以U340E為例分析執行元件故障對自動變速器的影響

文 強

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006）

0 引言

20世紀末，由于電子控制技術不夠發達，為了改善自動變速器的換擋沖擊，增強乘車舒適性，自動變速器中使用了較多的單向離合器，造成自動變速器使用的執行元件增加。執行元件數量的增多，增加了自動變速器出故障的風險率。車輛出故障的次數增加，將給車主造成時間和財產上的損失。

電液控自動變速器（簡稱自動變速器或AT）擋位的切換，是通過控制執行元件的工作狀態來實現的[1]。因此，執行元件的工作狀態是否正常，直接影響著自動變速器的動力傳遞，影響著車輛的使用狀態、經濟性能和舒適性能。自動變速器的執行元件包括濕式多片離合器（簡稱離合器）、濕式多片制動器（簡稱制動器）和單向離合器。根據執行元件的工作原理，自動變速器的電子控制單元通過液壓系統來控制離合器、制動器的工作狀態，而單向離合器的工作狀態則和其連接的行星排元件的旋轉方向有關[2]。因此，在分析單向離合器故障時，需要分析每一個動力擋位的動力傳遞路線。

U340E自動變速器結構在辛普森結構的基礎上進行改進，使用了8個執行元件實現最高4速的動力傳遞方案[3]。8個執行元件包括2個單向離合器、3個離合器和3個制動器。通過對U340E自動變速器的8個執行元件進行故障分析，維修人員可以縮小U340E自動變速器的故障范圍，快速診斷自動變速器的故障類型，縮減故障診斷時間，降低維修成本。同時，維修人員可以參照對U340E自動變速器的分析來分析其他類型的自動變速器故障。

1 U340E自動變速器

1.1 U340E自動變速器的結構

U340E型號自動變速器的結構是在辛普森結構的基礎上進行改進的，改進后的結構在業內稱為CR-CR結構，CR-CR結構包括兩個單行星輪行星排和8個執行元件（2個單向離合器、3個離合器、3個制動器）。通過執行元件的組合，CR-CR結構可以實現最高4擋的動力傳遞。U340E自動變速器的結構簡圖如圖1所示。

圖1 U340E自動變速器的結構簡圖

從圖1可以看出，U340E自動變速器結構由兩個單行星輪行星排采用并聯式關系組成，從右往左依次為：第一單行星輪行星排（前排）、第二單行星輪行星排（后排）。前排行星架、后排齒圈及輸出軸剛性連接，前排齒圈和后排行星架剛性連接。單向離合器F2工作時不允許前排齒圈和后排行星架逆時針旋轉；B2、F1同時工作時不允許后排太陽輪逆時針旋轉。

1.2 各擋位的工作執行元件

根據表1，離合器和制動器的工作情況直接受控于自動變速器的控制單元；而單向離合器在保證內側或者外側被固定的前提下，其工作情況受控于其外側或內側直接連接的行星排元件的旋轉方向。在滿足換擋條件的前提下，自動變速器控制單元通過切換液壓系統中油路的走向來控制離合器或者制動器的接合或者分離，從而達到換擋的目的。通過對U340E自動變速器換擋的研究和分析可得出，U340E自動變速器在換擋的過程中滿足單一切換原則[4]，即分離一個離合器或制動器，結合另一個離合器或制動器實現換擋。這有利于降低自動變速器的換擋沖擊，改善車主的乘車舒適性。

表1 U340E自動變速器各擋位執行元件工作表

2 U340E自動變速器各擋位的動力傳遞路線

單向離合器的作用是單方向固定行星排元件，因此，單向離合器的正確安裝方向對自動變速器各擋位動力傳遞十分重要，否則會造成自動變速器故障。在分析單向離合器的故障時，需要知道各擋位在傳遞動力時兩個行星排所有元件的旋轉方向。U340E自動變速器的輸入軸是順時針旋轉輸入的。離合器的作用是傳遞動力，且不改變動力的方向；制動器的作用是利用不能旋轉的自動變速器殼體通過制動器來固定連接的行星排元件。

2.1 D1擋動力傳遞路線

后排行星排：后排行星架（固定）、后排齒圈（順）、后排太陽輪（逆）。

S-1擋動力傳遞路線和D1一樣。L-1擋，執行元件C1、F2、B3工作：（1）車輛不下坡，L-1的動力從發動機通過變速器傳給車輪，其與D1的動力傳遞路線一樣；（2）車輛下坡（下坡不踩油門踏板），動力從車輪輸入反傳給發動機（即動力從變速器的輸出軸反傳給輸入軸）不能實現。若動力從變速器的輸出軸輸入反傳給輸入軸時，前排齒圈順時針旋轉，F2則不能固定前排齒圈。因此，動力不能從車輪反傳到發動機。而B3工作則固定前排齒圈，動力可以從車輪通過變速器反傳到發動機，從而實現發動機制動功能。

2.2 D2檔動力傳遞路線

S-2擋，執行元件C1、F1、B2、B1工作：（1）車輛不下坡，S-2的動力從發動機通過自動變速器傳給車輪，其與D2動力傳遞路線一樣；（2）車輛下坡（下坡不踩油門踏板），動力從車輪輸入通過自動變速器反傳給發動機（即動力從自動變速器的輸出軸反傳給輸入軸）不能實現。若動力從自動變速器的輸出軸輸入反傳時，后排太陽輪順時針旋轉，F1、B2工作則不能固定后太陽輪。因此，動力不能從車輪通過自動變速器反傳到發動機。而B1工作則可以固定后排太陽輪，動力可以從車輪輸入通過變速器反傳到發動機，從而實現發動機制動。

2.3 D3擋動力傳遞路線

后排行星排：后排行星架（順）、后排齒圈（順）、后排太陽輪（順）。

由于在D3擋時后太陽輪順時針旋轉，B2工作時F1逆時針固定后排太陽輪，因此，B2工作不影響D3擋動力傳遞；而為了滿足單一切換的原則，自動變速器的控制單元控制B2一直接合（即B2工作）。

2.4 D4擋動力傳遞路線

3 執行元件故障分析

自動變速器的執行元件有三種：多片濕式離合器（簡稱離合器）、多片濕式制動器（簡稱制動器）、單向離合器。自動變速器的控制單元通過控制執行元件液壓工作缸中的液壓高低來控制離合器、制動器是否接合（即是否工作），因此，離合器、制動器的故障有打滑、一直接合。單向離合器有內圈、外圈，內圈或外圈直接或間接連接著變速器殼體，因此，單向離合器的故障有裝反、打滑、卡滯。

離合器傳遞動力，其打滑程度影響著動力的傳遞，若打滑輕則可以繼續傳遞動力，但是傳遞的動力下降；若打滑嚴重，則傳遞的動力大大降低，甚至不能傳遞動力。制動器固定行星排元件，其打滑不能固定行星排元件，需要該制動器工作的擋位不能傳遞動力。單向離合器是單方向固定行星排元件，其打滑則不能固定元件，單向離合器打滑，則該擋位不能傳遞動力。執行元件一直接合或者卡滯，即執行元件一直在工作。

U340E自動變速器有最高4速前進擋位，升降擋都是按照逐一順序來實現的，不能跳躍換擋，否則換擋沖擊過大，對自動變速器的損害大。

U340E自動變速器的運行模式有：動力模式、經濟模式、雪地模式。其在雪地模式下，車輛以2擋起步；其他模式以1擋起步。

3.1 F1故障分析

（1）F1打滑故障。若F1打滑，則F1不能固定后排太陽輪，則無D2擋；但S2擋中，有B1工作，可以固定后排太陽輪。因此，S2擋可以傳遞動力，而通過S2擋可以實現升D3、D4擋。F1打滑故障時，則無D2擋；其他動力擋位正常。

（2）F1裝反故障。正常情況下，D2擋，F1、B2逆時針固定后排太陽輪。F1裝反，則F1、B2順時針固定后排太陽輪，無D2擋；但S2擋中，有B1工作，可以固定后太陽輪。由于D3中后太陽輪順時針旋轉，且B2一直工作，因此，無D3擋，從而不能升入D4擋。若F1裝反，D1、L1、S2、R擋正常；無D2、D3、D4擋。

（3）F1卡滯。若F1卡滯（即F1內外圈連接為一體），則F1與B2都工作時固定后太陽輪。B2在D2、D3、D4擋位時工作，因此，若F1卡滯，則無D3、D4擋；而D1、D2、S2、L1、R擋正常。

3.2 F2故障分析

（1）F2打滑故障。若F2打滑，則F2不能固定前排齒圈，則無D1擋；但L1擋時B3工作可以固定前排齒圈，因此，可以通過雪地模式或L1擋升入D2擋。若F2打滑，無D1擋；但其他動力擋位正常。

（2）F2裝反故障。正常情況下，D1擋時，F2逆時針固定前排齒圈和后排行星架。若F2裝反，則F2順時針固定前排齒圈和后排行星架，則無D1擋；但L1擋有B3工作可以固定前排齒圈，有L1擋。S2、D2、D3、D4擋時，前排齒圈和后排行星架都順時針旋轉，因此，無S2、D2、D3、D4擋。R擋，B3工作，固定后排行星架。所以，若F2裝反，無D1、D2、D3、D4、S2擋；但L1、R擋正常。

（3）F2卡滯。若F2卡滯（即F2內外圈連接為一體），F2通過殼體固定前排齒圈和后排行星架。S2、D2、D3、D4擋，都要求前排齒圈和后排行星架旋轉，因此，F2卡滯，則無S2、D2、D3、D4擋；但D1、L1、R擋正常。

3.3 C1故障分析

（1）C1打滑故障。C1離合器輕微打滑時，其傳遞的動力下降。D1、D2、D3、L1、S2擋都要求C1工作。因此，C1打滑，D1、D2、D3、L1、S2擋行駛無力，加速無力，甚至起步無力；但R、D4正常。

（2）C1一直接合故障（即C1一直工作）。R、D4都不需要C1工作。所以C1一直接合，則無R、D4；但D1、D2、D3、L1、S2擋正常。

3.4 C2故障分析

（1）C2打滑故障。C2離合器打滑，其傳遞的動力下降。D3、D4都要C2工作。因此，C2打滑，則D3、D4擋行駛無力，加速無力；但D1、D2、L1、S2、R擋正常。

（2）C2一直接合故障（即C2一直工作）。D1、D2、L1、S2、R擋都不需要C2工作。無1、2擋，則不能升到D3、D4擋。因此，C2一直接合，無任何動力擋位。

3.5 C3故障分析

（1）C3打滑故障。C3離合器打滑，其傳遞的動力下降。只有R擋時，要求C3工作。所以，C3打滑，則R擋行駛無力、加速無力，甚至起步無力；但其他動力擋位正常。

（2）C3一直接合故障（即C3一直工作）。只有R擋時，要求C3工作。因此，C3一直接合，則有R擋；但無前進擋位。

3.6 B1故障分析

（1）B1打滑。B1制動器打滑，則其不能固定后排太陽輪。S2、D4要求B1工作。因此，B1打滑故障，則不能形成D4擋，且S2沒有發動機制動功能，但S2擋的動力可以從發動機經過自動變速器傳遞到車輪；其他動力擋位正常。

（2）B1一直接合（即B1一直工作）。S2、D4要求B1工作。雪地模式，車輛以2擋起步；但無D3擋，因此不能升到D4擋。因此，B1一直接合，則只有S2擋（雪地模式）；無其他動力擋位。

3.7 B2故障分析

（1）B2打滑。B2工作是固定F1的外圈，若B2制動器打滑，不能固定F1外圈，則F1不能起作用，進而不能形成D2擋位。而S2擋中有B1工作，可以形成S2擋，也可以通過S2擋升入D3、D4擋。所以，B2打滑，無D2擋；但其他動力擋位正常。

（2）B2一直接合（即B2一直工作）。B2一直接合，則B2一直固定F1的外圈，B2、F1一直逆時針固定后太陽輪。在D1、L1擋時，后太陽輪逆時針旋轉，則D1、L1擋不允許后排太陽輪被固定，否則不能形成D1、L1擋；但有D2、S2擋（雪地模式）、D3、D4、R擋。因此，B2一直接合，則無D1、L1擋；但D2、S2擋（雪地模式）、D3、D4、R擋正常。

3.8 B3故障分析

（1）B3打滑。B3制動器打滑，則其不能固定后排行星架和前排齒圈。L1、R擋要求B3工作，若B3打滑則不能形成R擋，且L1擋沒有發動機制動功能，但L1擋的動力可以從發動機經過自動變速器傳遞到車輪；D1、D2、D3、D4、S2擋正常。

（2）B3一直接合（即B3一直工作）。B3一直接合，后排行星架和前排齒圈一直被固定。則D1、L1、R擋都要求后排行星架和前排齒圈被固定，其他擋位都要求后排行星架和前排齒圈不能被固定。因此，若B2一直接合，則D1、L1、R擋正常；無其他動力擋位。

通過以上各執行元件的故障分析，再結合道路試驗故障現象，能夠將故障范圍進一步縮小，以便維修人員快速診斷出自動變速器的某類故障，縮減故障診斷時間，降低維修成本。

4 結論

自動變速器結構較復雜，在維修過程中，其故障點較難分析，從而增加了維修的難度和成本。通過對U340E自動變速器執行元件的故障分析，可以為自動變速器的維修人員提供最直接的幫助和指引。同時，自動變速器維修人員還可以參考本文例子舉一反三，分析其他類型的自動變速器，以便快速診斷出自動變速器的故障類型，縮減故障診斷時間，降低維修成本。