自学汽车自动变速器精品教程

丰田汽车公司的电控自动变速器型号很多，目前，国内常见的型号有A341E和A342E，这两款电控自动变速器应用于丰田LS400轿车，A341E和A342E型自动变速器仅仅是超速档的传动比不同，其他各部件均相同。图5-25和图5-26是A341E自动变速器及内部换档执行元件结构图。

图5-25和图5-26中C（Clutch）代表离合器、B（Brake）代表制动器、F（Free wheel）代表单向离合器，C、B、F字母的小脚标没有实际意思，例如C₀和C₁之间，0和1只表示它们是不同位置的离合器。

1.丰田LS400A341E自动变速器中换档执行元件的名称及功用

此变速器中共有10个换档执行元件，其中有3个离合器、4个制动器和3个单向离合器。

（1）离合器

离合器C₀（直接离合器），用于使超速行星排的太阳轮和行星架同步旋转。

图5-25 丰田A341E自动变速器

1—变矩器 2—锁止离合器 3—锁止电磁阀 4—油压电磁阀 5—换档电磁阀B 6—换档电磁阀A C₀—直接离合器 C₁—倒档及高档离合器 C₂—前进离合器 B₀—超速制动器 B₁—2档制动器 B₂—低档及倒档制动器 B₃—2档强制制动器 F₀—直接单向离合器 F₁—低档单向离合器 F₂—2档单向离合器

注：变速杆所示位置：P、R、N、D、2、L。

A341E型号说明

A：自动变速器

3：前置后驱

4：具有4个前进档

1：变速器的版本

E：电控液力式自动变速器

图5-26 A341E自动变速器内部换档执行元件结构图

1—输入轴 2—中间轴 3—超速太阳轮 4—超速行星架 5—超速内齿圈 6—前行星架 7—前内齿圈 8—共用太阳轮 9—后行星架 10—后内齿圈 11—输出轴 C₀—直接离合器 C₁—倒档及高档离合器 C₂—前进离合器 B₀—超速制动器 B₁—2档制动器 B₂—低档及倒档制动器 B₃—2档强制制动器 F₀—直接单向离合器 F₁—低档单向离合器 F₂—2档单向离合器

离合器C₁（倒档、高档离合器），用于驱动共用太阳轮。

离合器C₂（前进离合器），由于在所有前进档位置（D、2、L）均参加工作，所以，将其称为前进离合器。

（2）制动器

制动器B₀（超速制动器），用于制动超速行星排太阳轮。

制动器B₁（D₂、22档制动器），用于和F₂阻止共用太阳轮逆时针转动。

制动器B₂（倒档、低档制动器），用于制动后行星架。

制动器B₃（L₂档制动器），用于制动共用太阳轮。

（3）单向离合器

单向离合器F₀（直接单向离合器），用于使超速太阳轮与超速行星架同步。

单向离合器F₁（D₁、21档单向离合器），用于阻止后行星架逆时针旋转。

单向离合器F₂（D₂、22档单向离合器），用于和制动器B₁共同阻止共用太阳轮逆时针转动。

2.丰田LS400A341E自动变速器动力传递原理

（1）换档执行元件在不同档位时的工作情况

见表5-3。

表5-3 换档执行元件在不同档位时的工作情况

注：●表示接合传力，○表示接合并不传力。

（2）各档动力传递原理

图5-27所示为丰田A341E四速辛普森式自动变速器动力传递路线。

1）P位。如图5-28所示，变速杆在P位时，只有离合器C₀和单向离合器F₀工作，而离合器C₁和C₂均不参加工作，因此，没有动力传递的过程，行星齿轮机构处于空档的状态。停车锁止机构机械锁止输出轴。

2）R位动力传递分析。如图5-29所示，当变速杆在R位时，离合器C₀、C₁，制动器B₂和单向离合器F₀工作。执行元件C₀、F₀工作，使超速行星排整体顺时针转动，执行元件C₁工作，将发动机的动力通过C₀和F₀传递给共用太阳轮并使其顺时针旋转，因为制动器B₂工作而将后行星架固定，共用太阳轮使后行星齿轮逆时针绕其轴线转动并驱动后内齿圈也逆时针转动而输出动力。由于输入轴与输出轴的旋转方向相反，实现了倒档的传动目的。

图5-27 丰田A341E四速辛普森式自动变速器动力传递路线

图5-28 丰田A341E自动变速器P位动力传递路线

图5-29 丰田A341E自动变速器R位动力传递路线

由于R位没有使用单向离合器，因此，在倒档行车时，可以获得发动机制动效果。

3）N位。如图5-30所示，当变速杆在N位时，只有离合器C₀和单向离合器F₀工作，而离合器C₁和C₂均不参加工作，因此，没有动力传递的过程，行星齿轮机构处于空档的状态。(www.xing528.com)

4）D₁档和21档动力传递分析。D与2代表变速杆的位置，下脚标1代表1档的传动。由于这两个档的工作情况完全相同，合并在一起讲，动力传递路线如图5-31所示。

在D₁档和21档行车时，离合器C₀和C₂，单向离合器F₀和F₁工作。

图5-30 丰田A341E自动变速器N位动力传递路线

图5-31 丰田A341E自动变速器D₁和21档动力传递路线

执行元件C₀和F₀工作，使超速行星排整体顺时针转动，离合器C₂工作，将发动机的动力通过C₀和F₀传递给前内齿圈并使其顺时针旋转，因前行星架和后内齿圈与输出轴连接阻力很大，在起步的瞬间其转速为零，起步后转速也很低，因此，前内齿圈顺时针转动带动前行星齿轮顺时针转动，并使共用太阳轮逆时针转动。太阳轮的转动带动后行星齿轮产生顺时针转动，并有沿后内齿圈内壁逆时针爬行的趋势，即后行星架有逆时针转动的趋势。由于单向离合器F₁的锁止作用，后行星架不能逆时针转动且F₁产生的力大于汽车输出轴阻力，后行星齿轮的顺时针转动便驱动后内齿圈顺时针转动将动力输出。与此同时，前内齿圈带动前行星齿轮顺时针转动的时候，也使前行星架顺时针转动，也起到一部分动力输出的作用，因此，属于双排传力。

5）D₂和22档动力传递分析。如图5-32所示，在D₂档和22档行车时，离合器C₀和C₂，单向离合器F₀和F₂，制动器B₁工作。

执行元件C₀和F₀工作，使超速行星排整体顺时针转动，离合器C₂工作，将来自变矩器涡轮的转矩通过C₀和F₀传递给前内齿圈并使其顺时针旋转，并驱动前行星齿轮顺时针转动。此时，共用太阳轮有逆时针转动的趋势，但由于制动器B₁和单向离合器F₂的作用是阻止共用太阳轮逆时针转动，共用太阳轮被固定。因此，前行星齿轮顺时针转动的同时，在固定的共用太阳轮上向前滚动，使前行星架产生顺时针转动将动力输出。

此时，与输出轴连接的后排内齿圈在顺时针转动的同时，带动后行星齿轮在固定的共用太阳轮上向前滚动，由于单向离合器F₁不能阻止后行星架顺时针转动，后排行星架没有被固定，产生顺时针的空转，没有参加动力的传递过程。因此，属于单排传力。

图5-32 丰田A341E自动变速器D₂和22档动力传递路线

6）D₃和23档动力传递分析。如图5-33所示，在D₃档和23档行车时，离合器C₀、C₁和C₂，单向离合器F₀，制动器B₁工作。

执行元件C₀和F₀工作，使超速行星排整体顺时针转动，离合器C₁和C₂工作，将来自变矩器涡轮的转矩通过C₀和F₀分别传递给共用太阳轮和前内齿圈，并使其以相同的转速旋转，此时前行星齿轮没有自转，前行星架只能随前内齿圈和共用太阳轮同步转动，后内齿圈（与前行星架相连）使后行星齿轮也没有自转，后行星架的转速也与行星齿轮机构相同，这样整个行星齿轮机构形成一个整体，与输入轴转速相同，传动比等于1，为直接档。

图5-33 丰田A341E自动变速器D₃和23档动力传递路线

7）D₄档动力传递分析。如图5-34所示，在D₄档行车时，离合器C₁和C₂，制动器B₀和B₁工作。

图5-34 丰田A341E自动变速器D₄档动力传递路线

在车辆进入D₃档行驶后，超速行星排的传动比为1，前后行星排的传动比也为1，因此，整个行星齿轮机构形成一体，传动比等于1，而且已经没有进一步改变传动比的能力。在D₄档行车时，此时超速制动器B₀进入工作状态，固定超速太阳轮，由超速行星架驱动超速内齿圈转动，因此，超速行星排的传动比小于1，而离合器C₁和C₂工作使前后行星排的传动比为1，因此，整个行星齿轮机构的传动比小于1，因此，实现了第4个前进档的传动比，这个档可以叫做D₄档，但一般将其称为超速档，简称OD档（Over/Drive）。

8）L₁档动力传递分析。如图5-35所示，在L₁档行车时，离合器C₀和C₂，制动器B₂，单向离合器F₀工作。

图5-35 丰田A341E自动变速器L₁档动力传递路线

在L₁档的传动比与D₁档和21档的传动比相同，其区别在于用制动器B₂代替了单向离合器F₁，使汽车产生发动机制动效果。

所谓发动机制动是指在车辆行驶过程中驾驶人放松加速踏板，汽车的质量较大，其惯性使得车辆仍然要以原来的速度行驶，并通过传动系反拖处于怠速运转的发动机曲轴，以此来消耗汽车动能达到减速的目的。

车辆在D₁档和21档行车时，没有发动机制动效果。原因分析如下：

驾驶人完全放松加速踏板时，与发动机连接的前内齿圈立即以发动机怠速转速运转，而与输出轴连接的前行星架和后内齿圈因整车的惯性使转速下降很大。此时，由于前内齿圈转速较低，前行星架顺时针转动并带动前行星齿轮逆时针转动，使太阳轮顺时针转动并驱动后行星齿轮逆时针转动（因为太阳轮没有被固定）。在行星齿轮机构中，前内齿圈和共用太阳轮都是顺时针，但因为前行星架和共用太阳轮都是从动件，属于加速传动，故太阳轮的转速远高于后内齿圈，因此，后行星齿轮逆时针转动并使后行星架顺时针转动。由于在D₁档和21档中，单向离合器F₁工作，不能阻止后行星架顺时针转动，所以，车辆在D₁档和21档行驶时，放松加速踏板的效果是使后行星架加速顺时针转动，与输入轴连接的前内齿圈运动状态没有任何改变。由于前行星架的质量与整车相比很小，靠后行星架加速运转来消耗汽车的动能，效果十分有限。基于这种情况，可以认为D₁档和21档没有发动机制动。

车辆在L₁档行驶时，制动器B₂工作。制动器B₂和单向离合器F₁并联，双向固定后行星架。车辆前进行驶时，制动器B₂制动后阻止后行星架逆时针转动的功能与单向离合器F₁相同，保证了动力可以从输出轴传出。当驾驶人放松加速踏板时，由于后行星架被制动器B₂固定，车辆因惯性前冲的速度使后内齿圈带动后行星齿轮顺时针转动，太阳轮被驱动逆时针转动。在前排行星齿轮机构中，太阳轮逆时针转动而行星架顺时针转动，使前行星齿轮加速转动，驱动前内齿圈以高于发动机怠速的转速运转，并从输入轴将动力传出，产生发动机制动效果。

9）L₂档动力传递分析。如图5-36所示，在L₂档行车时，离合器C₀和C₂，制动器B₁和B₃，单向离合器F₀工作。

图5-36 丰田A341E自动变速器L₂档动力传递路线

在L₂档的传动比与D₂档和22档的传动比相同，其区别在于用制动器B₃代替了制动器B₁和单向离合器F₂，使汽车产生发动机制动效果。

车辆在D₂档和22档行驶时，在完全放松加速踏板的时候，自动变速器内部发生的情况与D₁档和21档完全相同。由于制动器B₁和单向离合器F₂不能阻止太阳轮顺时针转动，可以认为D₂档和22档没有发动机制动效果。

L₂档时制动器B₃代替了制动器B₁和单向离合器F₂的工作，将共用太阳轮与变速器壳体相连接。汽车行驶时，制动器B₃使共用太阳轮不能逆时针转动的效果与制动器B₁和单向离合器F₂的作用相同。驾驶人完全放松加速踏板时，前行星架带动前行星齿轮在固定的共用太阳轮上（被制动器B₃制动）滚动，同时驱动后内齿圈加速，以高于发动机怠速的转速运转，并将动力从输入轴传出，产生发动机制动效果。

需要强调的是：一个档是否有发动机制动是根据车辆的使用要求确定的，不能认为有发动机制动的档好或不好。在正常使用条件下行车，驾驶人放松加速踏板让车辆滑行，没有发动机制动的档车速下降较少，车辆的经济性较好，这时使用没有发动机制动的档好；在下坡弯道上行驶，需要控制车速，有发动机制动的档好。

另外，通过上述几个档的分析，可以得出一个普遍性的结论：使用单向离合器的档没有发动机制动效果，如D₁档、21档、D₂档和22档；使用制动器代替单向离合器的档有发动机制动效果，如L₁档和L₂档等。

如前所述，使用单向离合器的档没有发动机制动，具有发动机制动效果的档不使用单向离合器，但单向离合器还有另外的作用。从上面A341E自动变速器的动力传递分析，在D₃档、23档、D₄档是不需要制动器B₁工作的，但是为了减小换档的冲击和振动，需要制动器B₁的工作。

我们知道，手动变速器在换档时需要经过空档，但在自动变速器换档时却不能经过空档，因为驾驶人只能通过控制加速踏板来控制车速，而驾驶人并不知道何时进行换档，因此，不会放松加速踏板。如果换档过程中经过空档位置，将会引起发动机转速的突然变化。事实上，换档过程十分平稳，既没有很大的换档冲击，也没有发动机转速的突然上升的现象发生。在这个过程中单向离合器起了非常重要的作用。

如果在D₂档换D₃档时，同时操作制动器B₁和离合器C₁，即制动器B₁的泄油与离合器C₁的加油动作同时进行，则需要两者之间有很高的同步精度。如果制动器B₁的泄油速度高于离合器C₁的加油速度，就会有一段时间，制动器B₁和离合器C₁均不起作用。此时，只有执行元件C₀、F₀和C₂工作，而单向离合器不需要液压力就可以工作，其结果变速器会进入到D₁档，引起严重的换档冲击。如果制动器B₁的泄油速度低于离合器C₁的加油速度，就会有一段时间制动器B₁和离合器C₁同时起作用，行星齿轮机构会出现类似手动变速器同时挂上两个档的运动干涉，迫使换档执行元件打滑，引起元件的过度磨损。

由于使用了单向离合器，可以有效地防止上述情况的发生。同时可以通过表5-4进行换档过程的分析：车辆在D₁档行驶时，共用太阳轮的旋转方向是逆时针的，D₁档升D₂档的过程就是为制动器B₁加油的过程，此过程只要没有完成，共用太阳轮就可以逆时针转动，车辆就以D₁档行驶。由于制动器B₁通过固定单向离合器F₂的外圈来单向固定太阳轮，制动器B₁的加油过程一旦结束，单向离合器F₂立即阻止太阳轮逆时针转动，实现太阳轮的固定，因此，在D₁档升入D₂档的过程中，不会出现空档环节。在D₂档降入D₁档时，制动器B₁只要没有丧失固定单向离合器F₂外圈的功能，F₂就可以在逆时针方向阻止太阳轮转动。而制动器B₁丧失其功能后，太阳轮立即便可以逆时针方向转动，但单向离合器F₁不需要液压力的促动，立即可以阻止后行星架的逆时针转动，以D₁档的传动比行驶，即在D₂档降入D₁档时，也不会出现空档的阶段。

表5-4 换档过程分析

D₂档升入D₃档的过程是在原执行元件C₀、F₀、C₂、B₁、F₂的基础上增加离合器C₁的过程。离合器C₁的作用是将动力传递给共用太阳轮，其连接的过程没有完成时，共用太阳轮是固定的，车辆以D₂档行驶。由于制动器B₁和单向离合器F₂不能阻止共用太阳轮顺时针转动，离合器C₁一旦接合，经变矩器输出的转矩立即驱动共用太阳轮顺时针转动升入D₃档。而离合器C₁一旦因泄油丧失传递转矩的功能，因为制动器B₁一直处于工作状态，单向离合器F₂立即阻止共用太阳轮逆时针转动，即降入D₂档。

在D₃档和D₄档之间变换时，需要单向离合器F₀在中间协调。从D₃档和D₄档的动力传递分析可知，离合器C₀的泄油和制动器B₀的加油必须同时进行。为防止同时挂入两个档引起行星齿轮机构的运动干涉，液压元件的泄油速度高于加油速度，因此，在D₃档升入D₄档的过程中，会出现离合器C₀和制动器B₀均不工作的阶段。此时，由于离合器C₀和制动器B₀均不工作，超速太阳轮既不与超速行星架连接，也不被固定，超速行星架应同时驱动超速太阳轮和超速内齿圈加速旋转。由于超速内齿圈是超速行星排的输出元件，并间接与车辆连接，运动阻力远大于超速太阳轮，因此，超速太阳轮应该被超速行星架驱动加速运转，但单向离合器F₀的作用是阻止超速太阳轮的转速超过超速行星架，所以，此时单向离合器F₀将超速太阳轮与超速行星架仍然连接在一起，像离合器C₀仍然工作一样。制动器B₀接合后超速太阳轮被固定，单向离合器F₀不能妨碍超速行星架转动，自动变速器进入D₄档。从D₄档降入D₃档时，制动器B₀退出接合后，也是单向离合器F₀立即使超速行星架与超速太阳轮连接进入D₃档，待离合器C₀接合后，再由C₀起主要的连接作用。

通过前面的学习我们知道：目前现代汽车的自动变速器主要采用的是行星齿轮式自动变速器，其中按照变速器内行星齿轮机构的连接关系不同，还有很多种，前面我们学习的是辛普森式行星齿轮机构，那么，什么变速器采用的是改进辛普森式的呢？该形式的自动变速器工作原理又是怎样的呢！

改进辛普森式行星齿轮机构是在原有辛普森式行星齿轮机构的基础上进行改进的，改变了原有行星齿轮机构的连接关系：即将原有辛普森式行星齿轮机构中的太阳轮拆开，两个行星排中的太阳轮各自独立，前架后圈或前圈后架连接在一起作为整个机构的输出部分，通过两个单级单排行星齿轮机构，加之相应的换档执行元件，最多可以实现四个前进档和一个倒档。目前，日本的马自达、日产；美国的通用、福特汽车公司采用的变速器多为改进辛普森式行星齿轮机构。