朱新明，穆金輝

（比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東 深圳 518118）

前言

美國通用和福特聯(lián)合開發(fā)全球第一款基于行星齒輪機構(gòu)的10檔電控液力自動變速箱。通用的變速箱代號為10LX，福特代號為 10RX。變速箱代號的意思為：“10”表示有 10個前進擋；“R”即rear[1]，“L”即longitude，均表示適用于縱置平臺的后驅(qū)或四輪驅(qū)動；“X”表示該系列不同型號變速箱的代號[2]，通用的變速箱型號有10L80和10L90[1]。

1 變速箱的結(jié)構(gòu)、特點

該型號10檔變速箱實物剖面圖請見圖1[4]：

該變速箱具有諸多突出優(yōu)點：

① 變速箱總前進檔位有10個和1個倒檔，其中6個低速檔位，1個直接檔以及3個超速檔；

② 采用4排普通單級行星齒輪機構(gòu)；

③ 共計有6組換擋元件，2組制動器和4組離合器控制換擋。與此同時，一組制動器和一組離合器采用內(nèi)嵌式被嵌入到相應(yīng)的制動器和離合器里面；

④ 換擋元件執(zhí)行任何換擋時，每一個檔位均是有4組換擋元件是閉合的，2組換擋元件是斷開的以減小摩擦損失；

圖1 福特通用聯(lián)合聯(lián)合開發(fā)10檔變速箱剖面圖

⑤ 變速箱集成化程度非常高，整體結(jié)構(gòu)非常緊湊。采用全鋁制造總體重量僅為 106kg[5]。由于內(nèi)嵌式執(zhí)行元件的采用，使得變速箱的總體尺寸和ZF8檔變速箱差不多[4]。ZF的8檔變速箱所采用的變速箱制動器布局和該型號變速箱類似，區(qū)別在于ZF變速箱的B1/B2離合器不是采用的通用福特變速箱的內(nèi)嵌式制動器，從占用空間位置的角度來講，ZF變速箱的這部分軸向尺寸要大于通用福特變速箱的軸向尺寸。

通用福特聯(lián)合開發(fā)的10檔變速箱與ZF8檔變速箱對比圖請見圖2[4]；

圖2 ZF 8檔變速箱與福特通用10檔變速箱結(jié)構(gòu)對比

該變速箱動力傳遞部分原理結(jié)構(gòu)簡圖請見圖3：

圖3 變速箱動力傳遞部分原理結(jié)構(gòu)簡圖

各行星齒輪機構(gòu)的齒數(shù)和速比請見下表1[6]：

表1 各行星齒輪機構(gòu)的齒數(shù)和速比

2 執(zhí)行器組合分析、速比計算

2.1 各執(zhí)行器組合分析

B1/B2兩組制動器，C1/C2/C3/C4四組離合器：如果制動器B1/B2均參與工作，離合器C1/C2/C3/C4挑選兩個參與工作，工作組合數(shù)為；如果A或B制動器參與工作，C1/C2/C3/C4挑選三個參與工作，工作組合數(shù)為；如果制動器B1/B2均不參與工作，那么只有離合器C1/C2/C3/C4工作，工作組合數(shù)為n=1?？偨Y(jié)各工作組合如下表2：

表2 各執(zhí)行器工作組合表

結(jié)合該變速箱實際的結(jié)構(gòu)對15種工作組合進行分析：當(dāng)制動器B1/B2均參與工作時，離合器C3/C4與離合器C3/C1以及離合器 C3/C2這三種工作模式下的變速箱速比是一樣的。此時制動器B1/B2制動，P1的太陽輪、行星架和齒圈均不動，則P4齒圈不動，離合器C3結(jié)合輸入到P4太陽輪，P4行星架輸出。另外C1/C2離合器閉合時，P2齒圈鎖止，由于P2太陽輪也鎖止，導(dǎo)致P2行星架制動，此時無法工作；當(dāng)只有B制動器工作時，如果離合器C1/C3/C4也結(jié)合的話，此時P4齒圈直接連接到P1行星架上，P1太陽輪鎖止，P1齒圈無動作，則P1行星架無輸入，故P4行星架無輸出。整理得到該變速箱各執(zhí)行器有效工作組合如下表3：

表3 各執(zhí)行器有效工作組合表

2.2 速比計算

a.制動器B1/B2+離合器C3/C1或C3/C2或C3/C4速比

制動器B1/B2制動，P1/P2太陽輪、P1齒圈、P1行均固定則P4齒圈固定。C3離合器結(jié)合，帶動P4太陽輪旋轉(zhuǎn)，P4行星架作為輸出，有如下關(guān)系：

得：

b.制動器B1/B2+離合器C1/C4速比

制動器B1/B2制動，P1/P2太陽輪、P1齒圈、P1行星架均固定則與P1行星架相連的P4齒圈也固定。C1/C4離合器結(jié)合，P2齒圈同時輸入到P3行星架和P3太陽輪，則P3齒圈以與P2齒圈相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并輸入到P4太陽輪。此時P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

c.制動器B1/B2+離合器C2/C4速比

制動器B1/B2制動，P1/P2太陽輪、P1齒圈、P1行星架均固定則與P1行星架相連的P4齒圈也固定。離合器C2/C4離合器結(jié)合，P2齒圈輸入到P3太陽輪，P3行星架固定，則P3齒圈輸出到P4太陽輪。此時P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

d.制動器B1+離合器C1/C2/C3速比

制動器B1制動，離合器C1/C2/C3工作。此時P1/P2相當(dāng)于一個辛普森式復(fù)合行星齒輪機構(gòu)，P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

e.制動器B1+離合器C1/C2/C4速比

制動器B1制動，離合器C1/C2/C4工作。此時P1/P2相當(dāng)于一個辛普森式復(fù)合行星齒輪機構(gòu)。P3/P4所有元件等速。P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

f.制動器B1+離合器C2/C3/C4速比

制動器B1制動，離合器C2/C3/C4工作。離合器C2/C4結(jié)合，P1行星架連接到P3行星架上。P2行星架作為輸入，P1行星架作為輸出，P2齒圈輸出到P3太陽輪，P1行星架經(jīng)離合器D和F到P3行星架，發(fā)動機動力另外經(jīng)過C3離合器連接到P3齒圈和P4太陽輪上作為輸入。P4太陽輪和P4齒圈均有輸入，P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

g.制動器B1+離合器C1/C3/C4速比

制動器B1制動，離合器C1/C3/C4工作，P1齒圈鎖止。動力從P2行星架輸入，P1/P2共用太陽輪，P1行星架和P2齒圈輸出。由于C1/C3/C4離合器閉合，P2/P3所有元件等速旋轉(zhuǎn)。P1齒圈固定，P1行星架輸出到P4齒圈，P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

h.制動器B2+離合器C1/C2/C3速比

制動器B2制動，P2太陽輪鎖止，P2行星架輸入，P2齒圈輸出到P3太陽輪，經(jīng)離合器C1后到離合器C2再到P4齒圈，從發(fā)動機過來的動力到離合器C3之后再到P4太陽輪。P4齒圈和太陽輪共同輸入，P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

i.制動器B2+離合器C1/C2/C4速比

制動器B2制動， P2太陽輪鎖止，P2行星架輸入，P2齒圈輸出到P3太陽輪，經(jīng)離合器C1后到離合器C2和離合器C4,離合器C2到P4齒圈，離合器C4到P3行星架，P3齒圈輸出到P4太陽輪。P4齒圈和太陽輪共同輸入。P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

j.制動器B2+C2/C3/C4工作速比

制動器B2制動，P2行星架輸入，P2齒圈輸出到P3太陽輪，P3行星架輸出到P4齒圈。P4齒圈和太陽輪共同輸入，P4行星架作為輸出，存在如下關(guān)系：

得：

k.無制動器，離合器C1/C2/C3/C4速比

無制動器制動，P1/P2/P3/P4所有旋轉(zhuǎn)元件全部旋轉(zhuǎn)，此時輸出等于輸入，直接比傳動：

對上述計算所得數(shù)據(jù)結(jié)合相應(yīng)各換擋執(zhí)行元件分析可得各個檔位及執(zhí)行元件關(guān)系表，見表4：

表4 檔位-換擋元件-速比關(guān)系表

上述計算所得速比與福特汽車向美國專利商局提交的專利文件《8545362B1》[7]完全一致。

3 總結(jié)

該型號變速箱從設(shè)計上力求緊湊有利于減輕重量并減小總體尺寸；變速箱齒比范圍非常綿密從而有利于日常駕駛的動力發(fā)揮和提高車輛平順性。筆者認為這是一款通用和福特工程師們匠心獨具的智慧結(jié)晶。