辛普森自動(dòng)變速器五檔動(dòng)力流分析及故障診斷

唐益飛

【摘 要】汽車電控自動(dòng)變箱是目前汽車上機(jī)、電、液一體化程度較高的總成件。如何提高自動(dòng)變速箱的故障分析準(zhǔn)確率和故障修復(fù)率是個(gè)較為迫切的問題。

在自動(dòng)變速器的電子控制系統(tǒng)中，以機(jī)械、液壓系統(tǒng)的故障分析檢修最為困難，針對(duì)這一難題，本文闡述了電控五檔自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)典型電控五檔自動(dòng)變速器的換檔執(zhí)行元件的位置、執(zhí)行元件的工作情況、動(dòng)力流傳遞路線進(jìn)行了詳細(xì)分析， 并利用動(dòng)力流工作過程來推斷電控五檔自動(dòng)變速器故障部位。

【關(guān)鍵詞】換檔元件;動(dòng)力流;故障分折;拉維奈;辛普森

一、分折自動(dòng)變速器動(dòng)力流的基本知識(shí)

了解單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的基本組成、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)力傳動(dòng)方式;

1.單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)造

2.單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

設(shè)太陽輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2和n3， 齒數(shù)分別為Z1、Z2、Z3; 齒圈與太陽輪的齒數(shù)比為α。

則根據(jù)能量守恒定律，由作用在該機(jī)構(gòu)各元件上的力矩和結(jié)構(gòu)參數(shù)可導(dǎo)出表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程式： n1+αn2-（1+α）n3=0、 ? Z1+Z2=Z3

3.單排行星齒輪動(dòng)力傳遞方式

（1）太陽輪主動(dòng)，行星架從動(dòng)，齒圈制動(dòng)，則n2=0，故傳動(dòng)比、i13=n1/n3=1+α>1 ? 低速檔

（2）太陽輪制動(dòng)，齒圈主動(dòng)，行星架從動(dòng)，則n1=0，故傳動(dòng)比、i23=n2/n3=（1+α）/α>1高速檔

（3）太陽輪制動(dòng)，行星架主動(dòng)，齒圈從動(dòng)，則n1=0，故傳動(dòng)比、i32=n3/n2= α/（1+α）<1 ? 超速檔

（4） 齒圈制動(dòng)，行星架主動(dòng)，太陽輪從動(dòng)，則n2=0，故傳動(dòng)比、i31=n3/n1= 1 /（1+α）<1 ? 超速檔

（5）行星架制動(dòng)，太陽輪主動(dòng)，齒圈從動(dòng)，則n3=0，故傳動(dòng)比 i12=n1/n2=-α<0 ? 倒檔

（6）行星架制動(dòng)，齒圈主動(dòng)，太陽輪從動(dòng)，反向加速傳遞。

（7）如果n1=n2，則n3=n1=n2，故傳動(dòng)比 i=1 直接檔

（8）如果所有元件無約束，則動(dòng)力無法傳動(dòng) 空檔

總結(jié)：行星齒輪架作從動(dòng)件——1檔或2檔，二元件連接后帶動(dòng)另一個(gè)元件——3檔，行星齒輪架作主動(dòng)件——O/D檔， 行星齒輪架固定——倒檔，如果所有元件無約束，則動(dòng)力無法傳動(dòng)——空檔。

4.自動(dòng)變速器換檔執(zhí)行元件

離合器;①作用：傳遞.連接。把轉(zhuǎn)矩由一個(gè)元件傳到另一個(gè)元件。②類型：濕式多片式離合器。③ 結(jié)構(gòu)：主動(dòng)部分：離合器鼓.鋼片等，從動(dòng)部分：離合器轂.摩擦片等， 壓緊機(jī)構(gòu)：油缸.活塞等， 分離機(jī)構(gòu)：回位彈簧等。

制動(dòng)器;①作用：將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的某元件固定，將其它執(zhí)行元件的某部分固定。②類型：A、.濕式多片式（與離合器相同）B、帶式：帶式結(jié)構(gòu)：旋轉(zhuǎn)元件：制動(dòng)鼓，固定元件：制動(dòng)帶，促動(dòng)裝置：油缸.活塞。

單向離合器 ①作用：單向連接或單向制動(dòng)。②特點(diǎn)：只要改變傳遞方向就可以改變單向離合器的工作狀態(tài)，不需要液壓控制裝置的控制。但有方向性，不能裝反。③類型：滾柱斜槽式.楔塊式.棘輪棘爪

二、辛普森五檔自動(dòng)變速器的特點(diǎn)及圖表

豐田A650E自動(dòng)變速器是豐田公司1997年10月推出的新產(chǎn)品，裝備在凌志LS400、SC400和GS300/400轎車上，于1998年開始進(jìn)入中國市場。A650E在A341E的基礎(chǔ)上有作了四大改進(jìn)。

（1）取消了節(jié)氣門拉索及節(jié)氣門閥，主油路油壓由發(fā)動(dòng)機(jī)和ECFECU根據(jù)節(jié)氣門位置信號(hào)、車速信號(hào)、空擋啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)和ATF油溫信號(hào)，控制輸往主油路的油壓，調(diào)節(jié)電磁閥SLT的電流進(jìn)行控制。

（2）在變速器的后端增加了一組行星齒輪組。

（3）增加了一個(gè)減速擋，即由4擋變速器變成5擋變速器。4個(gè)換擋電磁閥控制變速器換擋，進(jìn)一步改善了車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)、ECT和巡航控制系統(tǒng)共用一個(gè)ECU，使用電子節(jié)氣門和車輛的控制更加先 進(jìn)。

三、自動(dòng)變速器五檔各動(dòng)力流分析

（1）P位和N位。當(dāng)操縱手柄置于P位和N位，而發(fā)動(dòng)機(jī)又沒有啟動(dòng)時(shí)，由于油泵沒有旋轉(zhuǎn)，整個(gè)液壓系統(tǒng)沒有工作。但當(dāng)在P位或N位點(diǎn)火時(shí)，情況就不一樣了。在P位點(diǎn)火時(shí)，液壓控制系統(tǒng)使超速直接離合器C0和第三制動(dòng)器B3動(dòng)作。C0動(dòng)作，使超速行星排的超速太陽輪和超速行星架連為一體，超速行星排就以直接傳動(dòng)（傳動(dòng)比為1）的方式輸出。

（2）1 檔（D、4、3或2檔）動(dòng)力流。動(dòng)作元件C0、F0、C1、F2，輸入軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D行星架順轉(zhuǎn)，O/D齒圈暫固定帶動(dòng)O/D行星輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)O/D太陽輪順轉(zhuǎn)經(jīng)F0順轉(zhuǎn)等連接前行星架，C0動(dòng)作將O/D排連為一整體動(dòng)力經(jīng)O/D齒圈輸出。C1動(dòng)作連接輸入小軸及中間軸，中間軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D齒圈順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)后行星輪順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)太陽輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)前行星輪順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)行星架逆轉(zhuǎn)，F(xiàn)2動(dòng)作固定后行星架，所以帶動(dòng)后行星架順轉(zhuǎn)，動(dòng)力經(jīng)后行排星架輸出。

（3）2 檔動(dòng)力流。動(dòng)作元件C0、F0、C1、B3，輸入軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D行星架順轉(zhuǎn)，O/D齒圈暫固定帶動(dòng)O/D行星輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)O/D太陽輪順轉(zhuǎn)經(jīng)F0順轉(zhuǎn)等連接前行星架，C0動(dòng)作將O/D排連為一整體動(dòng)力經(jīng)O/D齒圈輸出。C1動(dòng)作連接輸入小軸及中間軸，帶動(dòng)中間排行星齒圈順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)公共太陽輪逆轉(zhuǎn)，F(xiàn)3動(dòng)作固定前行星架，所以帶動(dòng)前齒圈順轉(zhuǎn)，動(dòng)力經(jīng)前排齒圈輸出。

（4）3檔動(dòng)力流。動(dòng)作元件C0、F1、C1、B2，輸入軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D行星架順轉(zhuǎn)，O/D齒圈暫固定帶動(dòng)O/D行星輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)O/D太陽輪順轉(zhuǎn)經(jīng)F0順轉(zhuǎn)等連接前行星架，C0動(dòng)作將O/D排連為一整體動(dòng)力經(jīng)O/D齒圈輸出。C1動(dòng)作連接輸入小軸及中間軸，帶動(dòng)中間排行星齒圈順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)公共太陽輪逆轉(zhuǎn)，F(xiàn)1、B2同時(shí)動(dòng)作不讓公共太陽輪逆轉(zhuǎn)，所以帶動(dòng)中間排行星架順轉(zhuǎn)，動(dòng)力經(jīng)中間排行星架輸出。

（5）4檔動(dòng)力流。動(dòng)作元件C0、C1、C2、B2、F0，輸入軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D行星架順轉(zhuǎn)，O/D齒圈暫固定帶動(dòng)O/D行星輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)O/D太陽輪順轉(zhuǎn)經(jīng)F0順轉(zhuǎn)等連接前行星架，C0動(dòng)作將O/D排連為一整體動(dòng)力經(jīng)O/D齒圈輸出。C1動(dòng)作連接輸入小軸及中間軸，轉(zhuǎn)帶動(dòng)中間排行星齒圈順轉(zhuǎn)，C2動(dòng)作所以帶動(dòng)公共太陽輪也順轉(zhuǎn)，故中間排連為一整體，動(dòng)力經(jīng)中間排行星架輸出。此時(shí)變速箱為一整體傳動(dòng)比1∶1。

（6）5檔動(dòng)力流。動(dòng)作元件C1、C2、B2、B0，輸入軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D行星架順轉(zhuǎn)，O/D齒圈暫固定帶動(dòng)O/D行星輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)O/D太陽輪順轉(zhuǎn)經(jīng)F0順轉(zhuǎn)等連接前行星架，B0動(dòng)作固定O/D太陽輪，O/D齒圈超速輸出。C1動(dòng)作連接輸入小軸及中間軸，轉(zhuǎn)帶動(dòng)中間排行星齒圈順轉(zhuǎn)，C2動(dòng)作所以帶動(dòng)公共太陽輪也順轉(zhuǎn)，故中間排連為一整體，動(dòng)力經(jīng)中間排行星架輸出。實(shí)現(xiàn)超速輸出。

（7）R檔動(dòng)力流。動(dòng)作元件C2、B0、B4，輸入軸順轉(zhuǎn)帶動(dòng)O/D行星架順轉(zhuǎn)，O/D齒圈暫固定帶動(dòng)O/D行星輪逆轉(zhuǎn)，帶動(dòng)O/D太陽輪順轉(zhuǎn)經(jīng)F0順轉(zhuǎn)等連接前行星架，B0動(dòng)作固定O/D太陽輪，O/D齒圈超速輸出。C2動(dòng)作帶動(dòng)公共太陽輪順轉(zhuǎn)，中間排行星架暫時(shí)固定，故中間排齒圈反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)后排行星齒中太陽能輪反轉(zhuǎn)，B4動(dòng)作固定后排齒圈，動(dòng)力經(jīng)后排行星架反轉(zhuǎn)輸出，實(shí)現(xiàn)倒檔。

（8）L位一檔。動(dòng)作元件C0、C1、B4、F0、F2，又稱具有引擎制動(dòng)功能的鎖止一檔，輸出軸順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)后排行星架順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)前排齒圈順轉(zhuǎn)，帶動(dòng)中排行星架順轉(zhuǎn)，F(xiàn)2處于跑空狀態(tài)，B4動(dòng)作固定后排齒圈，所以帶動(dòng)后排太陽輪順轉(zhuǎn)，后排太陽輪連接到C1，由于沒有單向離合器傳推動(dòng)力，動(dòng)力可以直接傳至發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。

四、通過動(dòng)力流分折故障

1.故障診斷與檢修程序

液控和電控自動(dòng)變速器故障診斷與檢修的程序不同。

液控自動(dòng)變速器故障診斷與檢修的程序分六步;

初步檢查;失速試驗(yàn);油壓試驗(yàn);換檔遲滯試驗(yàn);道路試驗(yàn);零部件拆卸檢查。

電控自動(dòng)變速器故障診斷與檢修的程序;

初步檢查;讀取故障碼;手動(dòng)換檔試驗(yàn);失速試驗(yàn);油壓試驗(yàn);換檔遲滯試驗(yàn);道路試驗(yàn);電控系統(tǒng)檢查;車上和車下修理。

2.自動(dòng)變速器故障的動(dòng)力流分析法

利用自動(dòng)變速器的動(dòng)力流分析是正確診斷的前提，熟知結(jié)構(gòu)是正確診斷的關(guān)鍵。排除故障的具體方法一般是調(diào)整或更換元件即可。在分析各類齒輪式自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)和工作原理的過程中，只要自動(dòng)變速器所在檔位的離合器、制動(dòng)器、單向離合器工作正常，參與其所在檔位的行星齒輪機(jī)構(gòu)正常，自動(dòng)變速器在該檔位即可正常工作，所以離合器、制動(dòng)器、單向離合器是保證自動(dòng)變速器正常工作的重要環(huán)節(jié)。離合器、制動(dòng)器正常工作的條件是：離合器、制動(dòng)器自身良好;油路系統(tǒng)各閥良好，油道暢通：各傳感器、電磁閥和ECU正常。

以A650E五檔自動(dòng)變速器為例題，如果前進(jìn)檔正常，而沒有倒檔，證明B4制動(dòng)器或相關(guān)控制油路及電路有故障。

3.可利用動(dòng)力流分析的自動(dòng)變速器常見故障

①自動(dòng)變速器打滑故障;②自動(dòng)變速器換檔沖擊故障;③自動(dòng)變速器不能升檔的故障;④自動(dòng)變速器異響故障 ;⑤自動(dòng)變速器汽車無發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)故障。

五、總結(jié)

汽車電子控制自動(dòng)變速器是目前汽車上機(jī)、電、液一體化程度較高的大總成件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 制造維修成本高、需要大量的專業(yè)設(shè)備和專業(yè)技師才能完成維護(hù)和修復(fù)。作為汽車技術(shù)人員，首先要熟悉電控自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)及工作原理和動(dòng)力傳遞路線，同時(shí)要掌握相應(yīng)的維修工藝和專用檢修設(shè)備的正確使用，具有嫻熟的實(shí)際操作。本文系統(tǒng)地闡述了電控五檔自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理，對(duì)典型電控自動(dòng)變速器的換檔執(zhí)行元件的位置、執(zhí)行元件的工作情況、動(dòng)力傳遞路線進(jìn)行了詳細(xì)分析。自動(dòng)變速器檔位也在不斷增加，現(xiàn)在發(fā)展到12個(gè)前進(jìn)檔，我不得不承認(rèn)自動(dòng)變速箱檔越多，行駛更平穩(wěn)，燃油更經(jīng)濟(jì)，更舒適。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳晟閩、江蘇大學(xué)、汽車自動(dòng)變速器故障動(dòng)力流分析法的研究

[2]萬通教材《汽修大師之晉級(jí)-電控底盤》