辛普森自動變速器五檔動力流分析及故障診斷

唐益飛

【摘 要】汽車電控自動變箱是目前汽車上機、電、液一體化程度較高的總成件。如何提高自動變速箱的故障分析準確率和故障修復率是個較為迫切的問題。

在自動變速器的電子控制系統中，以機械、液壓系統的故障分析檢修最為困難，針對這一難題，本文闡述了電控五檔自動變速器的結構和工作原理，對典型電控五檔自動變速器的換檔執行元件的位置、執行元件的工作情況、動力流傳遞路線進行了詳細分析， 并利用動力流工作過程來推斷電控五檔自動變速器故障部位。

【關鍵詞】換檔元件;動力流;故障分折;拉維奈;辛普森

一、分折自動變速器動力流的基本知識

了解單排行星齒輪機構的基本組成、運動規律及動力傳動方式;

1.單排行星齒輪機構的構造

2.單排行星齒輪機構的運動規律

設太陽輪、齒圈和行星架的轉速分別為n1、n2和n3， 齒數分別為Z1、Z2、Z3; 齒圈與太陽輪的齒數比為α。

則根據能量守恒定律，由作用在該機構各元件上的力矩和結構參數可導出表示單排行星齒輪機構一般運動規律的特性方程式： n1+αn2-（1+α）n3=0、 ? Z1+Z2=Z3

3.單排行星齒輪動力傳遞方式

（1）太陽輪主動，行星架從動，齒圈制動，則n2=0，故傳動比、i13=n1/n3=1+α>1 ? 低速檔

（2）太陽輪制動，齒圈主動，行星架從動，則n1=0，故傳動比、i23=n2/n3=（1+α）/α>1高速檔

（3）太陽輪制動，行星架主動，齒圈從動，則n1=0，故傳動比、i32=n3/n2= α/（1+α）<1 ? 超速檔

（4） 齒圈制動，行星架主動，太陽輪從動，則n2=0，故傳動比、i31=n3/n1= 1 /（1+α）<1 ? 超速檔

（5）行星架制動，太陽輪主動，齒圈從動，則n3=0，故傳動比 i12=n1/n2=-α<0 ? 倒檔

（6）行星架制動，齒圈主動，太陽輪從動，反向加速傳遞。

（7）如果n1=n2，則n3=n1=n2，故傳動比 i=1 直接檔

（8）如果所有元件無約束，則動力無法傳動 空檔

總結：行星齒輪架作從動件——1檔或2檔，二元件連接后帶動另一個元件——3檔，行星齒輪架作主動件——O/D檔， 行星齒輪架固定——倒檔，如果所有元件無約束，則動力無法傳動——空檔。

4.自動變速器換檔執行元件

離合器;①作用：傳遞.連接。把轉矩由一個元件傳到另一個元件。②類型：濕式多片式離合器。③ 結構：主動部分：離合器鼓.鋼片等，從動部分：離合器轂.摩擦片等， 壓緊機構：油缸.活塞等， 分離機構：回位彈簧等。

制動器;①作用：將行星齒輪機構中的某元件固定，將其它執行元件的某部分固定。②類型：A、.濕式多片式（與離合器相同）B、帶式：帶式結構：旋轉元件：制動鼓，固定元件：制動帶，促動裝置：油缸.活塞。

單向離合器 ①作用：單向連接或單向制動。②特點：只要改變傳遞方向就可以改變單向離合器的工作狀態，不需要液壓控制裝置的控制。但有方向性，不能裝反。③類型：滾柱斜槽式.楔塊式.棘輪棘爪

二、辛普森五檔自動變速器的特點及圖表

豐田A650E自動變速器是豐田公司1997年10月推出的新產品，裝備在凌志LS400、SC400和GS300/400轎車上，于1998年開始進入中國市場。A650E在A341E的基礎上有作了四大改進。

（1）取消了節氣門拉索及節氣門閥，主油路油壓由發動機和ECFECU根據節氣門位置信號、車速信號、空擋啟動開關信號和ATF油溫信號，控制輸往主油路的油壓，調節電磁閥SLT的電流進行控制。

（2）在變速器的后端增加了一組行星齒輪組。

（3）增加了一個減速擋，即由4擋變速器變成5擋變速器。4個換擋電磁閥控制變速器換擋，進一步改善了車輛的動力性和經濟性。

（4）發動機、ECT和巡航控制系統共用一個ECU，使用電子節氣門和車輛的控制更加先 進。

三、自動變速器五檔各動力流分析

（1）P位和N位。當操縱手柄置于P位和N位，而發動機又沒有啟動時，由于油泵沒有旋轉，整個液壓系統沒有工作。但當在P位或N位點火時，情況就不一樣了。在P位點火時，液壓控制系統使超速直接離合器C0和第三制動器B3動作。C0動作，使超速行星排的超速太陽輪和超速行星架連為一體，超速行星排就以直接傳動（傳動比為1）的方式輸出。

（2）1 檔（D、4、3或2檔）動力流。動作元件C0、F0、C1、F2，輸入軸順轉帶動O/D行星架順轉，O/D齒圈暫固定帶動O/D行星輪逆轉，帶動O/D太陽輪順轉經F0順轉等連接前行星架，C0動作將O/D排連為一整體動力經O/D齒圈輸出。C1動作連接輸入小軸及中間軸，中間軸順轉帶動O/D齒圈順轉，帶動后行星輪順轉，帶動太陽輪逆轉，帶動前行星輪順轉，帶動行星架逆轉，F2動作固定后行星架，所以帶動后行星架順轉，動力經后行排星架輸出。

（3）2 檔動力流。動作元件C0、F0、C1、B3，輸入軸順轉帶動O/D行星架順轉，O/D齒圈暫固定帶動O/D行星輪逆轉，帶動O/D太陽輪順轉經F0順轉等連接前行星架，C0動作將O/D排連為一整體動力經O/D齒圈輸出。C1動作連接輸入小軸及中間軸，帶動中間排行星齒圈順轉，帶動公共太陽輪逆轉，F3動作固定前行星架，所以帶動前齒圈順轉，動力經前排齒圈輸出。

（4）3檔動力流。動作元件C0、F1、C1、B2，輸入軸順轉帶動O/D行星架順轉，O/D齒圈暫固定帶動O/D行星輪逆轉，帶動O/D太陽輪順轉經F0順轉等連接前行星架，C0動作將O/D排連為一整體動力經O/D齒圈輸出。C1動作連接輸入小軸及中間軸，帶動中間排行星齒圈順轉，帶動公共太陽輪逆轉，F1、B2同時動作不讓公共太陽輪逆轉，所以帶動中間排行星架順轉，動力經中間排行星架輸出。

（5）4檔動力流。動作元件C0、C1、C2、B2、F0，輸入軸順轉帶動O/D行星架順轉，O/D齒圈暫固定帶動O/D行星輪逆轉，帶動O/D太陽輪順轉經F0順轉等連接前行星架，C0動作將O/D排連為一整體動力經O/D齒圈輸出。C1動作連接輸入小軸及中間軸，轉帶動中間排行星齒圈順轉，C2動作所以帶動公共太陽輪也順轉，故中間排連為一整體，動力經中間排行星架輸出。此時變速箱為一整體傳動比1∶1。

（6）5檔動力流。動作元件C1、C2、B2、B0，輸入軸順轉帶動O/D行星架順轉，O/D齒圈暫固定帶動O/D行星輪逆轉，帶動O/D太陽輪順轉經F0順轉等連接前行星架，B0動作固定O/D太陽輪，O/D齒圈超速輸出。C1動作連接輸入小軸及中間軸，轉帶動中間排行星齒圈順轉，C2動作所以帶動公共太陽輪也順轉，故中間排連為一整體，動力經中間排行星架輸出。實現超速輸出。

（7）R檔動力流。動作元件C2、B0、B4，輸入軸順轉帶動O/D行星架順轉，O/D齒圈暫固定帶動O/D行星輪逆轉，帶動O/D太陽輪順轉經F0順轉等連接前行星架，B0動作固定O/D太陽輪，O/D齒圈超速輸出。C2動作帶動公共太陽輪順轉，中間排行星架暫時固定，故中間排齒圈反轉，帶動后排行星齒中太陽能輪反轉，B4動作固定后排齒圈，動力經后排行星架反轉輸出，實現倒檔。

（8）L位一檔。動作元件C0、C1、B4、F0、F2，又稱具有引擎制動功能的鎖止一檔，輸出軸順轉，帶動后排行星架順轉，帶動前排齒圈順轉，帶動中排行星架順轉，F2處于跑空狀態，B4動作固定后排齒圈，所以帶動后排太陽輪順轉，后排太陽輪連接到C1，由于沒有單向離合器傳推動力，動力可以直接傳至發動機，實現發動機制動。

四、通過動力流分折故障

1.故障診斷與檢修程序

液控和電控自動變速器故障診斷與檢修的程序不同。

液控自動變速器故障診斷與檢修的程序分六步;

初步檢查;失速試驗;油壓試驗;換檔遲滯試驗;道路試驗;零部件拆卸檢查。

電控自動變速器故障診斷與檢修的程序;

初步檢查;讀取故障碼;手動換檔試驗;失速試驗;油壓試驗;換檔遲滯試驗;道路試驗;電控系統檢查;車上和車下修理。

2.自動變速器故障的動力流分析法

利用自動變速器的動力流分析是正確診斷的前提，熟知結構是正確診斷的關鍵。排除故障的具體方法一般是調整或更換元件即可。在分析各類齒輪式自動變速器結構和工作原理的過程中，只要自動變速器所在檔位的離合器、制動器、單向離合器工作正常，參與其所在檔位的行星齒輪機構正常，自動變速器在該檔位即可正常工作，所以離合器、制動器、單向離合器是保證自動變速器正常工作的重要環節。離合器、制動器正常工作的條件是：離合器、制動器自身良好;油路系統各閥良好，油道暢通：各傳感器、電磁閥和ECU正常。

以A650E五檔自動變速器為例題，如果前進檔正常，而沒有倒檔，證明B4制動器或相關控制油路及電路有故障。

3.可利用動力流分析的自動變速器常見故障

①自動變速器打滑故障;②自動變速器換檔沖擊故障;③自動變速器不能升檔的故障;④自動變速器異響故障 ;⑤自動變速器汽車無發動機制動故障。

五、總結

汽車電子控制自動變速器是目前汽車上機、電、液一體化程度較高的大總成件，結構復雜， 制造維修成本高、需要大量的專業設備和專業技師才能完成維護和修復。作為汽車技術人員，首先要熟悉電控自動變速器的結構及工作原理和動力傳遞路線，同時要掌握相應的維修工藝和專用檢修設備的正確使用，具有嫻熟的實際操作。本文系統地闡述了電控五檔自動變速器的結構和工作原理，對典型電控自動變速器的換檔執行元件的位置、執行元件的工作情況、動力傳遞路線進行了詳細分析。自動變速器檔位也在不斷增加，現在發展到12個前進檔，我不得不承認自動變速箱檔越多，行駛更平穩，燃油更經濟，更舒適。

參考文獻：

[1]陳晟閩、江蘇大學、汽車自動變速器故障動力流分析法的研究

[2]萬通教材《汽修大師之晉級-電控底盤》