汽車(chē)變速器換檔控制元素簡(jiǎn)化分析

摘 要：汽車(chē)中常用的變速器包括手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）兩種基本形式，衍化而來(lái)的還有手自一體（AMT），MT和AT存在很多共通之處，文章主要對(duì)三軸式手動(dòng)變速器和平行軸式自動(dòng)變速器做以簡(jiǎn)化分析。

關(guān)鍵詞：手動(dòng)變速器；自動(dòng)變速器；控制元素

三軸式手動(dòng)變速器和平行軸式自動(dòng)變速器在變速器發(fā)展過(guò)程中是連接比較緊密的。三軸式手動(dòng)變速器主要用于后置后驅(qū)的車(chē)型，平行軸式主要用于本田雅閣車(chē)型。兩種變速器的相同點(diǎn)在于都有三根軸，即輸入軸、輸出軸、中間軸。同時(shí)，這兩種變速器都是外嚙合齒輪形式的。下面就不同點(diǎn)做分析。

1 動(dòng)力傳遞路線(xiàn)分析

在動(dòng)力傳遞路線(xiàn)方面，一般是指從動(dòng)力單元到驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳遞，手動(dòng)檔和自動(dòng)擋有本質(zhì)的區(qū)別。

手動(dòng)檔（MT）以前置后驅(qū)為例，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)曲軸飛輪組輸出→離合器→手動(dòng)變速器→萬(wàn)向傳動(dòng)裝置（萬(wàn)向節(jié)，傳動(dòng)軸）→驅(qū)動(dòng)橋（主減速器→差速器→半軸）→輪轂→驅(qū)動(dòng)輪。

自動(dòng)檔（AT）以前置前驅(qū)為例，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)曲軸輸出→液力變矩器→變速驅(qū)動(dòng)橋（自動(dòng)變速器→主減速器→差速器→半

軸）→輪轂→驅(qū)動(dòng)輪。

兩者的區(qū)別在于發(fā)動(dòng)機(jī)后面安裝的組件是離合器還是液力變矩器。反映在車(chē)輛腳踏板控制上面就是：手動(dòng)檔有三個(gè)踏板（離合、剎車(chē)、油門(mén)），自動(dòng)擋有兩個(gè)踏板（剎車(chē)、油門(mén)），也就是說(shuō)，自動(dòng)擋是沒(méi)有離合器的。

2 換檔基本原理分析

手動(dòng)擋在換檔的時(shí)候需要踩下離合器。離合器在正常工作時(shí)保持“合”運(yùn)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸飛輪組和離合器蓋一體運(yùn)動(dòng)，保證動(dòng)力的持續(xù)穩(wěn)定傳遞。踩下踏板時(shí)，就是“離運(yùn)動(dòng)”，首先使飛輪與離合器蓋分離，將發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的動(dòng)力中斷，通過(guò)同步器的作用產(chǎn)生摩擦，在“動(dòng)中求靜，靜中求同步”，實(shí)現(xiàn)平順換檔。目的是防止齒輪箱打齒，延長(zhǎng)壽命。

自動(dòng)擋在換檔時(shí)是根據(jù)油門(mén)和剎車(chē)的需求自動(dòng)升檔和降檔，既然是“自動(dòng)”，就必然少不了人工智能“電腦”。電腦內(nèi)部是編程好的，數(shù)據(jù)預(yù)留，通過(guò)數(shù)據(jù)空間控制打開(kāi)或關(guān)閉不同的油路來(lái)控制不同的執(zhí)行器。此時(shí)，液力變矩器是液力傳動(dòng)，就比機(jī)械傳動(dòng)溫柔和緩的多，就像水龍頭的開(kāi)關(guān)，控制量的大小，能夠?qū)崿F(xiàn)收放自如。

手自一體變速箱實(shí)際上還是自動(dòng)變速箱的一種，通過(guò)電控系統(tǒng)模擬出手動(dòng)變速箱的操作，實(shí)際上還是自動(dòng)變速器。

3 變速器的齒輪傳動(dòng)

變速箱內(nèi)部的主體結(jié)構(gòu)是齒輪。常用的手動(dòng)變速器采用外嚙合齒輪傳動(dòng)，自動(dòng)變速器除了本田雅閣采用的平行軸式是外嚙合，大部分采用內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，也就是行星齒輪傳動(dòng)。

汽車(chē)手動(dòng)變速器典型有兩種：應(yīng)用于前輪驅(qū)動(dòng)的兩軸變速器和應(yīng)用于后輪驅(qū)動(dòng)的三軸變速器。兩軸式變速器有輸入軸和輸出軸。三軸式變速器在輸入軸和輸出軸的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了中間軸。

無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)的手動(dòng)變速器，軸上的兩輪與軸之間有三種連結(jié)關(guān)系：第一種是齒輪和軸上空套連接，中間有滾針軸承，即齒輪與軸之間沒(méi)有動(dòng)力傳遞，是空套的；第二種是齒輪和軸上通過(guò)花鍵連接，即齒輪與軸之間有動(dòng)力傳遞，剛性連接，可看成是一體的；第三種情況是齒輪和軸做成一體，實(shí)現(xiàn)一體傳動(dòng)。

4 換擋執(zhí)行器運(yùn)用時(shí)機(jī)分析

在外嚙合齒輪傳動(dòng)的變速器中，參與一個(gè)擋位動(dòng)力傳遞的齒輪是處于常嚙合狀態(tài)的。但同一時(shí)間，變速器是不允許同時(shí)掛上兩個(gè)及兩個(gè)以上檔位的，就必須要求一個(gè)擋位的常嚙合齒輪中，有空套的，即在齒輪與軸空套，齒輪轉(zhuǎn)軸不轉(zhuǎn)，軸轉(zhuǎn)齒輪不轉(zhuǎn)。在動(dòng)力傳遞的時(shí)候，需要掛上哪個(gè)檔位，就由換擋執(zhí)行器將空套的齒輪接入，就能將空套的齒輪轉(zhuǎn)換為與軸一體，實(shí)現(xiàn)一體傳動(dòng)。

5 換擋執(zhí)行器分析

手動(dòng)變速器的換檔執(zhí)行器是同步器。同步器裝與空套的檔位齒輪附近，實(shí)現(xiàn)臨近控制。由接合齒圈、同步環(huán)、花鍵轂組成。檔位齒輪空套在軸上，在齒輪的前端有接合齒圈，同步器的花鍵轂通過(guò)花鍵與軸實(shí)現(xiàn)剛性連接，接合套套在花鍵轂上，可以左右移動(dòng)，與齒輪前端的接合齒圈嚙合，通過(guò)摩擦實(shí)現(xiàn)同步鎖止，從而實(shí)現(xiàn)齒輪與軸之間的一體傳動(dòng)。

液力自動(dòng)變速器的換擋執(zhí)行器是離合器，是液壓控制接合或分離的多片式濕式離合器。這句話(huà)里包括了三層意義：離合器的接合或分離由液壓系統(tǒng)控制；離合器由多組鋼片和摩擦片；濕式意味著鋼片與摩擦片之間有油液的存在。常用的換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由多片式離合器、制動(dòng)器和單向超越離合器（單向離合器）離等組成，現(xiàn)只介紹離合器的結(jié)構(gòu)：離合器由鋼片、磨擦片和液壓活塞及回位彈簧等組成。當(dāng)該檔位離合器起作用時(shí)，液壓油會(huì)進(jìn)入離合器鼓（即液壓油缸），通過(guò)液壓力將鋼片和摩擦片壓成一體，使外部的離合器鼓和內(nèi)部的離合器鼓成為一體，實(shí)現(xiàn)一體傳動(dòng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于三軸式手動(dòng)變速器與平行軸式自動(dòng)變速器都是外嚙合齒輪，存在結(jié)構(gòu)的共通性，所以其控制原理也是同一的。在學(xué)習(xí)研究過(guò)程中，不要死記硬背，依以下步驟來(lái)開(kāi)展即可：（1）找準(zhǔn)軸。兩軸式的找輸入軸、輸出軸；三軸式的找輸入軸、中間軸、輸出軸。（2）判斷檔位，確定各檔位主、從動(dòng)齒輪。（3）找各檔換檔執(zhí)行器。手動(dòng)檔找結(jié)合套（同步器）；自動(dòng)擋找離合器、制動(dòng)器、單向離合器。（4）確定齒輪空套和一體。換檔執(zhí)行器一般是臨近控制，裝在那個(gè)檔位附近，就是控制那個(gè)檔位，該檔位齒輪就是空套的。在換擋的時(shí)候空套的齒輪由同步器或濕式離合器接入成為一體就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。也就是說(shuō)，平行軸式自動(dòng)變速器在控制策略上與手動(dòng)擋無(wú)異，只是將通過(guò)機(jī)械摩擦力換擋的同步器，換成了同過(guò)液壓力控制的離合器而已，分析方法和研究方法都是一樣的。只需要找準(zhǔn)齒輪與軸的連接形式即可判斷出來(lái)，這對(duì)我們判斷變速器的故障也是非常有利的。

參考文獻(xiàn)

[1]陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：徐美滟（1986-），湖北十堰人，2010年畢業(yè)于湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，武漢理工大學(xué)研究生在讀，任教于武漢交通職業(yè)學(xué)院，從事汽車(chē)運(yùn)用工程教學(xué)工作。