自动变速器（A340E）一档起步分析

汤厚义

通过执教自动变速器多年发现，学生对自动变速器（无论是拉维娜式还是辛普森式）行星齿轮机构在D1档动力传递路线上理解很差，多数学生不能掌握“动力是如何传递的”、“车辆时如何起步的”，教材分析也是很笼统（多数教材都一样），给教师授课和学生学习带来了很大的压力。

“锁止”力单排行星齿轮机构传动比一、提出问题

教材分析（以人民交通出版社2004年出版的《汽车底盘构造与维修》P69图1（双排行星齿轮机构）为例，其他教材编写都类似，没有在本质上说明清楚）。

D位1档：前进离合器C1工作，输入轴与前排齿圈连接，单向离合器F2锁止；后排行星架被锁止，动力分成两路传递（D1档超速排行星齿轮传动比为1，我们不做讨论，主要研究双排行星齿轮机构）

教材分析“在D位1档：前进离合器C1结合，输入轴与前排内齿圈连接，单向离合器F2锁止，后排行星架被锁止，动力分成两路（如下所示）。前排内齿圈驱动前排行星齿轮既顺时针公转，又顺时针自转。前排行星齿轮的顺时针公转推动前排行星架做顺时针旋转，将动力传至输出轴；同时，前排行星齿轮的顺时针自转带动前后太阳轮组，做逆时针转动，由于单向离合器已经将后排行星架锁止，后排太阳轮带动后排行星齿轮做顺时针自转，从而驱动后排内齿圈做顺时针自转，将动力传至输出轴”。

路线一：前排内齿圈→前排行星齿轮→前排行星架→输出轴

路线二：前排内齿圈→前排行星齿轮→太阳轮→后排 行星轮→后内齿圈→输出轴

分析单向离合器F2单向锁止，怎么会造成后排行星架锁止（静止）？理论教师分析到此，很难把道理分析清楚，尽管自己知道其中的含义；学生则百思不得其解，主要集中在“后排行星架的状态”上，是“静止”还是“运动”？于是对D1档起步原理一知半解；此外，前后排行星齿轮共同输出动力会不会由于传动比大小不一样发生运动干涉？这些问题教材没有详细分析，给理论教师授课和学生学习带来了很大的障碍。

二、问题分析

1.单排行星齿轮机构原理分析

单排行星齿轮机构有两个自由度，无法得到固定的传动比，只有将三个元件中任意一个元件锁止，另外两个元件一个作为主动元件、一个作为从动元件，才能构成一定的传动比。

如右图2所示：齿圈锁止，太阳轮主动顺时针旋转（驱动力无限大），行星架悬空，判断行星架状况？

i=（n1/n3）= （1+ α）=（Z1+Z2）/Z1>1，为低速档行星架将会减速顺时针空转。这是纯理论分析，在实际过程中，齿圈锁止是通过制动器实现的，制动器产生的制动力并不是无限大，制动力本身也有大小的。此外”锁止”在变速器中，一切阻力都可以产生“锁止”。但是“锁止”力是有大小的。上面这个例子，大家注意到行星架顺时针减速空转；试想一下如果此时给行星架施加一个无限大的“锁止”力，这时又会出现什么情况？很显然，对齿圈“锁止”的制动器会”打滑”，也就是说齿圈旋转起来了（变成太阳轮输入元件，行星架成为固定元件）。换句话说在实践中，制动器没有绝对的 “锁止”，制动器产生的“锁止”力是有大小的。

2.是否会运动干涉

这里我片面的定义了给一个专有名词“运动干涉”，通过“双排行星齿轮机构”输入和输出计算出一个合理的传动比，就不会产生运动干涉；如果计算不出传动比，就说明有运动干涉（或者无数个解等其他情况），单排行星齿轮机构运动特性方程：n1+ αn2=（1+ α）n3，其中α=Z2/Z1

前排和后排行星齿轮机构都适合这个运动特性方程；并且在D1档情况下能计算出一个合理的传动比就表示不会产生运动干涉。

三、解决问题

1.A340E行星齿轮机构D1挡分析

（1）车辆起步之前，停在路面上，由于车辆自身重力和地面摩擦力产生”制动力”，通过车轮和传动机构对变速器输出轴产生”锁止”（尽管路面的反作用力很小，但是确实存在）。对照图1前排行星架和后排齿圈在车辆起步的瞬间有”被锁止”作用。

（2）由于C1工作将动力传给前齿圈顺时针转动，造成前行星齿轮顺时针转动，由于前排行星架在起步瞬间被 “锁止”，会造成前后排太阳轮有逆时针旋转趋势。

（3）后排太阳轮有逆时针转动趋势，由于后齿圈在路面的“反力”作用下起步瞬间被“制动”（静止），所以行星架有被逆时针扭转趋势，但是由于单向离合器F2的存在阻止了它逆时针转动保持静止，所以齿圈就顺时针转动。（由于单向离合器产生的“制动力”比路面的 “反作用力”小得多）所以输出轴也会克服路面阻力，顺时针转动，车辆起步。

实际上各种不同的辛普森式行星齿轮变速机构和拉维挪式齿轮变速机构在D1档起步时，都是由于地面的反作用力的存在而使三个元件中的一个元件保持初步锁止的，以此类推都会迎刃而解。

2.是否会产生运动干涉

设定输入转速为n入，输出转速为n出，也就是前齿圈转速为n入，后齿圈的转速为n出。前后排齿数完全相同，太阳轮的齿数Z1=32，c齿圈齿数z2=75，单排行星齿轮机构运动特性方程：n1+ αn2=（1+ α）n3），其中α=Z2/Z1（n1：太阳轮转速，n2：齿圈转速，n3：行星架转速α：=Z2/Z1>1Z2 ：齿圈齿数Z1 ：太阳轮齿数）

对于前排： n太+75/32 *n入=（1+75/32） *n出

对于后排：n太+75/32 *n出=（1+75/32） *0

由以上两个公式计算：n入/ n出=2.427，这仅仅是行星齿轮传动机构的传动比，自动变速器中变矩器在车辆起步的时候变矩比最大值一般为2.5左右，计算起步瞬间总传动比i=2.5*2.427=6，和普通手动轿车一档传动比近似，因此不会产生运动干涉。

参考文献：

[1]崔振民.汽车底盘构造和维修.人民交通出版社.

[2]平云光.汽车底盘构造和维修.人民交通出版社.

[3]李春明.现代汽车底盘技术.北京理工大学出版社.

[4]丰田汽车维修手册.