某10挡自动变速器速比及行星机构齿比计算的研究

王坤城，朱新明 Wang Kuncheng，Zhu Xinming



某10挡自动变速器速比及行星机构齿比计算的研究

王坤城，朱新明
Wang Kuncheng，Zhu Xinming

（比亚迪汽车工业有限公司 产品规划及汽车新技术研究院，广东 深圳 518118）

近年来传统自动变速器挡位多挡化趋势明显，市场上已经陆续出现了一些搭载10挡自动变速器的车辆。介绍某10挡自动变速器，并计算该型号变速器的10个前进挡的挡位速比和1个倒车挡的挡位速比，进而推导出行星机构齿比，为自动变速器设计提供一定的参考。

自动变速器；行星齿轮结构；10挡；速比

0 引 言

近年来自动变速器多挡化趋势明显，并在最近几年获得突破，9挡、10挡等多挡位变速器先后推出。某车企于2016年推出某型号10挡自动变速器[1]701，该变速器目前已经量产并搭载在某型号车辆上。介绍10挡自动变速器，并计算该变速器的挡位速比，以及行星机构齿比，为自动变速器动力设计提供一定的参考。

1 变速器的结构

某车企10挡变速器实物剖面如图1所示[1]703。

图1 某车企10挡变速器剖面图

该变速器具有以下特征：

1）变速器有10个前进挡位和1个倒车挡位，其中前进挡位包括6个低速挡位、1个直接挡位以及3个超速挡位；

2）采用3排行星齿轮机构，其中包含1组拉维娜复合行星齿轮机构和2排普通单级行星齿轮机构；

3）采用新型变扭器，提升了变速器闭锁区域并减小了变扭器轴向尺寸；

4）每一个挡位均有3组换挡元件工作，换挡时通过一组执行元件的切换实现挡位的切换；

5）共有6组换挡元件、2组制动器和4组离合器控制换挡。

某车企10挡纵置变速器结构原理如图2所示[1]704。

注：B1为制动器1，B2为制动器2，C1为离合器1，C2为离合器2，C3为离合器3，C4为离合器4，从左到右依次为P1行星齿轮机构、P2行星齿轮机构、P3行星齿轮机构、P4行星齿轮机构，其中P1与P2组成拉维娜复合行星齿轮机构。

2 执行器组合分析和速比计算

2.1 各挡位执行器状态表

该变速器输出连接到P3行星架和P4齿圈，在P4离合器接合时，P3行星机构与P4行星机构组成辛普森复合行星齿轮机构，则整个变速器传动部分主要由拉维娜复合行星机构和辛普森行星机构组成，其中拉维娜复合行星齿轮机构具有2个太阳轮，1个共用行星架和1个共用齿圈。各挡位执行器工作状态见表1[1]703。

表1 各挡位执行器工作组合表

2.2 速比计算

1）1挡速比。

离合器C1/C2接合，P2齿圈和太阳轮及行星架等速传动；制动器B2制动，行星齿轮P3齿圈固定，有如下关系

31=(1+3)33（1）

得

1=1+3（2）

式中：31为P3太阳轮转速；33为P3行星架转速；3为P3齿圈齿数与太阳轮齿数之比；1为1挡速比。

2）2挡速比。

制动器B1/B2制动，离合器C1接合，行星齿轮P2齿圈同时输入到P3行星架和P3太阳轮，则P3齿圈以与P2齿圈相同的转速旋转并输入到P4太阳轮，此时P4行星架作为输出，有如下关系

112=(1+1)13（3）

31=(1+3)33（4）

得

式中：12为P1/P2齿圈转速；13为P1行星架转速；1为P1/P2齿圈齿数与P1太阳轮齿数之比；2为2挡速比。

3）3挡速比。

制动器B1/B2制动，离合器C2接合，有如下关系

112=(1+1)13（6）

21-212=(1-2)13（7）

31=(1+3)33（8）

得

式中：21为P2太阳轮转速；2为P1/P2齿圈齿数与P2太阳轮齿数之比；3为3挡速比。

4）4挡速比。

制动器B1/B2制动，离合器C4接合，有如下关系

31=(1+3)33（10）

41+142=(1+4)43（11）

得

式中：41为P4太阳轮转速；42为P4齿圈转速；43为P4行星架转速；4为P4齿圈齿数与其太阳轮齿数之比；4为4挡速比。

5）5挡速比。

制动器B1制动，离合器C2/C4接合，有如下关系

112=(1+1)13（13）

21-212=(1-2)13（14）

41+442=(1+4)43（15）

得

式中：5为5挡速比。

6）6挡速比。

制动器B1制动，离合器C1/C4接合，有如下关系

112=(1+1)13（17）

41+442=(1+4)43（18）

得

式中：6为6挡速比。

7）7挡速比。

无制动，离合器C1/C3/C4接合，所有旋转元件等速旋转，则

7=1 （20）

式中：7为7挡速比。

8）8挡速比。

制动器B1制动，离合器C3/C4接合，有如下关系

112=(1+2)13（21）

31+332=(1+3)33（22）

41+442=(1+4)43（23）

得

式中：32为P3齿圈转速；8为8挡速比。

9）9挡速比。

制动器B1制动，离合器C1/C3接合，有如下关系

112=(1+2)13（25）

得

式中：9为9挡速比。

10）10挡速比。

制动器B1制动，离合器C2/C3接合，有如下关系

112=(1+2)13（27）

21-322=(1-2)23（28）

31+332=(1+3)33（29）

得

式中：22为P1/P2齿圈转速（12与22为共用齿圈）；23为P1/P2行星架转速；10为10挡速比。

11）R挡速比。

制动器B2制动，离合器C2/C3接合，有如下关系

21-322=(1-2)23（31）

31+332=(1+3)33（32）

得

式中：R为倒车R挡速比。

3 行星齿轮机构齿比计算

结合表1中1挡速比和式（1）可计算出3=3.923；结合表1中2挡速比和式（5）及3可计算出1=1.781；结合表1中3挡速比和式（9）及1、3可计算出2=1.952；结合表1中4挡速比和式（12）及3可计算出4=3.463；各行星齿轮机构齿圈齿数与太阳轮齿数之比见表2。

表2 各行星齿轮机构齿圈齿数与太阳轮齿数比

将表2计算所得各齿比分别代入式（16）、（19）、（24）、（26）、（30）、（33）得到第5挡、6挡、8挡、9挡、10挡以及R挡速比，结果与表1一致。

4 结束语

自动变速器的速比及齿比关系到车辆的平顺性和燃油经济性等方面，阐述分析了10挡自动变速器的特点，详细论述了变速器10个前进挡位和1个倒车挡位的速比计算过程，同时推导计算10挡自动变速器各行星齿轮机构的齿比，并验证了计算的准确性，对自动变速器设计特别是动力传动部分设计提供了一定的参考。

[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