以U340E為例分析執(zhí)行元件故障對自動變速器的影響

文 強

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引言

20世紀末，由于電子控制技術(shù)不夠發(fā)達，為了改善自動變速器的換擋沖擊，增強乘車舒適性，自動變速器中使用了較多的單向離合器，造成自動變速器使用的執(zhí)行元件增加。執(zhí)行元件數(shù)量的增多，增加了自動變速器出故障的風(fēng)險率。車輛出故障的次數(shù)增加，將給車主造成時間和財產(chǎn)上的損失。

電液控自動變速器（簡稱自動變速器或AT）擋位的切換，是通過控制執(zhí)行元件的工作狀態(tài)來實現(xiàn)的[1]。因此，執(zhí)行元件的工作狀態(tài)是否正常，直接影響著自動變速器的動力傳遞，影響著車輛的使用狀態(tài)、經(jīng)濟性能和舒適性能。自動變速器的執(zhí)行元件包括濕式多片離合器（簡稱離合器）、濕式多片制動器（簡稱制動器）和單向離合器。根據(jù)執(zhí)行元件的工作原理，自動變速器的電子控制單元通過液壓系統(tǒng)來控制離合器、制動器的工作狀態(tài)，而單向離合器的工作狀態(tài)則和其連接的行星排元件的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)[2]。因此，在分析單向離合器故障時，需要分析每一個動力擋位的動力傳遞路線。

U340E自動變速器結(jié)構(gòu)在辛普森結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進，使用了8個執(zhí)行元件實現(xiàn)最高4速的動力傳遞方案[3]。8個執(zhí)行元件包括2個單向離合器、3個離合器和3個制動器。通過對U340E自動變速器的8個執(zhí)行元件進行故障分析，維修人員可以縮小U340E自動變速器的故障范圍，快速診斷自動變速器的故障類型，縮減故障診斷時間，降低維修成本。同時，維修人員可以參照對U340E自動變速器的分析來分析其他類型的自動變速器故障。

1 U340E自動變速器

1.1 U340E自動變速器的結(jié)構(gòu)

U340E型號自動變速器的結(jié)構(gòu)是在辛普森結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進的，改進后的結(jié)構(gòu)在業(yè)內(nèi)稱為CR-CR結(jié)構(gòu)，CR-CR結(jié)構(gòu)包括兩個單行星輪行星排和8個執(zhí)行元件（2個單向離合器、3個離合器、3個制動器）。通過執(zhí)行元件的組合，CR-CR結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)最高4擋的動力傳遞。U340E自動變速器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 U340E自動變速器的結(jié)構(gòu)簡圖

從圖1可以看出，U340E自動變速器結(jié)構(gòu)由兩個單行星輪行星排采用并聯(lián)式關(guān)系組成，從右往左依次為：第一單行星輪行星排（前排）、第二單行星輪行星排（后排）。前排行星架、后排齒圈及輸出軸剛性連接，前排齒圈和后排行星架剛性連接。單向離合器F2工作時不允許前排齒圈和后排行星架逆時針旋轉(zhuǎn)；B2、F1同時工作時不允許后排太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)。

1.2 各擋位的工作執(zhí)行元件

根據(jù)表1，離合器和制動器的工作情況直接受控于自動變速器的控制單元；而單向離合器在保證內(nèi)側(cè)或者外側(cè)被固定的前提下，其工作情況受控于其外側(cè)或內(nèi)側(cè)直接連接的行星排元件的旋轉(zhuǎn)方向。在滿足換擋條件的前提下，自動變速器控制單元通過切換液壓系統(tǒng)中油路的走向來控制離合器或者制動器的接合或者分離，從而達到換擋的目的。通過對U340E自動變速器換擋的研究和分析可得出，U340E自動變速器在換擋的過程中滿足單一切換原則[4]，即分離一個離合器或制動器，結(jié)合另一個離合器或制動器實現(xiàn)換擋。這有利于降低自動變速器的換擋沖擊，改善車主的乘車舒適性。

表1 U340E自動變速器各擋位執(zhí)行元件工作表

2 U340E自動變速器各擋位的動力傳遞路線

單向離合器的作用是單方向固定行星排元件，因此，單向離合器的正確安裝方向?qū)ψ詣幼兯倨鞲鲹跷粍恿鬟f十分重要，否則會造成自動變速器故障。在分析單向離合器的故障時，需要知道各擋位在傳遞動力時兩個行星排所有元件的旋轉(zhuǎn)方向。U340E自動變速器的輸入軸是順時針旋轉(zhuǎn)輸入的。離合器的作用是傳遞動力，且不改變動力的方向；制動器的作用是利用不能旋轉(zhuǎn)的自動變速器殼體通過制動器來固定連接的行星排元件。

2.1 D1擋動力傳遞路線

后排行星排：后排行星架（固定）、后排齒圈（順）、后排太陽輪（逆）。

S-1擋動力傳遞路線和D1一樣。L-1擋，執(zhí)行元件C1、F2、B3工作：（1）車輛不下坡，L-1的動力從發(fā)動機通過變速器傳給車輪，其與D1的動力傳遞路線一樣；（2）車輛下坡（下坡不踩油門踏板），動力從車輪輸入反傳給發(fā)動機（即動力從變速器的輸出軸反傳給輸入軸）不能實現(xiàn)。若動力從變速器的輸出軸輸入反傳給輸入軸時，前排齒圈順時針旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)2則不能固定前排齒圈。因此，動力不能從車輪反傳到發(fā)動機。而B3工作則固定前排齒圈，動力可以從車輪通過變速器反傳到發(fā)動機，從而實現(xiàn)發(fā)動機制動功能。

2.2 D2檔動力傳遞路線

S-2擋，執(zhí)行元件C1、F1、B2、B1工作：（1）車輛不下坡，S-2的動力從發(fā)動機通過自動變速器傳給車輪，其與D2動力傳遞路線一樣；（2）車輛下坡（下坡不踩油門踏板），動力從車輪輸入通過自動變速器反傳給發(fā)動機（即動力從自動變速器的輸出軸反傳給輸入軸）不能實現(xiàn)。若動力從自動變速器的輸出軸輸入反傳時，后排太陽輪順時針旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)1、B2工作則不能固定后太陽輪。因此，動力不能從車輪通過自動變速器反傳到發(fā)動機。而B1工作則可以固定后排太陽輪，動力可以從車輪輸入通過變速器反傳到發(fā)動機，從而實現(xiàn)發(fā)動機制動。

2.3 D3擋動力傳遞路線

后排行星排：后排行星架（順）、后排齒圈（順）、后排太陽輪（順）。

由于在D3擋時后太陽輪順時針旋轉(zhuǎn)，B2工作時F1逆時針固定后排太陽輪，因此，B2工作不影響D3擋動力傳遞；而為了滿足單一切換的原則，自動變速器的控制單元控制B2一直接合（即B2工作）。

2.4 D4擋動力傳遞路線

3 執(zhí)行元件故障分析

自動變速器的執(zhí)行元件有三種：多片濕式離合器（簡稱離合器）、多片濕式制動器（簡稱制動器）、單向離合器。自動變速器的控制單元通過控制執(zhí)行元件液壓工作缸中的液壓高低來控制離合器、制動器是否接合（即是否工作），因此，離合器、制動器的故障有打滑、一直接合。單向離合器有內(nèi)圈、外圈，內(nèi)圈或外圈直接或間接連接著變速器殼體，因此，單向離合器的故障有裝反、打滑、卡滯。

離合器傳遞動力，其打滑程度影響著動力的傳遞，若打滑輕則可以繼續(xù)傳遞動力，但是傳遞的動力下降；若打滑嚴重，則傳遞的動力大大降低，甚至不能傳遞動力。制動器固定行星排元件，其打滑不能固定行星排元件，需要該制動器工作的擋位不能傳遞動力。單向離合器是單方向固定行星排元件，其打滑則不能固定元件，單向離合器打滑，則該擋位不能傳遞動力。執(zhí)行元件一直接合或者卡滯，即執(zhí)行元件一直在工作。

U340E自動變速器有最高4速前進擋位，升降擋都是按照逐一順序來實現(xiàn)的，不能跳躍換擋，否則換擋沖擊過大，對自動變速器的損害大。

U340E自動變速器的運行模式有：動力模式、經(jīng)濟模式、雪地模式。其在雪地模式下，車輛以2擋起步；其他模式以1擋起步。

3.1 F1故障分析

（1）F1打滑故障。若F1打滑，則F1不能固定后排太陽輪，則無D2擋；但S2擋中，有B1工作，可以固定后排太陽輪。因此，S2擋可以傳遞動力，而通過S2擋可以實現(xiàn)升D3、D4擋。F1打滑故障時，則無D2擋；其他動力擋位正常。

（2）F1裝反故障。正常情況下，D2擋，F(xiàn)1、B2逆時針固定后排太陽輪。F1裝反，則F1、B2順時針固定后排太陽輪，無D2擋；但S2擋中，有B1工作，可以固定后太陽輪。由于D3中后太陽輪順時針旋轉(zhuǎn)，且B2一直工作，因此，無D3擋，從而不能升入D4擋。若F1裝反，D1、L1、S2、R擋正常；無D2、D3、D4擋。

（3）F1卡滯。若F1卡滯（即F1內(nèi)外圈連接為一體），則F1與B2都工作時固定后太陽輪。B2在D2、D3、D4擋位時工作，因此，若F1卡滯，則無D3、D4擋；而D1、D2、S2、L1、R擋正常。

3.2 F2故障分析

（1）F2打滑故障。若F2打滑，則F2不能固定前排齒圈，則無D1擋；但L1擋時B3工作可以固定前排齒圈，因此，可以通過雪地模式或L1擋升入D2擋。若F2打滑，無D1擋；但其他動力擋位正常。

（2）F2裝反故障。正常情況下，D1擋時，F(xiàn)2逆時針固定前排齒圈和后排行星架。若F2裝反，則F2順時針固定前排齒圈和后排行星架，則無D1擋；但L1擋有B3工作可以固定前排齒圈，有L1擋。S2、D2、D3、D4擋時，前排齒圈和后排行星架都順時針旋轉(zhuǎn)，因此，無S2、D2、D3、D4擋。R擋，B3工作，固定后排行星架。所以，若F2裝反，無D1、D2、D3、D4、S2擋；但L1、R擋正常。

（3）F2卡滯。若F2卡滯（即F2內(nèi)外圈連接為一體），F(xiàn)2通過殼體固定前排齒圈和后排行星架。S2、D2、D3、D4擋，都要求前排齒圈和后排行星架旋轉(zhuǎn)，因此，F(xiàn)2卡滯，則無S2、D2、D3、D4擋；但D1、L1、R擋正常。

3.3 C1故障分析

（1）C1打滑故障。C1離合器輕微打滑時，其傳遞的動力下降。D1、D2、D3、L1、S2擋都要求C1工作。因此，C1打滑，D1、D2、D3、L1、S2擋行駛無力，加速無力，甚至起步無力；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，則無R、D4；但D1、D2、D3、L1、S2擋正常。

3.4 C2故障分析

（1）C2打滑故障。C2離合器打滑，其傳遞的動力下降。D3、D4都要C2工作。因此，C2打滑，則D3、D4擋行駛無力，加速無力；但D1、D2、L1、S2、R擋正常。

（2）C2一直接合故障（即C2一直工作）。D1、D2、L1、S2、R擋都不需要C2工作。無1、2擋，則不能升到D3、D4擋。因此，C2一直接合，無任何動力擋位。

3.5 C3故障分析

（1）C3打滑故障。C3離合器打滑，其傳遞的動力下降。只有R擋時，要求C3工作。所以，C3打滑，則R擋行駛無力、加速無力，甚至起步無力；但其他動力擋位正常。

（2）C3一直接合故障（即C3一直工作）。只有R擋時，要求C3工作。因此，C3一直接合，則有R擋；但無前進擋位。

3.6 B1故障分析

（1）B1打滑。B1制動器打滑，則其不能固定后排太陽輪。S2、D4要求B1工作。因此，B1打滑故障，則不能形成D4擋，且S2沒有發(fā)動機制動功能，但S2擋的動力可以從發(fā)動機經(jīng)過自動變速器傳遞到車輪；其他動力擋位正常。

（2）B1一直接合（即B1一直工作）。S2、D4要求B1工作。雪地模式，車輛以2擋起步；但無D3擋，因此不能升到D4擋。因此，B1一直接合，則只有S2擋（雪地模式）；無其他動力擋位。

3.7 B2故障分析

（1）B2打滑。B2工作是固定F1的外圈，若B2制動器打滑，不能固定F1外圈，則F1不能起作用，進而不能形成D2擋位。而S2擋中有B1工作，可以形成S2擋，也可以通過S2擋升入D3、D4擋。所以，B2打滑，無D2擋；但其他動力擋位正常。

（2）B2一直接合（即B2一直工作）。B2一直接合，則B2一直固定F1的外圈，B2、F1一直逆時針固定后太陽輪。在D1、L1擋時，后太陽輪逆時針旋轉(zhuǎn)，則D1、L1擋不允許后排太陽輪被固定，否則不能形成D1、L1擋；但有D2、S2擋（雪地模式）、D3、D4、R擋。因此，B2一直接合，則無D1、L1擋；但D2、S2擋（雪地模式）、D3、D4、R擋正常。

3.8 B3故障分析

（1）B3打滑。B3制動器打滑，則其不能固定后排行星架和前排齒圈。L1、R擋要求B3工作，若B3打滑則不能形成R擋，且L1擋沒有發(fā)動機制動功能，但L1擋的動力可以從發(fā)動機經(jīng)過自動變速器傳遞到車輪；D1、D2、D3、D4、S2擋正常。

（2）B3一直接合（即B3一直工作）。B3一直接合，后排行星架和前排齒圈一直被固定。則D1、L1、R擋都要求后排行星架和前排齒圈被固定，其他擋位都要求后排行星架和前排齒圈不能被固定。因此，若B2一直接合，則D1、L1、R擋正常；無其他動力擋位。

通過以上各執(zhí)行元件的故障分析，再結(jié)合道路試驗故障現(xiàn)象，能夠?qū)⒐收戏秶M一步縮小，以便維修人員快速診斷出自動變速器的某類故障，縮減故障診斷時間，降低維修成本。

4 結(jié)論

自動變速器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在維修過程中，其故障點較難分析，從而增加了維修的難度和成本。通過對U340E自動變速器執(zhí)行元件的故障分析，可以為自動變速器的維修人員提供最直接的幫助和指引。同時，自動變速器維修人員還可以參考本文例子舉一反三，分析其他類型的自動變速器，以便快速診斷出自動變速器的故障類型，縮減故障診斷時間，降低維修成本。