(电控自动变速器液压控制系统故障的诊断)教案

【课题】活动2 电控自动变速器液压控制系统故障的诊断
【情景描述】
装备自动变速器的汽车，当汽车出现不能升、降档或出现换档冲击、打滑现象等，可能自动变速器的液压控制系统等有故障，需要进行诊断分析并加以排除，以恢复自动变速器性能。

此项工作要求掌握电控自动变速器液压控制系统的工作原理和故障诊断方法。

【教材版本】
吕坚.汽车运用与维修专业课程改革试验教材——汽车故障诊断.北京：高等教育出版社，2009
【教学目标】
知识目标：通过讲解与演示，知道电控自动变速器液压控制系统主要元件的功用、构造与原理；知道故障诊断的基本流程。

能力目标：通过演示与实训，使学生会正确进行电控自动变速器液压控制系统和汽车动态行车试验，诊断故障。

情感目标：渗透专业学习与实际相结合的思想，从而激发学生学习专业课的兴趣。

【教学重点、难点】
教学重点：电控自动变速器液压控制系统主要元件的结构与原理。

教学难点：电控自动变速器液压控制系统诊断试验，进行行车动态诊断试验。

【教学媒体及教学方法】
本节课通过使用理论—-实操一体化的教学方法，调动学生的学习积极性，注重培养学生观察分析、实践动手能力，针对不同的学生采用因材施教的方法，使全体学生在任务引领下的学习中都能有所收获。

使用教材项目五活动2，使用电控自动变速器台架、装备自动变速器的汽车和诊断、检测仪器实物和投影仪播放的多媒体演示素材。

本节内容可大体分为三部分，对每一部分内容结合采用讲授法、演示法、实习操作等不同的教学方法。

一是通过演示，讲授电控自动变速器液压控制系统主要元件的结构与原理；二是通过演示法、实习操作使学生进一步熟悉、理解和掌握电控自动变速器液压控制系统主要元件故障诊断的流程以及检测操作。

【课时安排】
6课时（270分钟）
【教学建议】
教学采用理实一体化方法，在教学过程中应交替使用自动变速器实物、多媒体和教材。

根据学生基本情况及学习中的总体反应，加强和学生的互动，使学生积极地参与到教学活动中来。

【教学过程】
一、导入（15分钟）
电控自动变速器中的发动机负荷和车速等换挡信号，通过液压系统来操纵、控制换挡离合器和制动器，以实现自动换挡。

电控自动变速器中的液压系统，不仅用来控制和操纵变速器换档机构，同时还向液力变矩器提供工作液、控制变矩器的锁止离合器以及向变速器的运动机件提供润滑油。

自动变速器的液压操纵系统一般都由供油装置、换档执行机构和换档控制机构三大部分组成。

二、新授（120分钟）
1．液压控制系统的组成（15分钟）
教师分析讲解：液压操纵系统由供油装置、换档执行机构和换档控制机构组成。

（1）供油装置
供油装置的功用一方面是向液压操纵系统的控制机构和执行机构提供压力油，另—方面是向液力变矩器供应工作油液，同时还向变速器的齿轮传动机构提供润滑油。

供油装置主要包括：油泵、油液集滤器、油液细滤器和油液散热器等。

（2）换档执行机构
换档执行机构即包括换档离合器和制动器的操纵油缸和活塞等，液力机械变速器的换档过程，就是换档控制机构根据汽车行驶条件的变化，将相应的换档离合器和制动器的油缸充油建立油压使之接合，或排油卸除油压使之分离，从而改变行星齿轮机构的运动关系和传动比，即得到变速器不同的档位。

（3）换档控制机构
换档控制机构的功用是将驾驶员的选档信号、发动机负荷(即节气门开度)信号和汽车行驶速度信号转变成液压控制信号(或电信号)，并通过这些信号来控制通往换档执行机构(即换档离合器和制动器)的油路，从而实现档位变换。

换档控制机构由三部分组成：换档信号装置，产生发动机负荷和车速信号；主油路压力调节装置，即主油路压力调节阀；换档控制装置，包括换档阀、手控制阀、强制低档阀以及缓冲阀和限流阀等。

教师演示：通过多媒体教学片和自动变速器台架，讲解自动变速器液压操纵系统的组成和基本原理。

2．液压控制系统主要元件的结构与工作原理（35分钟）
教师演示：手持液压控制系统主要元件的实物和投影仪播放的多媒体演示素
材，运用演示法讲解结构组成和工作原理。

（1）液压油泵的结构与原理
油泵的作用是使液压油产生一定的压力和流量，供给液压操纵机构和液力变矩器所需的液压油，并保证行星齿轮机构等摩擦付的润滑。

自动变速器中使用的油泵型式有三种：内啮合渐开线齿轮油泵、摆线齿轮油泵和叶片泵。

1）内啮合渐开线齿轮油泵
内啮合渐开线齿轮油泵主要有主动齿轮、从动齿轮、泵体、泵盖和油封环等组成。

主、从动齿轮是一对不同心的内啮合齿轮付，泵体的内齿轮槽内有一月牙凸台，把主、从动齿轮不啮合的部分隔开，形成低压和高压两个工作腔，分别与泵体上的进油口和出油口相通。

2）叶片式变量泵
叶片泵在带有滑动叶片的转子外侧设置定子，定子用小轴支掌在泵的壳体上，以便改变定子相对转子的偏心量，弹簧的作用是将定子压向增大偏心量的方向。

油泵输出油压经反馈油道作用于定子外侧，给定子一个压向弹簧方向的力，随着油压升高，定子压缩弹簧，改变偏心量，因而能自动地调整泵的流量。

要点：液压油泵都是容积泵，由于结构简单、性能可靠，内啮合渐开线齿轮油泵应用最广泛。

叶片式变量泵因能自动地调整泵的流量，可以减少发动机功耗。

（2）主调压阀的结构与原理
主调压阀亦称第一调压阀，其作用是根据汽车速度和发动机负荷，将油泵输出油压调节至规定值，形成稳定的工作液压，保证各执行机构在稳定液压下工作。

主调压阀利用弹簧和滑阀的配合，使主油路的油压P H稳定并控制在一定范围内。

滑阀多采用阶梯式，可用来接受不同压力的多路油压，使主油路油压调节得
更灵敏、及时、合理。

工作时主调压阀的油液也被输送到第二调压阀。

第二调压阀用于调节变矩器使用的油压和润滑用的油压经调节的压力称为变矩器油压和润滑油压。

变矩器油压用于液力变矩器的工作，油压的变化与发动机负荷的变化一致。

润滑油压用于变速器内所有旋转零件的润滑。

第二调压阀的工作原理与主调压阀相似。

要点：手控制阀挂上D档位时，在滑阀上端加上外压力P D时，使主油路油压P H下降；手控制阀挂上R档位时，在滑阀下端加上外压力P R，主油路油压P H 升高。

（3）手控制阀的结构与原理
手控制阀通过连接装置与驾驶室内的选档杆相连，驾驶员操纵选档手柄可带动手控制阀移动，改变控制系统的油路和油压（换档阀和主油路）或直接将油压送入执行机构（如R档制动器），实现P、D、R、N、2、L等档位的油路转换。

手控制阀的进油口与主调压阀相通，出油口在不同的档位分别与各液压元件、阀等相通。

要点：手控制阀的位置和驾驶室内的选档杆位置必须相同，可通过连接装置调整。

（4）换档阀的结构与原理
换档阀的作用是在车速信号油压P V和发动机负荷信号油压（即节气门位置信号油压）P Z的共同控制下，自动产生位移，实现离合器和制动器等执行元件的充油或排油，即实现档位转换。

换档阀采用三柱式滑阀。

滑阀左端为节气门位置信号油压P Z和附加弹簧力F；右端为车速信号油压P V。

节气门位置信号油压P Z和车速信号油压P V共同控制滑阀位移的方向，这是滑阀双向位移控制的规律。

一个换档阀只能实现两种速度即一组高档和低档的转换，自动变速器的换档（升档和降档）车速与节气门开度的关系称为换档规律，各种自动变速器都有各自的换档规律。

换档规律图主要用于检测自动变速器的换档档是否正确，对自动变速器的故障进行诊断。

要点：低档升到高档比高档降到低档所需的车速要高，这叫做“换档迟滞’。

迟滞的目的在于：当车辆以在换档点附近的车速行驶时，使升档与降档的换档车速拉开一定距离，以避免变速器频繁地自动换档。

（5）其他液压元件简介
强制低档阀也是一个油路转换阀，其作用是改变换档阀的控制油压（节气门信号油压P Z），快速换入低速档，及时增大牵引力，在短时间内能起到强烈的加速作用，改善使用性能。

强制低档阀的控制方式有两种，一为机械式，二为电器开关式。

两者都是利用加速踏板控制一条系统油路P H，对换档阀的节气门信号油压P Z端再施加附加油路，强制使换档阀移动，快速换入低速档。

在液压操纵系统中，通常还使用一些改善换档品质的液压元件。

这部分液压元件的主要功能是改善换档时动作平顺性，调节油压并能实现先后顺序动作等。

如：中间随动阀、低压随动阀、顺序动作阀和储能器等。

要点：强制低档阀是用来在短时间迅速增大驱动力，改善换档品质的液压元件是用来改善自动变速器的换挡平顺性。

学生复习：采用互动式教学，选取部分学生表述液压油泵、主调压阀、手控制阀、换档阀等的作用、结构组成和工作原理。

3．液压控制换档过程（20分钟）
教师演示：通过液压操纵系统的实物和投影仪播放的多媒体演示素材，运用
演示法讲解液压控制换档过程。

以两速式液控自动变速器为例，通过自动换档过程的分析，使我们更清楚地理解液压操纵系统中的各元件的相互关系和动作过程。

（1）空档（N档）。

选档手柄在N档位置时，手控制阀切断主调压阀与换档阀之间的油路，所以控制油路中没有油压。

各前进档离合器和制动器油缸中的油液均与排油口相通，通往R档制动器的油路也切断。

（2）前进档（D档）。

选档手柄在D档位置时，其自动换档过程如下：
①汽车起步前，因节气门部分开启，在换档阀的左端已形成了节气门信号油压P Z和弹簧力F；由于车速信号油压P V还没有建立，换档阀处于右端位置。

使控制油路中的离合器C排油分离，低档制动器B充油而制动，挂入低速档。

②汽车起步但车速不高，车速信号油压P V低，节气门信号油压P Z高，则P Z+F>P V，换档阀仍维持在低速档位置。

③当车速进一步提高时，车速信号油压P V增大，若节气门位置保持不变，当P V>P Z+F时，换档阀左移。

低档制动器B油缸排油，主油路与直接档离合器C接通使其充油，升入高速档。

在行驶中，若行驶阻力增大使发动机负荷增大或车速降低，即P V< P Z+F时，换档阀再次右移，又自动降至低速档。

④当需要强力加速或克服较大行驶阻力时，可采用强制降入低速档的方法。

将加速踏板迅速踩到底，强制低档阀打开，主油路油压P H附加到换档阀的P Z端，使P Z+F+P H>P V，可在极短时间内，强制降至低档，增加牵引力。

由于牵引力的加大，车速再度提高，车速信号油压P V升高，这时可放松一些加速踏板，取消换档阀的P Z端的附加油压，当P V> P Z+F时，又自动升入高速档。

（3）低档（L档）。

L档为低速档的锁止档。

当手控制阀处于L档位时，通
过单向阀直接接通了主油路通往换档阀P Z端的油路，这时P Z+F+P L>P V，使换档阀始终处于右端，被锁止在低速档，失去了升档的能力。

（4）倒档（R）。

选档手柄在R档位置时，主油路油压P H直接经手控制阀进入倒档制动器油缸，不经过换档阀。

要点：三速、四速等自动变速器的换档原理与两速式自动变速器完全相同。

驾驶中适时放松一下加速踏板，可获得提前升挡，提高行车经济性。

了解倒挡控制油路很有必要，对诊断换档阀或主调压阀故障很有好处。

学生复习：采用互动式教学，选取部分学生表述液压控制换档过程。

4．电控自动变速器液压控制系统的检测与诊断（50分钟）
教师演示：装备自动变速器的汽车和投影仪播放的多媒体演示素材，运用演示法讲解检测与诊断方法。

（1）失速试验
1）试验目的：通过检测D档或R档位置时发动机的最高转速，检查发动机输出功率的大小，液力变矩器性能的好坏(主要是导轮单向离合器)，变速器的离合器和制动器是否打滑。

2）试验要点：停妥车辆；达到正常温度；起动发动机；选档杆置于D或R档位，猛踩一脚加速踏板，使节气门全开，读出此时发动机转速值，该转速叫失速转速，一般为2000r／min左右。

注意：每次测试持续时间不超过5s，连续测试不超过3次；
3）性能评定
①若D档和R档的转速相同，均低于规定值，说明发动机动力性不好；或者变矩器导轮的单向离合器失效。

②若D档和R档的转速都超过规定值，油泵油压过低、油量不足或主油路压
力低等原因，造成离合器和制动器打滑。

③在D档位或R档位时高于规定值，说明该档位参与工作的离合器或制动器打滑，可能是离合器或制动器摩擦片磨损或控制油压过低故障。

（2）时滞试验
1）试验目的：换档时滞试验是在发动机怠速运转时进行换档，观察从选档杆拨入档位至执行元件（离合器和制动器）动作的时间过程。

时滞试验是进一步检查离合器和制动器磨损情况和控制油压是否正常。

它是利用升档和降档时的时间差来分析故障，是对失速试验结果的进一步验证。

2）试验要点：停妥车辆；达到正常温度；起动发动机，怠速运转；将选档杆从N档位换入D或R档位，用秒表测定从换档到执行元件有振动感之间的时间，一般应小于1.2s和1.5s。

注意：重复试验间隔时间应不少于1min，以便使离合器和制动器恢复至全开状态，一般测定3次以上，取其平均值；
3）性能评定
①若换档时滞时间过长，则为多片式离合器主、从动片间隙或带式制动器带、鼓之间隙过大(磨损严重)或控制油压过低。

②若换档时滞时间过短，则为多片式离合器主、从动片间隙或带式制动器带、鼓之间隙调整不当或控制油压过高。

3、油压试验
1）试验目的：油压试验用以检测液压操纵系统中各个阀是否受到适当的油压作用。

一般自动变速器各档位都有油压测试孔，所测档位的油压都有规定数值。

油压试验内容有：主油路油压、各档位工作油压，分别在壳体上各测压孔测得。

2）试验要点：停妥车辆；达到正常温度；起动发动机；分别测出D档位和R
档位的怠速时和失速时的油压数值，将测试结果与标准压力对比分析。

3）性能评定
①若D档位和R档位的油压都过高或过低，多为主油路调压阀工作不良。

②若只有D档位或R档位油压过低，则多为参与该档位工作的执行元件（离合器或制动器）以及油路有泄漏。

4、道路试验
1）试验目的：进一步检测自动变速器的换档时机、换档的平顺性、换档冲击、振动、噪声以及离合器或制动器等执行元件是否打滑等方面，有助于故障原因的确定。

2）试验内容
路试必须在ATF达到正常工作温度（50～80℃）时进行，自动变速器在D档位路试时，要求试验PWR（动力）和NORM（正常）两种行驶模式。

道路试验内容主要有：检查换档车速、换档质量、换档执行元件是否打滑、锁止离合器是否工作以及检查发动机制动效果。

3）试验方法和性能评定
①升档检查。

挂入“D”档位，踩下加速踏板，使节气门开度保持在50％左右。

若不能升入高档（直接档或超速档），说明换档控制元件（如换档阀）或换档执行元件（如离合器、制动器）有故障。

②升档车速检查。

挂入“D”档位，踩下加速踏板，使节气门开度保持在某一固定位置，让汽车起步加速。

若升档车速太低一般是控制系统的故障，升档车速太高则可能是控制系统或换档执行元件故障。

③换档质量的检查。

自动变速器只能有不太明显的换档冲击。

若换档冲击太大，说明控制系统或执行元件有故障，其原因可能是主油压过高、单向阀、蓄压器失效或换档执行元件打滑，应做进一步的检查。

④锁止离合器工作状态的检查。

试验中，让加速至超速档，以高于80km/h的车速行驶，并让节气门开度保持在低于50％的位置，使变矩器进入锁止状态。

若发动机转速没有太大变化，说明锁止离合器处于接合状态；反之，说明锁止离合器没有接合。

⑤发动机制动作用的检查。

将换档手柄拨至前进低档（2档、L档）。

若松开加速踏板后车速立即随之下降，则说明有发动机制动作用；否则，说明控制系统或前进档强制离合器有故障。

要点：液压操纵系统试验时，注意发动机和变速器工作温度变化，避免过热而造成机件损坏。

学生复习：采用互动式教学，选取部分学生表述根据液压操纵系统的各种试验，分析故障现象，作出故障诊断。

三、课堂实训操作（120分钟）
课堂实训操作，是发挥教师的主导作用，体现学生主体的有效方式。

采用小班、分组实训教学，要求学生都能参与活动项目所有内容的操作，并且做好实训小结或实训报告。

通过分组实训教学环节，可以使学生更快的熟悉、掌握电控自动变速器液压操纵系统各部件的作用、结构、原理、故障诊断的理论知识和实践操作。

在本堂课结束前，可安排一些时间，对学生（部分或全部）进行掌握实际使用程度的测试，可随时发现问题并及时进行强化辅导，同时也可以作为学生平时成绩的一部分，提高学生的认真程度。

四、本堂课小结和课外作业（15分钟）
课题小结：按本活动项目小结内容进行，并分析课堂实践操作中出现的问题。

课外作业：布置本活动练习与思考内容中的部分习题。