自動(dòng)變速器檔位排列詳解

王力斌

摘要：自動(dòng)變速器作為汽車動(dòng)力傳遞核心機(jī)構(gòu)，其工作情況將影響汽車的運(yùn)行狀態(tài)。目前搭載自動(dòng)變速器的汽車成為消費(fèi)者的購(gòu)買主流，但大部分車主因?qū)ζ鋼Q擋原理不了解，而對(duì)自動(dòng)變速器產(chǎn)生誤操作，造成自動(dòng)變速器損壞或性能下降。本文以大眾09G自動(dòng)變速器為例，針對(duì)自動(dòng)變速器各檔位功能及換擋原理進(jìn)行詳細(xì)論述，為正確使用自動(dòng)變速器及故障排查提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器;檔位功能;換擋原理

一、自動(dòng)變速器檔位排列

當(dāng)前各大汽車廠家對(duì)自動(dòng)變速器檔位排列基本統(tǒng)一為P-R-N-D形式，該形式被認(rèn)定為最符合駕駛員操作習(xí)慣的位置排列。如圖1所示，D檔、S檔為前進(jìn)檔。

S檔為前進(jìn)檔中的動(dòng)力模式，在S檔位中，變速器的換擋點(diǎn)將被延后，點(diǎn)火提前角增大，汽車將長(zhǎng)時(shí)間處于低檔位行駛，配合液力變矩器，輸出扭矩增大，提高動(dòng)力性，但油耗也隨之加大。D檔為前進(jìn)檔常規(guī)模式，設(shè)計(jì)人員經(jīng)計(jì)算，將動(dòng)力與油耗進(jìn)行合理匹配，滿足駕駛員常規(guī)操作需求，是駕駛員最常使用的前進(jìn)檔位模式。

因駕駛員在行駛中絕大多數(shù)時(shí)間需要將檔位掛入前進(jìn)檔，為保證駕駛員可快捷無誤地完成該操作，廠家將前進(jìn)檔置于所有檔位最下方。當(dāng)駕駛員需要進(jìn)行前進(jìn)檔操作時(shí)，僅需無腦下拉換擋桿至最下方即可，該操作就算出現(xiàn)誤操作，也只是誤入S檔位，不會(huì)對(duì)車輛及人身安全造成任何威脅。如將其放置在其他位置，就很可能出現(xiàn)誤掛檔位情況。在行駛過程中會(huì)引發(fā)安全事故，危及車輛駕駛員以及乘坐車輛人的生命安全[1]。

當(dāng)換擋桿處于D檔位置，再將變速桿向右移動(dòng)，便會(huì)進(jìn)入手動(dòng)模式，在更改模式之后，變速器不會(huì)自動(dòng)增減檔，只會(huì)在需要換擋時(shí)在儀表上進(jìn)行提示，需要駕駛員向上或向下拉動(dòng)換擋桿，進(jìn)行升、降檔操作，在儀表沒有出現(xiàn)換擋提示前拉動(dòng)換擋桿不會(huì)換擋。該功能主要應(yīng)用于下坡情況下，因部分車型在D檔自動(dòng)模式中無法完成利用動(dòng)力反傳實(shí)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，在下坡時(shí)只能通過制動(dòng)系統(tǒng)完成減速任務(wù)，無形中增加了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。該種情況下駕駛員可將換擋桿處于手動(dòng)模式，變速器內(nèi)相關(guān)制動(dòng)器接入工作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力反傳，完成發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，此時(shí)，車輛不但可實(shí)現(xiàn)非制動(dòng)系統(tǒng)減速，還可將該狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量降到最低狀態(tài)，達(dá)到一舉兩得的效果。

P檔為駐車檔，當(dāng)車輛掛入P檔后，鎖止棘爪將變速器輸出軸鎖止，防止溜車。由于P檔對(duì)變速器輸出軸采用機(jī)械硬性鎖止方式，汽車在掛入P檔前一定要保證汽車完全靜止，如汽車在運(yùn)動(dòng)過程中誤掛P檔，將因應(yīng)力等原因嚴(yán)重?fù)p壞變速器，嚴(yán)重時(shí)可使變速器殼體破裂。因此設(shè)計(jì)人員將P檔置于距離前進(jìn)檔最遠(yuǎn)的最上方。當(dāng)需要掛入P當(dāng)時(shí)，駕駛員確認(rèn)汽車完全靜止后，保持制動(dòng)踏板為踩下狀態(tài)，將換擋桿無腦推入最上方檔位即可。

N檔為空檔，主要用來中斷發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋間的動(dòng)力傳遞，一般應(yīng)用于暫時(shí)停車下的怠速工況。如圖1所示，駕駛員在掛入D檔過程中，務(wù)必經(jīng)過R檔（倒車檔），當(dāng)換擋桿到達(dá)R檔位置時(shí)，相應(yīng)電磁閥及液壓閥便開始執(zhí)行倒檔工作任務(wù)，雖然只有短暫一瞬，但也有了倒向行駛趨勢(shì)，此時(shí)如果沒有N檔的過度，直接掛入D檔，便會(huì)出現(xiàn)“先后、后前”的動(dòng)作，此動(dòng)作對(duì)變速器沖擊較大，多次沖擊后，會(huì)使變速器損壞。因此，在D檔與R檔間加入N檔非常必要，在R檔后，經(jīng)過N檔緩沖，汽車倒向行駛趨勢(shì)被耗盡，可平穩(wěn)掛入D檔。

R檔為倒檔，處于P檔下方，N檔上方，R檔與P檔一樣，需要將車完全停穩(wěn)后才能掛入該檔位，否則會(huì)因沖擊過大等原因損壞變速器。倒檔在日常行駛中使用相對(duì)較少，并需要完全停穩(wěn)狀態(tài)下進(jìn)行操作，因此駕駛員有充足時(shí)間觀察其檔位位置，不易出現(xiàn)誤掛情況。一般情況下倒車完成后，直接掛入P檔熄火，所以安排R檔與P檔相鄰。

二、自動(dòng)變速器換擋原理

自動(dòng)變速器主要由電子控制機(jī)構(gòu)、液壓控制機(jī)構(gòu)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。電子控制機(jī)構(gòu)主要由傳感器、電腦、電磁閥等組成。液壓控制機(jī)構(gòu)主要由油泵、閥板、液壓控制閥等組成。換擋執(zhí)行元件主要由行星齒輪機(jī)構(gòu)、離合器、制動(dòng)器、單向離合器等組成。三大機(jī)構(gòu)協(xié)同工作，共同完成檔位轉(zhuǎn)換工作。

自動(dòng)變速器利用節(jié)氣門位置信號(hào)確定換擋時(shí)刻，利用車速傳感器信號(hào)確定所換檔位，通過油溫信號(hào)對(duì)自動(dòng)變速器進(jìn)行低溫保護(hù)。液壓控制系統(tǒng)根據(jù)電子控制系統(tǒng)的換擋信號(hào)結(jié)合液壓閥提供的液壓信號(hào)，打開、關(guān)閉相應(yīng)油道，接通相應(yīng)換擋活塞，使相應(yīng)離合器、制動(dòng)器進(jìn)入工作，完成檔位轉(zhuǎn)換。

與手動(dòng)變速器機(jī)械執(zhí)行元件不同的是，自動(dòng)變速器采用行星齒輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，通過一組行星齒輪機(jī)構(gòu)可完成多個(gè)檔位轉(zhuǎn)換，因此，變速器體積可有效縮小。不同車型，選用的行星齒輪機(jī)構(gòu)類型也不盡相同。行星齒輪機(jī)構(gòu)可分為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)（辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)）和雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)（拉維納式行星齒輪機(jī)構(gòu)）。目前汽車檔位普遍在6速及以上，一般都選擇將兩種行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行混用，保證機(jī)械機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多檔位輸出。

在上汽大眾的車型中，09G系列手自一體自動(dòng)變速器一直占有較大份額[2]。本文以大眾09G自動(dòng)變速器為例，闡述自動(dòng)變速器不同檔位時(shí)，換檔執(zhí)行元件的工作狀態(tài)。09G自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

09G自動(dòng)變速器是由一組單排行星齒輪機(jī)構(gòu)及一組雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)組成換擋機(jī)械機(jī)構(gòu)，利用三個(gè)離合器，兩個(gè)制動(dòng)器及一個(gè)單向離合器與換擋機(jī)械機(jī)構(gòu)共同組成換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該變速器可實(shí)現(xiàn)6個(gè)前進(jìn)檔及一個(gè)倒檔。

D1檔為起步檔，應(yīng)實(shí)現(xiàn)最大的傳動(dòng)比，當(dāng)變速器換擋桿推入D時(shí)，改檔位便開始執(zhí)行工作。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力由液力變矩器輸入變速器收入軸，由圖2可知，輸入軸與單排行星齒輪機(jī)構(gòu)齒圈固定連接，同排太陽輪與殼體相連，因此，齒圈作為主動(dòng)元件，順時(shí)針帶動(dòng)行星架同向減速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速增扭。此時(shí)，離合器K1受到液壓控制系統(tǒng)控制，其活塞推動(dòng)離合器片接合工作，將單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架與上牌行星齒輪機(jī)構(gòu)中的小太陽輪相連，使小太陽輪成為雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)的輸入元件順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因小太陽輪為主動(dòng)元件，行星架會(huì)出現(xiàn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)，單向離合器F1將其單項(xiàng)固定，雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的齒圈被小太陽輪順時(shí)針帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)再次減速增扭，并將動(dòng)力傳遞給輸出軸進(jìn)行輸出。

當(dāng)汽車下坡滑行時(shí)，動(dòng)力由車輪開始反傳遞，雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)單向離合器F1無法固定行星架，造成變速器無法將動(dòng)力傳回發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。該種情況下，應(yīng)將換擋桿拉至手動(dòng)模式處，手動(dòng)模式下，制動(dòng)器B2進(jìn)入工作，將行星架強(qiáng)制固定，保證動(dòng)力可回傳至發(fā)動(dòng)機(jī)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)使汽車減速，并提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

隨著駕駛員的操作，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速快速增高，變速器進(jìn)入D2檔位。該檔單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的傳遞關(guān)系與D1一致，行星架通過K1傳至雙排行星齒輪中的小太陽輪，此時(shí)，制動(dòng)器B1被控制接合工作，使雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的大太陽輪被強(qiáng)制固定，由小太陽輪帶動(dòng)齒圈減速增扭輸出動(dòng)力。該種情況下的雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)可看成兩個(gè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)，兩單排共用行星架及齒圈，如圖3所示。

假設(shè)左側(cè)單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的小太陽輪為主動(dòng)，因齒圈與輸出軸連接，在換擋前瞬間與該排小太陽輪有較大轉(zhuǎn)速差，可看為固定元件，行星架被小太陽輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力通過行星架傳遞至右側(cè)排，由于大太陽輪被B1固定，因此右側(cè)排為行星架帶動(dòng)齒圈旋轉(zhuǎn)，由于右側(cè)排中行星架帶動(dòng)齒圈的加速小于左側(cè)排的太陽輪帶行星架的減速，因此，整體看依然為減速增扭輸出動(dòng)力。

進(jìn)入D3檔后，離合器K1與K3同時(shí)進(jìn)入工作，將雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的小、大太陽輪同時(shí)與單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架相連接。根據(jù)行星齒輪機(jī)構(gòu)特性：行星齒輪機(jī)構(gòu)中任意兩個(gè)元件同轉(zhuǎn)速同轉(zhuǎn)向共同旋轉(zhuǎn)，第三個(gè)元件將與之連為一體，同向同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。因此，雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中齒圈隨大、小太陽輪同轉(zhuǎn)速，同轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，形成直接檔。

隨著車速的升高，變速器將掛入D4檔位。D4檔K1離合器保持結(jié)合，同時(shí)K2離合器介入工作，將雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架與輸入軸相連。因雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中小太陽輪的轉(zhuǎn)速為經(jīng)過單排行星齒輪機(jī)構(gòu)減速后的轉(zhuǎn)速，所以與輸入軸的轉(zhuǎn)速有著較大的轉(zhuǎn)速差，可將小太陽輪視為固定元件，行星架作為主動(dòng)元件帶動(dòng)齒圈加速輸出。因被視為固定元件的小太陽輪有實(shí)際轉(zhuǎn)速，因此齒圈受到的加速減扭程度較低。

D5檔位時(shí)，K2離合器依然將雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架與輸入軸相連，K3進(jìn)入工作后，將單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架與雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的大太陽輪相連接。因大太陽輪齒數(shù)大于小太陽輪齒數(shù)，其行星架與大行星齒輪間轉(zhuǎn)速差被進(jìn)一步拉大，使行星架對(duì)齒圈的增速效果增強(qiáng)，傳動(dòng)比下降，實(shí)現(xiàn)增速減扭。

D6檔時(shí)K2離合器保持工作，依然連接輸入軸及雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架，制動(dòng)器B1接入工作，使雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的大太陽輪被強(qiáng)制固定。此時(shí)雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)不需要與單排行星齒輪機(jī)構(gòu)連接，同時(shí)也沒有了單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的減速作用，直接由雙排行星齒輪結(jié)構(gòu)中的行星架帶動(dòng)齒圈輸出增速減扭動(dòng)力。

當(dāng)駕駛員將換擋桿置于R檔位置時(shí)，K3離合器接合，將單排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架與雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的大太陽輪相連接。由于制動(dòng)器B2工作，將雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中的行星架強(qiáng)制固定，實(shí)現(xiàn)雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)中大太陽輪作為主動(dòng)元件帶動(dòng)齒圈反方向運(yùn)行的減速輸出情況。換擋執(zhí)行元件的工作特性直接影響變速器的換擋質(zhì)量，決定了自動(dòng)變速器的行駛平順性、車輛的動(dòng)力性以及經(jīng)濟(jì)性[3]。

09G自動(dòng)變速器各檔位執(zhí)行元件執(zhí)行情況如表1所示。

三、結(jié)語

本文通過對(duì)自動(dòng)變速器各檔位的功用、排列原理及動(dòng)力傳遞原理的論述，維修人員可根據(jù)各檔位時(shí)，執(zhí)行元件的工作狀態(tài)來對(duì)自動(dòng)變速器故障點(diǎn)進(jìn)行分析，達(dá)到提高檢測(cè)效率，減小維修周期的目的。而駕駛員可將自動(dòng)變速器的全部功能合理的應(yīng)用，減小損耗，延長(zhǎng)使用壽命。

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