某8AT變速箱行星齒輪動力流計算

趙 瓊

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

0 前言

某8AT變速器相比上一代6AT變速器及其他類型自動變速器，在性能、重量、傳動效率方面都具有優勢：

1）在性能表現方面，某8AT變速器的換擋速度與雙離合器變速器換擋速度差不多，并且擁有清晰的換擋邏輯，能夠很好地執行駕駛員的駕駛意圖。無論是動力升擋、動力降擋、滑行升擋、滑行降擋，都能夠根據車速、駕駛員油門開度及速率快速識別出當前最適合的換擋邏輯，并且換擋干脆利落，擁有極佳的平順性[1]。

2）在輕量化方面，某8AT變速器雖然擋位更多，但整個變速箱的體積并沒有增加很多。尤其是在縱向長度上，與上一代6擋變速箱相當。使得匹配某8AT變速箱的車輛不需要對底盤進行大改，大大減少了研發成本，縮短了研發周期。8AT變速箱的重量還要比上一代6AT變速箱輕，使得整車重量得到減小，對于降低油耗也非常有好處。

3）在傳動效率方面，在液力變矩器鎖止離合器鎖止的情況下，某8AT變速箱的傳動效率可達到98%以上，與雙離合器變速箱傳動效率相當。這主要得益于某8AT變速箱內部的行星齒輪機構和離合器控制系統，通過快速準確的鎖止控制，盡可能減少滑磨時間，消除動力損失，使得變速箱動力傳遞更為直接。

1 某8AT變速箱結構和控制策略介紹

1.1 行星齒輪組結構

某8AT變速箱使用了四排單級單排行星齒輪機構，由2個制動器和3個離合器控制，組合出8個前進擋位和1個倒退擋位。某8AT變速箱組合不同擋位時的制動器、離合器結合情況，行星齒輪機構動力傳遞路線分析以及速比計算如下。

某8 AT變速箱內部結構圖如圖1所示，其中GWK為液力變矩器離合器，在換擋時，GWK從打開到滑移到鎖止，從而發揮液力變矩器良好的減振性能，A、B為兩個制動器、C、D、E為三個離合器，RS1、RS2、RS3、RS4為四組行星齒輪機構。

圖1 某8AT變速箱動力結構簡圖

1.2 各擋位控制策略

某8AT變速箱在1～8擋和R擋的傳動比，以及各個制動器和離合器的組合矩陣表，如表1所示。從表1中看出，每個相鄰擋位之間切換只需要動作一個控制器即可，換擋過程更易控制，換擋質量更高。

表1 某8AT變速箱各擋位控制器狀態矩陣

2 液力變矩器工作原理

2.1 液力變矩器的組成

液力變矩器由泵輪、渦輪、導輪三個工作輪組成，它們是傳遞動力、轉換能量和改變扭矩必不可少的基本構件[2]，如圖2所示。

圖2 液力變矩器結構

1）泵輪：將發動機的機械能轉換為液體能量。

2）渦輪：將液體能量轉換為渦輪軸上機械能。

3）導輪：改變工作油的方向，起到改變扭矩的作用。

2.2 液力變矩器的效率

1）當渦輪轉速為零時，扭矩放大系數最大，渦輪輸出扭矩MT等于泵輪輸入扭矩MB與導輪反作用扭矩MD之和，即：

2）當渦輪轉速由零逐漸上升時，扭矩放大系數越來越小。

3）當渦輪轉速達到一定數值時，渦輪出口處變速箱油直接通過導輪，變速箱油不改變流向，此時液力變矩器與液力耦合器相同，渦輪輸出扭矩等于泵輪輸入扭矩。

4）當渦輪轉速再上升時，渦輪出口處變速箱油作用于導輪葉片背面，液力變矩器渦輪輸出扭矩比泵輪輸入扭矩小，等于泵輪輸入扭矩減去導輪扭矩。

5）當渦輪轉速等于泵輪轉速時，液力變矩器不進行動力傳遞[3]。

3 行星齒輪組動力流分析

行星齒輪變速器具有傳動效率高、結構緊湊、齒間負載小、輸入/輸出軸同軸線、便于實現動力傳遞與自動換擋等優點，且在材料和機械性能相同的條件下，有可能獲得比固定軸齒輪變速器要小得多的外形尺寸和重量，所以被廣泛應用于自動變速器設計中[4]。

3.1 行星齒輪機構速比計算

最簡單的行星齒輪機構為三構件機構，分別由太陽輪、行星架、內齒圈三部分組成[3]。這三個構件如果要確定相互間的運動關系，一般情況下首先需要固定其中的一個構件，再明確主動件，并確定主動件的轉速和旋轉方向，然后被動件的轉速、旋轉方向就確定了[5]，如圖3所示。行星齒輪組結構如圖4所示。

圖4 行星齒輪組結構

計算公式如下：

式中，VS為太陽輪轉速；VR為內齒圈轉速；VP為行星架轉速；I為行星齒輪組的特性參數，等于內齒圈齒數與太陽輪齒數之比[6]。

3.2 某8AT變速箱行星齒輪組動力流分析與計算

某8AT變速箱由四組行星齒輪組組成，并且層層相套，互相作用組合出最多擋位速比。其中，行星齒輪組RS1和RS2太陽輪為雙聯齒輪，RS1行星架為RS4內齒圈，RS2內齒圈為RS3太陽輪，RS3和RS4共用行星架[7]，下面以最簡單的1擋和最復雜的5擋為例，介紹某8AT變速箱行星齒輪組工作時動力傳遞路線和速比計算。

圖3行星齒輪組傳遞方式

1）1擋動力流分析計算。1擋時，液力變矩器離合器GWK、制動器A、制動器B和離合器C結合，離合器D和離合器E斷開，如圖5所示。

圖5 某8AT變速器1擋動力流

此時RS1處于固定狀態，RS2和RS3處于空轉狀態，不參與動力傳遞，動力直接從液力變矩器向行星齒輪組RS4傳遞[8]，計算公式如下：

2）5擋動力流分析計算。5擋時，液力變矩器離合器GWK、制動器B、離合器C、離合器D結合，制動器A和離合器E斷開，如圖6所示。5擋的動力傳遞最為復雜，此時四組行星齒輪組全部參與動力傳遞與速比變化，計算公式如下：

圖6 某8AT變速器5擋動力流

已知，I1=2；I2=16/9；I3=8/5；I4=4；VR1=0；VP2=VR3=1；VS1=VS2；VR2=VS3；VP3=VP4。將已知條件代入公式（6）至（9），即可計算出5擋傳動比。

3）其他擋位動力流分析計算方法同上所述。

4 總結

通過對某8AT變速箱的動力傳動結構[9]，以及各個擋位下四組行星齒輪機構制動器和離合器的結合情況進行分析，繪制出動力傳遞路線，計算出各個擋位的傳動比，這對于某8AT變速箱的整車應用及故障診斷和維修都具有重要意義[10]。