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自动变速器五档动力流分析

辛普森自动变速器五档动力流分析及故障诊断

南昌理工机电工程学院唐益飞

摘要汽车电子控制自动变速器（简称电控自动变速器）是目前汽车上机、电、液一体化程度较高的总成件。

电控自动变速器结构复杂，拆装困难，故障成因多，技术要求高，单次维修成本高，一次性成功率要求高，对设备的依赖度高是汽车维修工作中的难点之一。

如何提高自动变速器的故障分析准确率和故障修复率是个较为迫切的问题。

在自动变速器的电子控制系统、机械、液压控制系统的故障中，以机械、液压系统的故障分析检修最为困难，针对这一难题，本文阐述了电控五档自动变速器的结构和工作原理，对典型电控五档自动变速器的换档执行元件的位置、执行元件的工作情况、动力流传递路线进行了详细分析。

提出了针对自动变速器机械、液压系统故障的电控自动变速器动力流分析法，详细阐述了该方法的分析过程，并利用动力流工作过程来推断电控五档自动变速器故障部位。

关键词：

换档元件、动力流、故障分折、拉维奈，辛普森

一、分折自动变速器动力流的基本知识：

了解单排行星齿轮机构的基本组成、运动规律及动力传动方式；

1、单排行星齿轮机构的构造

2、单排行星齿轮机构的运动规律

设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3，齿数分别为Z1、Z2、Z3；齿圈与太阳轮的齿数比为α。

则根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式：

n1+αn2-（1+α）n3=0、Z1+Z2=Z3

简单说就是，太阳轮带动行星齿轮转动，行星齿轮在自转的同时也在公转（行星架）。

这样从太阳轮到行星架之间就成成了变速。

3、单排行星齿轮动力传递方式

（1）太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动，则n2＝0，故传动比、i13＝n1/n3＝1＋α>1低速档

（2）太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n1＝0，故传动比、i23＝n2/n3＝（1＋α）/α>1高速档

（3）太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1＝0，故传动比、i32＝n3/n2＝α/（1＋α）<1超速档

（4）齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n2＝0，故传动比、i31＝n3/n1＝1/（1＋α）<1超速档

（5）行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则n3＝0，故传动比i12＝n1/n2＝－α<0倒档

（6）行星架制动,齿圈主动，太阳轮从动，反向加速传递。

（7）如果n1＝n2，则n3＝n1＝n2，故传动比i＝1直接档

（8）如果所有元件无约束，则动力无法传动空档

总结：

行星齿轮架作从动件-----1档或2档，二元件连接后带动另一个元件-----3档

行星齿轮架作主动件-----O/D档，行星齿轮架固定-----倒档，如果所有元件无约束，则动力无法传动-------空档。

4、自动变速器换档执行元件：

离合器；

（1）作用：

传递.连接。

把转矩由一个元件传到另一个元件

（2）类型：

湿式多片式离合器。

（3）结构：

主动部分：

离合器鼓.钢片等，从动部分：

离合器毂.摩擦片等，压紧机构：

油缸.活塞等，分离机构：

回位弹簧等。

制动器；

（1）作用：

将行星齿轮机构中的某元件固定，将其它执行元件的某部分固定。

（2）类型：

A、.湿式多片式（与离合器相同）

B、带式：

带式结构：

旋转元件：

制动鼓，固定元件：

制动带，促动装置：

油缸.活塞。

单向离合器：

（1）作用：

单向连接或单向制动。

（2）特点：

只要改变传递方向就可以改变单向离合器的工作状态，不需要液压控制装置的控制。

但有方向性，不能装反。

（3）类型：

滚柱斜槽式.楔块式.棘轮棘爪。

二、辛普森行星齿轮变速器动力流分折：

1、三档Simpson行星齿轮变速器

结构特点：

二根轴：

输入轴、输出轴，两个离合器（C1、C2），三个制动器（B1、B2、B3），两个单向离合器（F1、F2），两排行星齿轮机构：

共用一个太阳轮，前排行星架、后排齿圈与输出轴相连。

可组成三个前进档和一个倒档。

2、四档Simpson行星齿轮变速器（以凌志LS400的A341E、A342E为例）

总之，辛普森四档是在辛普森三档自动变速器的基础上增加了一组超速行星排，故增加了一个档位，而辛普森五档又是辛普森四档的基础上在变速器的后端增加了一组行星齿轮组。

3、辛普森五档自动变速器的特点及图表：

丰田A650E自动变速器是丰田公司1997年10月推出的新产品，装备在凌志LS400、SC400和GS300／400轿车上，于1998年开始进入中国市场。

A650E在A341E的基础上有作了四大改进。

（1）取消了节气门拉索及节气门阀，主油路油压由发动机和ECFECU根据节气门位置信号、车速信号、空挡启动开关信号和ATF油温信号，控制输往主油路的油压，调节电磁阀SLT的电流进行控制。

（2）在变速器的后端增加了一组行星齿轮组。

（3）增加了一个减速挡，即由4挡变速器变成5挡变速器。

4个换挡电磁阀控制变速器换挡，进一步改善了车辆的动力性和经济性。

（4）发动机、ECT和巡航控制系统共用一个ECU，使用电子节气门和车辆的控制更加先进。

（5）A650E自动变速器换挡元件的工作情况

换挡杆位置

挡位

驻车挡

OFF

○

倒挡

OFF

○

空挡

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

OFF

○

○：

工作ON：

接通OFF：

关断

（6）A650E构件的功能及各档动力图

构件

功能

O/D直接挡离合器

连接O/D太阳轮和O/D行星架

前进挡离合器

连接输入轴和后太阳轮

直接挡离合器

连接输入轴和前、中间太阳轮

O/D制动器

防止O/D太阳轮顺时针或逆时针转动

第3挡滑行制动器

防止前、中间太阳轮顺时针或逆时针转动

第3挡制动器

防止F1的外圈顺时针或逆时针转动，也就防止前、中间太阳轮逆时针转动

第2挡制动器

防止前行星架顺时针或逆时针转动

第1挡和倒挡制动器

防止后行星齿圈顺时针或逆时针转动

O/D单向离合器

当发动机驱动变速器时，连接O/D太阳轮和O/D行星架

1号单向离合器

当B2工作时，防止前、中间太阳轮逆时针转动

2号单向离合器

防止后行星齿圈逆时针转动

O/D、前、中间、后等四组行星齿轮

根据离合器和制动器的动作改变驱动力的传动路线，可以提高或降低输入轴和输出轴的转速比

四、自动变速器五档各动力流分析

（1）P位和N位

当操纵手柄置于P位和N位，而发动机又没有启动时，由于油泵没有旋转，整个液压系统没有工作。

但当在P位或N位点火时，情况就不一样了。

在P位点火时，液压控制系统使超速直接离合器C0和第三制动器B3动作。

C0动作，使超速行星排的超速太阳轮和超速行星架连为一体，超速行星排就以直接传动（传动比为1）的方式输出。

（2）1档（D、4、3或2档）动力流

动作元件C0、F0、C1、F2，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。

C1动作连接输入小轴及中间轴，中间轴顺转带动O/D齿圈顺转，带动后行星轮顺转，带动太阳轮逆转，带动前行星轮顺转，带动行星架逆转，F2动作固定后行星架，所以带动后行星架顺转，动力经后行排星架输出。

（3）2档动力流

动作元件C0、F0、C1、B3，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。

C1动作连接输入小轴及中间轴，带动中间排行星齿圈顺转，带动公共太阳轮逆转，F3动作固定前行星架，所以带动前齿圈顺转，动力经前排齿圈输出。

（4）3档动力流

动作元件C0、F1、C1、B2，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。

C1动作连接输入小轴及中间轴，带动中间排行星齿圈顺转，带动公共太阳轮逆转，F1、B2同时动作不让公共太阳轮逆转，所以带动中间排行星架顺转，动力经中间排行星架输出。

（5）4档动力流

动作元件C0、C1、C2、B2、F0，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。

C1动作连接输入小轴及中间轴，转带动中间排行星齿圈顺转，C2动作所以带动公共太阳轮也顺转，故中间排连为一整体，动力经中间排行星架输出。

此时变速箱为一整体传动比1∶1。

（6）5档动力流

动作元件C1、C2、B2、B0，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，B0动作固定O/D太阳轮，O/D齿圈超速输出。

C1动作连接输入小轴及中间轴，转带动中间排行星齿圈顺转，C2动作所以带动公共太阳轮也顺转，故中间排连为一整体，动力经中间排行星架输出。

实现超速输出。

（7）R档动力流

动作元件C2、B0、B4，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，B0动作固定O/D太阳轮，O/D齿圈超速输出。

C2动作带动公共太阳轮顺转，中间排行星架暂时固定，故中间排齿圈反转，带动后排行星齿中太阳能轮反转，B4动作固定后排齿圈，动力经后排行星架反转输出，实现倒档。

（8）L位一档

动作元件C0、C1、B4、F0、F2，又称具有引擎制动功能的锁止一档，输出轴顺转，带动后排行星架顺转，带动前排齿圈顺转，带动中排行星架顺转，F2处于跑空状态，B4动作固定后排齿圈，所以带动后排太阳轮顺转，后排太阳轮连接到C1，由于没有单向离合器传推动力，动力可以直接传至发动机，实现发动机制动。

五、通过动力流分折故障

1、故障诊断与检修注意事项：

诊断、检修时要由简入繁，由表及里；要根据厂家推荐的程序进行；拆卸自动变速器时应先清洗外部；分解时应将零部件按原顺序放好；液压件及油路应用同型号的ATF清洗，油路用压缩空气吹通，不能用抹布擦拭；零部件装配时应涂抹ATF。

更换新的离合器片或制动器片等应在装配前放入ATF中浸泡15min以上。

2、故障诊断与检修程序

液控和电控自动变速器故障诊断与检修的程序不同。

液控自动变速器故障诊断与检修的程序分六步；

初步检查；失速试验；油压试验；换档迟滞试验；道路试验；零部件拆卸检查。

电控自动变速器故障诊断与检修的程序；

初步检查；读取故障码；手动换档试验；失速试验；油压试验；换档迟滞试验；道路试验；电控系统检查；车上和车下修理。

3、自动变速器故障的动力流分析法

利用自动变速器的动力流分析是正确诊断的前提，熟知结构是正确诊断的关键。

一旦确定引起故障的原因，排除故障的具体方法一般是调整或更换元件即可。

在分析各类齿轮式自动变速器结构和工作原理的过程中，只要自动变速器所在档位的离合器、制动器、单向离合器工作正常，参与其所在档位的行星齿轮机构正常，自动变速器在该档位即可正常工作，所以离合器、制动器、单向离合器是保证自动变速器正常工作的重要环节。

离合器、制动器正常工作的条件是：

离合器、制动器自身良好；油路系统各阀良好，油道畅通：

各传感器、电磁阀和ECU正常。

从自动变速器各档执行元件工作表中，可以知道对应各档参与工作的离合器、制动器、单向离合器，由此可查出产生故障的档位有哪些离合器、制动器、单向离合器，于是，便可肯定故障产生在这些元件及其相关的油路或电控部分。

然后再从工作正常的档位找出在故障档位也参与工作的离合器、制动器及单向离合器，既然这些合器、制动器及单向离合器在该档工作正常，那么在参与故障档位工作时也不会有问题，故障档余下的离合器、制动器、单向离合器及其相关部分必然是故障发生地，于是就把怀疑点缩小在了一个很小的范围内，接着就可对可疑故障部位进行相应的检修了。

以A650E五档自动变速器为例题，如果前进档正常，而没有倒档，证明B4制动器或相关控制油路及电路有故障。

4、可利用动力流分析的自动变速器常见故障

（1）自动变速器打滑故障

（2）自动变速器换档冲击故障

（3）自动变速器不能升档的故障

（4）自动变速器异响故障

（5）自动变速器汽车无发动机制动故障

六、总结

汽车电子控制自动变速器是目前汽车上机、电、液一体化程度较高的大总成件，结构复杂，制造维修成本高、需要大量的专业设备和专业技师才能完成维护和修复，自动变速器的维护保养、索赔、修理是各个制造厂家售后服务市场的重点项目之一，如果使用、维修不当，会造成厂家及用户巨额损失。

作为汽车技术应用服务人员，首先要熟悉电控自动变速器的结构和工作原理，这是做好维修工作的基础，同时要掌握相应的维修工艺和专用检修设备的正确使用，具有娴熟的实际操作技能。

拥有扎实的基本技能和过硬的理论分析能力是成为高级维修师的必要条件。

本文系统地阐述了电控五档自动变速器的结构和工作原理，对典型电控自动变速器的换档执行元件的位置、执行元件的工作情况、动力传递路线进行了详细分析。

自动变速器档位也在不断增加，现在发展到12个前进档，我不得不承认自动变速箱档越多，行驶更平稳，燃油更经济，更舒适。

任何事物都有一个由简单到复杂的发展过程，学习自动变速器亦是如此，我们要善于追根溯源，这样才能从梳理历程中总结出规律，才能真正深入掌握研究复杂原理的方法，以后不管遇到多么复杂的自动变速器，我们在学习研究和维修分析方面都会有思路。

当然以上所列举的变速器只是自动变速器的沧海一粟，还有更多类型的变速器发展演变历程需要我们梳理、学习和研究

参考文献

陈晟闽、江苏大学、汽车自动变速器故障动力流分析法的研究

万通教材《汽修大师之晋级-电控底盘》

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