以U340E为例分析执行元件故障对自动变速器的影响

文 强

（柳州职业技术学院，广西 柳州 545006）

0 引言

20世纪末，由于电子控制技术不够发达，为了改善自动变速器的换挡冲击，增强乘车舒适性，自动变速器中使用了较多的单向离合器，造成自动变速器使用的执行元件增加。执行元件数量的增多，增加了自动变速器出故障的风险率。车辆出故障的次数增加，将给车主造成时间和财产上的损失。

电液控自动变速器（简称自动变速器或AT）挡位的切换，是通过控制执行元件的工作状态来实现的[1]。因此，执行元件的工作状态是否正常，直接影响着自动变速器的动力传递，影响着车辆的使用状态、经济性能和舒适性能。自动变速器的执行元件包括湿式多片离合器（简称离合器）、湿式多片制动器（简称制动器）和单向离合器。根据执行元件的工作原理，自动变速器的电子控制单元通过液压系统来控制离合器、制动器的工作状态，而单向离合器的工作状态则和其连接的行星排元件的旋转方向有关[2]。因此，在分析单向离合器故障时，需要分析每一个动力挡位的动力传递路线。

U340E自动变速器结构在辛普森结构的基础上进行改进，使用了8个执行元件实现最高4速的动力传递方案[3]。8个执行元件包括2个单向离合器、3个离合器和3个制动器。通过对U340E自动变速器的8个执行元件进行故障分析，维修人员可以缩小U340E自动变速器的故障范围，快速诊断自动变速器的故障类型，缩减故障诊断时间，降低维修成本。同时，维修人员可以参照对U340E自动变速器的分析来分析其他类型的自动变速器故障。

1 U340E自动变速器

1.1 U340E自动变速器的结构

U340E型号自动变速器的结构是在辛普森结构的基础上进行改进的，改进后的结构在业内称为CR-CR结构，CR-CR结构包括两个单行星轮行星排和8个执行元件（2个单向离合器、3个离合器、3个制动器）。通过执行元件的组合，CR-CR结构可以实现最高4挡的动力传递。U340E自动变速器的结构简图如图1所示。

图1 U340E自动变速器的结构简图

从图1可以看出，U340E自动变速器结构由两个单行星轮行星排采用并联式关系组成，从右往左依次为：第一单行星轮行星排（前排）、第二单行星轮行星排（后排）。前排行星架、后排齿圈及输出轴刚性连接，前排齿圈和后排行星架刚性连接。单向离合器F2工作时不允许前排齿圈和后排行星架逆时针旋转；B2、F1同时工作时不允许后排太阳轮逆时针旋转。

1.2 各挡位的工作执行元件

根据表1，离合器和制动器的工作情况直接受控于自动变速器的控制单元；而单向离合器在保证内侧或者外侧被固定的前提下，其工作情况受控于其外侧或内侧直接连接的行星排元件的旋转方向。在满足换挡条件的前提下，自动变速器控制单元通过切换液压系统中油路的走向来控制离合器或者制动器的接合或者分离，从而达到换挡的目的。通过对U340E自动变速器换挡的研究和分析可得出，U340E自动变速器在换挡的过程中满足单一切换原则[4]，即分离一个离合器或制动器，结合另一个离合器或制动器实现换挡。这有利于降低自动变速器的换挡冲击，改善车主的乘车舒适性。

表1 U340E自动变速器各挡位执行元件工作表

2 U340E自动变速器各挡位的动力传递路线

单向离合器的作用是单方向固定行星排元件，因此，单向离合器的正确安装方向对自动变速器各挡位动力传递十分重要，否则会造成自动变速器故障。在分析单向离合器的故障时，需要知道各挡位在传递动力时两个行星排所有元件的旋转方向。U340E自动变速器的输入轴是顺时针旋转输入的。离合器的作用是传递动力，且不改变动力的方向；制动器的作用是利用不能旋转的自动变速器壳体通过制动器来固定连接的行星排元件。

2.1 D1挡动力传递路线

后排行星排：后排行星架（固定）、后排齿圈（顺）、后排太阳轮（逆）。

S-1挡动力传递路线和D1一样。L-1挡，执行元件C1、F2、B3工作：（1）车辆不下坡，L-1的动力从发动机通过变速器传给车轮，其与D1的动力传递路线一样；（2）车辆下坡（下坡不踩油门踏板），动力从车轮输入反传给发动机（即动力从变速器的输出轴反传给输入轴）不能实现。若动力从变速器的输出轴输入反传给输入轴时，前排齿圈顺时针旋转，F2则不能固定前排齿圈。因此，动力不能从车轮反传到发动机。而B3工作则固定前排齿圈，动力可以从车轮通过变速器反传到发动机，从而实现发动机制动功能。

2.2 D2档动力传递路线

S-2挡，执行元件C1、F1、B2、B1工作：（1）车辆不下坡，S-2的动力从发动机通过自动变速器传给车轮，其与D2动力传递路线一样；（2）车辆下坡（下坡不踩油门踏板），动力从车轮输入通过自动变速器反传给发动机（即动力从自动变速器的输出轴反传给输入轴）不能实现。若动力从自动变速器的输出轴输入反传时，后排太阳轮顺时针旋转，F1、B2工作则不能固定后太阳轮。因此，动力不能从车轮通过自动变速器反传到发动机。而B1工作则可以固定后排太阳轮，动力可以从车轮输入通过变速器反传到发动机，从而实现发动机制动。

2.3 D3挡动力传递路线

后排行星排：后排行星架（顺）、后排齿圈（顺）、后排太阳轮（顺）。

由于在D3挡时后太阳轮顺时针旋转，B2工作时F1逆时针固定后排太阳轮，因此，B2工作不影响D3挡动力传递；而为了满足单一切换的原则，自动变速器的控制单元控制B2一直接合（即B2工作）。

2.4 D4挡动力传递路线

3 执行元件故障分析

自动变速器的执行元件有三种：多片湿式离合器（简称离合器）、多片湿式制动器（简称制动器）、单向离合器。自动变速器的控制单元通过控制执行元件液压工作缸中的液压高低来控制离合器、制动器是否接合（即是否工作），因此，离合器、制动器的故障有打滑、一直接合。单向离合器有内圈、外圈，内圈或外圈直接或间接连接着变速器壳体，因此，单向离合器的故障有装反、打滑、卡滞。

离合器传递动力，其打滑程度影响着动力的传递，若打滑轻则可以继续传递动力，但是传递的动力下降；若打滑严重，则传递的动力大大降低，甚至不能传递动力。制动器固定行星排元件，其打滑不能固定行星排元件，需要该制动器工作的挡位不能传递动力。单向离合器是单方向固定行星排元件，其打滑则不能固定元件，单向离合器打滑，则该挡位不能传递动力。执行元件一直接合或者卡滞，即执行元件一直在工作。

U340E自动变速器有最高4速前进挡位，升降挡都是按照逐一顺序来实现的，不能跳跃换挡，否则换挡冲击过大，对自动变速器的损害大。

U340E自动变速器的运行模式有：动力模式、经济模式、雪地模式。其在雪地模式下，车辆以2挡起步；其他模式以1挡起步。

3.1 F1故障分析

（1）F1打滑故障。若F1打滑，则F1不能固定后排太阳轮，则无D2挡；但S2挡中，有B1工作，可以固定后排太阳轮。因此，S2挡可以传递动力，而通过S2挡可以实现升D3、D4挡。F1打滑故障时，则无D2挡；其他动力挡位正常。

（2）F1装反故障。正常情况下，D2挡，F1、B2逆时针固定后排太阳轮。F1装反，则F1、B2顺时针固定后排太阳轮，无D2挡；但S2挡中，有B1工作，可以固定后太阳轮。由于D3中后太阳轮顺时针旋转，且B2一直工作，因此，无D3挡，从而不能升入D4挡。若F1装反，D1、L1、S2、R挡正常；无D2、D3、D4挡。

（3）F1卡滞。若F1卡滞（即F1内外圈连接为一体），则F1与B2都工作时固定后太阳轮。B2在D2、D3、D4挡位时工作，因此，若F1卡滞，则无D3、D4挡；而D1、D2、S2、L1、R挡正常。

3.2 F2故障分析

（1）F2打滑故障。若F2打滑，则F2不能固定前排齿圈，则无D1挡；但L1挡时B3工作可以固定前排齿圈，因此，可以通过雪地模式或L1挡升入D2挡。若F2打滑，无D1挡；但其他动力挡位正常。

（2）F2装反故障。正常情况下，D1挡时，F2逆时针固定前排齿圈和后排行星架。若F2装反，则F2顺时针固定前排齿圈和后排行星架，则无D1挡；但L1挡有B3工作可以固定前排齿圈，有L1挡。S2、D2、D3、D4挡时，前排齿圈和后排行星架都顺时针旋转，因此，无S2、D2、D3、D4挡。R挡，B3工作，固定后排行星架。所以，若F2装反，无D1、D2、D3、D4、S2挡；但L1、R挡正常。

（3）F2卡滞。若F2卡滞（即F2内外圈连接为一体），F2通过壳体固定前排齿圈和后排行星架。S2、D2、D3、D4挡，都要求前排齿圈和后排行星架旋转，因此，F2卡滞，则无S2、D2、D3、D4挡；但D1、L1、R挡正常。

3.3 C1故障分析

（1）C1打滑故障。C1离合器轻微打滑时，其传递的动力下降。D1、D2、D3、L1、S2挡都要求C1工作。因此，C1打滑，D1、D2、D3、L1、S2挡行驶无力，加速无力，甚至起步无力；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，则无R、D4；但D1、D2、D3、L1、S2挡正常。

3.4 C2故障分析

（1）C2打滑故障。C2离合器打滑，其传递的动力下降。D3、D4都要C2工作。因此，C2打滑，则D3、D4挡行驶无力，加速无力；但D1、D2、L1、S2、R挡正常。

（2）C2一直接合故障（即C2一直工作）。D1、D2、L1、S2、R挡都不需要C2工作。无1、2挡，则不能升到D3、D4挡。因此，C2一直接合，无任何动力挡位。

3.5 C3故障分析

（1）C3打滑故障。C3离合器打滑，其传递的动力下降。只有R挡时，要求C3工作。所以，C3打滑，则R挡行驶无力、加速无力，甚至起步无力；但其他动力挡位正常。

（2）C3一直接合故障（即C3一直工作）。只有R挡时，要求C3工作。因此，C3一直接合，则有R挡；但无前进挡位。

3.6 B1故障分析

（1）B1打滑。B1制动器打滑，则其不能固定后排太阳轮。S2、D4要求B1工作。因此，B1打滑故障，则不能形成D4挡，且S2没有发动机制动功能，但S2挡的动力可以从发动机经过自动变速器传递到车轮；其他动力挡位正常。

（2）B1一直接合（即B1一直工作）。S2、D4要求B1工作。雪地模式，车辆以2挡起步；但无D3挡，因此不能升到D4挡。因此，B1一直接合，则只有S2挡（雪地模式）；无其他动力挡位。

3.7 B2故障分析

（1）B2打滑。B2工作是固定F1的外圈，若B2制动器打滑，不能固定F1外圈，则F1不能起作用，进而不能形成D2挡位。而S2挡中有B1工作，可以形成S2挡，也可以通过S2挡升入D3、D4挡。所以，B2打滑，无D2挡；但其他动力挡位正常。

（2）B2一直接合（即B2一直工作）。B2一直接合，则B2一直固定F1的外圈，B2、F1一直逆时针固定后太阳轮。在D1、L1挡时，后太阳轮逆时针旋转，则D1、L1挡不允许后排太阳轮被固定，否则不能形成D1、L1挡；但有D2、S2挡（雪地模式）、D3、D4、R挡。因此，B2一直接合，则无D1、L1挡；但D2、S2挡（雪地模式）、D3、D4、R挡正常。

3.8 B3故障分析

（1）B3打滑。B3制动器打滑，则其不能固定后排行星架和前排齿圈。L1、R挡要求B3工作，若B3打滑则不能形成R挡，且L1挡没有发动机制动功能，但L1挡的动力可以从发动机经过自动变速器传递到车轮；D1、D2、D3、D4、S2挡正常。

（2）B3一直接合（即B3一直工作）。B3一直接合，后排行星架和前排齿圈一直被固定。则D1、L1、R挡都要求后排行星架和前排齿圈被固定，其他挡位都要求后排行星架和前排齿圈不能被固定。因此，若B2一直接合，则D1、L1、R挡正常；无其他动力挡位。

通过以上各执行元件的故障分析，再结合道路试验故障现象，能够将故障范围进一步缩小，以便维修人员快速诊断出自动变速器的某类故障，缩减故障诊断时间，降低维修成本。

4 结论

自动变速器结构较复杂，在维修过程中，其故障点较难分析，从而增加了维修的难度和成本。通过对U340E自动变速器执行元件的故障分析，可以为自动变速器的维修人员提供最直接的帮助和指引。同时，自动变速器维修人员还可以参考本文例子举一反三，分析其他类型的自动变速器，以便快速诊断出自动变速器的故障类型，缩减故障诊断时间，降低维修成本。