J S

J出现故障时: Er

显示区域2:霍尔传感器状态,多功能开关-F125

JP: 0 1 0 1

J ZP: 0 1 0 0 (在P和R之间)

J R:0 1 1 0

J ZN: 0 0 1 0 (在R和N之间或N和D之间)

J N: 0 0 1 1

J D:1 0 1 0

J S:1 0 0 0

J所有其他数字组合都表示有故障的选档杆档位(0000、0001、0111、1001、1011、1100、1101、1110、1111)

显示区域3:手动电控换档程序开关-F189,识别

J选档杆未在手动电控换档槽内:未按下

J选档杆在手动电控换档槽内: M-换档

显示区域4:挂接档位

J P

J R

J N

J D

J S

J在手动电控换档程序模式中(从2005年款起):1;2;3;4;5;6;7

J在手动电控换档程序模式中(2003和2004年款):1;2;3;4;5;6

显示组 003

显示区域1:选档杆位置

J P

J ZP (在P和R之间)

J R

J ZN (在R和N之间或N和D之间)

J N

J D

J S

J出现故障时: Er

显示区域2:手动电控换档程序开关-F189,识别

J选档杆未在手动电控换档槽内:未按下

J选档杆在手动电控换档槽内: M-换档

显示区域3:手动电控换档程序开关-F189,升档

J选档杆未在位置'+':未按下

J选档杆在位置'+':换高速档

J换档翘板开关或方向盘手动电控换档程序按钮'+'未按下:未按下

J换档翘板开关或方向盘手动电控换档程序按钮'+'已按下:换高速档

显示区域4:手动电控换档程序开关-F189,降档

J选档杆未在位置'-':未按下

J选档杆在位置'-':换低速档

J换档翘板开关或方向盘手动电控换档程序按钮'-'未按下:未按下

J换档翘板开关或方向盘手动电控换档程序按钮'-'已按下:换低速档

显示组 004

显示区域1:选档杆位置

J P

J ZP (在P和R之间)

J R

J ZN (在R和N之间或N和D之间)

J N

J D

J S

J出现故障时: Er

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显示区域2:方向指示器

J向前:向前

J向后:向后

J未检测到方向(例如,静止时):未检测到

(行驶方向由两个变速箱输出转速传感器-G195/-G196确定。如果两个传感器中的一个有故障,则无法检测到方向)

显示区域3:变速箱输出转速传感器1-G195

(0至2200 rpm)

显示区域4:变速箱输出转速传感器2-G196

(0至2200 rpm)

显示组 005

显示区域1:选档杆位置

J P

J ZP (在P和R之间)

J R

J ZN (在R和N之间或N和D之间)

J N

J D

J S

J出现故障时: Er

显示区域2:起动机抑制器信号

J选档杆在档位P、N:端子50接通

J选档杆在档位R、D和S:端子50切断

显示区域3:倒车灯信号

J选档杆在档位R:继电器接通

J选档杆在档位P、N、D和S:继电器切断

显示区域4:端子15电源电压

(最小9 V;最大15 V)

显示组 006

显示区域1:选档杆位置

J P

J ZP (在P和R之间)

J R

J ZN (在R和N之间或N和D之间)

J N

J D

J S

J出现故障时: Er

显示区域2:压力调节阀2-N216中的电流

(xxx A)

显示区域3:压力调节阀1-N215中的电流

(xxx A)

显示区域4:电磁阀1-N88中的电流

(xxx A)

显示组 007

显示区域1:发动机转速

(0至7000 rpm)

显示区域2:变速箱输入转速(来自变速箱输入转速传感器-G182)

(0至7000 rpm(汽油发动机))

(0至5500 rpm(柴油机))

显示区域3:变速箱输出转速(显示由变速箱输出转速传感器1传送的转速。如果该传感器有故障,则在该区域显示变速箱输出转速传感器2-G196传送的转速)

(0至2200 rpm)

显示区域4:同步标记信号

J SY:同步模式,表示变速箱输入轴上的前进档/倒档离合器已闭合并且不再滑动

J AS:异步模式,表示变速箱输入轴上的前进档/倒档离合器已分离或变速箱处于起动阶段

显示组 008

显示区域1:加速踏板数值

(加速踏板数值由加速踏板位置传感器通过传动系数据总线传输至变速箱控制单元。)

(0至100%)

显示区域2:变速箱实际输出转速

(0至2200 rpm)

显示区域3:变速箱规定输入转速

(0至7000 rpm(汽油发动机))

(0至5500 rpm(柴油机))

显示区域4:变速箱实际输入转速

(0至7000 rpm(汽油发动机))

(0至5500 rpm(柴油机))

显示组 009

显示区域1:加速踏板数值

(加速踏板数值由加速踏板位置传感器通过传动系数据总线传输至变速箱控制单元。)

(0至100%)

显示区域2:强制降档开关

(强制降档信号由加速踏板位置传感器通过传动系数据总线传输至变速箱控制单元。)

J强制降档开关未按下:未按下

J强制降档开关已按下:强制降档

显示区域3:发动机扭矩

(发动机扭矩通过传动系数据总线从发动机控制单元传输至变速箱控制单元)

(xxx Nm)

显示区域4:发动机转速

(0至7000 rpm(汽油发动机))

(0至5500 rpm(柴油机))

显示组 010

显示区域1:离合器特性的匹配,前进档

J在变速箱控制单元软件版本低于3300时:

-0.25至0.32 A:匹配值正常

- 低于0.25 A: ATF回路不正常

- 高于0.32 A: ATF泵不正常

J在变速箱控制单元软件版本高于或等于3300时:

- 0.25至0.37 A:匹配值正常

- 低于0.25 A: ATF回路不正常

- 高于0.37 A: ATF泵不正常

显示区域2:起动的匹配,前进档

J匹配运行:匹配运行

J匹配成功: ADP正常

显示区域3:变速箱油温(来自变速箱油温传感器-G93)

(来自变速箱油温度传感器-G93的读数)

(-40至150 ℃)

显示区域4:离合器规定扭矩

(0至xxx Nm)

显示组 011

显示区域1:离合器特性的匹配,倒档

(0.2 A至0.35 A)

显示区域2:起动的匹配,倒档

J匹配运行:匹配运行

J匹配成功:匹配正常

显示区域3:变速箱油温(来自变速箱油温传感器-G93)

(来自变速箱油温度传感器-G93的读数)

(-40至150 ℃)

显示区域4:离合器规定扭矩

(0至xxx Nm)

显示组 012

显示区域1:离合器特性的匹配,前进档

(xxx A)

显示区域2:离合器特性的匹配,前进档最大扭矩

(0.7 A至0.95 A)

显示区域3:离合器特性的匹配,前进档

J在变速箱控制单元软件版本低于3300时:

- 0.25至0.32 A:匹配值正常

- 低于0.25 A: ATF回路不正常

- 高于0.32 A: ATF泵不正常

J在变速箱控制单元软件版本高于或等于3300时:

- 0.25至0.37 A:匹配值正常

- 低于0.25 A: ATF回路不正常

- 高于0.37 A: ATF泵不正常

显示区域4:空

显示组 013

显示区域1:补偿匹配值,离合器压力

(xxx bar)

显示区域2:补偿匹配值,扭矩传感器压力

(xxx bar)

显示区域3:变速箱油温(来自变速箱油温传感器-G93)

(来自变速箱油温度传感器-G93的读数)

(-40至150 ℃)

显示区域4:冷却液温度

(发动机冷却液温度)

(xxx ℃)

显示组 014

显示区域1:离合器特性的匹配,前进档

J在变速箱控制单元软件版本低于3300时:

- 0.25至0.32 A:匹配值正常

- 低于0.25 A: ATF回路不正常

- 高于0.32 A: ATF泵不正常

J在变速箱控制单元软件版本高于或等于3300时:

- 0.25至0.37 A:匹配值正常

- 低于0.25 A: ATF回路不正常

- 高于0.37 A: ATF泵不正常

显示区域2:离合器特性的匹配,前进档最大扭矩

(最小0.7 A,最大0.95 A)

显示区域3:离合器特性的匹配,倒档最小扭矩

(最小0.2 A,最大0.35 A)

显示区域4:离合器特性的匹配,倒档最大扭矩

(最小0.7 A,最大0.95 A)

显示组 015

显示区域1:离合器压力匹配,0 bar对应电流值

(最小0.05 A,最大0.120 A)

显示区域2:离合器压力匹配,10 bar对应电流值

(最小0.800 A,最大0.900 A)

显示区域3:离合器压力

(xxx bar)

显示区域4:离合器规定压力

(xxx bar)

显示组 016

显示区域1:变速箱低速档传动比

显示区域2:变速箱超速档传动比

显示区域3:制动盘设置控制,轨迹增强

显示区域4:变速箱当前传动比

显示组 017

显示区域1:加速踏板数值

(加速踏板数值由加速踏板位置传感器通过传动系数据总线传输至变速箱控制单元。)

(0至100%)

显示区域2:发动机转速

(0至7000 rpm(汽油发动机))

(0至5500 rpm(柴油机))

显示区域3:发动机扭矩

(xxx Nm)

显示区域4:离合器规定扭矩

(xxx Nm)

显示组 018

显示区域1:扭矩传感器压力

(0至25 bar)

显示区域2:离合器规定扭矩

(-40 Nm至640 Nm)

显示区域3:离合器实际压力

(xxx bar)

显示区域3:压力调节阀1-N215中的电流

(xxx A)

显示组 019

显示区域1:扭矩传感器压力

(xxx bar)

显示区域2:压力调节阀1-N215中的电流

(xxx A)

显示区域3:空调的状态

J压缩机接通:压缩机接通

J压缩机切断:压缩机切断

显示区域4:空

显示组 020

显示区域1:发动机转速

(0至7000 rpm(汽油发动机))

(0至5500 rpm(柴油机))

显示区域2:发动机规定怠速

(xxx rpm)

显示区域3:变速箱规定怠速

(xxx rpm)

显示区域4:空

显示组 021

显示区域1:驱动轴输入扭矩

(xxx Nm)

显示区域2:实际的发动机扭矩

(xxx Nm)

显示区域3:发动机规定扭矩

(xxx Nm)

显示区域4:扭矩梯度

(0至2550 Nm/s)

显示组 022

显示区域1:ABS启动/未启动

J ABS启动

J ABS未启动

显示区域2:EDL启动/未启动

J EDL启动

J EDL未启动

显示区域3:TCS启动/未启动

J TCS启动

J TCS未启动

显示区域4:ESP启动/未启动

J ESP启动

J ESP未启动

显示组 023

显示区域1:超速扭矩限制启动/未启动

J已启动

J未启动

显示区域2:制动盘设置过压启动/未启动

J已启动

J未启动

显示区域3:离合器过压启动/未启动

J已启动

J未启动

显示区域4:空

显示组 024

显示区域1:请求故障指示灯

(故障指示灯:排气警告灯)

J故障指示灯接通:MIL接通

J故障指示灯切断:MIL关闭

显示区域2:分动箱功能

(车轮上的扭矩可量测到离合器上的扭矩)

(0至25.4)

显示区域3:运动阻力指数

(-31.6至31.6)

显示区域4:CAN软件状态

(CAN软件版本通过传动系数据总线从发动机控制单元传输至变速箱控制单元)如果故障18263 - 传动系数据总线,软件版本监控 - 存储在变速箱控制单元中,则必须检查发动机控制单元。)

显示组 026

显示区域1:工作状态

至软件版本41xx:

J持续运行启用:无读数

J持续运行未启用:显示特殊字符

自软件版本42xx:

J持续运行启用:持续运行

J持续运行未启用:无读数

显示区域2:供电电压(端子87)

(最小值:9 V;最大:15 V)

显示区域3:扭矩传感器压力

(xx bar)

显示区域4:离合器压力

(xx bar)

显示组 028

显示区域1:坡道保持功能,允许/禁止

(坡道保持功能:当车辆停在坡道上时,如果坡度超过一定数值,变速箱将不再能够通过闭合离合器来稳住车辆。结果车辆可能从坡道上滑下。因此,另外将启动/关闭EPB。

EPB:电子驻车制动器)

J 0:变速箱控制单元中存在一个故障,该故障不允许坡道保持功能

J 1:允许坡道保持功能

显示区域2:变速箱请求使用EPB坡道保持功能

(坡道保持功能:当车辆停在坡道上时,如果坡度超过一定数值,变速箱将不再能够通过闭合离合器来稳住车辆。结果车辆可能从坡道上滑下。因此,另外将启动/关闭EPB。

EPB:电子驻车制动器)

J 0:打开EPB

J 1:关闭EPB

显示区域3:EPB状态

(EPB:电子驻车制动器)

J 0:打开

J 1:关闭

显示区域4:变速箱中计算的坡度

(当车辆处于坡道上时,来自不同控制单元的各种读数都用于在变速箱控制单元中计算坡度。)

显示组 065

显示区域1:安全阀释放,常规

如果在油回路中检测到故障,某些情况下控制单元会释放安全阀。

J0:至今还未检测到安全阀释放

J0以上:检测到一次或多次安全阀释放。要获得更为精准的诊断,必须查看测量值块65显示区2

显示区域2:安全阀释放

如果在油回路中检测到故障,某些情况下控制单元会释放安全阀。

每次释放安全阀,读数将增加10。如果在新的行驶循环中未检测到故障,则读数将减小1。

读数为70时,故障18181 - 液压压力传感器1 -G193,信号太大 - 将被存储

J0:至今还未检测到安全阀释放

J0以上:检测到一次或多次安全阀释放。

(例如:如果在一个行驶循环中检测到数值30,且随后点火开关关闭并再次打开,则将执行一个新的行驶循环,接着再次读取测量值,如果读数为29,则表明油回路再次回复正常。然而,如果读数为40则表明油回路中故障仍然存在。)

显示区域3:安全阀状态

J0:安全阀尚未释放

J0以上:安全阀已释放,变速箱油回路不正常

显示区域4:空

显示组 125

显示区域1:发动机电子设备CAN连接

J发动机0:没有CAN连接

J发动机1: CAN连接正常。

显示区域2:制动器电子设备CAN连接

J ABS 0:没有CAN连接

J ABS 1: CAN连接正常。

显示区域3:方向盘电子设备的CAN连接

J方向盘0:没有CAN连接

J方向盘1: CAN连接正常。

显示区域4:仪表板的CAN连接

J组合仪表0:没有CAN连接

J组合仪表1: CAN连接正常。

显示组 126

显示区域1:ACC的CAN链接

J距离0:I 无CAN连接

I 未安装ACC,与发动机控制单元的通讯不正常

J距离1:I CAN连接正常

I 未安装ACC,发动机控制单元交替地发送消息

显示区域2:数据总线诊断接口的CAN连接

J网关0: 没有CAN连接

J网关1: CAN连接正常。

显示区域3:空

显示区域4:空

「维修案例」2007年奥迪A6L 01T变速器为何急加速“卡挡”

一辆2007年奥迪A6L轿车,该车搭载3.2L发动机同时匹配01T链传动CVT变速器。行驶里程大概在230000km。

故障现象: 客户反映车速在70~80km/h且大油门超车时出现发动机空转、变速器打滑、车速上不去现象。

故障诊断: 首先连接诊断仪进行车辆系统故障存储器扫描,结果所有系统故障存储器里均没有记录故障码。在进行动态数据分析中发现12组数据流的离合器自适应匹配值存在问题,那就是通过12组数据中第一项和第二项的差值结果说明,前进挡离合器肯定是已经达到修理或更换条件了(如图1所示),这个差值不能是负值当然不能小于65mA(0.065A)。在进行故障测试时观察18组动态数据流的变化,离合器电流达到最大、离合器压力也达到最高,链条接触压力也达到最高,没有泄漏情况,如图2所示;而且试到的实际故障现象是这样的:离合器不打滑、链条也不打滑,而是强迫降挡后松开加速踏板后不再自动升挡了。所以就出现发动机高转速现象!反复多次试车发现降到M3挡或M4挡后不升也不降,卡住了——我们把这辆车的故障现象定义为“卡挡”。从手动模式换到自动模式就又正常了,不踩加速踏板的情况下自动升到M5挡或M6挡,这就验证了用户报修的故障现象“打滑” “速度上不去”等,原来是挡位低、传动比大、发动机转速高,其实并不是打滑而是不升挡。从18组数据流来看,离合器驱动电流、离合器压力、链传动接触压力都没有问题,那有可能是主、副缸活塞有卡滞情况或链轮有局部严重磨损拉伤,再加上12组数据已经告诉我们离合器也有问题,因此只能分解变速器检查。

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图1 读到的12组数据

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图2 急加速且大油门下的18组数据

可是分解变速器之后并未发现极其明显的问题, 整个链传动部分( 链条、主从动链轮、主副面板等)都是好的,一点都没有磨损( 如图3 和图4 所示) , 只是发现去往冷却系统的差压阀有磨损(如图4 所示),但它的磨损并不是该变速器故障的主要原因。在没有发现其他线索的情况下只能按照数据分析进行相关部件的更换和修理,只能装车后再看结果。这样在维修过程中更换了再制造阀体(其实原车阀体并没有什么问题)、内外滤清器、加热阀(新的弯形管)等装车试车,其他师傅试车过程中没有发现问题,大家认为故障得到解决了。可是后来笔者亲自试车却又试出来跟进厂报修时的故障现象是一样的,结果发现激活故障现象的规律:第一脚大油门执行强迫降挡后,松开油门后变速器有自动升挡过程;当第二脚大油门强迫降挡后, 就非常容易出现“ 卡挡” 现象。是变速器控制单元没有在松开油门后执行升挡任务?还是执行后变速器自身卡在相应低挡位?另外在驾驶过程中并不是连续急加速过程, 所以我们必须分清主被动关系, 是控制单元在执行保持挡位(卡挡)还是没有,这也是维修之前接车试车时没有想到的一点。正常情况下即便你连续两次大油门急加速操作, 松开油门后车速也挺快,那么变速器就不应该继续保持在低速挡位,而是升至正常的挡位上,也就是什么车速就应该确定在什么样的传动比上。发动机动力又没有什么问题,负荷信息和车速信息一定要和挡位传动比信息一一对应才对,所以,接下来只能通过动态数据,看故障现象出现时变速器控制单元针对换挡电磁阀N216的指令是否存在问题。如果N216没有控制单元的升挡指令,那就属于控制方面的问题,有可能是控制单元本身的故障;如果N216电磁阀接到控制单元升挡指令而挡位速比依然保持在当前低速挡位,那说明变速器链传动部分确实还是存在执行能力差的问题。

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图3 链传动部件状态

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图4 副传动和冷却系统差压阀

要想看懂换挡动态数据就必须要了解奥迪01T型CVT变速器的升降挡控制原理,否则怎么知道升挡时和降挡时控制单元是如何通过电流去驱动N 2 1 6电磁阀的。在奥迪C V T 变速器当中只需要一个换挡电磁阀N216和一个机械换挡阀UV阀,即可完成从起步的最大传动比到最高车速的最小传动比的切换任务,也就是我们说的升降挡任务。其工作原理是这样的:换挡电磁阀N216的上游控制供油是来自减压阀的400~500kPa的恒压,而其下游输出信号压力控制的就是换挡机械阀UV阀,而这个换挡机械阀UV则就是控制调整输出至主动和从动链轮缸内的换挡压力缸的油压,从而实现升降挡过程,而这一过程完全是变速器控制单元J217通过管理N216来实现的。

当变速器控制单元J 2 1 7 驱动N216电磁阀施加固定范围内的电流时, N 2 1 6产生并输出信号油压在1 8 0 ~ 2 2 0 k P a时,换挡机械阀UV阀在弹簧力的作用下是处于关闭位置的,也就是说来自系统的换挡油压既不能进入到主动链轮缸的换挡压力缸内,也不能进入到从动链轮缸内的换挡压力缸内,链传动仅有链条夹紧力压力(链条接触压力),此时变速器没有速比变化, 倒挡时传动比被锁定就是这样控制的(如图5所示)。

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图5 变速器倒挡时的换挡控制

当变速器执行升挡时,变速器控制单元J217驱动换挡电磁阀N216的电流逐渐变小,当N216输出信号油压小于180kPa时(对应的电流会得到对应的信号油压),机械换挡阀(UV阀)在弹簧力的作用下往左侧移动,此时来自系统油压进入主动链轮缸中的换挡压力缸内,而从动链轮缸内的换挡油压则处于释放状态。因此主缸内的换挡压力会驱动换挡活塞往右侧移动,增大主动链轮的轮径同时从动链轮缸的压力在释放,其换挡活塞也会跟着主缸活塞同步移动,这样即可完成升挡过程(如图6所示)。

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图6 变速器升挡过程

当变速器执行降挡时,变速器控制单元J217驱动换挡电磁阀N216的电流逐渐变大,当N21 6输出信号油压大于2 2 0 k P a时, 机械换挡阀(UV阀)克服弹簧力往右侧移动,此时来自系统油压进入从动链轮缸中的换挡压力缸内,而主动链轮缸内的换挡油压则处于释放状态。这样主从动链轮缸的换挡活塞同步向左侧移动,主动链轮缸尺寸逐渐变小从动链轮缸尺寸逐渐变大,完成降挡过程(如图7所示)。

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图7 变速器降挡过程

故障排除: 掌握和了解该变速器的升降挡控制原理后,我们就可以轻松通过动态数据判断出故障原因是主动故障还是被动故障。对于奥迪0 1 T 变速器的换挡数据我们通过第6组数据即可观察到。这样我们再次上路进行故障现象激活时的路试,关键是要看到故障现象出现时控制单元是否对N216电磁阀的驱动电流有调整过程。最终是功夫不负有心人,当变速器故障现象出现时(保持低速挡位时)果然是控制单元对N216的驱动电流没有变化,仍然是大电流状态,所以变速器就会保持在降挡状态(如图8所示)。很显然这个故障属于主动控制类型的故障,也充分说明离合器的问题和差压阀的问题都不是变速器的主因。最终更换变速器控制单元J217后故障彻底排除。

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图8 故障现象出现时N216电磁阀的驱动电流

故障总结: 关于奥迪CVT变速器“卡挡”故障是不常见的故障,但对于这样的故障判断如果不懂换挡控制原理难度是很大的。所以该案例虽然不是什么疑难故障,但对于换挡数据分析尤为重要,试问一下有多少同行能够读懂这款变速器的换挡动态数据呢?

万字科普文,不同类型变速箱的运行机制,让您也成为汽车达人

1、手动变速箱

手动变速箱(缩写为 MT)是一种多速机动车辆传动系统,其中换档需要驾驶员通过手动操作选择档位。

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四轮驱动车辆的手动变速器

早期的汽车使用滑动啮合式手动变速箱,最多可提供三个前进档。自 1950 年代以来,常啮合手动变速器变得越来越普遍,当前车辆的前进传动比数量已增加到 5 速和 6 速手动变速器。

手动变速器的替代品是自动变速器;常见的自动变速器类型是液压自动变速器(AT)和无级变速器(CVT),而手自一体变速器(AMT)和双离合变速器(DCT)在内部设计类似于传统的手动变速器。

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前轮驱动车辆手动变速器的内部结构

有些变速器便于手动离合器操作,但仍需要驾驶员手动换档;即半自动变速器。这些系统基于传统手动变速器的设计,带有换档器,在机械上与传统手动变速器相似,手动换档仍需要驾驶员的控制和输入(如标准手动变速器),但离合器系统是完全自动化的,离合器踏板的机械连杆完全被执行器、伺服器或电磁阀和传感器取代,当驾驶员触摸或移动换档时,它们会自动操作离合器系统。这消除了对物理离合器踏板的需要。

概述:

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恒定啮合 4 速手动变速器的操作

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非同步“碰撞”变速箱; 采用滑动网眼设计。 用于较旧的车辆。

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常啮合4速顺序手动变速器的操作; 常用于摩托车和赛车

手动变速箱需要驾驶员操作变速杆和离合器来进行换档(与自动变速器或半自动变速器不同,其中一个(通常是离合器)或这两个功能都是自动化的)。大多数汽车手动变速箱允许驾驶员随时选择任何传动比,例如从 2 档换到 4 档,或从 5 档降至 3 档。然而,通常用于摩托车和赛车的序列式手动变速箱只允许驾驶员选择下一个高档或下一个低档的档位。

在配备手动变速箱的车辆中,飞轮连接到发动机的曲轴上,因此以发动机转速旋转。离合器位于飞轮和变速器输入轴之间,控制变速箱是连接到发动机(离合器接合 - 未踩下离合器踏板)还是不连接到发动机(离合器脱开 - 踩下离合器踏板) )。当发动机运转并且离合器接合时,飞轮使离合器片旋转,从而带动变速器旋转。

大多数汽车手动变速器的设计是通过将选定的齿轮对锁定到变速器内部的输出轴来选择齿轮比。与使用行星设计和液力变矩器的典型液压自动变速器相比,这是根本区别。允许驾驶员控制档位选择(例如换档拨片或档位选择器上的“+/-”位置)的自动变速器称为手动变速器,而不被视为手动变速器。一些自动变速器基于手动变速器的机械构造和内部设计,但增加了自动控制换档和离合器的时间和速度的组件(例如计算机控制的执行器和传感器);这种设计通常称为手自一体变速器(或有时称为无离合器手动变速器)。

现代汽车手动变速器通常使用五或六个前进档和一个倒档,然而,有时也生产两到七个档位的变速器。卡车和其他重型设备的变速器通常有 8 到 25 个齿轮,以将发动机速度应对所有典型道路的最佳功率范围内。操作此类变速器通常使用相同的换档器运动模式,通过单个或多个开关接合下一个档位序列。

内部结构:

——轴

手动变速器有多个轴,轴上附有各种齿轮和其他部件。大多数现代乘用车使用由三个轴组成的“恒定啮合”变速器:输入轴、中间轴(也称为副轴)和输出轴。

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16 速 (2x4x2) ZF 16S181 — 开放式变速箱外壳 (2x4x2)

输入轴连接到发动机并在离合器接合时以发动机速度旋转。 中间轴具有各种尺寸的齿轮,它们与输入轴上的相应齿轮永久啮合。输出轴上的齿轮也与副轴上的相应齿轮永久啮合,但是,输出轴齿轮能够独立于输出轴本身旋转(通过使用位于齿轮和轴之间的轴承)。 通过使用轴环(使用换档杆操作),输出轴的速度暂时锁定到所选档位的速度。一些变速器设计——例如在沃尔沃 850 和 S70 中——有两个中间轴,都驱动一个与前轮驱动驱动桥的齿圈啮合的输出小齿轮。这允许设计出更窄的变速器,因为与包含四个齿轮和两个换档器的中间轴相比,每个中间轴的长度减半。

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16S181 — 开放式行星变速箱外壳 (2x4x2)

固定齿轮和自由齿轮可以安装在输入轴或输出轴上,或者两者都安装。例如,五速变速器可能在副轴上有第一到第二选择器,但在主轴上有第三到第四选择器和第五选择器。这意味着当车辆在离合器接合且输入轴旋转的情况下停止并空转时,第三、第四和第五档齿轮不会旋转。

选择空挡时,输出轴上的齿轮都没有锁定到轴上,允许输入和输出轴独立旋转。对于倒档,使用惰轮来反转输出轴的旋转方向。在许多变速器中,输入轴和输出轴可以直接锁定在一起(绕过中间轴)以产生 1:1 的齿轮比,这称为直接驱动。

在纵向布局的发动机车辆(例如大多数后轮驱动汽车)的变速器中,输入轴和输出轴位于同一轴线上是很常见的,因为这减少了变速器外壳必须承受的扭转力。由输入轴和输出轴组成的组件称为主轴(尽管有时该术语仅指输入轴或输出轴)。输入轴和输出轴的独立旋转可能是通过一个轴位于另一个轴的空心孔内,轴承位于两个轴之间。

在横向布局的发动机车辆(例如,前轮驱动汽车)的变速器中,通常只有两个轴:输入轴和中间轴(有时称为输入和输出)。 输入轴贯穿齿轮箱的整个长度,没有单独输入小齿轮。 这些变速箱还具有一个整体式差速器单元,该单元通过一个位于中间轴/输出轴末端的小齿轮连接。

——以下为常啮合变速器中的换挡齿轮变化:

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一档(蓝色杆位向后移动)

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二档(蓝色杆位向前移动)

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三档(紫色档杆向后移动)

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四档(紫色档杆向前移动)

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倒车(绿色档杆接合齿轮)

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脱离与齿轮结合

——牙嵌离合器

在现代“恒定啮合”手动变速器中,轮齿彼此永久接触,并且使用牙嵌离合器(有时称为牙嵌齿)来选择变速器的齿轮比。当所有齿轮的齿式离合器分离时(即当变速器处于空档时),所有齿轮都能够围绕输出轴自由旋转。当驾驶员选择一个档位时,该档位的齿式离合器接合(通过档位选择杆),将变速器的输出轴锁定到特定的齿轮组。这意味着输出轴以与所选齿轮相同的速度旋转,从而确定变速器的齿轮比。

爪形离合器是一种滑动选择器机构,位于输出轴周围。它的齿可以装入轴上的花键中,从而迫使该轴以与齿轮轮毂相同的速度旋转。然而,离合器可以在轴上来回移动,以接合或脱离花键。该运动由连接到变速杆的换档拨片控制。前叉不旋转,因此它连接到选择器上的轴环轴承上。选择器通常是对称的:它在两个齿轮之间滑动,每侧都有一个同步啮合和齿,以便将任一齿轮锁定到轴上。与某些其他类型的离合器(例如手动变速器汽车的脚踏式离合器)不同,爪形离合器提供防滑耦合,不会打滑。

——同步器

为了提供平稳的换档而不需要驾驶员手动匹配每个换档的发动机转速,大多数现代乘用车变速器在前进档上使用“同步器”(也称为“同步环”)。这些装置自动将输入轴的速度与所选档位的速度相匹配,从而消除了驾驶员使用双离合等技术的需要。同步啮合变速器由厄尔·艾弗里·汤普森 (Earl Avery Thompson) 于 1919 年发明,并于 1928 年首次用于凯迪拉克的量产汽车。

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同步环

恒啮合变速器中同步啮合的需要是齿式离合器要求输入轴速度与所选齿轮的速度相匹配;否则,齿轮将无法咬合,并且在它们碰撞在一起时会听到响亮的磨擦声。因此,为了根据需要加速或减速输入轴,锥形黄铜同步环连接到每个齿轮。当驾驶员将换档杆移向下一档时,这些同步环压在挡圈上的锥形套筒上,从而摩擦力可以减少转速差异。 一旦这些速度相等,齿式离合器就可以接合,因此现在可以使用新齿轮。在现代变速箱中,所有这些部件的动作都非常平稳和快速,几乎不会被注意到。许多变速器的倒档不包括同步啮合。

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飞轮、摩擦盘和离合器套件的分解图

同步啮合系统还必须防止轴环在速度仍然同步时桥接锁定环。这是通过“阻挡环”(也称为“阻挡环”)实现的。由于锥形离合器的摩擦扭矩,同步环会轻微旋转。在这个位置,牙嵌离合器被阻止接合。一旦速度同步,挡圈上的摩擦就会减轻,挡圈会轻微扭曲,使某些凹槽或凹口对齐,使齿式离合器落入接合状态。

同步环的常用金属是黄铜和钢,通过锻造或钣金成型生产。后者包括从金属板条上冲压出零件,然后进行机械加工以获得所需的精确形状。同步环有时涂有由钼、铁、青铜或碳制成的抗磨损衬里(也称为“摩擦衬里”)(后者通常由于成本高而保留用于高性能变速器)。

同步环和套筒的机械磨损会导致同步啮合系统随着时间的推移变得无效。这些环和套筒必须在每次换档过程中克服整个输入轴和离合器盘的动量(如果驾驶员在没有完全分离离合器的情况下尝试换档,还需要克服发动机的动量和动力)。输入轴和齿轮之间的较大速度差异需要来自同步啮合部件的更高摩擦力,这可能会增加它们的磨损率。

2、自动变速箱

自动变速器(有时缩写为 auto 或 AT)是一种用于机动车辆的多速变速器,在正常驾驶条件下不需要任何驾驶员输入即可换档。它通常在一个集成组件中包括变速箱、车桥和差速器,因此在技术上成为驱动桥。

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2007 年至今的丰田 AA80E液压自动变速箱的剖视图

最常见的自动变速器类型是液压自动变速器,它使用行星齿轮组、液压控制装置和变矩器。其他类型的自动变速器包括无级变速器 (CVT)、自动手动变速器 (AMT) 和双离合变速器 (DCT)。电子自动变速器 (EAT) 也可称为电子控制变速器 (ECT) 或电子自动变速驱动桥 (EATX)。

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自动变速器的典型选档杆

1904 年的 Sturtevant “无马车变速箱”通常被认为是第一个真正的自动变速器。第一款量产的自动变速器是 1939 年推出的通用汽车 Hydramatic 三速液压自动变速器(使用液力耦合器代替变矩器)。

设计:

最常见的自动变速器设计是液压自动变速器,它通常使用液压操作的行星齿轮组。变速箱通过变矩器(或 1960 年代之前的液力耦合器)连接到发动机,而不是大多数手动变速箱使用的摩擦离合器。

齿轮组和变速机构:

液压自动变速器使用行星齿轮组代替手动变速器的齿轮设计,齿轮沿输入轴、输出轴和中间轴排列。为了换档,液压自动装置使用一系列内部离合器或摩擦带或制动组件。这些装置用于锁定某些齿轮,从而设置当时使用的齿轮比。

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ZF 8HP 变速箱的剖视图:左侧是变矩器,中间是行星齿轮组,底部是控制机构

楔块离合器(一种棘轮式装置,只能在一个方向上自由转动并传递扭矩)通常用于常规换档。楔块离合器的优点是它消除了同步离合器释放/应用在两个行星齿轮组上的时间敏感性,在启动时简单地“吸收”传动系统负载,并在下一个齿轮的楔块离合器承担扭矩传递时自动释放。

摩擦带通常用于手动选择档位(例如低档或倒档)并在行星鼓的圆周上运行。选择驱动/超速档时不应用传输带,而是由楔块离合器传递扭矩。

液压控制组件:

上述摩擦带和离合器是使用自动变速箱油 (ATF) 控制的,该油由泵加压,然后引导到适当的带/离合器以获得所需的齿轮比。ATF 提供润滑、防腐蚀和液压介质,以传输操作变速箱所需的动力。 ATF 由石油和各种精炼和添加剂制成,是为数不多的随着车辆老化而需要日常维护的自动变速箱部件之一。

对 ATF 加压的主泵通常是安装在变矩器和行星齿轮组之间的齿轮泵。主泵的输入连接到液力变矩器外壳,液力变矩器外壳又用螺栓固定在发动机的挠性板上,因此只要发动机运行,泵就会提供压力。这种安排的一个缺点是,当发动机不运转时,没有油压来操作变速箱,因此无法推动配备没有后泵的自动变速箱的车辆(除了1970年之前制造的几个自动变速箱),其中还包括一个用于牵引和推动启动目的的后泵)。 ATF 的压力由连接到输出轴的调速器调节,该调速器根据车速改变压力。

变速器内的阀体负责将液压引导至适当的摩擦带和离合器。它从主泵接收加压流体,由多个弹簧加载阀、止回球和伺服活塞组成。在较旧的自动变速器中,阀门使用泵压力和来自输出侧离心式调速器的压力(以及其他输入,例如节气门位置或驾驶员锁定较高档位)来控制选择哪个比率。随着车辆和发动机的速度变化,压力之间的差异发生变化,导致不同组的阀门打开和关闭。在最近的自动变速器中,阀门由电磁阀控制。这些电磁阀由计算机控制,档位选择由专用变速箱控制单元 (TCU) 决定,有时此功能集成到发动机控制单元 (ECU) 中。现代设计已经用电子速度传感器取代了离心式调速器,该传感器用作 TCU 或 ECU 的输入。现代变速器还会在任何给定时间考虑发动机的负载量,这是由节气门位置或进气歧管真空量决定的。

零件众多,加上阀体的复杂设计,最初使液压自动变速器比手动变速器的制造和维修成本高得多,而且耗时长;然而,随着时间的推移,大规模生产和开发已经缩小了这种成本差距。

变矩器:

为了提供发动机的耦合和分离,现代自动变速器使用变矩器代替手动变速器中使用的摩擦离合器。

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变矩器 - 剖视图

在 1960 年代之前,大多数自动变速器使用液力耦合器而不是变矩器,但是变矩器是一种更先进的设计,它也提供了扭矩倍增功能。

3、无级变速箱

无级变速器 (CVT) 是一种自动变速器,可以通过连续的传动比范围无缝切换。 这与在固定步长中提供有限数量的齿轮比的其他变速器形成对比。 具有适当控制的 CVT 的灵活性可以允许发动机以恒定的 RPM 运行,而车辆以不同的速度移动。

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基于滑轮的CVT

CVT 用于汽车、拖拉机、小型摩托车、雪地摩托和土方设备。

最常见的 CVT 类型使用由皮带或链条连接的两个皮带轮,但是,有时也使用其他几种设计。

类型:

基于滑轮设计:

最常见的 CVT 类型使用在两个可变直径皮带轮之间运行的 V 形皮带。滑轮由两个一起移动和分开的锥形半部组成。 V 形带在这两半之间运行,因此皮带轮的有效直径取决于皮带轮两半之间的距离。皮带的 V 形横截面使其在一个皮带轮上运行得更高,而在另一个皮带轮上运行得更低,因此通过将一个皮带轮的两个滑轮靠得更近,并将另一个滑轮的两个滑轮分开得更远来调整传动比。

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由于皮带轮之间的距离和皮带长度不变,因此必须同时调整两个皮带轮(一个大一点,另一个小一点),以保持皮带上适当的张力。简单的 CVT 将离心驱动皮带轮与弹簧加载的从动皮带轮相结合,通常使用皮带张力来实现从动皮带轮中的一致调整。 V 形带在滑轮的轴向方向上需要非常坚固,以便在滑入和滑出滑轮时仅进行短暂的径向运动。

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皮带的滑轮径向厚度是最大齿轮比和扭矩之间的折衷。钢加强 V 形带足以满足多功能车和雪地摩托等低质量低扭矩应用,但汽车等质量和扭矩更高的应用需要链条。当皮带在最外半径上运行时,链条的每个元件都必须具有适合皮带轮的锥形侧面。随着链条进入滑轮,接触面积变小。由于接触面积与元件数量成正比,因此链带需要许多非常小的元件。

皮带驱动设计提供了大约 88% 的效率,虽然比手动变速器低,但可以通过使发动机以最有效的 RPM 运行而不管车速如何来抵消。当动力比经济更重要时,可以改变 CVT 的比率,让发动机以产生最大动力的 RPM 转动。

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在基于链条的 CVT 中,滑轮上涂有一层润滑剂。它需要足够厚,以便滑轮和链条永远不会接触,并且它必须很薄,以免在每个元件潜入润滑膜时浪费动力。此外,链条元件稳定了大约 12 个钢带。每个带子都足够薄,因此很容易弯曲。如果弯曲,它的侧面有一个完美的圆锥面。在一堆带子中,每个带子对应的传动比略有不同,因此它们相互滑动并在它们之间需要油。此外,外带可滑过稳定链,而中心带可用作链条连杆。

一些无级变速器通过皮带中的张力(“拉”力)将动力传递到输出皮带轮,而其他无级变速器使用连杆元件压缩,输入皮带轮“推动”皮带,皮带又推动输出皮带轮。

正无限可变 (PIV) 链传动的独特之处在于链条与锥形滑轮正互锁,这是通过在每个链节中堆叠许多可以独立地左右滑动的矩形小板来实现的,这些板可能很薄,大约一毫米厚。锥形滑轮有径向凹槽,滑轮一侧的凹槽与另一侧的脊相遇,因此来回推动滑板以符合设计,当被挤压时有效地形成正确节距的齿滑轮。由于具有互锁表面,这种类型的驱动器可以传递很大的扭矩,因此在工业应用中得到了广泛的应用,但是,最大速度明显低于其他基于皮带轮的 CVT。滑板在使用多年后会慢慢磨损,因此滑板比需要的要长,在必须翻新或更换链条之前允许更多的磨损。需要持续润滑,因此外壳通常会部分注满油。

基于环形设计:

1999 年 Nissan Cedric (Y34) 上使用的环形 CVT,由一系列圆盘和滚子组成。圆盘可以被描绘成两个几乎是圆锥形的部分,点对点,两侧呈碟形,这样两个部分可以填充圆环的中心孔。一个光盘是输入,另一个是输出。圆盘之间是滚子,它们改变比率并将动力从一侧传递到另一侧。当滚子的轴线与盘的轴线垂直时,输入盘和输出盘的有效直径相同,从而产生 1:1 的传动比。对于其他比率,滚子沿圆盘的轴线移动,导致滚子在直径更大或更小的点处与圆盘接触,从而提供 1:1 以外的驱动比。

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日产 Cedric (Y34) 中使用的环形 CVT

环形 CVT 的一个优点是能够承受比基于皮带轮的 CVT 更高的扭矩负载。在一些环形系统中,推力的方向可以在 CVT 内反转,无需外部设备提供倒档。

基于棘轮设计:

棘轮 CVT 使用一系列单向离合器或棘轮,这些离合器或棘轮仅对“向前”运动进行校正和求和。典型棘轮的开关特性意味着这些设计中的许多在操作中不是连续的(即技术上不是 CVT),但实际上在操作中有许多相似之处,棘轮 CVT 能够产生零输出速度任何给定的输入速度(根据无级变速器)。通过改变摆动元件内的连杆几何形状来调整传动比,从而调整最大连杆总速度,即使平均连杆速度保持不变。

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棘轮 CVT 可以传递大量扭矩,因为它们的静摩擦实际上相对于扭矩吞吐量增加,因此在设计合理的系统中不可能打滑。效率通常很高,因为大部分动态摩擦是由非常轻微的过渡离合器速度变化引起的。棘轮 CVT 的缺点是由加速元件所需的连续速度转换引起的振动,这必须取代之前运行和减速的动力传输元件。

设计原理可以追溯到 1930 年代之前,最初的设计旨在将旋转运动转换为摆动运动,然后使用滚子离合器将其转换为旋转运动。 该设计截至 2017 年仍在生产,用于低速电动机。1994 年,作为自行车变速器的原型获得了专利。棘轮 CVT 设计的工作原理使用苏格兰轭机构将旋转运动转换为摆动运动和非圆形齿轮,以实现均匀的输入输出比,于 2014 年获得专利。

静压/液压装置:

静液压 CVT 使用变量泵和液压马达,因此变速器将液压转换为输出轴的旋转。该名称虽然误用了静液压这一术语,但将这些使用正排量泵的变速器与使用旋转动力泵传递扭矩的液力耦合器(例如变矩器)区分开来。

静液压 CVT 的优点是:

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用于本田 DN-01摩托车的静压 CVT

——可以扩展到液压马达可以达到的任何扭矩容量。

——动力可以通过软管传输到轮毂,从而实现更灵活的悬架系统并简化全轮驱动铰接式车辆的设计。

——所有前进和后退速度都可以平滑过渡,可以使用单个控制杆进行控制。

——可以在全扭矩下实现任意缓慢的爬行速度,从而实现精确的车辆移动。

——也可以提供任何其他液压元件的速度控制,例如液压缸。

——与齿轮传动相比,静液压 CVT 通常更昂贵,但在已经使用液压动力传动的机械上,增加的复杂性和成本不太重要。与大多数液压动力传输一样,长时间传输高扭矩需要冷却液压油。

——静液压 CVT 的用途包括草料收割机、联合收割机、小型轮式/履带式/滑移装载机、履带拖拉机和压路机。 AGCO Corporation 生产的一个农业示例通过行星齿轮在前进方向上将动力在静液压和机械传递之间分配到输出轴(相反,动力传递是完全静液压的),这减少了静液压部分的负载通过更有效的固定齿轮传递大部分扭矩,从而在前进方向上进行变速器。

——一种称为集成静液压驱动桥 (IHT) 的变体使用单个外壳用于液压元件和齿轮减速元件,并用于一些小型拖拉机和驾驶式割草机。

2008-2010 年的本田 DN-01 巡洋舰摩托车使用静液压 CVT,形式为带有可变角度斜盘的可变排量轴向柱塞泵。

电器装置:

电动 CVT 或串联混合动力电动汽车 (HEV) 具有三到四个主要元件。它们是电源、发电机、电动机和电池组。电动CVT的基本原理类似于静液压CVT,动力源驱动发电机,电动机连接输出轴;发电机和电动机通过电路连接。这与静液压 CVT 不同,添加电池组可以存储通常会在车辆运行过程中浪费的多余电力。

锥形装置:

锥形 CVT 通过在锥形滚柱的轴上上下移动轮子或皮带来改变传动比。最简单的锥体 CVT 类型,即单锥体版本,使用一个沿锥体斜率移动的轮子,在锥体的窄直径和宽直径之间产生变化。

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埃文斯摩擦锥 CVT

锥形 CVT 的一些设计使用两个滚子。1903 年,Evans 和 Knauf 申请了一项关于无级变速器的专利,该变速器使用两个指向相反方向的平行圆锥滚子并通过可以沿着圆锥体滑动以改变传动比的皮带连接。1920 年代生产的 Evans 摩擦锥更简单。两个滚轮之间有一个小的等宽间隙,因此挤压在该间隙中的皮环的位置决定了传动比。

在带有振荡锥体的 CVT 中,扭矩通过摩擦从可变数量的锥体(根据要传输的扭矩)传递到中央的桶形轮毂。轮毂的侧表面是凸出的,具有特定的曲率半径,该曲率半径小于锥体的凹入半径。这样,在任何时候,每个锥体和轮毂之间都只有一个(理论上的)接触点。

4、双离合变速箱

双离合变速器 (DCT)是一种多速车辆传动系统,它使用两个独立的离合器来控制奇数和偶数齿轮组。该设计通常类似于两个独立的手动变速器,它们各自的离合器包含在一个外壳内,并作为一个单元工作。在汽车和卡车应用中,DCT 用作自动变速器,无需驾驶员输入即可换档。

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DCT 示意图(使用位于飞轮轴上的两个相同的离合器)

第一个投入生产的 DCT 是在 1961 年 Hillman Minx 中型车上推出的 Easidrive 自动变速器。 随后是 1970 年代的各种东欧拖拉机(通过单个离合器踏板手动操作),然后是 1985 年的保时捷 962 C 赛车。现代的第一个 DCT 用于2003款的大众高尔夫R32上。 自 2000 年代后期以来,DCT 变得越来越普遍,并在各种车型中取代了液压自动变速器。

设计:

DCT 的基本原理是一个离合器驱动偶数齿轮组,而另一个离合器驱动奇数齿轮。由于 DCT 可以在车辆以偶数档推进时预先选择奇数档(反之亦然),因此 DCT 的换档速度可以比手动变速器快几倍。 通过在另一个离合器分离的精确时刻对一个离合器的操作进行计时,DCT可以在不中断车轮扭矩供应的情况下换档。

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DCT 基于同心离合器布局(圆形黑色盖子内,显示在图像的中心)

DCT 使用离合器组(根据手动变速箱),而不是传统(液压)自动变速箱使用的变矩器。 DCT 离合器是“湿式”或“干式”离合器,类似于大多数摩托车中使用的离合器。湿式离合器浸在油中以冷却离合器表面,因此,湿式离合器通常用于扭矩负载较高的应用中,例如布加迪威龙的 1250 N·m的发动机。

两个离合器的几种布置是可能的,概述如下:

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M:电机 A:主传动和主动轴 B:双离合 C:从动轴 D:副轴,空心,偶数齿轮 E:副轴,奇数齿轮 F:输出

大多数汽车 DCT 使用与飞轮位于同一轴上的两个同心离合器组。因此,外离合器组件的直径大于内离合器组件的直径。

许多拖拉机的 DCT(例如 Fortschritt ZT 320)使用类似的布置,其中离合器位于飞轮的同一轴上。不同之处在于离合器位于该轴上的不同位置(即一个在另一个前面)并且彼此大小相同。 2020 款福特野马谢尔比 GT500 使用的 Tremec TR-9070 DCT 使用了这种设计。

另一种替代设计(由大众 DQ200 变速箱使用)将两个大小相同的离合器并排放置。这种设计需要两个并排的输入轴,它们通过齿轮从曲轴驱动。

5、手自一体变速箱

自动手动变速器 (AMT),也称为无离合器手动变速器,表示一种密切基于传统手动变速器的机械设计和构造的机动车辆变速器,但使用自动化操作离合器和/或换档机构。

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现代 BMW SMG-III 换档器,换档速度选择器位于换档器下方

这些变速器的许多早期版本都是半自动操作,例如 Autostick,它只自动控制离合器——通常使用各种形式的离合器驱动,例如机电、液压、气动或真空驱动— 但仍需要驾驶员手动输入和完全控制才能手动启动换档。这些全自动运行系统的现代版本,如 Selespeed 和 Easytronic,可以通过 ECU 自动控制离合器操作和换档,因此不需要手动干预或驾驶员输入换档。

在 1990 年代中期,现代计算机控制的 AMT 在乘用车中的使用有所增加,作为传统液压自动变速器的更具运动性的替代品。在 2010 年代,AMT 在很大程度上被日益普及的双离合变速器设计所取代。

设计和操控:

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手自一体变速器在操作中可以是半自动或全自动的。多年来已经使用了几种不同的自动离合器和/或换档系统,但它们通常会使用以下离合器和/或换档驱动方法之一:液压或电动液压驱动,机电、气动、电磁、或甚至通过电动机纯电动驱动。

换档、离合器驱动、换档正时和转速匹配都通过电子传感器、计算机和执行器进行自动控制。换档时,驾驶员通过变速器换档杆选择所需的档位,而连接到 TCU(变速器计算机)或微处理器的电子传感器和执行器将自动操作离合器和油门以匹配转速并在几毫秒内重新接合离合器。传递到驱动轮的扭矩和动力也将由电子控制。这种变速器的大多数现代实现都是在顺序模式下运行的,在这种模式下,驾驶员一次只能升档或降档一个档位。然而,并非所有现代变速器都如此。例如,宝马的“SMG”和法拉利的“F1”变速箱可以在降档和升档时跳过档位,当通过安装在方向盘上的换挡拨片手动选择档位时,就像大多数现代变速箱一样。较旧的无离合器手动变速器(大多在 1990 年代之前)将保留 H 型换档器和换档槽,并且需要驾驶员手动选择所需的传动比。然而,离合器将是一个伺服控制单元,连接到各种执行器、电磁阀和自动控制离合器的传感器。

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2000-2006 宝马 SMG-II 变速器

离合器自动化的另一种替代方法是“线控离合器”系统。该系统一般采用电动执行器和电子传感器,取代机械离合器连杆或液压离合器连接,监测和控制离合器定位,用单个机电执行器完全取代机械离合器与踏板本身之间的液压连杆。

根据机械构造和设计,一些(主要是现代的)自动手动变速箱会在适当的位置自动换档(如传统的自动变速箱),而传统的半自动和无离合器手动变速箱要求驾驶员手动选择档位,即使在发动机处于红线,因为它们只使部分变速器(即离合器)自动化,并且不会自行换档。 尽管表面上有相似之处,但自动手动变速箱在内部操作和驾驶员“感觉”方面与手动变速箱有很大不同,后者是自动变速箱(自动变速箱使用变矩器代替自动手动变速箱中的离合器,以管理机械变速器和电机之间的联动),能够超越自动变速器的计算机,并手动启动换档。

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带换挡拨片的法拉利 F430 F1 方向盘

附加 AMT 还可以用作常规手动变速箱(带有手动换档杆),而集成 AMT 不需要“正常”换档布局,因此它们可以设计为具有优化的 AMT 换档布局(这将具有不寻常的模式手动移动)。集成式 AMT 要么具有齿轮选择器鼓(仅允许串行换档而不能跳档,但该系统相当便宜,因为它只需要一个执行器)或单个执行器。单执行器系统需要为每个换档套筒配备一个执行器(这就是为什么这种类型的系统更贵,但换档速度也更快)。执行器可以是电动液压的(更昂贵,但速度更快,非常适合单执行器系统,并允许更高的扭矩)或机电(更便宜,但通常限制在 250 N·m (184.5 lb) -ft) 变速箱输入扭矩)。这个限制是因为离合器驱动力随着扭矩的增加和换档时间的缩短而增加;机电执行器只是电动机——使用较大的电动机会降低电动机的动态,因为电动机的惯性矩较大(这不利于快速换档),而且较大的电动机也会对汽车的 12 伏电气施加更大的压力系统。因此,您可以选择慢速换档和非常大的铅酸电池(不适用于汽车),或者快速换档和更小的电池(工作扭矩高达 250 N·m)。

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