通用10L80E是一款适用于后轮驱动的自动变速器,采用6个终端用油元件(4个离合器和2个制动器),再加上1个单向离合器,共同控制着4组单级单排行星齿轮组,可实现动力挡位11个(10个前进挡和1个倒挡)。每一个动力挡位都需要4个终端元件参与控制行星排来实现,相邻2个挡位的切换,只需要2个挡位中2个元件交替参与即可(一个接合而另一个释放)。单向离合器F1仅在1挡和2挡中参与,其他挡位都处于滑转状态。通用10L80E自动变速器结构示意如图7-73所示,各终端元件在各挡位的工作情况见表7-8
1.P/N挡：
在P/N挡启动发动机后,虽然没有动力传递过程,但是变速器内部已经有3个元件提前参与工作,其主要目的是为接下来要换接的动力挡位(R挡和1挡)做好准备。因为需要4个元件参与才能完成一个挡位的动力传递,所以接下来无论是换倒挡还是前进挡,只要再有1个元件参与即可。这样的控制可以大大缩短多个元件同时参与的工作时间。因此当选挡杆在P/N挡启动发动机后,制动器A、制动器B和离合器E提前参与工作,如图7-74所示,此时无动力传递过程。
2.R挡：
在P/N挡启动发动机,变速器的3个预备元件工作后已经充分做好了接下来动力挡位
的准备。当换挡杆换入R挡后,离合器D参与工作,如图7-75所示,此时倒车功能被实施。
在P/N挡时,制动器A和制动器B参与工作,仅仅是把第1行星排的所有元件固定不能旋转,同时还把第4行星排齿圈固定(第1行星排行星架与第4行星排齿圈刚性连接)。即使当离合器E参与工作,也起不到任何动力连接作用,所以P/N挡时即便有执行元件A、B、E的工作,也不会有动力传递过程。但当离合器D参与工作时就不一样了,由于离合器E之前就已经工作,所以离合器D工作后,D+E组合则把第1行星排行星架和第3行星排行星架连在一起。由于制动器A和制动器B的工作已经将第1行星排所有元件都固定住不能旋转,因此就会导致第3行星排行星架和第4行星排齿圈也被固定(制动)。R挡时动力传递如下:发动机的动力首先经变速器输入轴传递至第2行星排行星架,由于第1行星排太阳轮和第2行星排太阳轮刚性连接,所以第2行星排太阳轮也被固定(A+B的结果)。此时在第2行星排中就出现行星架输入、太阳轮被固定、齿圈超速输出的结果(超速顺向输出结果)。
由于第2行星排齿圈又和第3行星排太阳轮属于刚性连接,所以动力流就传递至第3行星排中,且在第3行星排出现了太阳轮输入、行星架被固定(A+B+D+E的结果)、齿圈大速比反向减速输出的结果。由于第3行星排齿圈又和第4行星排太阳轮也属于刚性连接,因此第3行星排的动力流又传递至第4行星排中,这样在第4行星排就出现了太阳轮逆时针输入、齿圈被固定(A+B的结果)、行星架反向大速比减速输出的结果,从而完成R挡动力传递过程。整个动力传递经过了第2行星排的超速输出、第3行星排的大速比减速换向输出及第4行星排的大速比减速输出,最终完成倒挡动力传递过程。
3.1挡动力传递：
同样,如果从P/N挡直接换入D挡后,离合器F参与工作,如果从R挡换入D挡则是离合器D释放、离合器F接合的结果
。1挡动力传递如图7-76所示。
制动器A和制动器B工作后,不仅将第1行星排所有元件固定不能旋转,同时由于第1行星排行星架和第4行星排齿圈属于刚性连接,因此第4行星排齿圈也被固定能旋转。离合器F参与工作后,发动机动力流直接经变速器输入轴传递至第3行星排齿圈和第4行星排太阳轮上。这样在第4行星排中,就出现太阳轮输入、齿圈被固定、行星架大速比减速顺向输出的结果。
整个1挡动力传递过程仅在第4行星排完成。虽说在第2行星排也有动力传递过程(行星架输入、太阳轮固定、齿圈输出),而且到了第3行星排虽然有2个元件同方向不同速度输入(太阳轮超速、齿圈为输入轴转速),但输出被中断(行星架空转)。
4.2挡动力传递：
当变速器从1挡换人2挡后,离合器F释放、离合器C替代其接合,此时由于离合器C的参与再加上原来离合器E的工作,这样就把第2行星排齿圈和第3行星排行星架连接在一起。同时本身第2行星排齿圈就和第3行星排太阳轮属于刚性连接,所以第2行星排齿圈的
转速就是第3行星排所有元件的转速。2挡动力传递如图7-77所示。
输入轴的动力传递至第2行星排行星架,此时太阳轮被固定(制动器A和B的结果),齿圈超速顺向输出。离合器C和离合器E的参与将第2行星排齿圈的动力传递至第3行星排行星架上。由于第3行星排齿圈又和第3行星排太阳轮刚性连接,因此第2行星排齿圈的输出动力又传递至第3排太阳轮上。这样,同一元件输出的动力和相同转速同时传递给一组行星排的2个元件上,就会导致这个行星排形成一个整体旋转的结果。因此在第3行星排中所有元件的转速就是第2行星排齿圈超速输出的转速,相当于第3行星排是1:1的输出过程,只不过转速要高于输入轴转速。
同时由于第3行星排齿圈又和第4行星排太阳轮属于刚性连接,因此第3行星排齿圈又将第2行星排齿圈超速输出的动力传递至第4行星排太阳轮上,最终在第4行星排里出现太阳轮输入、齿圈被固定(A+B的结果)、行星架大速比减速顺向输出的结果,并完成2挡动力传递过程。
与1挡相比,2挡动力传递中第4行星排的太阳轮转速加快。1挡时是输入轴转速,2挡时是高于输入轴转速(主要与第2行星排的传递有关),但仍然是大速比的减速挡。
5.3挡动力传递：
变速器进入3挡时,离合器F重新参与工作,同时制动器B释放停止工作。此时动力传递如图7-78所示。
发动机的动力经输入轴传递至第2行星排行星架上,离合器F的工作将发动机动力经输入轴传递至第3行星排齿圈和第4行星排太阳轮上。离合器C和E的介入,将第2行星排齿圈与第3行星排所有元件刚性连接在一起(本身第2行星排齿圈就和第3行星排太阳轮就是刚性连接的),这样发动机动力经输入轴再经F+E+D传递至第2行星排齿圈上。
由于输入轴本身与第2行星排行星架就是刚性连接关系,所以第3行星排和第2行星排就会变成一个整体,并与输入轴转速相同。由于第2行星排太阳轮又和第1行星排太阳轮属于刚性连接关系,因此输入轴的动力(转速)又传递至第1行星排太阳轮上。
这样,在第1行星排里就出现了太阳轮主动齿圈被固定(制动器A作用的结果)、行星架大速比减速顺向输出的结果,并把这个特别慢的减速输出传递至第4行星排齿圈上。在第4行星排中,由于离合器F工作,输入轴的转速(动力)便传递至太阳轮上,这样在第4行星排中就出现了2个元件同方向、不同转速的输入结果。
至此,就要看第3个元件的输出转速是高于输入轴还是低于输入轴。这里肯定不会是1:1的直接挡,因为太阳轮转速与输入轴相同,而齿圈转速则远远低于输入轴转速,即便齿圈转速与输入轴转速相同,那也只是直接挡而已,达不到超速挡。所以只要齿圈转速低于输入轴转速,那么最终输出的还是大速比的低速挡[太阳轮输入齿圈被固定不转,是最慢的1挡,所以齿圈的转速只要达不到与太阳轮(输入轴)转速相同,都是减速挡],齿圈转速越快就会越接近于1:1的直接挡。
因此3挡的动力传递中,太阳轮是输入轴转速,而齿圈是第一行星排大速比减速输出转
速,也就是转速特别慢(可视为固定)。当然齿圈一旦转起来,就会比1挡的速度快一点。
而2挡时齿圈还是被固定。只不过提升了太阳轮的转速而已,而最终还是大速比的减速挡。
这一切都来自单级单排行星齿轮的传递规律(行星架主动超速、行星架从动减速以及行星架固定输入与输出方向相反)。
6.4挡动力传递：
变速器换入4挡时,离合器F释放而离合器D接合,此时动力传递并未中断,如图7-79
所示。3挡时离合器C和E传递的是来自F的动力转速,而4挡时离合器C和E则开始传递来自第4行星排齿圈的动力,这样就会立即降低了整个第3行星排和第2行星排齿圈的转速。由于第2行星排行星架的转速是输入轴转速,因此在第2行星排就出现2种输入转速的关系:行星架是输入轴转速、齿圈是远低于输入轴的转速,此时可以视为齿圈是被固定的(与行星架转速差过大),因此在第2行星排就出现了太阳轮超速输出的结果(当然齿圈并非真正被固定)。
这个超速输出结果传递至第1行星排太阳轮上,这样在第1行星排中得到这样的结果:
太阳轮以高于输入轴转速输入、齿圈被固定、行星架大速比减速输出,但此时由于太阳轮在增速(3挡时该太阳轮转速为输入轴转速),因此行星架输出转速也随之提升,最终使第4行星排齿圈和太阳轮转速同步提升,但最终4挡还是低于输入轴转速的减速挡。
4挡得以实现后,其实在第2行星排当中虽然齿圈速度得以提升,但毕竟与行星架还存在一定的转速差,所以第2行星排和第2行星排太阳轮转速还是高于输入轴转速。最终传动比变化取决于第1行星排和第2行星排,第3行星排和第4行星排为整体减速输出。
7.5挡动力传递：
变速器换入5挡时,离合器E释放而离合器F再次被接合,如图7-80所示。此时第2行星排齿圈转速就是第4行星排齿圈转速(4挡速度),第2行星排输入行星架与齿圈仍然存在一定量的转速差。
所以第1行星排太阳轮仍然还是以高于输入轴转速进行输入,但由于齿圈被固定(制动器A作用下),因此行星架仍然是大速比输出至第4行星排齿圈。
由于离合器F的重新启用,所以第4行星排太阳轮的输入转速(输入动力)就是来自变速器的输入轴,这样第4行星排中就出现了太阳轮以输入轴转速输入,齿圈以低于输入轴转速输人的结果,最终导致行星输出转速仍然低于输入轴转速。其原因是,在单级单排齿轮传递规律当中,行星架输出为减速挡,而由于齿圈转速低于太阳轮转速(可视为被固定),因此只有齿圈转速等于太阳轮转速时,变速器传递的才是1:1的直接挡。只要齿圈转速低于太阳轮转速,永远都是减速挡。
8.6挡动力传递：
变速器换入6挡时,离合器E再次被接合,如图7-81所示。离合器C释放,取而代之的是离合器第4行星排齿圈的转速(4挡时转速)被传递至第3行星排行星架上,而离合器
F继续工作,又把输入转速传递至第3行星排齿圈上。因此在第3行星排就出现了齿圈以输入轴速度输入、行星架以低于输入轴转速(4挡和5挡时速度)输入的结果。此时第3行星排元件太阳轮则以低于输入轴转速(单级单排齿轮传递规律的结果,只有行星架转速等于齿圈速度时,才是1:1的直接挡)输出至第2排齿圈上。
此时第2行星排齿圈的转速相比4挡和5挡时低了一些,因此在此基础上第2行星排行星架以输入轴转速输入,而齿圈的速度相比之前的挡位又慢了一些,最终导致输出太阳轮转速进一步得到提升。这也相当于第1行星排太阳轮转速得到提升,从而让第1行星排行星架及第4行星排齿圈转速得以提升,并越来越接近直接挡,且快于5挡。
9.7挡动力传递：
变速器换入7挡时,制动器A释放不再工作,而离合器C参与接合,此时变速器的4个离合器全部参与工作。根据该变速器4组行星齿轮组的结构特点,当4个离合器全部工作时,所有行星齿轮组全部形成一个整体,得到的结果就是既不增速也不降速,输入与输出一致,传动比为1:1,所以7挡是直接挡,如图7-82所示。
10.8挡动力传递：
既然7挡属于直接挡,那么8挡、9挡和10挡就一定是超速挡了。当变速器进入8挡时,离合器C再次被释放而制动器B再次被接合。此时动力传递如图7-83所示。
发动机动力通过变速器输入轴直接传递至第2行星排行星架上,由于制动器B把太阳轮固定(制动器B直接固定第1行星排太阳轮,第1行星排太阳轮与第2行星排太阳轮刚性连接),此时在第2行星排就出现行星架输入,太阳轮被固定,齿圈超速顺向输出的结果,并把这个超速输出的结果传递至第3行星排太阳轮上。
那么离合器F的工作,则把输入轴动力直接传递至第3行星排齿圈和第4行星排太阳轮上,这样在第3行星排中就出现了齿圈以输入轴速度输入,太阳轮以高于输入轴速度输入的结果,所以导致第3行星排行星架也是以高于输入轴转速输出(如果太阳轮转速与齿圈转速相同,那么行星架输出转速也会相同,否则不是高就是低)。由于离合器E和D的参与,因此又把这个超速输出的结果传递至第4行星排齿圈上,最终在第4行星排出现齿圈以高于输入轴转速输入,太阳轮以输入轴转速输入,行星架则以高于输入轴转速输出,最终形成8挡超速挡。
11.9挡动力传递：
当变速器换入9挡时,离合器E被释放,离合器C再次被接合,如图7-84所示。此时还是从第2行星排看起,变速器输入轴直接把发动机动力传递至第2行星排行星架上,制动器B
工作,将第1行星排和第2行星排太阳轮固定,此时第2行星排齿圈则实现超速输出并传递至第3排太阳轮上。即便离合器F工作,将输入轴动力传递至第3行星排齿圈上,由于离合器E不再工作,因此第3行星排在8挡中不提供具有传动比的动力传输。
由于离合器C和D的工作,直接把第2行星排齿圈超速输出动力传递至第4行星排齿圈上,并没有经过第3行星排。如果经过第3行星排就像8挡那样,其实会降低第3行星排行星架输出转速(虽然属于超速传动)。这样非常直接地在第4行星排实现了太阳轮以输入轴速度输入、齿圈以高于输入轴转速输入的结果,最终行星架以高于输入轴转速的超速输出,来完成9挡动力传递过程。与8挡的速度区别,就是齿圈的转速进一步得到提升。
12.10挡动力传递：
当变速器换入10挡时,离合器F被释放而离合器C再次被接合,此时动力流依然是从
第2排开始,如图7-85所示。发动机动力经输入轴直接传递至第2行星排行星架上,制动器B工作,将第1行星排和第1行星排太阳轮固定,此时第2行星排齿圈超速输出。
离合器C、E和D的工作直接将第2行星排齿圈超速输出的动力传递至第4行星排的齿圈及太阳轮上。也就是说,第4行星排太阳轮和齿圈速度相同,且都是第2行星排齿圈的超速转速。虽说第4行星排整体旋转,但主要是来自第2行星排超速输出的结果。与8挡和9挡相比,主要是第4行星排的太阳轮转速得以超速提升。
