基于特性方程式下的通用AF40-6自動(dòng)變速器檔位分析

屈亞鋒

(武漢交通職業(yè)學(xué)院　湖北　武漢：430065)

通用AF40-6是一款全自動(dòng)、六檔、電子控制的緊湊型變速驅(qū)動(dòng)橋，適用于前輪驅(qū)動(dòng)和全輪驅(qū)動(dòng)的車輛，在新君越、新君威2.0T等車型上有所應(yīng)用。[1]該款變速器是典型的多排串聯(lián)復(fù)合式行星齒輪自動(dòng)變速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檔位多；它充分利用單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)“兩入一出”動(dòng)力傳遞變化獲得檔位，使檔位分析變得更復(fù)雜，學(xué)生理解困難；同類文獻(xiàn)對該款變速器研究較少，文獻(xiàn)[1]或維修手冊中直接告知各檔位的執(zhí)行元件，并未說明選用方法和傳動(dòng)比的計(jì)算過程。本文通過理解通用AF40-6自動(dòng)變速器變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，以單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)不同運(yùn)動(dòng)方式的應(yīng)用情況為基礎(chǔ)，對各檔位換檔執(zhí)行元件的選擇方法進(jìn)行分析，從而得出各檔位最優(yōu)化的換檔執(zhí)行元件，使學(xué)生容易掌握和理解。

1　單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)簡介

1.1　單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的特性方程式

通用AF40-6自動(dòng)變速器齒輪變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用了拉維娜式結(jié)構(gòu)，拉維娜式結(jié)構(gòu)是由單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)組合而成的雙排復(fù)合式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡化如圖1所示，其共用齒圈和行星架。假設(shè)大太陽輪轉(zhuǎn)速n1，齒圈的轉(zhuǎn)速n2，行星架的轉(zhuǎn)速n3，小太陽輪轉(zhuǎn)速n4，齒圈與大太陽輪齒數(shù)比為α1，齒圈與小太陽輪齒數(shù)比為α2。則單排單、雙行星齒輪變速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程式為：

n1+α1n2-(1+α1)n3=0

(1)

n4-α2n2-(1-α2)n3=0

(2)

圖1　拉維娜式行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖

1.2　單排單、雙行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式和應(yīng)用情況

根據(jù)式(1)和式(2)不同的動(dòng)力傳遞，可實(shí)現(xiàn)單排單行星齒輪機(jī)構(gòu)的不同運(yùn)動(dòng)方式，具體見表1[2]。表1與傳統(tǒng)歸納的不同點(diǎn)主要有：一是并未將單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的所有運(yùn)動(dòng)方式都列舉出來，僅保留了目前應(yīng)用于自動(dòng)變速器的運(yùn)動(dòng)方式；二是增加了方案6和方案10，即“兩入一出”且兩入速度不等的運(yùn)動(dòng)方式；三是給出了每種運(yùn)動(dòng)方式的傳動(dòng)比變化范圍，歸納了其可能應(yīng)用的檔位和檔位特點(diǎn)；四是方案3傳動(dòng)比大小加了絕對值符號(hào)，“-”表示輸入輸出反向。

表1　單排行星齒輪齒輪機(jī)構(gòu)不同運(yùn)動(dòng)方式及應(yīng)用

圖2　通用AF40-6自動(dòng)變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2　通用AF40-6自動(dòng)變速器的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

通用AF40-6自動(dòng)變速器變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，屬于典型的串聯(lián)復(fù)合式行星齒輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)力輸入端來看，分別假定為第1、2和3排，第1排為單行星齒輪機(jī)構(gòu)，第2、3排是拉維娜式組合行星齒輪機(jī)構(gòu)，各排的參數(shù)分別假定為α1、α2和α3[3]。該變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)有如下幾大特點(diǎn)：一是第1排太陽輪與液力變矩器單向離合器內(nèi)座圈相連接，被其固定不能旋轉(zhuǎn)；二是動(dòng)力由輸入軸1輸入，然后經(jīng)過兩條路線傳遞，一條是直接經(jīng)過離合器C2傳遞至第2、3排共用行星架，另外一條經(jīng)過第1排行星齒輪組減速后通過C1或C3傳遞至第3排太陽輪或第2排前太陽輪；三是第2、3排共用齒圈且做為動(dòng)力輸出；四是可實(shí)現(xiàn)六個(gè)前進(jìn)檔位，但無直接檔。

3　通用AF40-6自動(dòng)變速器各檔位分析

3.1　“D”檔位分布情況分析

通用AF40-6自動(dòng)變速器中數(shù)字6表示“D”檔位數(shù)為6個(gè)(D1、D2、D3、D4、D5、D6)。

根據(jù)圖2，第1排只能實(shí)現(xiàn)表1方案2，可獲得(1+α1)/α1大小的傳動(dòng)比；由于第1排無法實(shí)現(xiàn)直接檔，而第1排和第2、3排是串聯(lián)關(guān)系，故該款變速箱無法實(shí)現(xiàn)直接檔。由于第2、3排屬于拉維娜式結(jié)構(gòu)，不考慮C1、C2和C3傳遞動(dòng)力的轉(zhuǎn)速差時(shí)，比較容易獲得表1方案8、方案5或方案9和方案4，即：α3、1和α2/(1+α2)大小的傳動(dòng)比；如果第2、3排同時(shí)起作用，即C1、B1起作用時(shí)，可獲得(α2+α3)/(1+α2)大小的傳動(dòng)比[4]。根據(jù)串聯(lián)復(fù)合式變速器獲得傳動(dòng)比的方法，第1排和第2、3排分別匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)1個(gè)超速檔和3個(gè)低速檔。

考慮到C2和C1、C3傳遞動(dòng)力時(shí)有轉(zhuǎn)速差，可實(shí)現(xiàn)表1方案6和方案10；由于C1C2或C2C3分別在單行星齒輪排和雙行星齒輪排，故不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)超速檔或兩個(gè)低速檔，即只能獲得1個(gè)超速檔和1個(gè)低速檔。

因此，通用AF40-6自動(dòng)變速器“D”檔位分布情況為：2個(gè)超速檔(D5和D6)，4個(gè)低速檔(D1、D2、D3和D4)。

3.2　通用AF40-6自動(dòng)變速器各檔位分析方法

3.2.1“D”檔位分析

3.2.1.1D1檔位分析

(1)D1檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D1檔位是D位的最低檔，即最大的傳動(dòng)比，因此第1排與第2、3排匹配時(shí)應(yīng)選擇最大的傳動(dòng)比，故選用C1、B2或C1、F1；由于D1檔位不是D位的最高檔，設(shè)計(jì)時(shí)如果有制動(dòng)或單向制動(dòng)兩種約束條件時(shí)，一般選擇單向約束條件，使D1檔位無發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)作用，故選用F1，主要作用是阻止第3排行星架逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)[5]。因此，D1檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、F1。

(2)D1檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

n11+α1n12-(1+α1)n13=0(第1排)(3)

n11=0

(第1排)(4)

n31-α3n32-(1-α3)n33=0(第3排)(5)

(第3排)(6)

由式(3)、(4)、(5)、(6)聯(lián)立求解D1檔傳動(dòng)比：

iD1=(n12/n13)×(n31/n32)=(1+α1)/α1×α3

3.2.1.2D2檔位分析

(1)D2檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D2檔位也是低速檔，但比D1檔位的傳動(dòng)比小，故考慮C1、B1起作用時(shí)，通過(α2+α3)/(1+α2)大小的傳動(dòng)比與第1排匹配，可獲得比D1檔位稍小的傳動(dòng)比；比較D1檔和D2檔的選擇方案，僅差1個(gè)由液壓控制控制的B1元件。因此，D2檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、B1。

(2)D2檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

n21+α2n22-(1+α2)n23=0(第2排)(7)

n22=0

隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及文化交流的日趨頻繁，大量的新詞涌入英漢語言。目前關(guān)于英漢詞匯構(gòu)詞法的研究很多，但對英漢新詞構(gòu)成模式之間的比較研究卻相對較少。本文通過對比英漢新詞的構(gòu)詞方法，找出英漢新詞構(gòu)成的相似性和獨(dú)特性，并且進(jìn)一步分析造成英漢構(gòu)詞差異的原因，幫助外語學(xué)習(xí)者了解英漢新詞的構(gòu)詞規(guī)律、語義特點(diǎn)及其社會(huì)文化內(nèi)涵，加深對英漢語言的認(rèn)識(shí)。

(第2排)(8)

n23=n33；n22=n32

(第2、3排)(9)

由式(3)、(4)、(5)、(7)、(8)、(9)聯(lián)立求解D2檔傳動(dòng)比：

iD2=(n12/n13)×(n31/n32或n22)=

(1+α1)/α1×(α2+α3)/(1+α2)

3.3.1.3D3檔位分析

①D3檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D3檔也是低速檔，但比D2檔位的傳動(dòng)比小，根據(jù)前文對D1和D2檔位的分析，繼續(xù)考慮第1和第2、3排匹配的方法，第2、3排能夠選擇的比1大的傳動(dòng)比已經(jīng)選擇，故只能選擇表1方案5或方案9；由于C2和C1、C3傳遞動(dòng)力時(shí)有轉(zhuǎn)速差，只能選擇C1、C3；比較D2檔和D3檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有B1、C3，但是B1、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此，D3檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、C3。

(2)D3檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

n21=n31

(第2、3排)(10)

由式(3)、(4)、(5)、(7)、(9)、(10)聯(lián)立求解D4檔傳動(dòng)比：

iD3=(n12/n13)×(n31或n21/n32或n22)=

(1+α1)/α1×1

3.2.1.4D4檔位分析

(1)D4檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D4檔也是低速檔，但比D3檔位的傳動(dòng)比小，根據(jù)前文對D1、D2和D3檔位的分析，第1和第2、3排匹配方案已經(jīng)全部選用，故考慮表1方案6或方案10，即選擇C1、C2或C2、C3；由于C2單獨(dú)起作用用于第2排可實(shí)現(xiàn)超速檔，而用于第3排只能實(shí)現(xiàn)低速檔，故選擇C1、C2；比較D3檔和D4檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有C2、C3，但是C2、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此D4檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C1、C2。

(2)D4檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

(1+α1)/α1×n31=n33(第3排)(11)

由式(5)、(11)聯(lián)立求解D4檔傳動(dòng)比：

iD4=n33/n32=(α1×α3+α3)/(α1×α3+α3-1)

3.2.1.5D5檔位分析

(1)D5檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D5檔位是超速檔，但傳動(dòng)比比D6檔稍大，根據(jù)前文D4檔的選擇方案分析，只能選擇C2、C3；比較D4檔和D5檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有C1、C3，但是C1、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此D5檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C2、C3。

(2)D5檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

(1+α1)/α1×n21=n23(第2排)(12)

由式(7)、(12)聯(lián)立求解D5檔傳動(dòng)比：

iD5=n23/n22=(α1×α2+α2)/(α1×α2+α2+1)

3.2.1.6D6檔位分析

(1)D6檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

由于D6檔位是該變速箱的最高檔位，可考慮表1方案4，故選擇C2、B1；比較D5檔和D6檔的選擇方案，雖然相差的由液壓控制的元件有B1、C3，但是B1、C3必須選擇，故已經(jīng)是最優(yōu)方案。因此D6檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C2、B1。

(2)D6檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

(1+α1)/α1×n21=n23(第2排)(13)

由式(7)、(13)聯(lián)立求解D6檔傳動(dòng)比：

iD6=n23/n22=(α1×α2+α2)/(α1×α2+α2+1)

3.2.2“R”檔位分析

(1)R檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

根據(jù)表1，方案3可實(shí)現(xiàn)倒檔；根據(jù)圖2只有第2排可實(shí)現(xiàn)；根據(jù)前述D1檔位執(zhí)行元件的選擇，考慮到倒檔可采用發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)作用，故R檔的最優(yōu)換檔執(zhí)行元件為：C3、B2。

(2)R檔位傳動(dòng)比的計(jì)算

n23=0

(第2排)(14)

由式(3)、(4)、(7)、(14)聯(lián)立求解R檔傳動(dòng)比：

iR=(n12/n13)×(n21/n22)=(1+α1)/α1×-α2

(“-”號(hào)表示輸入輸出反向)

3.2.3手動(dòng)“1”檔位分析

手動(dòng)“1”檔是通用AF40-6自動(dòng)變速器的手動(dòng)換檔模式下的檔位，它與D1檔的區(qū)別是可利用發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)作用。因此手動(dòng)“1”檔位的換檔執(zhí)行元件為：C1、B2。傳動(dòng)比的計(jì)算和D1檔位相同。

值得注意的是：由于D2、D3、D4、D5和D6各檔位都有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用，因此手動(dòng)換檔模式下的其他檔位與對應(yīng)的D檔位換檔執(zhí)行元件相同。

3.3　通用AF40-6自動(dòng)變速器各檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

根據(jù)前文各檔位換檔執(zhí)行元件的分析和傳動(dòng)比計(jì)算，通用AF40-6自動(dòng)變速器各檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系歸納為表2所示，傳動(dòng)比大小數(shù)值來自文獻(xiàn)[1]中變速箱的規(guī)格數(shù)據(jù)。表2中通過不同的符號(hào)表示各執(zhí)行元件的工作狀態(tài)，具體含義為：“●”表示液壓元件起作用；“-”表示液壓元件不起作用；“H”表示單向離合器起作用；“”表示單向離合器不起作用；“Δ”表示空檔時(shí)起作用的液壓元件。

表2　通用AF40-6自動(dòng)變速器各檔位與執(zhí)行元件的關(guān)系

4　結(jié)論

本文分析通用AF40-6自動(dòng)變速器時(shí)，并未直接采用文獻(xiàn)[1]中各檔位的換檔執(zhí)行元件，而是在事先不知道各檔位換檔執(zhí)行元件的情況下，利用單、雙行星行星齒輪機(jī)構(gòu)特性方程式，結(jié)合不同運(yùn)動(dòng)方式的應(yīng)用情況，特別是充分利用任意兩個(gè)共同輸入且速度相等或不相等動(dòng)力傳遞的變化，通過分析各檔位傳動(dòng)比大小的范圍，研究出通用AF40-6自動(dòng)變速器各檔位最優(yōu)化換檔執(zhí)行元件選擇的方法，最后計(jì)算出傳動(dòng)比，和文獻(xiàn)[1]中各檔位傳動(dòng)比大小的范圍基本吻合。文中理論分析準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)，講清了如何選擇換檔執(zhí)行元件，對其他研究自動(dòng)變速器的學(xué)者有一定的參考價(jià)值。

[1]上海通用AF40-6自動(dòng)變速箱技術(shù)信息指南[EB/OL].(2015-02-01)[2017-11-28].http://www.doc88.com/p-0592619127820.html.

[2]屈亞鋒.基于特性方程式下的自動(dòng)變速器檔位分析技巧[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017,(3):39-42.

[3]屈亞鋒.基于瞬心-速度矢量法分析單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中“兩入一出”動(dòng)力傳遞的變化[J].信息記錄材料，2017,(12):59-62.

[4]劉剛,屈亞鋒.汽車底盤電控系統(tǒng)檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2017:54-56.

[5]屈亞鋒.自動(dòng)變速器檔位中發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用的判斷技巧——以豐田A340E為例[J].淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，(6):137-139.