液力自動變速器行星齒輪傳動系簡析

趙海燕，王樂

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

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液力自動變速器行星齒輪傳動系簡析

趙海燕，王樂

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

摘 要：文章分析了ZF公司五檔、六檔、八檔、九檔液力自動變速器行星齒輪傳動系統(tǒng)的傳動路線，并進行比較，通過分析為同類型自動變速器及其他行星齒輪傳動系統(tǒng)的開發(fā)及設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：自動變速器；換擋邏輯；行星齒輪傳動系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.059

CLC NO.: U463.4Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2016)04-165-03

引言

在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，液力自動變速器作為車用變速器的高端產(chǎn)品一直被國外汽車零部件公司所壟斷，其中德國采埃孚集團（以下簡稱ZF公司）的產(chǎn)品開發(fā)及設(shè)計能力一直處于領(lǐng)先水平。其設(shè)計的五檔、六檔、八檔、九檔液力自動變速器產(chǎn)品已經(jīng)是全球高端轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。本文旨在通過分析其不同產(chǎn)品的傳動路線及換擋邏輯為國內(nèi)技術(shù)人員在行星齒輪傳動系統(tǒng)及換擋邏輯的概念設(shè)計提供一定的幫助和參考。

1、不同變速器傳動路線及換擋邏輯分析

1.1 五檔自動變速器傳動路線及換擋邏輯

五檔自動變速器以ZF公司5HP24變速器為例分析。該款變速器用于寶馬、路虎、捷豹等多款高端車型。5HP24主要由三組單級行星齒輪組和七組換擋元件組成，換擋元件包括三組離合器、三組制動器及一個單向離合器。圖1為傳動路線簡圖，其中離合器A驅(qū)動行星排2、3的太陽輪；離合器B驅(qū)動行星排1、3的齒圈，行星排2的行星架；離合器C驅(qū)動行星排1的太陽輪；制動器D固定行星排1的太陽輪；制動器E固定行星排1的行星架及行星排2的齒圈；制動器F固定行星排1、3的齒圈及行星排2的行星架；H為單向離合器，一檔傳動時工作。G為變矩器閉鎖離合器，與行星齒輪組換擋系統(tǒng)無關(guān)，僅當(dāng)變矩器處于非變矩工況時該離合器結(jié)合，以提高傳動效率。

圖1　5HP24傳動路線簡圖

表1為5HP24變速器的換擋邏輯表，以二檔為例分析該變速器的動力傳遞路線。二檔時離合器A和制動器E結(jié)合，動力輸入后經(jīng)行星排2、3的太陽輪輸入，由于行星排2的齒圈被制動器E固定，此時動力從行星排2的行星架輸出至行星排3的齒圈，與行星排3太陽輪輸入的動力共同帶動行星排3的行星架轉(zhuǎn)動，輸出至變速器的輸出端。其他檔位傳動路線按照表1狀態(tài)以此類推。

表1　5HP24換擋邏輯

1.2 六檔自動變速器傳動路線及換擋邏輯

六檔自動變速器以ZF公司6HP26變速器為例分析，該變速器為全球首款轎車用六速液力自動變速器，2001年首次用于寶馬7系E65車型，此后被所有主流整車廠所使用。6HP26行星齒輪變速系統(tǒng)由一組單級行星齒輪組和一組Ravigneaux式行星齒輪組組成。變速器換擋由五組換擋元件完成，包括三組離合器、兩組制動器。圖2為傳動路線簡圖，其中離合器A連接行星排1的行星架與雙級行星排2的太陽輪；離合器B連接行星排1的行星架與雙級行星排2的外圈行星輪；離合器C驅(qū)動行星排1的齒圈與雙級行星排2的行星架。制動器D固定雙級行星排2的外圈行星輪；制動器E固定雙級行星排2的行星架。F為變矩器閉鎖離合器。

圖2　6HP26傳動路線簡圖

表2　6HP26換擋邏輯

表2為6HP26變速器的換擋邏輯表，以一檔為例分析該變速器的動力傳遞路線。一檔時離合器A和制動器E結(jié)合，動力經(jīng)行星排1的齒圈輸入行星架輸出，通過離合器A驅(qū)動雙級行星排2的太陽輪；雙級行星排2的行星架被制動器E固定，此時動力從行星排2的太陽輪帶動齒圈輸出至變速器的輸出端；所以一檔時動力通過1、2排行星排雙級減速輸出，減速比最大。其他檔位傳動路線按照表2狀態(tài)以此類推。

1.3 八檔自動變速器傳動路線及換擋邏輯

八檔自動變速器以ZF公司8HP70變速器為例分析。該變速器于2008年開始量產(chǎn)，應(yīng)用于寶馬、奧迪、克萊斯勒及路虎等多種車型上，是一款主流八檔自動變速器。8HP70行星齒輪變速系統(tǒng)主要由四組單級行星齒輪組與五組換擋元件組成，換擋元件包括三組離合器和兩組制動器。圖3為傳動路線簡圖，其中制動器A固定行星排1、2的太陽輪；制動器B固定行星排1的齒圈；離合器C連接行星排3的太陽輪和齒圈；離合器D驅(qū)動行星排3的齒圈及行星排4的太陽輪；離合器E連接行星排3、4的行星架。離合器F為變矩器閉鎖離合器。

圖3　8HP70傳動路線簡圖

表3　8HP70換擋邏輯

表3為8HP70變速器的換擋邏輯表，以三檔為例分析該變速器的動力傳遞路線。三檔時離合器C、D結(jié)合，動力輸入后帶動行星排2和行星排3整體轉(zhuǎn)動同時驅(qū)動行星排4的太陽輪轉(zhuǎn)動；制動器B結(jié)合，固定行星排1的齒圈，動力經(jīng)行星排2帶動行星排1的太陽輪驅(qū)動行星排1的行星架減速輸出至行星排4的齒圈；此時行星排4的太陽輪為等速輸入，行星排4的齒圈為減速輸入，動力經(jīng)行星架減速輸出至變速器輸出端，所以三檔時動力通過1、4排行星排減速輸出。其他檔位傳動路線按照表3狀態(tài)以此類推。

1.4 九檔自動變速器傳動路線及換擋邏輯

九檔自動變速器以ZF公司9HP48變速器為例分析。該變速器作為全球首款九速自動變速器于2013年開始量產(chǎn)，應(yīng)用于克萊斯勒、路虎、保時捷等多款豪華車型。9HP48行星齒輪變速系統(tǒng)主要由四組單級行星齒輪組及六組換擋元件組成，換擋元件包括兩組離合器、兩組制動器及兩組爪型離合器。圖4為傳動路線簡圖，其中離合器A驅(qū)動行星排1的齒圈、行星排2的行星架；離合器B驅(qū)動行星排4的太陽輪；制動器C固定行星排3的齒圈；制動器D固定行星排4的太陽輪；爪型離合器E固定行星排1、2的太陽輪。爪型離合器F驅(qū)動行星排3的太陽輪及行星排4的齒圈。離合器G為變矩器閉鎖離合器。

圖4　9HP48傳動路線簡圖

表4　9HP48換擋邏輯

表4為9HP48變速器的換擋邏輯表，以倒檔為例分析該變速器的動力傳遞路線。倒檔時離合器B結(jié)合，動力輸入后帶動行星排4的太陽輪轉(zhuǎn)動；制動器C結(jié)合固定行星排3的齒圈，行星排3的太陽輪與行星排4的齒圈固定，行星排3的行星架與行星排4的行星架固定，所以動力經(jīng)行星排4的太陽輪輸入，經(jīng)行星排3的行星架反向減速輸出至行星排2的齒圈；爪型離合器E結(jié)合，行星排1、2的太陽輪固定，行星排2的齒圈通過行星架帶動行星排1的齒圈驅(qū)動行星排1的行星架同樣反向減速輸出至變速器輸出端，所以倒檔時動力反向減速輸出。其他檔位傳動路線按照表4狀態(tài)以此類推。

2、行星齒輪傳動系統(tǒng)的對比分析

綜上所述，ZF五檔變速器使用三排行星齒輪組七組換擋元件實現(xiàn)五速換擋，而六檔變速器在減少一排行星齒輪組和減少兩組換擋元件的情況下可實現(xiàn)六速換擋。六檔變速器通過采用Ravigneaux型雙行星齒輪組并優(yōu)化換擋元件位置以更簡單的結(jié)構(gòu)更小的重量實現(xiàn)更好的性能。這兩款變速器使用優(yōu)化的換擋邏輯，每個檔位僅兩組換擋元件工作，且相鄰檔位都共用一組換擋元件，這樣在換擋過程中可以減少離合器動作，增加換擋元件使用壽命。ZF八檔變速器使用四排行星齒輪組和五組換擋元件，九檔變速器與之類似僅增加一組換擋元件。八檔變速器采用縱向布置，用于后驅(qū)或全驅(qū)車型，其行星輪系為直列式排布。九檔變速器為橫向布置，用于前驅(qū)或全驅(qū)車型，其前兩排行星輪系為直列排布，后兩排為嵌套排布以此來縮減縱向尺寸，使之更適合前驅(qū)車型。與五檔和六檔變速器相比，由于行星排的增加每個檔位需要三組離合器同時工作，同樣其換擋邏輯也經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，相鄰檔位共用兩組離合器，所以換擋時也僅需多結(jié)合一組換擋元件。下表5為這幾款變速器的相關(guān)數(shù)據(jù)對比。

表5　行星齒輪傳動系統(tǒng)對比

參考ZF公司的多款變速器可以得出，在進行行星齒輪變速系統(tǒng)設(shè)計時需根據(jù)變速器布置形式及檔位配置選擇合適的行星排排列形式，同時還需分析傳動路線以規(guī)避專利保護。在換擋執(zhí)行元件的設(shè)計及換擋邏輯選擇上還需根據(jù)變速器使用工況及結(jié)構(gòu)優(yōu)化執(zhí)行元件工作狀態(tài)以使換擋過程更合理，換擋動作更便利。

3、結(jié)語

隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)的缺失越來越明顯，液力自動變速器作為高檔轎車的核心零部件其重要性日漸突出。行星齒輪變速系統(tǒng)作為AT產(chǎn)品的核心，需進行重點突破。國外已有多種不同檔位不同結(jié)構(gòu)的AT產(chǎn)品，我們需要通過分析了解其產(chǎn)品特點并另辟蹊徑設(shè)計具有自主知識產(chǎn)權(quán)的行星齒輪變速系統(tǒng)以提高我國高端零部件設(shè)計制造的核心競爭力。

參考文獻

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[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.[M]吉林人民交通出版社,2006.

中圖分類號：U463.4

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-7988(2016)04-165-03

作者簡介：趙海燕，就職于西安雙特智能傳動有限公司設(shè)計部。王樂，就職于西安雙特智能傳動有限公司設(shè)計部。

Brief Analysis of AT Planetary Gearset System

Zhao Haiyan, Wang Le
（Xi’an FC intelligence transmission co., LTD, Shaanxi Xi 'an 710119）

Abstract:Brief analyses5speed, 6speed,8speed and 9speed hydraulicautomatic transmission of ZF company. Provide reference and concept for developing and designing other automatic transmission or planetary gearset through comparisonanalysis.

Keywords:Automatic transmission; Shift Schematic; planetarygearsetsystem