轿车5挡自动变速器传动方案分析

　　轿车5挡自动变速器传动方案分析李兴华，张青松，张久林（同济大学机械工程学院，上海200092）图。根据变速器的基本要求，分析了5挡变速器各种方案的特点。提出了以等效杠杆的中间点为输出点，基本结合元件数为3个离合器和3个制动器的并联式5挡变速器传动方案。通过选择合适的行星排连接方式和特性系数值，可实现5挡变速器的速比要求，其中3个速比值能自由选取，换挡时只需分离一个结合元件和接合一个结合元件。

　　自动变速器是现代轿车的重要装备之一，它能大大降低驾驶员的劳动强度，提高车辆的行驶安全性。相对手动变速器，自动变速器结构复杂，传动效率低。但近十几年的设计表明，增加变速器中行星齿轮系的传动挡位、变矩器闭锁、液压系统节能并优化匹配动力传动系统后，自动变速车辆和手动变速车辆的燃油经济性几乎没有差别。所以，现代轿车传动系统的挡位数有增加的趋势，目前已发展至5挡。

　　轿车5挡自动变速器传动方案的基本要求如下：（）传动比要求。具有1个倒挡，1个超速挡，1个直接挡，3个减速挡。且速比间隔要满足一定要求。为了能和不同车型的发动机相匹配，最好传动比值能变化调整。

　　由于三自由度双行星排行星机构难以实现5个前进挡，故5挡变速器的传动方案，通常要采用三排行星齿轮机构。根据5挡自动变速器传动方案的基本要求，采用等效杠杆法对世界各国5挡自动变速器传动方案进行分析可知，目前5挡自动变速器传动方案的组成形式有串联式和并联式两种。

　　1串联式5挡行星齿轮变速器方案从设计简单和制造工艺等方面考虑，保留原有变速器结构不变，在其前面或后面，增加一个行星排，组成串联式的变速器，这样就使原三自由度变速器变成四自由度变速器，以增加一个减速挡，即从3挡增至4挡或从4挡增至5挡。

　　1.1在原有变速器前增加一个行星排组成变速器方案I丰田A350E5挡自动变速器传动方案如所示。图中：C，C1，C2均为离合器；B，B1，B2均为制动器；jPjR/（=0，1，2）分别为行星排j的太阳轮、行星架和齿圈；i为输入构件；o为输出构件。采用等效杠杆法分析，可得该变速器各挡传动比如下式：1，2…，5，R）分别为各挡传动比。

　　丰田A350E A350E变速器挡位变化情况如表1所示。

　　表1 A350E变速器挡位变化情况挡位结合元件状态前行星机构后行星机构闭锁减速闭锁减速增速减速闭锁减速闭锁增速闭锁注：表中蠢表示结合元件接合。表23同此。

　　由和表1可知，该方案是在原4挡变速器A340E的基础上保持变速器传动部分（行星传动和结合元件）不变，仅在换挡操纵上作改动，即在原4挡变速器A340E的1挡和2挡之间再增加一个新的传动比。

　　3挡，前行星机构速比不变，都是闭锁的1），即1至3挡之间的换挡通过后行星机构的变速来实现，3挡和4挡之间的换挡通过前行星机构变速来实现。这样保证了相邻挡位换挡只需接合一个结合元件和分离一个结合元件。

　　对于A350E5挡变速器，其1挡和2挡之间换挡通过前行星机构变速来实现，而2挡和3挡之间换挡需前后行星机构同时变速来实现。这样前后行星机构各需要分离一个结合元件和接合一个结合元件，共需分离2个结合元件和接合2个结合元件，才能实现换挡。这使换挡操纵系统复杂，控制困难，难以实现换挡时结合元件理想的搭接控制和平稳换挡控制。另外，该方案在速比的选取和相邻挡位速比间隔的选取上都受到了限制，该变速器要和各种发动0，1，23）分别为行星排/的特性系数，i/（=1，2…，5，R）分别为各挡传动比。

　　前行星排（2速）和后行星机构（具有3减速挡的4前1后）组成的，A650E变速器的前行星排和后行星机构配合实现各挡速比的情况如表2所示。

　　机匹配，用在各种车型上是有困难的。

　　虽然丰田公司已声称解决了此控制问题，但毕竟不够理想。

　　方案丰田A650E5挡自动变速器传动方分别为行星排j的太阳轮、行星架和齿圈；为输入构件；。为输出构件。则其各挡传动比如下式：i1由的杠杆图和传动简图可知，该方案是由表2 A650E变速器挡位变化情况挡位结合元件状态前行星机构后行星机构A650E后行星机构CC1CRB0B1/RB 2B3RR闭锁减速11闭锁减速22闭锁减速33闭锁减速44闭锁闭锁5增速闭锁日产RE5R01A5档自动变速器传动方案如图=0，1，2）分别为行星排/的太阳轮、行星架和齿圈；i为输入构件；。为输出构件。则其各挡传动比如下式：该变速器的R挡以及1至4挡都是由后行星机构变速来实现的，前行星排都处于闭锁状态，仅4挡和5挡之间换挡是由前行星排变速来实现。从整个传动情况看，虽经前后有两个变速机构，但其中之一处于闭锁直接传动，在第四挡时，两个行星机构均处于闭锁直接传动状态，因此，其传动效率较高。

　　该方案的一个重要优点是：要改变超速挡速比，只需改变前行星排特性系数K即可。对汽车来说，最高挡速比是重要的，它影响中高速行驶时的牵引力和燃料经济性。

　　由的杠杆图和传动简图可知，该方案是在原4挡变速器RE4R01A的基础上，后面串联一行星排组成的，组成该变速器的原行星机构和后加行星排的组成挡位情况如表3所示。

　　要改变头挡速比，只需改变后行星机构第三行星排的特性系数K3就行了，头挡速比对汽车起步加速性能和低速牵引性有影响。该方案能较自由地选择速比，使速比选择更合理。与A350E相比，扩大了速比范围，减小了速比间隔，改善了平稳换挡感觉，可适用于各种车型，能与不同发动机相匹配。

　　缺点是行星排数较多，结构较复杂。

　　1.在原有变速器后增加一个行星排组成的变速器双行星排能实现2个减速挡，要实现第3减速挡，需靠后加行星排。故1至4挡之间换挡是通过原行星机构的变速来实现的，因此保证了所有相邻挡位转换只需分离一个结合元件和接合一个结合元件。

　　应该说明：变速器的第4挡为直接挡，但该变速器的两行星机构都不闭锁，原行星机构为增速，后加行星排为减速，其速比近似为1（Ki乒传动效率不高。

　　挡位结合元件状态原行星机构后加行星排减速闭锁减速增速减速增速闭锁2并联式5挡行星齿轮变速器方案与双行星排分析类似。中国机械工程200213（20）1727.李兴华，何国旗。等效杠杆法分析行星齿轮传动。机械设计，200421（1）：44.（编辑：曲俊延）