基于辛普森电控系统的液压控制油路的分析研究

邢帅，张琦

（德州学院 汽车工程学院，德州 253023）

基于辛普森电控系统的液压控制油路的分析研究

邢帅，张琦

（德州学院 汽车工程学院，德州 253023）

通过汽车自动变速器的国内外现状的研究得出：我国在汽车自动变速器传动技术上严重缺乏其设计与研究开发能力以及一整套完整的分析方法和设计理论。本文以液压控制现代4AT自动变速器液压回路分析为基础，对辛普森自动变速器四个挡位的液压油路进行测绘，分析其原理及其各种阀在当中起到的作用，为后期的设计工作奠定坚实的基础。

汽车；自动变速器；液压；换挡机理

CLC NO.:U463.22Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-76-04

引言

随着电子技术和微机技术的飞速发展，自60年代末期开始，采用电子控制技术的液压系统陆续出现，促进了自动变速器技术的发展[1]。本文对液压控制现代4AT自动变速器液压油路的详细测绘与分析，同时对液压控制现代4AT自动变速器的机械结构、工作原理、液压换挡机理进行了详细的分析。

1、辛普森4档自动变速器简介

辛普森行星齿轮机构是汽车自动变速器中普遍采用的一种行星齿轮变速机构[2]，辛普森(Simpson)式行星齿轮变速器是由辛普森行星齿轮机构和相应的换挡执行元件组成，双排行星齿轮结构由两个内嘴台式单排行星齿轮机构组合而成的[3]，其结构特点是：前后两个行星排的太阳轮连接称为前后太阳轮

组件：前一个行星排的行星架和后一个行星排的齿圈连接，称为前行星架和后齿圈组件[4]：输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接，如图1所示。

2、辛普森4档自动变速器换挡机理分析

现代4AT自动变速器为液力变矩器和辛普森式行星齿轮系组成的变速机构，主要由液力变矩器、行星齿轮变速箱、主减速器、差速器及液压阀块五部分组成[5]，不同换挡执行元件在工作过程中的作用如表1所示，辛普森变速器处于不同挡位时各换挡执行元件的工作状态如表2所示。

表1 各换挡执行元件的作用

表2 不同挡位时各换挡执行元件的状态

LR制动器蓄压器、OD离合器蓄压器、2ND制动器蓄压器、UD离合器蓄压器是辛普森自动变速器中的4个蓄压器。蓄压器的作用：吸收油压的波动，使油压平稳建立，离合器和制动器动作更加平稳，减少换挡过程中的冲击[6]，使换挡更加平顺。

2.1 液压控制系统概述

（1）液压控制系统油压的建立：由齿轮式油泵建立液压控制系统的油压。

（2）两个重要的油压调节阀：一个是变矩器压力调节阀，其功用是稳定到变矩器的油压[7]。操纵换挡杆使换挡杆处于不同的位置和不同的挡位时，就会有不同的系统油压，这个过程是由机械式调压阀实现，没有使用压力控制电磁阀；二是系统压力调节阀，其作用是调节变速器的工作压力。

（3）液压控制系统组成：5个结构完全相同的脉宽调制式电磁阀。其中4个电磁阀分别控制着4个换挡执行元件的工作，称为换挡电磁阀[8]；另外一个用于控制变矩器锁止离合器的工作。

（4）4个蓄压器作用：分别控制着4个离合器和制动器的油压建立速度，蓄压器弹簧按照特定的回路特性校准，从而控制换挡进程，使换挡顺畅。

（5）对应于4个换挡电磁阀，还有4个换挡油压控制滑阀，换挡油压控制滑阀受4个换挡电磁阀控制，其功能是调节作用在离合器和制动器上的液压压力。

（6）变速器挡位的选择（P、R、N、D）由驾驶员通过操纵手动控制阀进行的选择。

（7）假如出现严重故障，自动变速器进入失效保护模式，变速器锁定在3挡，倒挡离合器由手动阀控制，保证在失效保护模式下的倒挡运行。失效保护功能由开关阀、失效保护阀协助共同完成。

2.2 油路分析

（1）1挡油路分析

如图2所示，当自动变速器需要1挡工作时，自动变速器控制单元（TCU）给UD电磁阀断电，UD离合器压力控制阀动作，UD离合器接合。这样，自动变速器的接合部件是UD离合器和LR制动器，自动变速器处于1挡。当换挡杆至于D位时，手动阀向执行元件压力控制阀、失效保护阀以及各换挡电磁阀和压力调节阀供油。

（2）2挡油路分析

如图3所示，控制单元（TCU）通电（ON），放开LR制动器，2挡工作；同时，TCU控制2ND挡制动器，使LR电磁阀断电（OFF），2ND制动器压力控制阀动作，2ND制动器接合。这样，UD离合器和2ND制动器构成接合部件，变速器2挡工作。

（3）3挡油路分析

如图4所示，当TCU给OD离合器断电（OFF），OD离合器接合时， 3挡工作。同时，自动变速器控制单元（TCU）给2挡制动器（2ND）电磁阀通电（ON），2ND制动器释放不工作；UD离合器继续保持工作。UD离合器和OD离合器构成自动变速器的接合部件，自动变速器3挡工作。

（4）4挡油路分析

如图5所示， TCU给2ND挡制动器断电（OFF），2ND制动器压力控制阀动作，2ND制动器接合，4挡工作。同时，自动变速器控制单元（TCU）给UD离合器电磁阀通电（ON），UD离合器释放不工作。这样， OD离合器和2ND制动器构成接合部件，自动变速器4挡工作。

3、总结

辛普森电控四AT液压控制油路的每个结合元件采用单独电磁阀直接控制，可以实现精确地换挡控制。整个液压系统简单明了，液压阀数量减少，

仅十一个，比通常AT阀数量减少40%～60%。本文通过对现代4AT自动变速器的测绘，能够很好的理解自动变速器的工作原理，为下一步的控制策略的研究打下了坚实的基础，初步把系统的二维和三维模型建立了起来。

[1] 黄康，曾亿山.汽车自动变速器技术的发展现状[J].合肥：合肥工业大学学报，2005.12，1-5.

[2] 张慧永.液力变矩器离合器比索和滑差控制系统开发[M].吉林大学：2003，2-50.

[3] 吴修义.德国福伊特迪瓦第三代3E自动变速器[J].北京：MC现代零部件，2005.1,85-87.

[4] 宋勇.电子控制自动变速器液压控制系统设计[D].长沙：湖南大学，2007.

[5] 曹利民.汽车维修技师[J].汽车杂志,2007,9.

[6] 宋福昌等，电控液力自动变速器的结构与维修[M].北京.科学出版社, 2009(4): 23-25.

[7] Hiroji Taniguchi，Yasushi Ando.Analysis of a New Automatic TransmissionControl System for Lexus Ls400. SAE910639,1991.

[8] Tadashi Kondo，Kunihiro Iwatsuki，Yutaka Taga.Toyota "Ect-I"--A NewAutomatic Transmission With Intelligent Electronic ControlSystem.SAE900550,1990.

Analysis and Research of oil circuit of Controlled by Hydraulic pressure based on Simpson of Electric Control System

Xing Shuai, Zhang Qi
(College of Automotive Engineering, Dezhou University, Shandong Dezhou 253023)

Through the research of the domestic and foreign current research of automatic transmission, it can be acquired that drive technology of automatic transmission in our country have a serious lack of its design ,research and development ability, as well as a complete analysis method and design theory.Based on the Analysis oil circuit of four AT Controlled by Hydraulic pressure , the hydraulic oil circuit of four gears of Simpson automatic transmission is surveyed and mapped and all kinds of valves are analyzd the principle and function.These works will provide the solid foundation for the later designs.

automobile; automatic transmission; Hydraulic pressure; shift mechanism

A

1671-7988(2014)03-76-04

邢帅，学士，就读于德州学院，研究方向：汽车运用工程。