相關知識

一、自動變速器發展概況

汽車自動變速器的研究和應用可以追溯到20世紀30年代。1939年，美國通用汽車公司首先在其生產的奧茲莫比爾（Oldsmobile）轎車上裝用了液力變矩器——行星齒輪組成的液力變速器，可謂現代自動變速器的雛形。20世紀40年代末50年代初，出現了根據車速和節氣門開度自動控制換擋的液力控制換擋自動變速器，使自動變速器進入了迅速發展時期。到1975年，自動變速器在重型汽車及公共汽車上的應用已相當普及。

自動變速器采用電子控制系統始于20世紀60年代中期。20世紀法國雷諾（Renault）公司于1968年率先在自動變速器上使用了電子元件。20世紀70年代中期，電子控制技術開始應用于汽車變速器，日本豐田汽車公司首先研制成功了世界上第一臺電子控制變速裝置，并在1976年實現了批量生產。但由于這種電子控制自動變速器在控制精度和自由度方面效果并不十分理想，因此，包括日本在內的許多國家又把精力轉向計算機控制變速器的研究和開發，以計算機為控制核心的電子控制自動變速器迅速發展。

自1981年起，美國、日本等國家的一些汽車公司相繼開發出各種微機控制的自動變速系統，如電子控制液力變矩式自動變速器、電子控制多級齒輪變速器等。電子控制自動變速器的真正飛躍發展是在1982年，這一年豐田公司將微機技術應用于電子控制變速器系統，實現了自動變速器的智能控制，首先應用于豪華型皇冠牌轎車上。電子控制自動變速器有最佳的換擋規律，換擋精確性好，具有良好的燃料經濟性、動力性，降低污染。隨后，德國Bosch公司于1983年成功研制了發動機和自動變速器共用的電子控制單元。

電控自動變速器可實現與發動機最佳匹配，并可獲得最佳的經濟性、動力性、安全性，達到降低發動機排氣污染的目的。因此，電子控制變速器廣泛用于轎車、客車、大型公共汽車、越野車及重型牽引車上，并且裝車率迅速提高，尤其在美、日、德等國生產的轎車上，采用電子控制器的比例越來越高。

國產轎車中采用自動變速器最早的車型當屬中國第一汽車集團公司生產的紅旗CA770型三排座高級轎車，該型轎車在1965—1980年間共生產了1283輛，其所裝用的自動變速器在結構上與美國克萊斯勒汽車公司生產的Power Flite自動變速器相似。一汽大眾1998年底在國內首家推出批量生產的裝有電控自動變速器的轎車捷達AT，該車采用德國大眾（VW）原廠生產的第三代95型01M電控4擋自動變速器。神龍汽車公司亦于1999年初展示了其裝備自動變速器的富康988轎車。這種電控4擋自動變速器由法國的雪鐵龍和雷諾公司共同研制，在意大利生產，1998年6月開始應用。近年來，隨著我國轎車工業的快速發展，各轎車制造企業都推出了裝有自動變速器的車型，國產轎車普遍裝用自動變速器的時代已經到來。

二、自動變速器的類型

在自動變速器的發展過程中出現了多種結構形式。自動變速器的驅動方式、擋位數、變速齒輪的結構類型、變矩器的結構類型及換擋控制形式等都有不同之處。下面就不同的分類方法加以概括。

（一）按變速器換擋操作的形式分類

按變速器換擋操作是否全自動化，分為半自動變速器和全自動變速器兩大類。

1.半自動變速器

半自動變速器的換擋操作仍需手動。有兩種類型：一種是自動離合器-手動換擋變速器的組合形式，因此也被稱之為自動離合器式變速器；另一種是具有自動變速功能的液力變矩器式變速器，換擋用離合器-輔助手動變速器組合形式，被稱之為選擇式自動變速器。半自動變速器實際上是自動變速器發展過程中的一個過渡形式，目前汽車上已很少采用。

2.全自動變速器

全自動變速器簡稱自動變速器，是無須離合器操作和換擋（加減擋）操作的液力傳動變速器。全自動變速器是現代自動變速器普遍采用的結構形式。

（二）按自動換擋的控制方式分類

按自動換擋的控制方式，分為液力控制式自動變速器和電子控制式自動變速器。

1.液力控制式自動變速器

液力控制式自動變速器換擋控制方式是通過機械手段將節氣門開度和車速參數轉化為壓力控制信號，使閥板中各控制閥按照設定的換擋規律控制換擋執行機構動作，實現自動換擋。液力控制換擋過程如圖1-1所示。

2.電子控制式自動變速器

電子控制式自動變速器通過各種傳感器將發動機轉速、節氣門開度、車速、發動機溫度、自動變速器液壓油溫度等參數轉變為電信號，輸入自動變速器計算機，計算機根據這些電信號確定變速器換擋控制信號。計算機輸出的換擋信號控制相應的換擋電磁閥動作，并通過換擋閥產生相應的壓力控制信號，使有關的換擋執行機構動作，實現自動換擋。電子控制式自動變速器的換擋過程如圖1-2所示。

（三）按動力傳遞的方式分類

按動力傳遞的方式，分為液力式、氣壓式、電磁式和機械式等4種不同形式的自動變速器。液力式又可分為動壓式（液力偶合式和液力變矩式）和靜壓式兩種。目前普遍采用的是液力動壓式自動變速器。

（四）按自動變速器前進擋位的多少分類

按自動變速器前進擋位，分為2擋、3擋、4擋自動變速器?，F在的自動變速器一般為4前進擋，第4或6前進擋。

（五）按齒輪變速器部分的結構類型分類

按自動變速器齒輪變速器部分的結構不同，分為普通齒輪（平行軸）式和行星齒輪式兩種。由于行星齒輪變速器結構緊湊，又能獲得較大的傳動比，因此目前的自動變速器普遍采用行星齒輪結構形式。

三、自動變速器的特點

現代汽車自動變速器普遍采用的是液力變矩器與行星齒輪式變速器組合而成的液力全自動變速器，換擋自動控制形式有純液壓式和電子控制式兩種。相比于傳統的手動機械式變速器，自動變速器具有如下特點。

（一）自動變速器的優點

（1）操作簡化且省力。采用自動變速器可取消離合器踏板及變速桿，使駕駛操作大大簡化。由于它設置了一個自動換擋區范圍的選擇手柄，所以在一般情況下，即使在城市交通繁忙的街道行駛，不需任何換擋操作，而由自動控制系統控制自動換擋甚至當遇到紅燈需要短暫停駛時，也可不移動手柄。駕駛人控制車速時，就只需控制好加速踏板即可，必要時也可用制動踏板予以配合。其操縱簡單省力，大大降低了對駕駛人員操作水平的要求。

（2）提高了行車安全，降低了勞動強度。由于簡化了駕駛操作，使得駕駛人可以把注意力集中于觀察交通情況，掌握好運行方向和車速，因此可以極大地提高運行安全性。

（3）提高了乘坐舒適性。車輛的乘坐舒適性取決于許多因素，例如汽車的懸掛系統、發動機的振動與噪聲，以及換擋過程的平順性等。由于自動變速器能把發動機的轉速控制在一定范圍內，無急劇的變化，有利于減弱發動機的振動和噪聲。自動變速器經過專門的控制系統，可以得到很平穩的換擋過程和減少換擋次數，因此可以提高汽車行駛的平穩性，可有效地改善乘坐舒適性。

（4）延長了機件的使用壽命。由于自動變速器大多數采用液力元件，可消除和吸收傳動裝置的動載荷，而且由于自動換擋，減少了換擋時產生的沖擊與動載荷，因此一般可使傳動零件的使用壽命延長2～3倍。據統計，在惡劣的運行條件下，裝用自動變速器的汽車，其傳動軸上的最大扭矩振幅只相當于手動機械變速器的20％～40％。原地起步時的扭矩峰值只相當于手動機械變速器的50％～70％。因此也可使發動機的使用壽命提高1.5～2.0倍。

（5）改善了汽車的動力性能。改善車輛動力性能其表現在提高起步加速性、提高功率利用率和平均車速等方面。自動變速器由液力變矩器，使其能夠自動換擋，從而使起步加速性得到極大提高。由于自動換擋過程中傳動系統傳遞的功率不中斷，而且沒有手動換擋時減少供油的操作，再加上自動換擋在時機控制上能保證發動機功率得以充分利用，所以自動換擋可以得到很好的加速性能，而且提高了平均行駛速度。試驗資料表明，裝用自動變速器的汽車其起步加速到20km/h所需的時間，比手動機械變速器要少20％，而加速到40km/h時，要少10％。

（6）減少對空氣的污染。由于手動變速器在換擋過程中常伴有供油量的急劇變化，發動機轉速的變化較大，導致燃燒過程變壞，使廢氣中有害成分的含量增加。當使用自動變速器時，由于液力傳動和自動換擋技術，能把發動機限制在污染較小的轉速范圍內工作，從而減少了發動機排氣中有害物質的含量。

（二）自動變速器主要缺點

自動變速器具有很多優點，但也有一定的缺點和局限性。其主要缺點是：結構比較復雜、制造精度要求較高，因此，成本高。此外，大多數自動變速器因裝有液力元件，傳動效率較低。一般液力傳動的傳動效率，最高只能達到86％～90％，比機械傳動效率要低8％～12％。當然，如果自動變速器與發動機匹配得好，或采用變矩器閉鎖等措施，也可使燃料消耗比采用手動機械變速器少。

此外，自動變速器由于結構復雜，因此其故障分析和維修等方面，都要求有較高的技術水平。

四、電控自動變速器的結構與工作原理

（一）液力變矩器

液力變矩器是自動變速器的核心組成部分之一，位于自動變速器的最前端，安裝在發動機的飛輪上，利用液力傳遞動力，具有一定的減速增扭功能，并能實現無級變速。

1.液力變矩器的結構和工作原理

液力變矩器主要由泵輪、渦輪、導輪組成，如圖1-3所示。上述3個元件安裝在完全充滿自動變速器液（ATF）的密封變矩器殼體內，殼體通過驅動盤與曲軸相連。當發動機運轉時，將帶動泵輪一同旋轉，泵輪內的ATF依靠離心力向外噴出，其噴射速度隨發動機轉速的提高而升高。高速噴出ATF沖擊靜止的渦輪使其轉動。導輪葉片截住離開渦輪的ATF，改變其方向，使其沖擊泵輪的葉片背部，給泵輪一個額外的“助推力”，使得液力變矩器能有效地增大渦輪的輸出轉矩。

液力變矩器的原理就像給兩個對置的電風扇添加了一個空氣管道（見圖1-4），空氣通過空氣管道從沒有電源的電風扇回流到有電源的電風扇，從而增加了有電源電風扇吹出的氣流。導輪就起到了這種空氣管道的作用，增加了從泵輪流出ATF的動能。實際上ATF以循環的方式流過液力變矩器，在其內部形成一條首尾相接的環行螺旋流線，如圖1-5所示。

由此可知，泵輪將發動機的機械能轉變為ATF的動能，渦輪將ATF的動能轉變為渦輪軸上的機械能，而導輪改變ATF的流動方向，從而達到增矩的作用。

2.液力變矩器的性能分析

液力變矩器的性能一般用其特性曲線來描述。液力變矩器的特性曲線反映的是當發動機轉速和轉矩一定（即泵輪轉速nB和轉矩MB一定）時，液力變矩器的轉矩比（K）、轉速比（i）和傳動效率（η）三者之間的變化關系。圖1-6為車用液力變矩器的特性曲線。

（1）轉速比（速比）i。渦輪轉速n<Paragraph id="#0001500236">W</Paragraph>與泵輪轉速nB之比為液力變矩器的轉速比，一般以i來表示，即

轉速比說明液力變矩器輸出轉速降低的倍數，用來描述液力變矩器的工況。

（2）轉矩比（變矩系數）K。渦輪輸出轉矩MW與泵輪輸入轉矩MB之比為液力變矩器的轉矩比，用K來表示，即

轉矩比說明變矩器輸出轉矩增大的倍數，它隨變矩器轉速比而變化。

從圖1-6中可以看出，液力變矩器的運作分為兩個工作區域：當i＜0.8（K＞1）時，為變矩器的變矩區，在變矩區轉矩成倍放大，當傳動比i為零時，即在渦輪轉輪停轉時，轉矩比K達到最大；當i≥0.8（K≤1）時，為變矩器的偶合區，只是傳送轉矩而并無轉矩放大。K=1的速比點是這兩個區域的轉換點，亦稱為“偶合點”。

（3）傳動效率η。渦輪輸出功率Nw與泵輪輸入功率NB之比為變矩器的傳動效率，用η表示。即

傳動效率說明變矩器輸出軸上所獲得的功率比輸入功率小的倍數。液力變矩器的傳動效率是隨傳動比而變化的拋物線，其最高效率ηmax在i=0.6時獲得，一般為80％～86％。

若液力變矩器中的導輪在工作時始終固定，則自偶合點起在大速比的偶合范圍內，轉矩比曲線變成K＜1，且傳動效率急劇下降（如圖1-6中的虛線）。這是由于固定不動的導輪，在速比較小的范圍內，能起到增大轉矩的作用，因為此時由循環流動的速度A和圓周流動的速度B所合成工作液按速度C流向導輪前部，經固定不動的導輪后改變了液流方向沖向泵輪的背面［見圖1-7（a）］，產生增矩作用。但在速比較大的工作范圍內，工作液的合成速度C將流向導輪的背面，固定不動的導輪使工作液產生渦流，將阻礙渦輪的旋轉［見圖1-7（b）］，降低其傳動效率。其解決的辦法就是在導輪上增設單向離合器。

3.導輪增設單向離合器用以提高傳動效率

導輪單向離合器的作用是使其所連接的兩個元件間只能相對地向一個方向轉動，而無法朝相反方向轉動，即它按受力關系不同，自動地實現鎖定不動或分離自由旋轉兩種狀態。其常見的結構類型有楔塊式（見圖1-8）和滾柱式（見圖1-9）兩種。

設置單向離合器后，當速比較小，泵輪與渦輪轉速差較大時，沿渦輪葉片流動的工作液速度（渦流速度）A亦大，速度A在渦輪旋轉速度（環流速度）B的影響下方向發生偏移，工作液實際上按速度C的方向流向導輪，沖擊導輪葉片的正面，使導輪與泵輪有反向轉動趨勢，但由于導輪被單向離合器鎖住不轉動。因此，液體經固定導輪的葉片使流向改變，沖擊到泵輪的背面，增強泵輪轉動，產生增矩作用，如圖1-10（a）所示。

當速比較大，泵輪與渦輪轉速差較小時，同渦輪轉輪一起同方向轉動的液體速度B就升高。另一方面，流經泵輪及渦輪轉輪的液體速度A則降低，工作液按速度C的方向流向導輪，沖擊導輪葉片的背面，使導輪葉片對液流起阻擋作用。在這種情況下，單向離合器使導輪與泵輪同方向自由轉動，從而使液流順利流回至泵輪，如圖1-10（b）所示。此時，變矩器不產生增矩作用，其功能同普通液力偶合器一樣，傳動效率為圖1-6中斜直線所示，性能大幅度改善。

4.采用鎖止離合器提高液力變矩器高速比工況下的傳動效率

從圖1-6車用液力變矩器的特性曲線中可以看出，當速比較高，進入偶合工作區時，變矩器沒有增矩作用，幾乎以1∶1的比例將來自發動機的輸入轉矩傳送至變速器。但在泵輪與渦輪之間存在著至少4％～5％的轉速差。所以，變矩器并不是將發動機動力100％地傳送至變速器，而是有能量損失。為防止這種現象發生，也為了降低油耗，液力變矩器采用了鎖止離合器。當車速在大約60km/h或以上時，鎖止離合器會通過機械方式將泵輪與渦輪相連接，使發動機產生的動力100％地傳送至變速器。

液力變矩器的鎖止離合器位于渦輪的前端，裝在渦輪輪轂上（見圖1-11），由鎖止活塞、減振盤和渦輪傳動板等組成。鎖止活塞和減振盤用鍵連接，可前后移動；減振盤和渦輪傳動板通過減振彈簧固定，能衰減在離合器接合時的扭轉振動；在變矩器殼體或變矩器鎖止活塞上粘有一種摩擦材料，用以防止離合器接合時打滑。

鎖止離合器的接合及分離由變矩器中的液壓油的流向決定。當車輛低速行駛時，由液壓控制系統控制工作液流至鎖止活塞的前端，使鎖止活塞向后移動［見圖1-12（a）］，故鎖止離合器分離。當車輛轉入中、高速（通常60km/h）行駛時，由液壓控制系統控制工作液流至鎖止離合器的后端。使鎖止活塞向前移動［見圖1-12（b）］，這樣，變矩器殼體就受到鎖止活塞擠壓，從而使鎖止離合器及前蓋一起轉動，即鎖止離合器接合。動力直接由發動機、驅動盤、前蓋、鎖止離合器、渦輪到變速器輸入軸。由于泵輪與渦輪鎖為一體，動力傳遞無須通過液體，從而提高了高速下液力變矩器的傳動效率。

（二）齒輪變速傳動裝置

1.齒輪機構

自動變速器的齒輪變速傳動裝置主要由齒輪機構和換擋執行元件組成。自動變速器的齒輪機構主要由行星齒輪機構和平行軸齒輪機構組成，目前多采用行星齒輪機構。

（1）單排行星齒輪機構

①結構：圖1-13所示為單排行星齒輪機構。它主要由太陽輪、行星齒輪、行星架和齒圈組成，其中行星齒輪通常有3～6個，沿行星架圓周均勻布置。行星齒輪一方面可繞自己的軸線回轉，另一方面又可隨著行星架一起繞其固定軸線旋轉，既有自轉又有公轉。

②變速原理及傳動比：設圖1-13所示行星齒輪機構中的太陽輪、齒圈、行星架的轉速分別為n1、n2、n3，太陽輪、齒圈的齒數分別為z1、z2，齒圈與太陽輪的齒數比為α。根據能量守恒定律，可得單一行星齒輪機構一般運動規律特性方程式：

n1+n2-（1+α）n3=0

式中： 。由上式可知，單一行星齒輪機構有兩個自由度，因此它不能直接用于變速傳動。為了組成具有確定傳動比的齒輪機構，應將行星齒輪機構中的太陽輪、齒圈和行星架三個基本構件中的一個強制固定不動或使其運動受到一定的約束（稱為制動），再將另外兩個中的一個作為主動件與輸入軸相連，另一個作為從動件與輸出軸相連；或將某兩個基本元件相互連接一起旋轉，從而獲得確定的傳動比，實現動力傳遞。

（2）復合行星齒輪機構

由于單排行星齒輪機構不能滿足汽車行駛中速比范圍的要求，為了增加自動變速器的速比范圍，常將兩組或多組單排行星齒輪機構組合為復合行星齒輪機構，用以滿足汽車行駛中需要的速比范圍。目前，常見的復合行星齒輪機構有辛普森式行星齒輪機構和拉維娜式行星齒輪機構，如圖1-14所示。

2.換擋執行元件

（1）離合器

離合器的作用是將輸入或輸出軸與行星齒輪機構中某個基本元件連接起來，或將行星齒輪機構中某兩個基本元件連接在一起，使之成為一個整體轉動，以傳遞動力。

現代自動變速器中所使用的離合器多為濕式多片式離合器，它通常由離合器鼓、離合器活塞、回位彈簧、一組鋼片、一組摩擦片、花鍵轂等組成，如圖1-15所示。

（2）制動器

制動器的作用是約束行星齒輪機構中某個基本構件，使其不能運動，以獲得必要的傳動比。目前最常見的是濕式多片式制動器和帶式制動器兩種。

①濕式多片制動器：其結構與離合器結構相似，由制動器活塞、回位彈簧、活塞缸、摩擦片、鋼片等組成，如圖1-16所示。

②帶式制動器：利用圍繞在制動器鼓周圍的制動帶收縮而產生制動效果，它由制動帶和伺服機構組成。

制動帶的內側涂有摩擦材料，以產生較大的摩擦力，幫助夾緊離合器鼓或制動器鼓。制動帶的一端固定或支撐在間隙調整裝置上，另一端由伺服機構中的活塞桿或推桿驅動。制動器的伺服機構用來控制制動帶的工作。它主要由變速器殼體、活塞、活塞桿（或推桿）、彈簧等組成，如圖1-17所示。伺服機構有直接作用式和間接作用式兩種類型。

（3）單向離合器

單向離合器的作用是單向鎖止行星齒輪機構中某個基本元件的旋轉。它只能沿一個方向傳送轉矩，其結構有楔塊式和滾柱式兩種（如前所述）。通常液力變矩器采用滾柱式，而行星齒輪變速器采用楔塊式。

單向離合器無須附加的液壓或機械操縱裝置，結構簡單，且靈敏度高，可瞬間鎖止或解除鎖止，提高了換擋時機的準確性。

由于單向離合器在任何時候都只允許單向轉動，因此在輸出軸轉速大于輸入軸轉速時，單向離合器旋轉，動力不能從驅動輪傳至發動機，避免了發動機制動。在降擋時還可避免換擋沖擊。但若單向離合器打滑，將完全喪失工作效能；若單向離合器卡滯，所負責的擋位還有，但會造成異響和燒蝕；而單向離合器一旦裝反，會造成嚴重故障。

3.行星齒輪式傳動裝置

（1）三速辛普森式行星齒輪傳動裝置

辛普森式行星齒輪傳動裝置由辛普森式行星齒輪機構和換擋執行元件組成。辛普森式行星齒輪機構是由共用一個太陽輪的兩組行星齒輪、2個齒圈和2個行星架組成的雙排行星齒輪機構。它是應用最為廣泛的一種復合式行星齒輪機構，可以提供3個前進擋和1個倒擋。其前后排行星齒輪機構的尺寸或齒輪的齒數不必一定相同。其尺寸和齒輪的齒數決定了辛普森式行星齒輪機構所實現的實際傳動比。辛普森式行星齒輪機構的排列方式有兩種：前齒圈輸入式（見圖1-18）和后齒圈輸入式（見圖1-19）。

在三速辛普森式行星齒輪傳動裝置的執行元件有2個離合器、3個制動器和2個單向離合器。它們的名稱及作用如表1-1所示。

三速辛普森式行星齒輪傳動裝置換擋執行元件工作情況如表1-2所示。

注：●代表換擋執行元件處于工作狀態，比如P擋只有B3工作。

（2）四速辛普森式行星齒輪傳動裝置

四速辛普森式行星齒輪傳動裝置是在三速辛普森式行星齒輪機構基礎上發展起來的。它有兩種類型：

①在三速辛普森式行星齒輪機構添置一個行星齒輪組（即超速擋行星齒輪機構），成為由三組行星齒輪機構組成的四速辛普森式行星齒輪傳動裝置。

②仍采用兩組行星齒輪機構，但改變了行星齒輪機構的連接關系，增加了換擋執行元件的數量，使其成為采用兩組行星齒輪機構就可獲得帶超速擋的四速行星齒輪傳動裝置。由于兩組行星齒輪機構不再共用太陽輪，故稱其為辛普森改進型，如圖1-20所示。

四速辛普森式行星齒輪傳動裝置所增加的超速行星齒輪組可安裝在三速行星齒輪機構的后部（多用于FF型車，即發動機前置前輪驅動型車）或前部（多用于FR型車，即發動機前置后輪驅動型車），如圖1-21所示。

超速行星齒輪機構換擋執行元件的名稱及作用如表1-3所示。

不在超速擋時的運作：此時辛普森式行星齒輪機構處于前述的任意行車擋位。超速行星齒輪組的離合器C0工作，使超速擋行星架與超速擋太陽輪連接，由于行星齒輪組的任意兩個元件的連接使第三元件失去原有的自由度，整個超速行星齒輪組成為一個整體旋轉，超速行星齒輪組的傳動比為1，不起改變傳動比的作用。不在超速狀態工作時，自動變速器的擋位由原三速辛普森式行星齒輪機構來確定。

在超速擋時的運作：在超速擋時，超速擋制動器B0鎖定超速擋太陽齒輪。所以，當超速擋行星架順時針方向轉動時，超速擋行星齒輪一面繞其軸自轉，一面繞超速擋太陽齒輪順時針方向公轉。帶動超速擋齒輪快于超速擋行星架順時針方向轉動。

四速辛普森式行星齒輪傳動裝置換擋執行元件工作情況如表1-4所示。

（3）四速拉維娜式行星齒輪傳動裝置

拉維娜式行星齒輪傳動裝置（見圖1-22）由拉維娜式行星齒輪機構和換擋執行元件組成。拉維娜式行星齒輪機構也采用雙行星排：前太陽輪、長行星輪、行星架和齒輪組成一個單行星輪式行星排；而后太陽輪、短行星輪、長行星輪、行星架和齒輪組成一個雙行星輪式行星排。前后行星排共用1個齒輪輸出，且前后2個行星排的行星架連為一體。拉維娜式行星齒輪傳動裝置的換擋執行元件包括4個離合器、2個制動器和2個單向離合器，它們的名稱及作用如表1-5所示。

四速拉維娜式行星齒輪傳動裝置各擋的傳動路線分析：

①D1擋：前進擋離合器C1接合，前進擋單向離合器F2鎖止，將輸入軸與后太陽輪連接，1擋單向離合器F1鎖止，將行星架固定。傳動路線為：輸入軸→離合器C1→單向離合器F2→后太陽輪→短行星輪→長行星輪→齒圈→輸出軸。

②D2擋：前進擋離合器C1接合，前進擋單向離合器F2鎖止，將輸入軸與后太陽輪連接，2、4擋制動制動器B1接合，前太陽輪被固定。傳動路線為：輸入軸→離合器C1→單向離合器F2→后太陽輪→短行星輪→長行星輪（前太陽輪固定，使行星架運動確定）→齒圈→輸出軸。

③D3擋：前進擋離合器C1接合，前進擋單向離合器F2鎖止，將輸入軸與后太陽輪連接；高擋離合器C4接合，將輸入軸與行星架連接，這樣后太陽輪與行星架同步轉動，使得齒圈隨其一起同步轉動，形成直接擋。

④D4擋：高擋離合器C4接合，將輸入軸與行星架連接；2、4擋制動器B1工作，前太陽輪被固定。傳動路線為：輸入軸→離合器C4→行星架→長行星輪→齒圈→輸出軸。

⑤L1擋：前進擋強制離合器C3接合，將輸入軸與后太陽輪連接；低、倒擋制動器B2接合，行星架固定，傳動路線和傳動比與D1擋相同。但由于單向離合器F2不起作用，制動器B2又代替了單向離合器F1的工作，從而使汽車滑行時可以用發動機制動。

⑥L2擋：前進擋強制離合器C3接合，將輸入軸與后太陽輪連接；2、4擋制動器B1接合，前太陽輪被固定，傳動路線和傳動比與D2擋相同。但由于單向離合器F2不起作用，使汽車滑行時可以用發動機制動。

⑦L3擋：前進擋強制離合器C3接合，將輸入軸與后太陽輪連接；低、高擋離合器C4接合，將輸入軸與行星架連接，使后太陽輪與行星架一起帶動齒圈轉動，形成直接擋。傳動路線與傳動比與D3擋相同。當汽車滑行時，離合器C3與離合器C4都能反向傳遞動力，所以有發動機的制動作用。

⑧R擋：倒擋離合器C2接合，將輸入軸與前太陽輪連接，低、倒擋制動器B2接合，行星架被固定。傳動路線為：輸入軸→離合器C2→前太陽輪（順時針）→長行星輪→齒圈（逆時針）→輸出軸。

（三）液壓控制系統

自動變速器的液壓控制系統由動力源部分（油泵）、執行機構部分（離合器、制動器等）和控制機構部分（控制閥體、蓄壓器等）組成。動力源是被液力變矩器泵輪驅動的油泵，它向控制機構和執行機構供應壓力油以完成換擋，同時為液力變矩器提供傳動介質并進行冷卻補償，向行星齒輪系統提供潤滑油；執行機構是指行星齒輪系統的離合器、制動器；控制機構的作用是在汽車行駛過程中接收換擋信號，控制執行機構的動作，使變速器得到不同擋位。有關離合器、制動器在前已述，故此處重點介紹油泵和控制機構等的結構和工作原理。

1.油泵

油泵一般位于液力變矩器和行星齒輪傳動裝置之間，由液力變矩器外殼驅動。常用的油泵有3種類型：齒輪泵、轉子泵和葉片泵，如圖1-23所示。

自動變速器常用的是內嚙合的齒輪泵，圖1-24為齒輪泵的典型結構。較小的外齒輪是主動齒輪安裝在較大的內齒輪中，外齒輪是從動齒輪偏心地安裝在泵體中，在內外齒輪之間安裝一個月牙形的隔板，將內外齒輪之間的容積分為兩部分，因此這種泵俗稱月牙泵。油泵主動齒輪由變矩器驅動，在齒輪轉動時，月牙形隔板一側的容積因齒輪退出嚙合而增大進油腔，另一側容積因齒輪進入嚙合而減小是出油腔。在進油腔產生一定的真空將自動變速器油吸入油泵內，油液充滿齒槽在齒輪轉動時被帶入月牙形隔板的另一側，在出油腔內因齒輪進入嚙合，齒輪之間的間隙減小，容積減小使油液壓力增加從出油口排出進入液壓回路。由于主動齒輪轉動一圈油泵輸出的油量是固定的，因此齒輪泵是一種定量油泵。

由于油泵由變矩器驅動，其轉速與發動機轉速完全相同，則油泵的輸出油量和壓力實際上在很大的范圍內變化，在某些轉速下機油泵的輸出壓力可能高于變速器工作需要的壓力，這時除了油泵消耗的發動機功率會增加以外，過高的油壓還會引起系統的滲漏。為避免這種現象的出現，在自動變速器的主油道上設置限壓閥。

使用油泵時應注意以下幾點：

（1）發動機不工作時，油泵也不工作，變速器內無控制油壓，故無法采用推車方式起動發動機。

（2）當車輛出現故障而被其他車輛拖動時，由于發動機不工作，油泵無法運轉，變速器內沒有潤滑油的循環流動，離合器和制動器片會出現嚴重磨損。因此，必須將拖動的速度控制在30km/h以內，拖動距離不能超過50km。

（3）當變速器齒輪系統有故障或嚴重漏油時，在拖動車輛時應將驅動輪脫離地面或拆掉傳動軸。

2.主油路調壓閥

因油泵由發動機直接驅動，故其理論泵油量與發動機轉速成正比，液壓油由油泵輸出后進入主油路系統，從而使主油路系統壓力發生變化。發動機高速時，泵油量多，主油路壓力高，引起換擋沖擊及泵油消耗功率增大；發動機低速時，泵油量少，主油路壓力低，引起制動器、離合器打滑。

為防止上述兩種現象發生，油泵的泵油量應在發動機處于怠速時即可滿足自動變速器各部分所需，而在發動機轉速增加時利用主油路系統中的主油路調壓閥來調節壓力，讓多余的液壓油返回油底殼，使主油路系統的壓力穩定在一定的范圍之內。同時，主油路調壓閥應能滿足主油路系統在不同工況、不同擋位時，具有不同油壓的要求。

主油路調壓閥的作用主要體現在以下三方面：

（1）節氣門開度較小時，自動變速器所傳遞的扭矩較小，離合器、制動器不易打滑，主油路壓力可以降低；而當節氣門開度較大時，因傳遞的扭矩較大，為防止離合器、制動器打滑，主油路壓力要升高。

（2）汽車低速擋行駛時，所傳遞的扭矩較大，主油路壓力要高；而在高速擋行駛時，所傳遞的扭矩較小，可降低主油路油壓，以減小油泵運行阻力。

（3）倒擋的使用時間較少，為減小自動變速器的尺寸，倒擋執行機構做得較?。Σ疗瑪瞪伲瑸榉乐勾蚧?，主油路壓力要比前進擋時有所提高。

主油路調壓閥通常采用階梯形滑閥，如圖1-25所示。它由上部的閥芯、下部的柱塞套筒及調壓彈簧組成。在閥門的上端A處，受來自油泵的液壓力的作用；下端則受到柱塞下部C處的來自發動機節氣門所控制的節氣門閥的液壓力的作用（該液壓力與節氣門開度成正比關系），以及調壓彈簧的作用力。柱塞上下兩端的力的平衡，決定閥體所處的位置。

若油泵泵油量增大，油壓升高，作用在A處向下的液壓力增大，推動閥體下移，出油口打開，液壓泵輸出的部分油液排回油底殼，使主油路壓力調整到規定值。當節氣門開度大時，發動機轉速增加，油泵產生液壓力也升高，A處向下的液壓力增大，但此時受節氣門控制的節氣門閥油壓也增大，使得在C處向上的作用力也增大，于是主油路調壓閥繼續保持平衡，滿足了節氣門開度大時對主油路油壓增大的要求。

倒擋時，手控閥打開另一條油路，將壓力油引入主油路調壓閥柱塞的B腔，使作用在下端向上的油壓力增大，閥芯上移，出油口變小，主油路壓力增高，從而滿足了倒擋時油壓較前進擋有所增大的要求。

3.手動閥

手動閥是由變速桿控制的多路換向閥。它位于控制系統的閥板總成中，經機械傳動機構和自動變速器的變速桿連接。由駕駛人手工操作，用于控制自動變速器的工作狀態。

駕駛人通過變速桿撥動手動閥，當變速桿位于不同位置時，手動閥也隨之移至相應的位置，使進入手動閥的主油路與不同的控制油路接通，或直接將主油路壓力油送入相應的換擋執行元件（如前進離合器、倒擋離合器等），并使不參加工作的控制油路與泄油孔接通，這些油路中的壓力油泄空，從而使控制系統及自動變速器處于不同擋位的工作狀態。

圖1-26為自動變速器手動閥，圖1-27為變速桿與手動閥的連接。

當手柄置于前進（D）位置時，對三擋自動變速器而言，變速可根據換擋信號在1至3擋之間自動變換；對四擋自動變速器而言，變速器則可根據換擋信號在1至4擋之間自動變換。當手柄置于前進擋2位（或S位）時，自動變速器只能在1至2擋間自動變速換。

當手柄置于前進低擋1位（或L位）時，自動變速器被限制在1擋工作。手動閥還提供倒擋（R位）、空擋（N位）、停車擋（P位）等功能。

在閥體上有多條油道，一條油道與主油路相連，其余為出油道，分別通至D、S、L、P和R擋位相應的滑閥或直接通往換擋執行元件。

4.換擋閥

換擋閥是一種由彈簧和液壓力作用的方向控制閥，當自動變速器為電控時，它由電磁閥控制作用其一端的主油壓與其另一端的彈簧力的平衡狀況，自動切換通往執行元件油路來完成換擋。因為每個換擋閥只有兩個工作位置，只能在兩個擋位之間切換，故對四擋變速器而言，要有3個換擋閥。

圖1-28為電控式自動變速器換擋閥的工作原理圖。換擋電磁閥通過開啟或關閉換擋閥控制油路的泄油孔來控制換擋閥的工作。主油壓經電磁閥后，通至換擋閥的上端。當換擋電磁閥開啟時，泄油孔打開，沒有主油壓作用在換擋閥上端，換擋閥在下端彈簧力的作用下處于上端；當換擋電磁閥關閉時，泄油孔關閉，主油壓作用在換擋閥上端，使換擋閥克服彈簧力下移，從而改變油路，實現擋位變換。

5.鎖止信號閥和鎖止繼動閥

變矩器內鎖止離合器的工作是由鎖止信號閥和鎖止繼動閥一同控制的。

鎖止信號閥上方作用著速控閥油壓。在車速較低時，速控閥油壓低，鎖止信號閥閥芯在彈簧的作用力作用下處于圖1-29（a）中上端位置，將通向鎖止繼動閥下端的主油路切斷，從而使鎖止繼動閥在上端彈簧的作用力及主油路油壓的作用下，保持在圖1-29（a）所示中的下方位置。

變矩器中鎖止離合器壓盤左側的油腔與來自第二調節閥的進油道相通，壓盤兩側無壓差，鎖止離合器處于分離狀態，發動機動力完全由液力變矩器來傳遞［見圖1-29（a）］。

當汽車以超速擋行駛，且車速及相應的速控閥油壓升高到一定數值時，鎖止信號閥閥芯下端的速控閥油壓推動閥芯至圖1-29（b）中下方位置，使來自超速擋油路的主油路壓力油進入鎖止繼動閥的下端，并推動鎖止繼動閥閥芯上移至上方位置。鎖止離合器壓盤左側的油腔與泄油口相通，壓盤右側壓力使壓盤左移與主動盤（變矩器殼體）接合，鎖止離合器接合，發動機動力經鎖止離合器直接傳遞［見圖1-29（b）］。

6.蓄壓減振器

蓄壓減振器也稱儲能減振器。常見的蓄壓減振器由減振活塞和減振彈簧組成。圖1-30中的3個蓄壓減振器分別與3個擋位換擋執行元件的油路相通，對應在各擋起作用。

蓄壓減振器工作原理如圖1-31所示，當自動變速器換擋時，主油路壓力油進入離合器（或制動器）的液壓缸的同時也進入蓄壓減振器。壓力油進入的初期，油壓不是很高，不能推動減振器活塞下移，因此液壓缸油壓升高快，這樣便于離合器，制動器迅速消除自由間隙。此后，油壓迅速增大，油壓克服減振彈簧的彈力將減振活塞下移，容積增大，油路部分壓力油進入減振器工作腔，使液壓缸內壓力升高速度減緩，離合器、制動器接合柔和，減小換擋沖擊。

通常，在減振活塞上方還作用有節氣門油壓（也稱減振器背壓），D油路。在節氣門開度較大時，它能適當降低蓄壓減振器的減振能力，加快換擋過程，防止大扭矩傳遞時執行元件打滑，以滿足汽車在各種行駛條件下對換擋過程的不同要求。

（四）電子控制系統

1.電子控制系統的組成和基本工作原理

自動變速器的電子控制系統由輸入部分（即傳感器/開關）、電子控制單元（即ECT的ECU）和執行器（即電磁閥）等組成，如圖1-32所示。

自動變速器的電子控制系統根據各傳感器和開關獲得車輛和節氣門開度等信號，并將此類信號輸入ECT（電控液壓自動變速器）的ECU（電子控制單元），與ECU中存儲的數據進行比較，經ECU處理后，輸出最適合于發動機及變速器行駛條件的換擋指令給電磁閥，利用電磁閥控制液壓換擋閥移動，切換換擋執行元件（離合器和制動器）的油路，實現換擋時機的精確控制。

2.電控系統的輸入裝置

自動變速器電子控制系統的輸入部分包括多個傳感器和開關，常用的有節氣門位置傳感器、車速傳感器、溫度傳感器、超速擋開關、模式開關、擋位開關、制動開關等。

（1）節氣門位置傳感器

節氣門位置傳感器是將節氣門開啟角度轉換為電壓信號送至電子控制單元，作為決定換擋點和變矩器鎖止時機的基本信號之一。它安裝在發動機節氣門體上并與節氣門聯動。

節氣門位置傳感器采用輸出型，其結構、外形及線路連接如圖1-33所示。

（2）車速傳感器

車速傳感器用于產生信號頻率與車速成正比的電信號，并輸入給自動變速器的ECU，作為確定換擋點和變矩器鎖止時機的基本依據之一。

①電磁感應式車速傳感器：主要由永久磁鐵和電磁感應線圈兩部分組成，用于檢測自動變速器輸出軸轉速。它安裝在變速器輸出軸附近，為了獲取感應信號，須靠近裝在輸出軸上的停車鎖止齒輪或感應轉子。當輸出軸轉動時，停車鎖止齒輪或感應轉子的凸齒不斷地靠近和離開車速傳感器，使感應線圈內的磁通量發生變化，從而產生交流感應電壓（見圖1-34）。車速越高，輸出軸轉速就越高，感應電壓的脈沖頻率也就越高。ECU則按照單位時間內感應出的電壓脈沖頻率數。計算輸出軸轉速，然后換算成車速。

②笛簧開關式車速傳感器：笛簧開關由小玻璃管內安裝的兩個細長觸點構成，觸點由鐵、鎳等磁性材料制成。受玻璃管外磁極控制，觸點可因互相吸引而閉合，也可由于互相排斥而斷開，從而形成觸點的開關作用。笛簧開關置于車速表的轉子附近（見圖1-35），當車速表軟軸旋轉時磁鐵也旋轉，N、S磁極則靠近或離開笛簧開關的觸點。當N、S極接近笛簧開關時，上、下兩觸點變為同一極性的磁極，互相排斥，開關斷開。因為所用磁鐵一般是4極的，所以當軟軸轉1圈，就會輸出4個脈沖。

（3）輸入軸轉速傳感器

輸入軸轉速傳感器與車速傳感器類似，也是一種電磁感應式轉速傳感器。它安裝在行星齒輪變速器輸入軸（液力變矩器渦輪輸出軸）附近或與輸出軸連接的離合器鼓附近的殼體上（見圖1-36），用于檢測輸入軸轉速，并將信號送入ECU，以便精確地控制換擋過程。它還作為變矩器渦輪的轉速信號，與發動機轉速即變矩器泵輪轉速信號進行比較，計算出變矩器的轉速比，以優化閉鎖離合器的解、閉鎖控制過程，減小換擋沖擊，改善汽車的行駛平順性。

（4）變速器油溫度傳感器

變速器油溫度傳感器安裝在自動變速器油底殼內或液壓閥閥板上，用于連續監控自動變速器中變速器油的溫度，作為微計算機進行換擋控制、油壓控制、閉鎖離合器控制的依據。

變速器油溫度傳感器內部有一熱敏電阻（見圖1-37）。它是依靠熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化這一特性來檢測油溫的。通常使用具有負溫度系數的熱敏電阻，溫度越高時，電阻值越小。微計算機就是根據其電阻值的變化計算出變速器油的溫度。

（5）超速擋開關

超速擋開關通常安裝在自動變速器選擋變速桿上（見圖1-38），由駕駛人自主選擇是否需要超速擋。當該開關打開時，超速擋電磁閥通電，作用在3-4擋換擋閥閥芯上端的壓力油卸荷。此時，只要變速器選擋變速桿處于D位，作用在3-4擋換擋閥下端的油壓隨著車速的提高到足夠高，就可以將3-4擋換擋閥推至4擋位置（即超速擋）。而該開關關閉時，超速擋電磁閥斷電，主油壓作用在3-4換擋閥閥芯上端，使閥芯不能移動到4擋位置。此時，無論車速怎樣高，自動變速器最多只能升至3擋。

在駕駛室儀表盤上，有“O/D OFF”指示燈顯示超速擋開關的狀態。當超速擋開關打開時，“O/D OFF”指示燈熄滅；而當超速擋開關關閉時，“O/D OFF”指示燈隨之亮起。

（6）模式開關

模式開關又稱程序開關，用于選擇自動變速器的控制模式，即選擇自動變速器的換擋規律，以滿足不同路況的使用要求。換擋規律不同，提供的換擋點也不同。圖1-39所示為一安裝在變速桿旁的模式開關。一些車型的模式開關有動力模式（PRW）和常規模式（NORM）兩種駕駛模式供選擇。而有的車型還有經濟模式（ECONO）、運動模式（SPORT）、雪地模式（SNOW）、手動模式（MANUL）供選擇。

（7）空擋起動開關

空擋起動開關裝在變速器殼體的手動閥臂軸或變速桿上，由變速桿進行控制，故有時也被稱為擋位開關（見圖1-40）。其作用如下：

①指示變速桿位置，將選位信息傳給自動變速器控制單元。

②控制倒擋信號燈的開啟。

③控制起動繼電器線圈電路的功能。

發動機只有當變速桿在位置P或N時才能起動。當空擋起動開關探測到變速桿位置處于P或N位時，將信號傳給起動機繼電器，使點火開關能工作。同時，在掛前進擋時中斷起動機，即制止起動機在汽車進入行駛狀態后嚙合，并鎖住變速桿。

（8）強制降擋開關

強制降擋開關（見圖1-41）用來檢測加速踏板打開的程度。當加速踏板超過節氣門全開位置時，強制降擋開關接通，并向電控單元輸送信號，這時電控單元按其內存設置的程序控制換擋，并使變速器降一個擋位，以提高汽車的加速性能。

（9）制動燈開關

制動燈開關（見圖1-42）用以判斷制動踏板是否被踩下。當制動踏板被踩下時，制動燈開關輸送信號給電控液壓自動變速器的電控單元，電控單元便取消鎖止離合器的結合，保證車輛的穩定行駛。

該開關安裝在制動踏板支架上。當制動踏板踩下時，該開關傳送一個信號至ECU，通知ECU制動器已經使用。

3.電控系統的執行器

電控自動變速器用電磁閥作為控制系統的執行器。通過它們控制液壓系統中的換擋閥，以使離合器、制動器等執行組件工作，從而實現自動換擋和變矩器閉鎖。

（1）開關式電磁閥

開關式電磁閥的作用是開啟和關閉變速器油路，可用于控制換擋閥及液力變矩器的閉鎖離合器鎖止閥。

開關式電磁閥由鐵芯、線圈、骨架、限流鋼球等組成（見圖1-43）。它只有兩種工作狀態：全開或全關。當線圈不通電時，閥芯被油壓推開，打開泄油孔，該油路的壓力油經電磁閥卸荷，油路壓力為零；當線圈通電時，電磁力使鐵芯下移，關閉泄油孔，油路壓力上升。

（2）脈沖式電磁閥

脈沖式電磁閥的結構與開關式電磁閥基本相似，也是由電磁線圈、限流鋼球等組成（見圖1-44）。其作用是控制油路中油壓的大小。與開關式電磁閥不同之處在于，控制脈沖式電磁閥工作的電信號不是恒定不變的電壓信號，而是一個頻率固定的脈沖電信號。電磁閥在脈沖電信號的作用下不斷反復地開啟和關閉泄油孔，計算機通過改變每個脈沖周期［見圖1-45（a）］內電流接通和斷開的時間比例（占空比）［見圖1-45（b）］，而達到控制油路壓力的目的。占空比越大，經電磁閥泄出的變速器油就越多，油路壓力就越低；反之，占空比越小，油路壓力就越高。

4.自動變速器ECU的控制功能

（1）換擋正時控制

換擋正時控制即換擋點（變速點）控制，它是ECT的ECU最基本的控制功能。在ECT中，擋位（速比）自動進行切換的點稱為換擋點，換擋點由節氣門開度和車速決定。換擋（升擋或降擋）車速與節氣門開度的關系通常稱為換擋規律。圖1-46所示為換擋手柄處于D位時常規與動力駕駛模式的換擋規律圖。

當換擋手柄在前進擋位D，且節氣門開度相同時，動力型換擋規律的各擋升擋車速以及降擋車速都要比常規（或經濟）型換擋規律的升擋及降擋車速高，這樣升擋車速越高，加速動力性越好，降擋時亦然；反之，升擋車速越低則燃油經濟性就越好。

（2）變矩器離合器鎖止正時控制

根據鎖止電磁閥的接通或斷開，鎖止信號閥（或鎖止控制閥、鎖止繼電器閥）變換作用于變矩器上的液壓油路，使鎖止離合器接合或分離。鎖止系統工作時，在升擋或降擋期間ECU會把鎖止電磁閥電路暫時切斷，以減輕換擋沖擊。此外，制動開關接通；節氣門位置傳感器的IDL（怠速觸點）觸點接通（節氣門全閉）；冷卻水溫低于70℃；巡航控制計算機系統正在工作，實際車速低于其預置車速，但高于10km/h。只要發生上述4種情況之一，ECU都將切斷鎖止電磁閥電路，強制鎖止離合器分離。ECT的ECU不僅可利用鎖止電磁閥來控制鎖止正時，還可利用電磁閥來調節鎖止離合器液壓，從而使鎖止離合器平順地接合和分離。

（3）發動機轉矩控制

當發動機和ECT的ECU根據接收的各種信號判定變速器需要換擋變速時，會暫時使發動機點火時間滯后點火延遲，使發動機轉矩下降以使離合器接合平緩，換擋平順。

（4）自診斷功能

當速度傳感器、電磁閥等發生故障時，ECU通過O/D OFF指示燈的閃爍輸出故障碼以指示故障發生的部位。當ECU監測和識別出上述元件有故障時，便將相應的故障碼存儲在存儲器中，由于有備用電源，即使發動機熄火也不會消失。所以，在故障排除后要通過消除故障碼的專門程序才能將故障碼從存儲器中抹掉。

（5）失效安全保護功能

若換擋（1號或2號）電磁閥失靈時，ECT的ECU將繼續控制正常電磁閥工作，使一些換擋仍能進行，車輛能繼續行駛。當換擋（1、2號）電磁閥都失靈時.可通過變速桿換擋。例如，豐田A140E自動變速器，當變速桿移到前進擋低（L）、2（S）位和D位時.變速器將分別在1擋、3擋和超速（OD）擋工作。另外，在正常情況下，ECT的ECU利用主速度傳感器（No.2）信號進行控制，當主速度傳感器失靈時，則利用輔助速度傳感器（No.1）信號。