辛普森自动变速器五档动力流分析及故障诊断

唐益飞

【摘 要】汽车电控自动变箱是目前汽车上机、电、液一体化程度较高的总成件。如何提高自动变速箱的故障分析准确率和故障修复率是个较为迫切的问题。

在自动变速器的电子控制系统中，以机械、液压系统的故障分析检修最为困难，针对这一难题，本文阐述了电控五档自动变速器的结构和工作原理，对典型电控五档自动变速器的换档执行元件的位置、执行元件的工作情况、动力流传递路线进行了详细分析， 并利用动力流工作过程来推断电控五档自动变速器故障部位。

【关键词】换档元件;动力流;故障分折;拉维奈;辛普森

一、分折自动变速器动力流的基本知识

了解单排行星齿轮机构的基本组成、运动规律及动力传动方式;

1.单排行星齿轮机构的构造

2.单排行星齿轮机构的运动规律

设太阳轮、齿圈和行星架的转速分别为n1、n2和n3， 齿数分别为Z1、Z2、Z3; 齿圈与太阳轮的齿数比为α。

则根据能量守恒定律，由作用在该机构各元件上的力矩和结构参数可导出表示单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式： n1+αn2-（1+α）n3=0、   Z1+Z2=Z3

3.单排行星齿轮动力传递方式

（1）太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动，则n2=0，故传动比、i13=n1/n3=1+α>1   低速档

（2）太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n1=0，故传动比、i23=n2/n3=（1+α）/α>1高速档

（3）太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n1=0，故传动比、i32=n3/n2= α/（1+α）<1   超速档

（4） 齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n2=0，故传动比、i31=n3/n1= 1 /（1+α）<1   超速檔

（5）行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则n3=0，故传动比 i12=n1/n2=-α<0   倒档

（6）行星架制动，齿圈主动，太阳轮从动，反向加速传递。

（7）如果n1=n2，则n3=n1=n2，故传动比 i=1 直接档

（8）如果所有元件无约束，则动力无法传动 空档

总结：行星齿轮架作从动件——1档或2档，二元件连接后带动另一个元件——3档，行星齿轮架作主动件——O/D档， 行星齿轮架固定——倒档，如果所有元件无约束，则动力无法传动——空档。

4.自动变速器换档执行元件

离合器;①作用：传递.连接。把转矩由一个元件传到另一个元件。②类型：湿式多片式离合器。③ 结构：主动部分：离合器鼓.钢片等，从动部分：离合器毂.摩擦片等， 压紧机构：油缸.活塞等， 分离机构：回位弹簧等。

制动器;①作用：将行星齿轮机构中的某元件固定，将其它执行元件的某部分固定。②类型：A、.湿式多片式（与离合器相同）B、带式：带式结构：旋转元件：制动鼓，固定元件：制动带，促动装置：油缸.活塞。

单向离合器 ①作用：单向连接或单向制动。②特点：只要改变传递方向就可以改变单向离合器的工作状态，不需要液压控制装置的控制。但有方向性，不能装反。③类型：滚柱斜槽式.楔块式.棘轮棘爪

二、辛普森五档自动变速器的特点及图表

丰田A650E自动变速器是丰田公司1997年10月推出的新产品，装备在凌志LS400、SC400和GS300/400轿车上，于1998年开始进入中国市场。A650E在A341E的基础上有作了四大改进。

（1）取消了节气门拉索及节气门阀，主油路油压由发动机和ECFECU根据节气门位置信号、车速信号、空挡启动开关信号和ATF油温信号，控制输往主油路的油压，调节电磁阀SLT的电流进行控制。

（2）在变速器的后端增加了一组行星齿轮组。

（3）增加了一个减速挡，即由4挡变速器变成5挡变速器。4个换挡电磁阀控制变速器换挡，进一步改善了车辆的动力性和经济性。

（4）发动机、ECT和巡航控制系统共用一个ECU，使用电子节气门和车辆的控制更加先 进。

三、自动变速器五档各动力流分析

（1）P位和N位。当操纵手柄置于P位和N位，而发动机又没有启动时，由于油泵没有旋转，整个液压系统没有工作。但当在P位或N位点火时，情况就不一样了。在P位点火时，液压控制系统使超速直接离合器C0和第三制动器B3动作。C0动作，使超速行星排的超速太阳轮和超速行星架连为一体，超速行星排就以直接传动（传动比为1）的方式输出。

（2）1 档（D、4、3或2档）动力流。动作元件C0、F0、C1、F2，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。C1动作连接输入小轴及中间轴，中间轴顺转带动O/D齿圈顺转，带动后行星轮顺转，带动太阳轮逆转，带动前行星轮顺转，带动行星架逆转，F2动作固定后行星架，所以带动后行星架顺转，动力经后行排星架输出。

（3）2 档动力流。动作元件C0、F0、C1、B3，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。C1动作连接输入小轴及中间轴，带动中间排行星齿圈顺转，带动公共太阳轮逆转，F3动作固定前行星架，所以带动前齿圈顺转，动力经前排齿圈输出。

（4）3档动力流。动作元件C0、F1、C1、B2，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。C1动作连接输入小轴及中间轴，带动中间排行星齿圈顺转，带动公共太阳轮逆转，F1、B2同时动作不让公共太阳轮逆转，所以带动中间排行星架顺转，动力经中间排行星架输出。

（5）4档动力流。动作元件C0、C1、C2、B2、F0，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，C0动作将O/D排连为一整体动力经O/D齿圈输出。C1动作连接输入小轴及中间轴，转带动中间排行星齿圈顺转，C2动作所以带动公共太阳轮也顺转，故中间排连为一整体，动力经中间排行星架输出。此时变速箱为一整体传动比1∶1。

（6）5档动力流。动作元件C1、C2、B2、B0，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，B0动作固定O/D太阳轮，O/D齿圈超速输出。C1动作连接输入小轴及中间轴，转带动中间排行星齿圈顺转，C2动作所以带动公共太阳轮也顺转，故中间排连为一整体，动力经中间排行星架输出。实现超速输出。

（7）R档动力流。动作元件C2、B0、B4，输入轴顺转带动O/D行星架顺转，O/D齿圈暂固定带动O/D行星轮逆转，带动O/D太阳轮顺转经F0顺转等连接前行星架，B0动作固定O/D太阳轮，O/D齿圈超速输出。C2动作带动公共太阳轮顺转，中间排行星架暂时固定，故中间排齿圈反转，带动后排行星齿中太阳能轮反转，B4动作固定后排齿圈，动力经后排行星架反转输出，实现倒档。

（8）L位一档。动作元件C0、C1、B4、F0、F2，又称具有引擎制动功能的锁止一档，输出轴顺转，带动后排行星架顺转，带动前排齿圈顺转，带动中排行星架顺转，F2处于跑空状态，B4动作固定后排齿圈，所以带动后排太阳轮顺转，后排太阳轮连接到C1，由于没有单向离合器传推动力，动力可以直接传至发动机，实现发动机制动。

四、通过动力流分折故障

1.故障诊断与检修程序

液控和电控自动变速器故障诊断与检修的程序不同。

液控自动变速器故障诊断与检修的程序分六步;

初步检查;失速试验;油压试验;换档迟滞试验;道路试验;零部件拆卸检查。

电控自动变速器故障诊断与检修的程序;

初步检查;读取故障码;手动换档试验;失速试验;油压试验;换档迟滞试验;道路试验;电控系统检查;车上和车下修理。

2.自动变速器故障的动力流分析法

利用自动变速器的动力流分析是正确诊断的前提，熟知结构是正确诊断的关键。排除故障的具体方法一般是调整或更换元件即可。在分析各类齿轮式自动变速器结构和工作原理的过程中，只要自动变速器所在档位的离合器、制动器、单向离合器工作正常，参与其所在档位的行星齿轮机构正常，自动变速器在该档位即可正常工作，所以离合器、制动器、单向离合器是保证自动变速器正常工作的重要环节。离合器、制动器正常工作的條件是：离合器、制动器自身良好;油路系统各阀良好，油道畅通：各传感器、电磁阀和ECU正常。

以A650E五档自动变速器为例题，如果前进档正常，而没有倒档，证明B4制动器或相关控制油路及电路有故障。

3.可利用动力流分析的自动变速器常见故障

①自动变速器打滑故障;②自动变速器换档冲击故障;③自动变速器不能升档的故障;④自动变速器异响故障 ;⑤自动变速器汽车无发动机制动故障。

五、总结

汽车电子控制自动变速器是目前汽车上机、电、液一体化程度较高的大总成件，结构复杂， 制造维修成本高、需要大量的专业设备和专业技师才能完成维护和修复。作为汽车技术人员，首先要熟悉电控自动变速器的结构及工作原理和动力传递路线，同时要掌握相应的维修工艺和专用检修设备的正确使用，具有娴熟的实际操作。本文系统地阐述了电控五档自动变速器的结构和工作原理，对典型电控自动变速器的换档执行元件的位置、执行元件的工作情况、动力传递路线进行了详细分析。自动变速器档位也在不断增加，现在发展到12个前进档，我不得不承认自动变速箱档越多，行驶更平稳，燃油更经济，更舒适。

参考文献：

[1]陈晟闽、江苏大学、汽车自动变速器故障动力流分析法的研究

[2]万通教材《汽修大师之晋级-电控底盘》