汽車變速器換檔控制元素簡化分析

摘 要：汽車中常用的變速器包括手動變速器（MT）、自動變速器（AT）兩種基本形式，衍化而來的還有手自一體（AMT），MT和AT存在很多共通之處，文章主要對三軸式手動變速器和平行軸式自動變速器做以簡化分析。

關鍵詞：手動變速器；自動變速器；控制元素

三軸式手動變速器和平行軸式自動變速器在變速器發展過程中是連接比較緊密的。三軸式手動變速器主要用于后置后驅的車型，平行軸式主要用于本田雅閣車型。兩種變速器的相同點在于都有三根軸，即輸入軸、輸出軸、中間軸。同時，這兩種變速器都是外嚙合齒輪形式的。下面就不同點做分析。

1 動力傳遞路線分析

在動力傳遞路線方面，一般是指從動力單元到驅動輪的動力傳遞，手動檔和自動擋有本質的區別。

手動檔（MT）以前置后驅為例，發動機輸出的轉矩經曲軸飛輪組輸出→離合器→手動變速器→萬向傳動裝置（萬向節，傳動軸）→驅動橋（主減速器→差速器→半軸）→輪轂→驅動輪。

自動檔（AT）以前置前驅為例，發動機輸出的轉矩經曲軸輸出→液力變矩器→變速驅動橋（自動變速器→主減速器→差速器→半

軸）→輪轂→驅動輪。

兩者的區別在于發動機后面安裝的組件是離合器還是液力變矩器。反映在車輛腳踏板控制上面就是：手動檔有三個踏板（離合、剎車、油門），自動擋有兩個踏板（剎車、油門），也就是說，自動擋是沒有離合器的。

2 換檔基本原理分析

手動擋在換檔的時候需要踩下離合器。離合器在正常工作時保持“合”運動，使發動機的曲軸飛輪組和離合器蓋一體運動，保證動力的持續穩定傳遞。踩下踏板時，就是“離運動”，首先使飛輪與離合器蓋分離，將發動機和變速器的動力中斷，通過同步器的作用產生摩擦，在“動中求靜，靜中求同步”，實現平順換檔。目的是防止齒輪箱打齒，延長壽命。

自動擋在換檔時是根據油門和剎車的需求自動升檔和降檔，既然是“自動”，就必然少不了人工智能“電腦”。電腦內部是編程好的，數據預留，通過數據空間控制打開或關閉不同的油路來控制不同的執行器。此時，液力變矩器是液力傳動，就比機械傳動溫柔和緩的多，就像水龍頭的開關，控制量的大小，能夠實現收放自如。

手自一體變速箱實際上還是自動變速箱的一種，通過電控系統模擬出手動變速箱的操作，實際上還是自動變速器。

3 變速器的齒輪傳動

變速箱內部的主體結構是齒輪。常用的手動變速器采用外嚙合齒輪傳動，自動變速器除了本田雅閣采用的平行軸式是外嚙合，大部分采用內嚙合齒輪傳動，也就是行星齒輪傳動。

汽車手動變速器典型有兩種：應用于前輪驅動的兩軸變速器和應用于后輪驅動的三軸變速器。兩軸式變速器有輸入軸和輸出軸。三軸式變速器在輸入軸和輸出軸的基礎上，設計了中間軸。

無論哪種結構的手動變速器，軸上的兩輪與軸之間有三種連結關系：第一種是齒輪和軸上空套連接，中間有滾針軸承，即齒輪與軸之間沒有動力傳遞，是空套的；第二種是齒輪和軸上通過花鍵連接，即齒輪與軸之間有動力傳遞，剛性連接，可看成是一體的；第三種情況是齒輪和軸做成一體，實現一體傳動。

4 換擋執行器運用時機分析

在外嚙合齒輪傳動的變速器中，參與一個擋位動力傳遞的齒輪是處于常嚙合狀態的。但同一時間，變速器是不允許同時掛上兩個及兩個以上檔位的，就必須要求一個擋位的常嚙合齒輪中，有空套的，即在齒輪與軸空套，齒輪轉軸不轉，軸轉齒輪不轉。在動力傳遞的時候，需要掛上哪個檔位，就由換擋執行器將空套的齒輪接入，就能將空套的齒輪轉換為與軸一體，實現一體傳動。

5 換擋執行器分析

手動變速器的換檔執行器是同步器。同步器裝與空套的檔位齒輪附近，實現臨近控制。由接合齒圈、同步環、花鍵轂組成。檔位齒輪空套在軸上，在齒輪的前端有接合齒圈，同步器的花鍵轂通過花鍵與軸實現剛性連接，接合套套在花鍵轂上，可以左右移動，與齒輪前端的接合齒圈嚙合，通過摩擦實現同步鎖止，從而實現齒輪與軸之間的一體傳動。

液力自動變速器的換擋執行器是離合器，是液壓控制接合或分離的多片式濕式離合器。這句話里包括了三層意義：離合器的接合或分離由液壓系統控制；離合器由多組鋼片和摩擦片；濕式意味著鋼片與摩擦片之間有油液的存在。常用的換擋執行機構主要由多片式離合器、制動器和單向超越離合器（單向離合器）離等組成，現只介紹離合器的結構：離合器由鋼片、磨擦片和液壓活塞及回位彈簧等組成。當該檔位離合器起作用時，液壓油會進入離合器鼓（即液壓油缸），通過液壓力將鋼片和摩擦片壓成一體，使外部的離合器鼓和內部的離合器鼓成為一體，實現一體傳動。

6 結束語

由于三軸式手動變速器與平行軸式自動變速器都是外嚙合齒輪，存在結構的共通性，所以其控制原理也是同一的。在學習研究過程中，不要死記硬背，依以下步驟來開展即可：（1）找準軸。兩軸式的找輸入軸、輸出軸；三軸式的找輸入軸、中間軸、輸出軸。（2）判斷檔位，確定各檔位主、從動齒輪。（3）找各檔換檔執行器。手動檔找結合套（同步器）；自動擋找離合器、制動器、單向離合器。（4）確定齒輪空套和一體。換檔執行器一般是臨近控制，裝在那個檔位附近，就是控制那個檔位，該檔位齒輪就是空套的。在換擋的時候空套的齒輪由同步器或濕式離合器接入成為一體就可實現動力傳遞。也就是說，平行軸式自動變速器在控制策略上與手動擋無異，只是將通過機械摩擦力換擋的同步器，換成了同過液壓力控制的離合器而已，分析方法和研究方法都是一樣的。只需要找準齒輪與軸的連接形式即可判斷出來，這對我們判斷變速器的故障也是非常有利的。

參考文獻

[1]陳家瑞.汽車構造[M].北京：機械工業出版社，2011.

作者簡介：徐美滟（1986-），湖北十堰人，2010年畢業于湖北汽車工業學院，學士學位，武漢理工大學研究生在讀，任教于武漢交通職業學院，從事汽車運用工程教學工作。