自動(dòng)變速器研究與故障分析

摘 要：根據(jù)當(dāng)今汽車(chē)應(yīng)用自動(dòng)變速器越來(lái)越廣泛和自動(dòng)變速器學(xué)習(xí)和維修困難的特點(diǎn)。本文介紹了在沒(méi)有技術(shù)資料前提下，怎樣分析計(jì)算傳動(dòng)比和確定自動(dòng)變速器檔位，解決了自動(dòng)變速器學(xué)習(xí)和維修中檔位識(shí)別和故障診斷難題。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器；傳動(dòng)比；分析；計(jì)算

引言

隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車(chē)變速器的發(fā)展至今，經(jīng)過(guò)了手動(dòng)機(jī)械變速器（簡(jiǎn)稱(chēng)MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手-自一體變速器（AMT）、無(wú)級(jí)變速器（CVT）和雙離合器自動(dòng)變速器四個(gè)階段。

根據(jù)ZF公司研究報(bào)告，目前汽車(chē)裝配各種變速器統(tǒng)計(jì)如下：

從表中看出，目前乃至今后較長(zhǎng)時(shí)間汽車(chē)變速器主要以手動(dòng)變速器和自動(dòng)變速器為主，因此汽車(chē)維修市場(chǎng)對(duì)自動(dòng)變速器維修人員的需求大，技術(shù)要求高的特點(diǎn)。

自動(dòng)變速器的變速傳動(dòng)原理與手動(dòng)變速器相同，但結(jié)構(gòu)不同。手動(dòng)變速器的變速系統(tǒng)主要由普通齒輪輪系組成，其動(dòng)力傳動(dòng)路線和檔位根據(jù)傳動(dòng)齒輪大小可以直觀分析判斷得知，不需要計(jì)算傳動(dòng)比。而自動(dòng)變速器除本田式變速器采用普通齒輪輪系外，其它自動(dòng)變速器（如豐田A341E、通用4T65E、雷克薩斯LS460/AA80E、大眾途銳09D等）的變速系統(tǒng)均由周轉(zhuǎn)輪系構(gòu)成，而周轉(zhuǎn)輪系的動(dòng)力傳遞過(guò)程和檔位判斷就不能直觀的判斷。但是，現(xiàn)在很多維修自動(dòng)變速器人員受到手動(dòng)變速器的影響，用分析手動(dòng)變速器的方法分析自動(dòng)變速器檔位，造成維修自動(dòng)變速器過(guò)程中不能分清檔位，不能做到準(zhǔn)確分析判斷故障和維修。在維修中盲目更換零件，造成浪費(fèi)。給車(chē)主造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

針對(duì)目前在自動(dòng)變速器維修人員培訓(xùn)中，發(fā)現(xiàn)普遍存在不能正確分析、判斷自動(dòng)變速器故障問(wèn)題。究其原因，絕大多數(shù)不能識(shí)別自動(dòng)變速器檔位和不知道怎樣分析檔位造成。

本人在長(zhǎng)期從事自動(dòng)變速器的教學(xué)研究中，發(fā)現(xiàn)要做到正確分析自動(dòng)變速器故障，必須先掌握自動(dòng)變速器動(dòng)力傳遞路線分析，傳動(dòng)比計(jì)算和確定檔位，認(rèn)識(shí)檔位過(guò)程；再次掌握液壓和電子控制系統(tǒng)，才能正確判斷故障。

下面就如何分析、計(jì)算、確定行星齒輪自動(dòng)變速器的檔位和故障剖析。以供自動(dòng)變速器愛(ài)好者和維修人員參考。

1 怎樣分析確定自動(dòng)變速器檔位

以辛普森式行星齒輪變速機(jī)構(gòu)組成的自動(dòng)變速器為例，進(jìn)行動(dòng)力傳遞路線分析、傳動(dòng)比計(jì)算和檔位確定如下：

1.1 動(dòng)力傳遞路線分析

以豐田A341E自動(dòng)變速器為例（該變速器為辛普森式行星齒輪變速系統(tǒng)變形）分析：

1.1.1 解體豐田A341E自動(dòng)變速器，將零件按裝配位置關(guān)系擺放，如圖1所示。

1.1.2根據(jù)豐田A341E自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)，繪出傳動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖2所示。

1.1.3 各行星排動(dòng)力傳遞分析與傳動(dòng)比計(jì)算：

（注：以下計(jì)算式中符號(hào)含義和編制規(guī)律說(shuō)明：n為轉(zhuǎn)速；下標(biāo)1、2、3分別指太陽(yáng)輪、齒圈和行星架；i為傳動(dòng)比；a為齒圈齒數(shù)與太陽(yáng)輪齒數(shù)比，iI（13）2表示Ⅰ號(hào)行星排太陽(yáng)輪和行星架輸入、齒圈輸出的傳動(dòng)比）

1.1.3.1 分析Ⅰ號(hào)行星排（超速行星排）存在的傳動(dòng)路線和傳動(dòng)比計(jì)算：

動(dòng)力由變速器Ⅰ號(hào)行星排行星架輸入，齒圈輸出有兩種傳動(dòng)方式：

（1）B0制動(dòng)器工作（制動(dòng)），Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸出，傳動(dòng)比為：

該傳動(dòng)比小于1為超速傳動(dòng)。

（2）C0離合器工作，F(xiàn)0單向鎖止，Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸出：傳動(dòng)比為：iI（13）2=1

該傳動(dòng)比等于1為直接傳動(dòng)。

1.1.3.2 分析Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)行星排傳動(dòng)路線和傳動(dòng)比計(jì)算：

動(dòng)力由Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸入到變速器輸出軸輸出有以下幾種：

（1）Ⅱ號(hào)行星排的行星架和Ⅲ號(hào)行星排齒圈共同輸出：

C1離合器工作（接合），單向離合器F2鎖止（或B3制動(dòng)器制動(dòng)），其它執(zhí)行器不工作。

動(dòng)力由Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸入→C1離合器→Ⅱ號(hào)行星排齒圈→行星輪，此時(shí)，Ⅱ號(hào)行星排的太陽(yáng)輪沒(méi)有鎖定，Ⅱ號(hào)行星排的行星架（被車(chē)輪鎖?。┪摧敵觯挥散蛱?hào)行星排太陽(yáng)輪繼續(xù)傳遞至Ⅲ號(hào)行星排太陽(yáng)輪→Ⅲ號(hào)行星輪→Ⅲ號(hào)行星排齒圈（被車(chē)輪鎖?。┪摧敵觯涣Ψ磦髦立筇?hào)行星架，而F2單向離合器鎖止Ⅲ號(hào)行星排行星架順轉(zhuǎn)，動(dòng)力就由Ⅱ號(hào)行星排的行星架和Ⅲ號(hào)行星排齒圈共同輸出。

傳動(dòng)比計(jì)算由運(yùn)動(dòng)方程組：

該傳動(dòng)比大于1為減速檔。

C1離合器工作（接合），單向離合器F2鎖止和B3制動(dòng)器制動(dòng)不同處在于：變速器排擋桿在1位時(shí)，B3制動(dòng)器才制動(dòng)，變速器被強(qiáng)制鎖止1擋不能升檔。排擋桿在D位時(shí)， C1離合器工作（接合），單向離合器F2鎖止，變速器可以在所有前進(jìn)檔中自動(dòng)升降擋。

（2）由Ⅱ號(hào)行星排的行星架直接輸出：

動(dòng)力由Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸入→C1離合器接合→Ⅱ號(hào)行星排齒圈→行星輪，B2制動(dòng)器工作（制動(dòng)）和F1單向離合器鎖止太陽(yáng)輪反轉(zhuǎn)（或B1制動(dòng)器制動(dòng)），由Ⅱ號(hào)行星排的行星架直接輸出。

此時(shí)傳動(dòng)比計(jì)算：

該傳動(dòng)比大于1為減速檔。

B2制動(dòng)器制動(dòng)和B1制動(dòng)器制動(dòng)不同處在于：變速器排擋桿在2位時(shí)，B1制動(dòng)器制動(dòng)，變速器鎖止在1-3檔或1-2檔自動(dòng)換擋。排擋桿在D位時(shí)， B2制動(dòng)器工作，變速器可以在所有前進(jìn)檔中自動(dòng)換擋。

（3）由Ⅱ號(hào)行星排的行星架直接輸出：

動(dòng)力由Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸入→C1、C2離合器接合→Ⅱ號(hào)行星排齒圈和太陽(yáng)輪→Ⅱ號(hào)行星排的行星架輸出。由于Ⅱ號(hào)行星排太陽(yáng)輪和齒圈共同（等速）輸入，行星排三構(gòu)件（太陽(yáng)輪、齒圈和行星架）間不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)傳動(dòng)比計(jì)算：

該傳動(dòng)比等于1為直接傳動(dòng)。

（4） Ⅲ號(hào)行星排齒圈輸出

動(dòng)力由Ⅰ號(hào)行星排齒圈輸入→C2離合器接合→公用太陽(yáng)輪→B3制動(dòng)器工作（制動(dòng)）→Ⅲ號(hào)行星排齒圈輸出：此時(shí)傳動(dòng)比計(jì)算：

該傳動(dòng)比為負(fù)，且絕對(duì)值大于1為減速倒檔。

通過(guò)以上分析，Ⅰ號(hào)行星排僅有2種傳動(dòng)方式，Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)行星排僅有4種傳動(dòng)方式。

1.1.4 組合行星排動(dòng)力傳動(dòng)路線分析與傳動(dòng)比計(jì)算

根據(jù)數(shù)學(xué)組合原則：該變速器的傳動(dòng)比理論計(jì)算可以有8種傳動(dòng)比。其中，超速行星排處于超速狀態(tài)時(shí)與Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)行星排減速檔和倒檔匹配3種傳動(dòng)比沒(méi)有意義，其余5條傳動(dòng)路線如下：

傳動(dòng)路線A.Ⅰ號(hào)行星排（C0離合器工作，F(xiàn)0單向鎖止）動(dòng)力傳遞→Ⅱ號(hào)行星排（C1離合器工作、B2制動(dòng)器不工作、F1單向離合器不工作、F2單向離合器鎖止Ⅲ號(hào)行星排的行星架反轉(zhuǎn)）→Ⅱ號(hào)行星排的行星架和Ⅲ號(hào)行星排齒圈共同輸出：傳動(dòng)比：

傳動(dòng)路線B. Ⅰ號(hào)行星排（C0離合器工作，F(xiàn)0單向鎖止）動(dòng)力傳遞→Ⅱ號(hào)行星排（C1離合器工作、B2制動(dòng)器工作、F1單向離合器鎖止太陽(yáng)輪反轉(zhuǎn)）→Ⅱ號(hào)行星排的行星架輸出：

傳動(dòng)比：

傳動(dòng)路線C.Ⅰ號(hào)行星排（C0離合器工作，F(xiàn)0單向鎖止）動(dòng)力傳遞→Ⅱ號(hào)行星排（C1離合器工作、C2離合器工作）→Ⅱ號(hào)行星排的行星架輸出：傳動(dòng)比計(jì)算：

傳動(dòng)路線D.Ⅰ號(hào)行星排（B0制動(dòng)器工作）動(dòng)力傳遞→Ⅱ號(hào)行星排（C1離合器工作、C2離合器工作）→Ⅱ號(hào)行星排的行星架輸出：傳動(dòng)比：

傳動(dòng)路線E.Ⅰ號(hào)行星排（C0離合器工作，F(xiàn)0單向鎖止）動(dòng)力傳遞→Ⅱ號(hào)行星排（C2離合器工作）→Ⅱ、Ⅲ號(hào)行星排公用太陽(yáng)輪→Ⅲ號(hào)行星排（B3制動(dòng)器工作）齒圈輸出：

傳動(dòng)比計(jì)算：

1.2.檔位確定

從以上組合行星排傳動(dòng)路線和傳動(dòng)比計(jì)算結(jié)果分析：

傳動(dòng)比： 傳動(dòng)路線A>傳動(dòng)路線B>傳動(dòng)路線C>傳動(dòng)路線D，且傳動(dòng)路線A、B傳動(dòng)比>1為正值；說(shuō)明輸入與輸出方向相同為前進(jìn)減速檔；傳動(dòng)路線A為1檔傳動(dòng)路線、傳動(dòng)路線B為2檔傳動(dòng)路線；傳動(dòng)路線C傳動(dòng)比=1為3檔（直接檔）、傳動(dòng)路線D傳動(dòng)比<1為4檔（超速檔）；傳動(dòng)路線E傳動(dòng)比為負(fù)值，說(shuō)明輸入與輸出相反為倒檔。

從以上分析得出豐田A341E自動(dòng)變速器檔位和執(zhí)行器工作情況如下：

傳動(dòng)路線A為1檔，執(zhí)行器工作情況：C0、C1離合器工作、F0單向鎖止，F(xiàn)2單向離合器工作鎖止Ⅲ號(hào)行星排的行星架反轉(zhuǎn)。

傳動(dòng)路線B為2檔，執(zhí)行器工作情況：C0、C1離合器工作、F0單向鎖止，B2制動(dòng)器工作，F(xiàn)1單向離合器工作鎖止太陽(yáng)輪反轉(zhuǎn)。

傳動(dòng)路線C為3檔，執(zhí)行器工作情況：C0、C1、C2離合器工作、F0單向鎖止。

傳動(dòng)路線D為4檔，執(zhí)行器工作情況：C1、C2離合器工作，B0制動(dòng)器工作。

傳動(dòng)路線E為倒檔，執(zhí)行器工作情況：C0、C2離合器工作，B3制動(dòng)器工作。

1.3 比較：

通過(guò)以上分析得出的豐田A341E自動(dòng)變速器檔位和執(zhí)行器工作情況，與表1提供的豐田A341E自動(dòng)變速器技術(shù)資料檔位和換擋執(zhí)行元件工作情況表完全一致。

2 自動(dòng)變速器故障分析

故障現(xiàn)象1.裝配A341E自動(dòng)變速器汽車(chē)出現(xiàn)在低速檔位加、減速時(shí)出現(xiàn)動(dòng)力中斷，在車(chē)速檔行駛正常，汽車(chē)在下坡行駛時(shí)，掛低速檔無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。在故障診斷時(shí)，用解碼儀檢測(cè)無(wú)故障代碼。顯然該故障不屬于電控系統(tǒng)故障，是屬于液壓控制系統(tǒng)或換擋執(zhí)行器故障。

根據(jù)故障現(xiàn)象分析，產(chǎn)生該故障的原因是汽車(chē)下坡或減速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)動(dòng)力中斷，就像手動(dòng)變速器下坡或松油門(mén)踩離合器踏板一樣，車(chē)速不減反而增加。該故障從表1自動(dòng)變速器工作情況中分析不出是什么元件不工作或損壞。從液壓控制系統(tǒng)中不知道檢測(cè)哪條油路。但我們只要掌握動(dòng)力傳遞路線分析，從圖3自動(dòng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖就知道是C0離合器打滑產(chǎn)生該故障。C0離合器和F0單向離合器在正傳動(dòng)時(shí)作用相同，由于單向離合器傳遞的扭矩比離合器大，因此在1、2、3和倒檔是主要靠F0傳遞動(dòng)力，C0離合器只起輔助作用。當(dāng)汽車(chē)減速或下坡時(shí)，底盤(pán)的速度大于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，F(xiàn)0單向離合器打滑，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)靠C0離合器接合，使底盤(pán)反拖發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)扭矩較小，因此C0離合器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有摩擦片很少，而且尺寸較小，摩擦面小。所以出現(xiàn)上述故障時(shí)，檢查C0離合器摩擦片是否磨損嚴(yán)重、油壓是否過(guò)低、活塞和油缸密封是否良好，問(wèn)題就解決了。

故障現(xiàn)象2. A341E自動(dòng)變速器汽車(chē)掛D檔位時(shí)，出現(xiàn)油門(mén)小不能起步，油門(mén)大時(shí)汽車(chē)竄出去。

產(chǎn)生該故障的原因從圖2自動(dòng)變速器傳動(dòng)簡(jiǎn)圖分析，可能單向離合器F2損壞（打滑），造成汽車(chē)掛D檔位起步時(shí)無(wú)1檔傳動(dòng)，油門(mén)大時(shí)汽車(chē)直接2檔起步。

診斷該故障時(shí)，將變速桿掛入1位起步是否正常，然后在行駛中直接掛入D檔試驗(yàn)，如果正常說(shuō)明故障由單向離合器F2損壞（打滑）造成。因?yàn)樽兯贄U掛入1位起步正常，是該檔位動(dòng)力傳遞不需要F2鎖止Ⅲ號(hào)行星排的行星架，而由B3制動(dòng)器工作制動(dòng)行星架，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制1檔動(dòng)力傳遞。因此可以正常起步。

3 結(jié)論

通過(guò)以上兩個(gè)故障案例分析得知，只有掌握自動(dòng)變速器檔位分析，才能做到準(zhǔn)確、快速分析故障。

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作者簡(jiǎn)介：張四鑫（1964.12-），男，白族，云南大理人，云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，工程師，大專(zhuān)，研究方向：汽車(chē)與工程機(jī)械。