通用10L80E自動變速器各擋動力傳遞分析

隨著汽車工業的飛速發展，安全、環保、智能和創新等技術要求不斷在新的車型上得到應用。為了滿足各種法規要求，在內燃機車型傳動系統中，不得不通過增加變速器擋位數量，來拓寬傳動范圍及新的控制功能，來滿足日益增高的車輛排放及舒適性等要求。

目前，美國通用和福特公司合作共同推出的10擋自動變速器10L80E已經問世并裝車。擋位數越來越多自然是好事，可是對于維修技術人員來說，在分析各擋動力流時，還存在一定的難度。過去維修技術人員都習慣使用杠桿分析法、矢量圖法及能量守恒公式計算法等，來分析各個擋位的動力傳遞過程。由于這類的計算法相當麻煩且大部分維修技術人員都不具備這方面的能力，而其他方法分析起來也不盡人意，因此目前在市場及教學中，行星齒輪各擋位的動力流分析幾乎被淡忘甚至沒有分析。

對于變速器維修技術人員來說，懂得動力流分析能夠在各擋位出現故障時做出快速準確的判斷。為此筆者將通過單級單排行星齒輪傳遞規律，用最通俗的語言來分析通用10L80E型10擋自動變速器各動力擋位的動力傳遞過程。

通用10L80E是一款適用于后輪驅動的自動變速器，采用6個終端用油元件（4個離合器和2個制動器），再加上一個單向離合器，共同控制著4組單級單排行星齒輪組，可實現動力擋位11個（10個前進擋和1個倒擋）。每一個動力擋位都需要4個終端元件參與控制行星排來實現，相鄰2個擋位的切換，只需要2個擋位中2個元件交替參與即可（1個接合而另一個釋放）。單向離合器F1僅在1擋和2擋中參與，其他擋位都處于滑轉狀態。通用10L80E自動變速器結構示意簡圖如圖1所示，各終端元件在各擋位的工作情況如表1所示。

（1）P/N擋

在P/N擋起動發動機后，雖然沒有動力傳遞過程，但是變速器內部已經有3個元件提前參與工作，其主要目的是為接下來要換接的動力擋位（R擋和1擋）做好準備。因為需要4個元件參與才能完成一個擋位的動力傳遞，所以接下來無論是換倒擋還是前進擋，只要再有1個元件參與就可以了。這樣的控制可以大大縮短多個元件同時參與的工作時間。因此當選擋桿在P/N擋起動發動機后，制動器A、制動器B和離合器E提前參與工作（圖2），此時無動力傳遞過程。

（2）R擋

在P/N擋起動發動機后，變速器的3個預備元件工作后已經充分做好了接下來動力擋位的準備。當換擋桿換入R擋后，離合器D參與工作（圖3），此時倒車功能被實施。

在P/N擋時，制動器A和制動器B參與工作，僅僅是把第1行星排的所有元件固定不能旋轉，同時還把第4排齒圈固定（第1排行星架與第4排齒圈剛性連接）。即使當離合器E參與工作，也起不到任何動力連接作用，所以P/N擋時即便有執行元件A、B、E的工作，也不會有動力傳遞過程。

可是當離合器D參與工作時就不一樣了。由于離合器E之前就已經工作，所以離合器D工作后，D+E組合則把第1排行星架和第三排行星架連在一起。由于制動器A和制動器B的工作已經將第1排所有元件都固定住不能旋轉，因此就會導致第3排行星架和第4排齒圈也被固定（制動）。R擋時動力傳遞如下。

發動機的動力首先經變速器輸入軸傳遞至第2排行星架，由于第1排太陽輪和第2排太陽輪剛性連接，所以第2排太陽輪也被固定（A+B的結果）。此時在第2排行星排中就出現行星架輸入、太陽輪被固定，齒圈超速輸出的結果（超速順向輸出結果）。

由于第2排齒圈又和第3排太陽輪屬于剛性連接，所以動力流就傳遞至第3排中，且在第3排出現了太陽輪輸入、行星架被固定（A+B+D+E的結果），齒圈大速比反向減速輸出的結果。由于第3排齒圈又和第4排太陽輪也屬于剛性連接，因此第3排的動力流又傳遞至第4排中，這樣在第4排就出現了太陽輪逆時針輸入、齒圈被固定（A+B的結果），行星架反向大速比減速輸出的結果，從而完成R擋動力傳遞過程。

整個動力傳遞經過了第2排的超速輸出、第3排的大速比減速換向輸出及第4排的大速比減速輸出，最終完成倒擋動力傳遞過程。

（3）1擋動力傳遞

同樣，如果從P/N直接換入D擋后，離合器F參與工作，如果從R擋換入D擋則是離合器D釋放、離合器F接合的結果。1擋時動力傳遞如下（圖4）。

制動器A和制動器B工作后，不僅將第1排所有元件固定不能旋轉，同時由于第1排行星架和第4排齒圈屬于剛性連接，因此第4排齒圈也被固定不能旋轉。離合器F參與工作后，發動機動力流直接經變速器輸入軸傳遞至第3排齒圈和第4排太陽輪上。這樣在第4排行星排中，就出現太陽輪輸入、齒圈被固定，行星架大速比減速順向輸出的結果。

整個1擋動力傳遞過程僅在第4排完成。雖說在第2排也有動力傳遞過程（行星架輸入、太陽輪固定、齒圈輸出），而且到了第3排雖然有2個元件同方向不同速度輸入（太陽輪超速、齒圈為輸入軸轉速），但輸出被中斷（行星架空轉）。

（4）2擋動力傳遞

當變速器從1擋換入2擋后，離合器F釋放、離合器C替代其接合，此時由于離合器C的參與再加上原來離合器E的工作，這樣就把第2排齒圈和第3排行星架連接在一起。同時本身第2排齒圈就和第3排太陽輪屬于剛性連接，所以第2排齒圈的轉速就是第3排所有元件的轉速。2擋動力傳遞如下（圖5）。

輸入軸的動力傳遞至第2排行星架，此時太陽輪被固定（制動器A和B的結果），齒圈超速順向輸出。離合器C和

離合器E的參與將第2排齒圈的動力傳遞至第3排行星架上。由于第3排齒圈又和第3排太陽輪剛性連接，因此第2排齒圈的輸出動力又傳遞至第3排太陽輪上。這樣，同一元件輸出的動力和相同轉速同時傳遞給一組行星排的2個元件上，就會導致這個行星排形成一個整體旋轉的結果。因此在第3排中所有元件的轉速就是第2排齒圈超速輸出的轉速，相當第3排是1：1的輸出過程，只不過轉速要高于輸入軸轉速。同時由于第3排齒圈又和第4排太陽輪屬于剛性連接，因此第3排齒圈又將第2排齒圈超速輸出的動力傳遞至第4排太陽輪上，最終在第4排里出現太陽輪輸入、齒圈被固定（A+B的結果），行星架大速比減速順向輸出的結果，并完成2擋動力傳遞過程。

與1擋相比，2擋動力傳遞中第4排的太陽輪轉速加快。1擋時是輸入軸轉速，2擋時是高于輸入軸轉速（主要跟第2排的傳遞有關），但仍然是大速比的減速擋。

（5）3擋動力傳遞

變速器進入3擋時，離合器F再次重新參與工作，同時制動器B釋放停止工作。此時動力傳遞如下（圖6）。

發動機的動力經輸入軸傳遞至第2排行星架上，離合器F的工作將發動機動力經輸入軸傳遞至第3排齒圈和第4排太陽輪上。離合器C和E的介入，將第2排齒圈與第3排所有元件剛性連接在一起（本身第2排齒圈就和第3排太陽輪本身就是剛性連接的），這樣發動機動力經輸入軸再經F+E+D傳遞至第2排齒圈上。

由于輸入軸本身與第2排行星架就是剛性連接關系，所以第3排和第2排行星排就會變成一個整體，并與輸入軸轉速相同。由于第2排太陽輪又和第1排太陽輪屬于剛性連接關系，因此輸入軸的動力（轉速）又傳遞至第1排太陽輪上。這樣，在第1排里就出現了太陽輪主動、齒圈被固定（制動器A作用的結果）、行星架大速比順向減速輸出的結果，并把這個特別慢的減速輸出傳遞至第4排齒圈上。在第4排行星排中，由于離合器F的工作，輸入軸的轉速（動力）便傳遞至太陽輪上，這樣在第4排中就出現了2個元件同方向、不同轉速的輸入結果。

至此，就要看第3個元件的輸出轉速是高于輸入軸還是低于輸入軸。這里肯定不會是1：1的直接擋，因為太陽輪轉速跟輸入軸相同，而齒圈轉速則遠遠低于輸入軸轉速，即便齒圈轉速與輸入軸轉速相同，那也只是直接擋而已，達不到超速擋。所以只要齒圈轉速低于輸入軸轉速，那么最終輸出的還是大速比的低速擋（太陽輪輸入齒圈被固定不轉，是最慢的1擋，所以齒圈的轉速只要達不到跟太陽輪（輸入軸）轉速相同，都是減速擋），齒圈轉速越快就會越接近于1：1的直接擋。

因此3擋的動力傳遞中，太陽輪是輸入軸轉速，而齒圈是第一排大速比減速輸出轉速，也就是轉速特別慢（可視為固定）。當然齒圈一旦轉起來，就會比1擋的速度快一點。而2擋時齒圈還是被固定，只不過提升了太陽輪的轉速而已，而最終還是大速比的減速擋。這一切都來自單級單排行星齒輪的傳遞規律（行星架主動超速、行星架從動減速以及行星架固定輸入與輸出方向相反）。

圖63擋時的動力傳遞（6）4擋動力傳遞

變速器換入4擋時，離合器F釋放而離合器D接合，此時動力傳遞并未中斷（圖7）。3擋時離合器C和E實傳遞的是來自F的動力轉速，而4擋時離合器C和E則開始傳遞來自第4排齒圈的動力，這樣就會立即降低了整個第3排和第2排齒圈的轉速。由于第2排行星架的轉速是輸入軸轉速，因此在第2排就出現2種輸入轉速的關系：行星架是輸入軸轉速、齒圈是遠低于輸入軸的轉速，此時我們可以視為齒圈是被固定的（與行星架轉速差過大），因此在第2排就出現了太陽輪超速輸出的結果（當然齒圈并非真正被固定）。

這個超速輸出結果傳遞至第1排太陽輪上，這樣在第1排中得到這樣的結果：太陽輪以高于輸入軸轉速輸入、齒圈被固定、行星架大速比減速輸出，但此時由于太陽輪在增速

（3擋時該太陽輪轉速為輸入軸轉速），因此行星架輸出轉速也隨之提升，最終使第4排齒圈和太陽輪轉速同步提升，但最終4擋還是低于輸入軸轉速的減速擋。

4擋得以實現后，其實在第2排當中雖然齒圈速度得以提升，但畢竟與行星架還存在一定的轉速差，所以第2排和第2排太陽輪轉速還是高于輸入軸轉速的。最終傳動比變化取決于第1排和第2排，第3排和第4排為整體減速輸出。

（7）5擋動力傳遞

變速器換入5擋時，離合器E釋放而離合器F再次被接合（圖8）。此時第2排齒圈轉速就是第4排齒圈轉速（4擋速度），第2排輸入行星架與齒圈仍然存在一定量的轉速差。所以第1排太陽輪仍然還是以高于輸入軸轉速進行輸入，但由于齒圈被固定（制動器A作用下），因此行星架仍然是大速比輸出至第4排齒圈。

由于離合器F的重新啟用，所以第4排太陽輪的輸入轉速（輸入動力）就是來自于變速器的輸入軸，這樣第4行星排中就出現了太陽輪以輸入軸轉速輸入，齒圈以低于輸入軸轉速輸入的結果，最終導致行星輸出轉速仍然是低于輸入軸轉速。其原因是，在單級單排齒輪傳遞規律當中，行星架輸出為減速擋，而由于齒圈轉速低于太陽輪轉速（可視為被固定），因此只有齒圈轉速等于太陽輪轉速時，變速器傳遞的才是1：1的直接擋。只要齒圈轉速低于太陽輪轉速，永遠都是減速擋。

（8）6擋動力傳遞

變速器換入6擋時，離合器C釋放，取而代之的是離合器E再次被接合（圖9）。這樣第4排齒圈的轉速（4擋時轉速）被傳遞至第3排行星架上，而離合器F的繼續工作，又把輸入轉速傳遞至第3排齒圈上。因此在第3行星排就出現了齒圈以輸入軸速度輸入、行星架以低于輸入軸轉速（4擋和5擋時速度）輸入的結果。此時第3排元件太陽輪則以低于輸入軸轉速（單級單排齒輪傳遞規律的結果，只有行星架轉速等于齒圈速度時，才是1：1的直接擋）輸出至第2排齒圈上。

此時第2排齒圈的轉速相比4擋和5擋時低了一些，因此在此基礎上第2排行星架是以輸入軸轉速輸入，而齒圈的速度相比之前的擋位又慢了一些，最終導致輸出太陽輪轉速進一步得到提升。這也相當于第1排太陽輪轉速得到提升，從而讓第1排行星架及第4排齒圈轉速得以提升，并越來越接近直接擋，且快于5擋。

（9）7擋動力傳遞

變速器換入7擋時，制動器A釋放不再工作，而離合器C參與接合，此時變速器的4個離合器全部參與工作。根據該變速器4組行星齒輪組的結構特點，當4個離合器全部工作時，所有行星齒輪組全部形成一個整體，得到的結果就是既不增速也不降速，輸入與輸出一致，傳動比為1：1，所以7擋是直接擋（圖10）。

（10）8擋動力傳遞

既然7擋屬于直接擋，那么8擋、9擋和10擋就一定是超速擋了。當變速器進入8擋時，離合器C再次被釋放而制動器B再次被接合。此時動力傳遞如下（圖11）。

發動機動力通過變速器輸入軸直接傳遞至第2排行星架上，由于制動器B把太陽輪固定（制動器B直接固定第1排太陽輪，第1排太陽輪與第2排太陽輪剛性連接），此時在第2排就出現行星架輸入，太陽輪被固定，齒圈超速順向輸出的結果，并把這個超速輸出的結果傳遞至第3排太陽輪上。那么離合器F的工作，則把輸入軸動力直接傳遞至第3排齒圈和第4排太陽輪上，這樣在第3排中就出現了齒圈以輸入軸速度輸入，太陽輪以高于輸入軸速度輸入的結果，所以導致第3排行星架也是以高于輸入軸轉速輸出（如果太陽輪轉速跟齒圈轉速相同，那么行星架輸出轉速也會相同，否則不是高就是低）。由于離合器E和D的參與，因此又把這個超速輸出的結果傳遞至第4排齒圈上，最終在第4排出現齒圈以高于輸入軸轉速輸入，太陽輪以輸入軸轉速輸入，行星架則以高于輸入軸轉速輸出，最終形成8擋超速擋。

（11）9擋動力傳遞

當變速器換入9擋時，離合器E被釋放，離合器C再次被接合（圖12）。此時還是從第2排看起，變速器輸入軸直接把發動機動力傳遞至第2排行星架上，制動器B工作將第1排和第2排太陽輪固定，此時第2排齒圈則實現超速輸出并傳遞至第3排太陽輪上。即便離合器F工作將輸入軸動力傳遞至第3排齒圈上，由于離合器E不再工作，因此第3排在8擋中不提供具有傳動比的動力傳輸。

由于離合器C和D的工作，直接把第2排齒圈超速輸出動力傳遞至第4排齒圈上，并沒有經過第3排。如果經過第3排就像8擋那樣，其實會降低第3排行星架輸出轉速（雖然屬于超速傳動）。這樣非常直接地在第4排實現了太陽輪以輸入軸速度輸入、齒圈以高于輸入軸轉速輸入的結果，最終行星架以高于輸入軸轉速的超速輸出，來完成9擋動力傳遞過程。與8擋的速度區別，就是齒圈的轉速進一步得到提升。

（12）10擋動力傳遞

當變速器換入10擋時，離合器F被釋放而離合器C再次被接合，此時動力流依然是從第2排開始（圖13）。發動機動力經輸入軸直接傳遞至第2排行星架上，制動器B工作將第1排和第1排太陽輪固定，此時第2排齒圈超速輸出。離合器C、E和D的工作直接將第2排齒圈超速輸出的動力傳遞至第4排的齒圈和太陽輪上。也就是說，第4排太陽輪和齒圈速度相同，且都是第2排齒圈的超速轉速。雖說第4排整體旋轉，但主要是來自第2排超速輸出的結果。與8擋和9擋相比，主要是第4排的太陽輪轉速得以超速提升。

（13）總結

現如今AT變速器的擋位數越來越多，一些低端家庭用車搭載的變速器至少都是6個前進擋位，而中高端車型都已經開始使用7擋、8擋、9擋乃至10擋變速器。因此對于多擋位變速器動力傳遞分析，難度越來越大。而在維修人員實際故障診斷工作中，離不開對行星齒輪動力流的分析，它能夠對換擋品質、打滑以及缺擋等故障的判斷，起到至關重要的作用。目前在國內汽車維修市場，大家都忙于快速解決維修問題，沒有更多時間去研究與學習，而職教領域更缺乏對這方面知識的培訓。所以導致越是難分析，就越不去分析。因此，筆者建議廣大自動變速器維修人員，為了進一步了解和學習自動變速器的結構與控制技術，必須要掌握自動變速器動力傳遞分析的能力，以提升維修效率和維修質量。