自动变速器常见故障原因分析与排除

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 成人本科毕业论文
自动变速器常见故障原因分析与排除
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专业班级：
学生姓名：
指导教师姓名：毕胜强
指导教师职称：
2010年12月
自动变速器能实现自动操纵汽车起步适档和换档等功能。

它具有自动变速，连续变把矩换档时不中断动力传递等特点，并且有操作轻便、换档平稳、乘座舒适、过载保护性好等优点，采用此类变速器，可以大大减轻驾驶员的疲劳强度，提高车辆行驶的机动性、越野性及交通安全性等。

自动变速器发展到现在已经是一个机、电、液一体化的产品，自动变速器结构与原理的复杂性，决定了它比发动机维修具有更大的困难性，因此自动变速器被认为是汽车维修中最难掌握的部分。

错误的维修方法不仅使维修走入了误区，提高了维修成本，更可能导致自动变速器提前报废，这就需要维修人员提高自身的维修水平，而掌握一些正确的故障原因分析及排除的方法可以达到事半功倍的效果。

本文首先介绍自动变速器的的发展概况；然后介绍电控自动变速器结构及工作原理；最后详细论述自动变速器常见的故障现象及其诊断和排除方法。

关键词：自动变速器；故障诊断；维修
第一章绪论 (1)
1.1本文研究背景 (1)
1.2本文研究内容 (1)
第二章自动变速器的发展 (2)
2.1自动变速器的发展历程 (2)
2.2自动变速器的特点 (4)
2.3自动变速器的类别及技术现状 (5)
2.4自动变速器的发展展望 (6)
第三章自动变速器的结构及工作原理 (9)
3.1自动变速器的基本组成 (9)
3.2自动变速器的工作过程 (11)
第四章自动变速器的故障诊断与排除 (13)
4.1自动变速器的故障诊断原则与方法 (13)
4.1.1诊断前的准备工作 (13)
4.1.2故障诊断原则 (14)
4.1.3故障诊断方法 (15)
4.2自动变速器常见故障的判断与排除 (16)
4.2.1换档冲击大 (16)
4.2.2无超速档 (17)
4.2.3频繁跳档 (18)
4.2.4无发动机制动 (18)
4.2.5不能强制降档 (19)
4.2.6无锁止 (19)
4.3其他常见故障的判断与排除 (20)
4.4典型故障案例 (21)
4.4.1不能升档故障 (21)
4.4.2换档冲击故障 (21)
第五章结论 (23)
致谢 (24)
参考文献 (25)
第一章绪论
1.1 本文研究背景
近几年，伴随着全球汽车工业的快速发展，一些新技术在不断运用，特别是汽车各个系统智能网络化的应用，使得汽车的控制越来越趋于人性化，从而使得汽车维修技术得到了新的提高。

尤其是自动变速器技术，不但真正实现了“机、电、液”一体的组成，而且实现了“人性化”的控制。

这就对我们汽车维修技术人员的综合素质也有了更高的要求。

汽车自动变速器结构原理复杂，维修困难，掌握汽车自动变速器结构原理，是进行维修的前提和基础。

掌握汽车自动变速器典型故障的诊断和排除方法，是进行维修的关键。

1.2 本文研究内容
本文在介绍自动变速器发展概况和基本结构及工作原理的基础上，重点论述了电控自动变速器常见的故障及其诊断和检测方法，全面的介绍了自动变速器维修过程中的注意事项，以期对自动变速器维修人员提供技术上的帮助和指导。

第二章自动变速器的发展
2.1 自动变速器的发展历程
汽车自动变速器是随着车辆技术及其相关技术的发展而产生的。

纵观汽车自动变速器的发展历史，大体上可以分为四个阶段：自动变速前期、液力自动变速阶段、电控自动变速阶段和智能变速阶段，各阶段的技术应用情况见图1。

图1 自动变速器的发展历程
1．自动变速前期
最早在1904年出现了离合器和制动器等摩擦元件操纵变速的行星齿轮机构，该机构首先用于英国 Wilson Picher汽车上。

1907年福特车上大量使用行星齿轮变速器，它的出现实现了不切断动力进行的“动力换档”，并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。

而液力偶合器的出现为自动操纵的实现提供了可能，1938年至1941年美国 General Motors 和 Chrysler公司采用液力偶合器代替离合器，省去了驾驶时的离合器踏板操作。

随后出现了液力自动变速器的前身，开始了车速和油门两个参数信号，用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。

2．液力自动变速阶段
该阶段以1938年的通用Oldsmobile车上的 Hydromantic开始，以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征。

这个阶段的液力自动变速器由液力变矩
器和行星齿轮变速器组成，控制系统是通过液压系统来实现的，控制信号的产生，主要是通过反应油门开度大小的节气门阀和反应车速高低的速控阀实现，其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统，按照设定的换档规律，控制换档执行机构的动作，从而实现自动换档。

但液压系统的控制精度较低，难以适应车辆行驶状况的变化，无法按使用者愿望实现精确的换档品质控制。

3．电控自动变速阶段
1969 年法国的雷诺R16TA 轿车首先使用了电子控制自动变速器，与全液压的区别在于自动换档的控制系统是由电脑来实现的，但当时电子技术不成熟，应用范围较窄，到20世纪80年代末，电子控制逐步实用化，越来越多的自动变速器采用了电子控制。

自动变速器的控制系统包括电控和液控两部分，电控系统由电脑、各种传感器、电磁阀及控制电路等组成，它将控制换档的参数（如车速和油门开度等）通过传感器转换为电信号输送给电脑，电脑通过处理将换档的信号作用于换档电磁阀，从而利用液压换档执行机构实现自动换档。

由于电脑能存贮和处理多种换档规律，在改善换档品质控制方面，有明显的优越性，并且与整车的其他控制系统兼容性好，最终可以实现车辆电子控制系统一体化。

4．智能自动变速阶段
随着车辆技术和自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能实现，车辆自动变速技术即将进入智能化阶段，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。

德国的宝马公司从1992年起，陆续推出用于四档和五档自动变速器的自适应控制系统，能够自动识别驾驶员的类型、环境条件和行驶状况，并对换档规律作出适当调整。

三菱新型四档自动变速器，将各种输入信息和驾驶员的换档通过神经网络建立联系，利用神经网络的学习功能，使得车辆能够按照驾驶员意图自动换档。

我国应用液力传动始于五十年代，自行研制出了内燃机车和红旗 CA770三排座高级轿车的液力传动系统，随后液力传动也在我国获得了一定发展，此外，部分军用车辆上使用了液力自动变速器，但发展速度要落后于发达国家。

由于对自动变速器良好性能的逐渐认识，用户的需求量也越来越大，使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。

并且在液力自动变速器的研究、生产、
修理等方面都有一定的基础。

近年来发展速度较快，如 1998 年，一汽大众的新捷达王装备了AG4自动变速器，广州本田、天津夏利、重庆奥拓等也先后加入其中，尤其是上海帕萨特 B5 还装备了具有模糊控制功能的自动变速器。

不仅轿车，深圳华海公司还为深圳市大型公共汽车改装了进口的艾里逊液压自动变速器。

因此，在国产车上选装自动变速器已成为必然之势。

2.2 自动变速器的特点
自动变速器的主要特点表现在以下几个方面：
1．驾驶性能优良
汽车驾驶性能的好坏，除与汽车本身的结构有关外，还取决于正确的控制和操纵。

自动变速器可以按照预先设定的最佳换档规律自动变换档位，让汽车在不同的运行条件下都能同时兼顾发动机的最低油耗和变速器的最高效率，因而特别适合于非职业驾驶。

2．自适应能力强
自动变速装置的档位变换不但快，而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。

通过液体传动或微电脑控制换档，一方面能在一定范围内实现无级变速，大大减少了行驶过程中的换档次数，另一方面可以消除或降低动力传动系统中的冲击和动载。

3．行车安全性高
在车辆行驶过程中，驾驶员必须根据道路、交通条件的变化，对车辆的行驶方向和速度进行调节。

以城市大客车为例，平均每分钟换档 3～5次，而每次换档有4～6个手脚协同动作。

正是由于这种连续不断的频繁操作，使驾驶员的注意力被分散，而且易产生疲劳，造成交通事故增加。

装用自动变速器的车辆，取消了离合器踏板，只要控制油门踏板，就能自动变速。

从而改善了驾驶员的劳动强度，使行车事故率降低，平均车速提高。

4．废气排放低
手动换档变速器由于经常换档，需要切断动力，使发动机的转速变化较大，节气门开度变化急剧，非稳定工况强烈，从而导致排放中的污染物多。

而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放
的转速范围内工作，从而降低了排气污染。

5．经济性较好
自动变速器能自动适应行驶阻力的变化，选择最佳的换档时刻，从而提高了汽车的动力性和经济性。

通过实验可知，装备四档自动变速器时，城市行驶的百公里油耗小于同车装备五档手动机械变速器。

当然，与手动变速器相比，自动变速器结构复杂，零部件加工难度较大，生产成本较高，此外，变速器的维护和修理也较麻烦。

2.3 自动变速器的类别及技术现状
目前轿车自动变速器按控制原理可以分为三类：液力自动变速器、机械自动变速器和机械无级自动变速器。

1．液力自动变速器
液力自动变速器(Automatic Transmission，简称 AT)的基本形式是以液力变矩器和行星齿轮变速器串联为特征，具有结构紧凑、传动平稳、换档冲击小等特点。

液力变矩器从根本上简化了操纵，它既具有离合器的功能，又使发动机与传动系之间实现“柔性”连接，可以在一定的范围内实现无级变速，对外负载有良好的自动调节和适应性。

可与行星齿轮变速器串联，除传递全部发动机功率外，还可与行星齿轮变速器进行多种方式并联。

实现内分流、外分流、混合分流等多向自动变速。

20世纪90年代以来，大量电子技术的应用，使液力自动变速器电控系统的结构和控制方法日臻完善，控制精度越来越高，控制范围日益扩大，正朝着综合控制和智能控制的方向发展。

2．机械式自动变速器
机械式自动变速器（Automatic Mechanical Transmission，简称AMT）是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动变速器。

这种自动变速器主要有三个部分：自动离合器、齿轮式机械变速器和电子控制系统。

机械式变速器的自动控制研究始于20世纪70年代，像早期瑞典Scania 的CAG 系统、美国 Eaton的 SAMT 系统均采用了机械变速器的半自动操纵方式，
其实质是辅助换档系统，即由电子控制系统实现换档，而换档时刻由驾驶员踩离合器踏板来确定，电子显示器可提示驾驶员何时为最佳的换档时刻，但他们仍然不能取消离合器踏板，实现传动系的全自动操作。

研究的重点是自动离合器、换档控制和换档策略。

在日本采用扭矩反馈控制系统后，换档同步控制已臻完美，但离合器的起步控制和换档规律仍是困扰着 AMT 发展的难点，造成离合器磨损加剧、坡道和弯道意外换档等不良现象。

由于离合器的起步和换档操作受到环境因素、车辆运行状态、驾驶者的意愿等多种因素影响，是一个复杂、多变、开放系统，传统控制理论和方法不能满足要求，人们开始采用模糊推理的智能方法进行离合器接合、换档策略的模糊控制研究。

由于机械式自动变速器不仅保留了原手动变速器传动效率高、成本低的优点，而且还具有液力自动变速器自动换档所带来的全部优点，AMT 成为各国研究开发的热点，装车率不断上升。

3．机械无级式自动变速器
上述两种自动变速器都是有级或分段无级自动变速，机械无级传动变速器(Continuously Variable Transmission，简称CVT)，即常称的机械自动无级变速器，它克服了前面两种自动变速器固有的齿轮传动比不连续和零件数量过多的缺点，具有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便等特点，真正实现了无级变速，早期的机械无级变速器是通过两个锥体改变接触半径而实现传动比连续变化，但由于接触部分挤压应力太高，难以进入实用化。

后发展成为采用橡胶材料的带传动，又受传动带寿命的影响，无法满足汽车行驶的需要，德国的PIV 公司从 1956年起，开始研究链传动的CVT，德国大众等公司也曾在轿车上装用过这种变速器。

到 80 年代，出现了技术上的突破，橡胶带被由许多薄钢片穿成的钢带代替，使其与两个锥轮的槽在不同半径上“咬合”来改变速比。

从理论上说，CVT可以使发动机始终在其经济转速区域内运行，从而大幅度改善燃油经济性。

但由于CVT是摩擦传动，与齿轮传动相比效率并不高，从目前的情况来看，节省燃油 10%～20%是可能实现的。

此外，CVT 在加速时不需切断动力，因此，装备 CVT 的汽车乘坐舒适，超车加速性能好。

2.4 自动变速器的发展展望
随着控制技术的发展，人们对车辆性能要求的不断提高，自动变速系统的发展将朝着控制系统智能化和车辆电子一体化的方向发展。

1．控制系统智能化
现在对车辆的主观评价越来越受重视，车辆对人的适应也是“智能车辆”的重要标志，所以自动变速器控制系统对驾驶员特征的识别、对其意图的适应是体现“人机工程”指标和人机协调优化的重要组成部分。

随着各种自动变速器使用中问题的出现和人们对车辆性能要求的不断提高，人们采用了各种新的检测、控制技术用于改善自动变速车辆的性能，在控制方法和策略中，越来越多的应用了模糊控制技术和神经网络技术。

使得换档控制系统对车辆负载状态、车辆使用参数和使用环境变化的适应更具智能化特征。

2．车辆电子一体化
从最早20世纪60年代的电子点火系统到后来的电控燃油喷射系统、电控自动变速器、车辆巡航控制、电控制动防抱死系统、电控悬架等，车辆电子技术已有了极大的发展，将各个相对独立的车辆电子控制单元合为一体已成为一种趋势，如图2为车辆动力传动系统电子控制一体化趋势。

有以下优点：（1）可以充分利用各部件对车辆的观测参数，使用尽量少的传感器。

（2）采用 CAN总线技术，实现汽车内部控制系统与各检测、执行机构间的数据通讯，为车辆的轻量化提供可能。

（3）实现传动系联合控制可以使系统获得更多的改善换档品质的控制手段，并可以实现变油门的换档规律，实现比自动变速器独立控制具有更优越的性能。

图2 车辆动力传动系电子一体化趋向
汽车是高新技术的最具价值的商业载体，随着我国已正式加入WTO，追赶世界汽车技术的步伐必将进一步加快。

2002年是中国汽车工业发展史上最具重要意义的一年，汽车产量突破300万辆大关，轿车产量突破100万辆，预计到2010年，中国汽车年产量将达到600万辆。

而由于大量非职业驾驶人员的出现和对汽车性能要求的提高，使自动变速器的装车率将进一步提高，这对我国的汽车工业是机遇也是新的挑战。

第三章自动变速器的结构及工作原理
3.1 自动变速器的基本组成
自动变速器的厂牌型号很多,外部形状和内部结构也有所不同,但它们的组成基本相同,都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。

常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等,按照这些部件的功能,可将它们分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换档控制系统和换档操纵机构等五大部分。

1.液力变矩器
液力变矩器位于自动变速器的最前端,安装在发动机的飞轮上,其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。

它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递自动变速器的输入轴,并能根据汽车行驶阻力的变化,在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比,具有一定的减速增扭功能。

如图3。

1-飞轮 2-涡轮 3-泵轮 4-导轮 5-变矩器输出轴
6-曲轴 7-导轮固定套
图3 液力变矩器
2.变速齿轮机构
自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两
种。

采用普通齿轮式的变速器,由于尺寸较大,最大传动比较小,只有少数车型采用。

目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。

变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换档执行机构两部分。

行星齿轮机构,是自动变速器的重要组成部分之一,主要由于太阳轮(也称中心轮)、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。

行星齿轮机构是实现变速的机构,速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。

在速比改变的过程中,整个行星齿轮组还存在运动,动力传递没有中断,因而实现了动力换档。

图4为行星齿轮机构的传动简图。

1-太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星齿轮 5-行星齿轮轴。

图4 行星齿轮机构传动简图
换档执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动,改变动力传递的方向和速比,主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。

离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。

制动器的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住,使之不动。

单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换档元件之一,其作用和多片式离合器及制动器基本相同,也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件,让行星齿轮变速器组成不同传动比的档位。

3.供油系统
自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。

油泵是自动变速器最重要的总成之一,它通常安装在变矩器的后方,由变矩器壳
后端的轴套驱动。

在发动机运转时,不论汽车是否行驶,油泵都在运转,为自动变速器中的变矩器、换档执行机构、自动换档控制系统部分提供一定油压的液压油。

油压的调节由调压阀来实现。

4.自动换档控制系统
自动换档控制系统能根据发动机的负荷(节气门开度)和汽车的行驶速度,按照设定的换档规律,自动地接通或切断某些换档离合器和制动器的供油油路,使离合器结合或分开、制动器制动或释放,以改变齿轮变速器的传动化,从而实现自动换档。

自动变速器的自动换档控制系统有液压控制和电液压(电子)控制两种。

液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的,阀门和油路设置在一个板块内,称为阀体总成。

不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同,有的装置于上部,有的装置于侧面,纵置的自动变速器一般装置于下部。

在液压控制系统中,增设控制某些液压油路的电磁阀,就成了电器控制的换档控制系统,若这些电磁阀是由电子计算机控制的,则成为电子控制的换档系统。

5.换档操纵机构
自动变速器的换档操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。

驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置,控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素,利用液压自动控制原理或电子自动控制原理,按照一定的规律控制齿轮变速器中的换档执行机构的工作,实现自动换档。

3.2 自动变速器的工作过程
自动变速器之所以能够实现自动换档是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换档系统工作自动换档系统中各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放,并改变变速齿轮机构的动力传递路线,实现变速器档位的变换。

传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化,自动变速档位。

其换档控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压,
并将该油压加到换档阀的两端,以控制换档阀的位置,从而改变换档执行元件(离合器和制动器)的油路。

这样,工作液压油进入相应的执行元件,使离合器结合或分离,制动器制动或松开,控制行星齿轮变速器的升档或降档,从而实现自动变速。

电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。

它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态,接受驾驶员的指令,并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。

电控单元根据这些信号,通过电磁阀控制液压控制装置的换档阀,使其打开或关闭通往换档离合器和制动器的油路,从而控制换档时刻和档位的变换以实现自动变速。

其工作过程如图5所示。

1-节气门位置传感器 2-液力变矩器 3-行星齿轮变速器
4-车速传感器 5-液压控制装置 6-换档阀 7-电磁阀
图5 电控液力自动变速器的工作过程示意图
第四章自动变速器的故障诊断与排除
4.1 自动变速器的故障诊断原则与方法
4.1.1诊断前的准备工作
电控自动变速器诊断前的准备工作主要包括故障征兆的确认、读出故障代码和查对常见故障表等3项内容。

（1）确认故障征兆
在诊断一个有故障的自动变速器之前要请用户详细、认真地填写用户故障分析表，如表1所示，并详细询问故障情况。

在此基础上，摸索着重现故障征兆，通过模拟来确认故障征兆，这是非常重要的。

因为有时用户分辨不清是故障征兆还是正常现象，而有的征兆并不能时时出现，要通过多次模拟才会重现并确认。

另外用户对故障的了解和描述可能并不完整，只有通过维修人员模拟试验才能最后确认是否有故障，故障征兆是什么。

表1 用户故障分析表。