液力自動(dòng)變速器行星齒輪傳動(dòng)系簡(jiǎn)析

趙海燕，王樂

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

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液力自動(dòng)變速器行星齒輪傳動(dòng)系簡(jiǎn)析

趙海燕，王樂

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

摘 要：文章分析了ZF公司五檔、六檔、八檔、九檔液力自動(dòng)變速器行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)路線，并進(jìn)行比較，通過分析為同類型自動(dòng)變速器及其他行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)及設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)變速器；換擋邏輯；行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.059

CLC NO.: U463.4Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2016)04-165-03

引言

在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，液力自動(dòng)變速器作為車用變速器的高端產(chǎn)品一直被國(guó)外汽車零部件公司所壟斷，其中德國(guó)采埃孚集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱ZF公司）的產(chǎn)品開發(fā)及設(shè)計(jì)能力一直處于領(lǐng)先水平。其設(shè)計(jì)的五檔、六檔、八檔、九檔液力自動(dòng)變速器產(chǎn)品已經(jīng)是全球高端轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。本文旨在通過分析其不同產(chǎn)品的傳動(dòng)路線及換擋邏輯為國(guó)內(nèi)技術(shù)人員在行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)及換擋邏輯的概念設(shè)計(jì)提供一定的幫助和參考。

1、不同變速器傳動(dòng)路線及換擋邏輯分析

1.1 五檔自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線及換擋邏輯

五檔自動(dòng)變速器以ZF公司5HP24變速器為例分析。該款變速器用于寶馬、路虎、捷豹等多款高端車型。5HP24主要由三組單級(jí)行星齒輪組和七組換擋元件組成，換擋元件包括三組離合器、三組制動(dòng)器及一個(gè)單向離合器。圖1為傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖，其中離合器A驅(qū)動(dòng)行星排2、3的太陽輪；離合器B驅(qū)動(dòng)行星排1、3的齒圈，行星排2的行星架；離合器C驅(qū)動(dòng)行星排1的太陽輪；制動(dòng)器D固定行星排1的太陽輪；制動(dòng)器E固定行星排1的行星架及行星排2的齒圈；制動(dòng)器F固定行星排1、3的齒圈及行星排2的行星架；H為單向離合器，一檔傳動(dòng)時(shí)工作。G為變矩器閉鎖離合器，與行星齒輪組換擋系統(tǒng)無關(guān)，僅當(dāng)變矩器處于非變矩工況時(shí)該離合器結(jié)合，以提高傳動(dòng)效率。

圖1　5HP24傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖

表1為5HP24變速器的換擋邏輯表，以二檔為例分析該變速器的動(dòng)力傳遞路線。二檔時(shí)離合器A和制動(dòng)器E結(jié)合，動(dòng)力輸入后經(jīng)行星排2、3的太陽輪輸入，由于行星排2的齒圈被制動(dòng)器E固定，此時(shí)動(dòng)力從行星排2的行星架輸出至行星排3的齒圈，與行星排3太陽輪輸入的動(dòng)力共同帶動(dòng)行星排3的行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出至變速器的輸出端。其他檔位傳動(dòng)路線按照表1狀態(tài)以此類推。

表1　5HP24換擋邏輯

1.2 六檔自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線及換擋邏輯

六檔自動(dòng)變速器以ZF公司6HP26變速器為例分析，該變速器為全球首款轎車用六速液力自動(dòng)變速器，2001年首次用于寶馬7系E65車型，此后被所有主流整車廠所使用。6HP26行星齒輪變速系統(tǒng)由一組單級(jí)行星齒輪組和一組Ravigneaux式行星齒輪組組成。變速器換擋由五組換擋元件完成，包括三組離合器、兩組制動(dòng)器。圖2為傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖，其中離合器A連接行星排1的行星架與雙級(jí)行星排2的太陽輪；離合器B連接行星排1的行星架與雙級(jí)行星排2的外圈行星輪；離合器C驅(qū)動(dòng)行星排1的齒圈與雙級(jí)行星排2的行星架。制動(dòng)器D固定雙級(jí)行星排2的外圈行星輪；制動(dòng)器E固定雙級(jí)行星排2的行星架。F為變矩器閉鎖離合器。

圖2　6HP26傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖

表2　6HP26換擋邏輯

表2為6HP26變速器的換擋邏輯表，以一檔為例分析該變速器的動(dòng)力傳遞路線。一檔時(shí)離合器A和制動(dòng)器E結(jié)合，動(dòng)力經(jīng)行星排1的齒圈輸入行星架輸出，通過離合器A驅(qū)動(dòng)雙級(jí)行星排2的太陽輪；雙級(jí)行星排2的行星架被制動(dòng)器E固定，此時(shí)動(dòng)力從行星排2的太陽輪帶動(dòng)齒圈輸出至變速器的輸出端；所以一檔時(shí)動(dòng)力通過1、2排行星排雙級(jí)減速輸出，減速比最大。其他檔位傳動(dòng)路線按照表2狀態(tài)以此類推。

1.3 八檔自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線及換擋邏輯

八檔自動(dòng)變速器以ZF公司8HP70變速器為例分析。該變速器于2008年開始量產(chǎn)，應(yīng)用于寶馬、奧迪、克萊斯勒及路虎等多種車型上，是一款主流八檔自動(dòng)變速器。8HP70行星齒輪變速系統(tǒng)主要由四組單級(jí)行星齒輪組與五組換擋元件組成，換擋元件包括三組離合器和兩組制動(dòng)器。圖3為傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖，其中制動(dòng)器A固定行星排1、2的太陽輪；制動(dòng)器B固定行星排1的齒圈；離合器C連接行星排3的太陽輪和齒圈；離合器D驅(qū)動(dòng)行星排3的齒圈及行星排4的太陽輪；離合器E連接行星排3、4的行星架。離合器F為變矩器閉鎖離合器。

圖3　8HP70傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖

表3　8HP70換擋邏輯

表3為8HP70變速器的換擋邏輯表，以三檔為例分析該變速器的動(dòng)力傳遞路線。三檔時(shí)離合器C、D結(jié)合，動(dòng)力輸入后帶動(dòng)行星排2和行星排3整體轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)行星排4的太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)；制動(dòng)器B結(jié)合，固定行星排1的齒圈，動(dòng)力經(jīng)行星排2帶動(dòng)行星排1的太陽輪驅(qū)動(dòng)行星排1的行星架減速輸出至行星排4的齒圈；此時(shí)行星排4的太陽輪為等速輸入，行星排4的齒圈為減速輸入，動(dòng)力經(jīng)行星架減速輸出至變速器輸出端，所以三檔時(shí)動(dòng)力通過1、4排行星排減速輸出。其他檔位傳動(dòng)路線按照表3狀態(tài)以此類推。

1.4 九檔自動(dòng)變速器傳動(dòng)路線及換擋邏輯

九檔自動(dòng)變速器以ZF公司9HP48變速器為例分析。該變速器作為全球首款九速自動(dòng)變速器于2013年開始量產(chǎn)，應(yīng)用于克萊斯勒、路虎、保時(shí)捷等多款豪華車型。9HP48行星齒輪變速系統(tǒng)主要由四組單級(jí)行星齒輪組及六組換擋元件組成，換擋元件包括兩組離合器、兩組制動(dòng)器及兩組爪型離合器。圖4為傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖，其中離合器A驅(qū)動(dòng)行星排1的齒圈、行星排2的行星架；離合器B驅(qū)動(dòng)行星排4的太陽輪；制動(dòng)器C固定行星排3的齒圈；制動(dòng)器D固定行星排4的太陽輪；爪型離合器E固定行星排1、2的太陽輪。爪型離合器F驅(qū)動(dòng)行星排3的太陽輪及行星排4的齒圈。離合器G為變矩器閉鎖離合器。

圖4　9HP48傳動(dòng)路線簡(jiǎn)圖

表4　9HP48換擋邏輯

表4為9HP48變速器的換擋邏輯表，以倒檔為例分析該變速器的動(dòng)力傳遞路線。倒檔時(shí)離合器B結(jié)合，動(dòng)力輸入后帶動(dòng)行星排4的太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)；制動(dòng)器C結(jié)合固定行星排3的齒圈，行星排3的太陽輪與行星排4的齒圈固定，行星排3的行星架與行星排4的行星架固定，所以動(dòng)力經(jīng)行星排4的太陽輪輸入，經(jīng)行星排3的行星架反向減速輸出至行星排2的齒圈；爪型離合器E結(jié)合，行星排1、2的太陽輪固定，行星排2的齒圈通過行星架帶動(dòng)行星排1的齒圈驅(qū)動(dòng)行星排1的行星架同樣反向減速輸出至變速器輸出端，所以倒檔時(shí)動(dòng)力反向減速輸出。其他檔位傳動(dòng)路線按照表4狀態(tài)以此類推。

2、行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)比分析

綜上所述，ZF五檔變速器使用三排行星齒輪組七組換擋元件實(shí)現(xiàn)五速換擋，而六檔變速器在減少一排行星齒輪組和減少兩組換擋元件的情況下可實(shí)現(xiàn)六速換擋。六檔變速器通過采用Ravigneaux型雙行星齒輪組并優(yōu)化換擋元件位置以更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)更小的重量實(shí)現(xiàn)更好的性能。這兩款變速器使用優(yōu)化的換擋邏輯，每個(gè)檔位僅兩組換擋元件工作，且相鄰檔位都共用一組換擋元件，這樣在換擋過程中可以減少離合器動(dòng)作，增加換擋元件使用壽命。ZF八檔變速器使用四排行星齒輪組和五組換擋元件，九檔變速器與之類似僅增加一組換擋元件。八檔變速器采用縱向布置，用于后驅(qū)或全驅(qū)車型，其行星輪系為直列式排布。九檔變速器為橫向布置，用于前驅(qū)或全驅(qū)車型，其前兩排行星輪系為直列排布，后兩排為嵌套排布以此來縮減縱向尺寸，使之更適合前驅(qū)車型。與五檔和六檔變速器相比，由于行星排的增加每個(gè)檔位需要三組離合器同時(shí)工作，同樣其換擋邏輯也經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，相鄰檔位共用兩組離合器，所以換擋時(shí)也僅需多結(jié)合一組換擋元件。下表5為這幾款變速器的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比。

表5　行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比

參考ZF公司的多款變速器可以得出，在進(jìn)行行星齒輪變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)變速器布置形式及檔位配置選擇合適的行星排排列形式，同時(shí)還需分析傳動(dòng)路線以規(guī)避專利保護(hù)。在換擋執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)及換擋邏輯選擇上還需根據(jù)變速器使用工況及結(jié)構(gòu)優(yōu)化執(zhí)行元件工作狀態(tài)以使換擋過程更合理，換擋動(dòng)作更便利。

3、結(jié)語

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)的缺失越來越明顯，液力自動(dòng)變速器作為高檔轎車的核心零部件其重要性日漸突出。行星齒輪變速系統(tǒng)作為AT產(chǎn)品的核心，需進(jìn)行重點(diǎn)突破。國(guó)外已有多種不同檔位不同結(jié)構(gòu)的AT產(chǎn)品，我們需要通過分析了解其產(chǎn)品特點(diǎn)并另辟蹊徑設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的行星齒輪變速系統(tǒng)以提高我國(guó)高端零部件設(shè)計(jì)制造的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.[M]吉林人民交通出版社,2006.

中圖分類號(hào)：U463.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-165-03

作者簡(jiǎn)介：趙海燕，就職于西安雙特智能傳動(dòng)有限公司設(shè)計(jì)部。王樂，就職于西安雙特智能傳動(dòng)有限公司設(shè)計(jì)部。

Brief Analysis of AT Planetary Gearset System

Zhao Haiyan, Wang Le
（Xi’an FC intelligence transmission co., LTD, Shaanxi Xi 'an 710119）

Abstract:Brief analyses5speed, 6speed,8speed and 9speed hydraulicautomatic transmission of ZF company. Provide reference and concept for developing and designing other automatic transmission or planetary gearset through comparisonanalysis.

Keywords:Automatic transmission; Shift Schematic; planetarygearsetsystem