某10擋自動變速器速比及行星機構齒比計算的研究

王坤城，朱新明 Wang Kuncheng，Zhu Xinming

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某10擋自動變速器速比及行星機構齒比計算的研究

王坤城，朱新明
Wang Kuncheng，Zhu Xinming

（比亞迪汽車工業有限公司 產品規劃及汽車新技術研究院，廣東 深圳 518118）

近年來傳統自動變速器擋位多擋化趨勢明顯，市場上已經陸續出現了一些搭載10擋自動變速器的車輛。介紹某10擋自動變速器，并計算該型號變速器的10個前進擋的擋位速比和1個倒車擋的擋位速比，進而推導出行星機構齒比，為自動變速器設計提供一定的參考。

自動變速器；行星齒輪結構；10擋；速比

0 引 言

近年來自動變速器多擋化趨勢明顯，并在最近幾年獲得突破，9擋、10擋等多擋位變速器先后推出。某車企于2016年推出某型號10擋自動變速器[1]701，該變速器目前已經量產并搭載在某型號車輛上。介紹10擋自動變速器，并計算該變速器的擋位速比，以及行星機構齒比，為自動變速器動力設計提供一定的參考。

1 變速器的結構

某車企10擋變速器實物剖面如圖1所示[1]703。

圖1 某車企10擋變速器剖面圖

該變速器具有以下特征：

1）變速器有10個前進擋位和1個倒車擋位，其中前進擋位包括6個低速擋位、1個直接擋位以及3個超速擋位；

2）采用3排行星齒輪機構，其中包含1組拉維娜復合行星齒輪機構和2排普通單級行星齒輪機構；

3）采用新型變扭器，提升了變速器閉鎖區域并減小了變扭器軸向尺寸；

4）每一個擋位均有3組換擋元件工作，換擋時通過一組執行元件的切換實現擋位的切換；

5）共有6組換擋元件、2組制動器和4組離合器控制換擋。

某車企10擋縱置變速器結構原理如圖2所示[1]704。

注：B1為制動器1，B2為制動器2，C1為離合器1，C2為離合器2，C3為離合器3，C4為離合器4，從左到右依次為P1行星齒輪機構、P2行星齒輪機構、P3行星齒輪機構、P4行星齒輪機構，其中P1與P2組成拉維娜復合行星齒輪機構。

2 執行器組合分析和速比計算

2.1 各擋位執行器狀態表

該變速器輸出連接到P3行星架和P4齒圈，在P4離合器接合時，P3行星機構與P4行星機構組成辛普森復合行星齒輪機構，則整個變速器傳動部分主要由拉維娜復合行星機構和辛普森行星機構組成，其中拉維娜復合行星齒輪機構具有2個太陽輪，1個共用行星架和1個共用齒圈。各擋位執行器工作狀態見表1[1]703。

表1 各擋位執行器工作組合表

2.2 速比計算

1）1擋速比。

離合器C1/C2接合，P2齒圈和太陽輪及行星架等速傳動；制動器B2制動，行星齒輪P3齒圈固定，有如下關系

31=(1+3)33（1）

得

1=1+3（2）

式中：31為P3太陽輪轉速；33為P3行星架轉速；3為P3齒圈齒數與太陽輪齒數之比；1為1擋速比。

2）2擋速比。

制動器B1/B2制動，離合器C1接合，行星齒輪P2齒圈同時輸入到P3行星架和P3太陽輪，則P3齒圈以與P2齒圈相同的轉速旋轉并輸入到P4太陽輪，此時P4行星架作為輸出，有如下關系

112=(1+1)13（3）

31=(1+3)33（4）

得

式中：12為P1/P2齒圈轉速；13為P1行星架轉速；1為P1/P2齒圈齒數與P1太陽輪齒數之比；2為2擋速比。

3）3擋速比。

制動器B1/B2制動，離合器C2接合，有如下關系

112=(1+1)13（6）

21-212=(1-2)13（7）

31=(1+3)33（8）

得

式中：21為P2太陽輪轉速；2為P1/P2齒圈齒數與P2太陽輪齒數之比；3為3擋速比。

4）4擋速比。

制動器B1/B2制動，離合器C4接合，有如下關系

31=(1+3)33（10）

41+142=(1+4)43（11）

得

式中：41為P4太陽輪轉速；42為P4齒圈轉速；43為P4行星架轉速；4為P4齒圈齒數與其太陽輪齒數之比；4為4擋速比。

5）5擋速比。

制動器B1制動，離合器C2/C4接合，有如下關系

112=(1+1)13（13）

21-212=(1-2)13（14）

41+442=(1+4)43（15）

得

式中：5為5擋速比。

6）6擋速比。

制動器B1制動，離合器C1/C4接合，有如下關系

112=(1+1)13（17）

41+442=(1+4)43（18）

得

式中：6為6擋速比。

7）7擋速比。

無制動，離合器C1/C3/C4接合，所有旋轉元件等速旋轉，則

7=1 （20）

式中：7為7擋速比。

8）8擋速比。

制動器B1制動，離合器C3/C4接合，有如下關系

112=(1+2)13（21）

31+332=(1+3)33（22）

41+442=(1+4)43（23）

得

式中：32為P3齒圈轉速；8為8擋速比。

9）9擋速比。

制動器B1制動，離合器C1/C3接合，有如下關系

112=(1+2)13（25）

得

式中：9為9擋速比。

10）10擋速比。

制動器B1制動，離合器C2/C3接合，有如下關系

112=(1+2)13（27）

21-322=(1-2)23（28）

31+332=(1+3)33（29）

得

式中：22為P1/P2齒圈轉速（12與22為共用齒圈）；23為P1/P2行星架轉速；10為10擋速比。

11）R擋速比。

制動器B2制動，離合器C2/C3接合，有如下關系

21-322=(1-2)23（31）

31+332=(1+3)33（32）

得

式中：R為倒車R擋速比。

3 行星齒輪機構齒比計算

結合表1中1擋速比和式（1）可計算出3=3.923；結合表1中2擋速比和式（5）及3可計算出1=1.781；結合表1中3擋速比和式（9）及1、3可計算出2=1.952；結合表1中4擋速比和式（12）及3可計算出4=3.463；各行星齒輪機構齒圈齒數與太陽輪齒數之比見表2。

表2 各行星齒輪機構齒圈齒數與太陽輪齒數比

將表2計算所得各齒比分別代入式（16）、（19）、（24）、（26）、（30）、（33）得到第5擋、6擋、8擋、9擋、10擋以及R擋速比，結果與表1一致。

4 結束語

自動變速器的速比及齒比關系到車輛的平順性和燃油經濟性等方面，闡述分析了10擋自動變速器的特點，詳細論述了變速器10個前進擋位和1個倒車擋位的速比計算過程，同時推導計算10擋自動變速器各行星齒輪機構的齒比，并驗證了計算的準確性，對自動變速器設計特別是動力傳動部分設計提供了一定的參考。

[1]Masunaga S，Miyazaki T，Habata Y，et al. Development of Innovative Toyota 10-Speed Longitudinal Automatic Transmission[J]. SAE International Journal of Engines，2017，10（2）：701-708.

2019-03-01

U463.212+.2

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.03.012

1002-4581（2019）03-0044-03