典型行星齿轮变速器结构与工作原理

不同车型自动变速器在结构上往往有很大差异，主要表现在：前进挡的挡数不同；离合器、制动器及单向超越离合器的数目和布置方式不同；所采用的行星齿轮机构的类型不同。现在的自动变速器的行星齿轮变速器常采用4 个前进挡，新型轿车自动变速器的行星齿轮变速器大部分采用5、6、7 个前进挡。前进挡的数目越多，行星齿轮变速器中的离合器、制动器及单向超越离合器的数目就越多，但单向离合器有减少的趋势，现在一般只用一个，只有美国车和日本车仍很多采用单向离合器。离合器、制动器及单向超越离合器的布置方式主要取决于行星齿轮变速器前进挡的挡数及所采用的行星齿轮机构的类型。对于行星齿轮机构类型相同的行星齿轮变速器来说，其离合器、制动器及单向超越离合器的布置方式及工作过程基本上是一致的。因此，了解各种不同类型行星齿轮机构所组成的行星齿轮变速器的结构和工作原理，是掌握各种不同车型自动变速器结构和工作原理的关键。目前轿车自动变速器所采用的行星齿轮机构的类型主要有四类，即辛普森式行星齿轮机构、改进辛普森式行星齿轮机构、拉维娜尔赫式行星齿轮机构及类拉维娜尔赫式行星齿轮机构。

辛普森式行星齿轮机构主要应用于丰田车系、宝马车系；改进辛普森式行星齿轮机构主要应用于马自达、尼桑、通用、福特等车系；拉维娜尔赫式行星齿轮机构主要应用于国内大众捷达、宝来、高尔夫的01M 变速器，帕萨特的01N 变速器，奥迪A6 的01V 变速器等，以及新型宝马6 速，现代索纳塔的KM175、KM176、KM177，三菱的F4A33/32 等；类拉维娜尔赫式行星齿轮机构主要应用在奔驰四挡变速器722.3、722.4，五挡变速器722.5、722.6及七挡变速器722.9（奔驰没有六挡变速器）。

1.辛普森式行星齿轮变速器结构与工作原理

辛普森式行星齿轮变速器是由辛普森式行星齿轮机构和相应的换挡执行元件组成的。辛普森式行星齿轮机构是一种十分著名的双排行星齿轮机构，它是由两个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成的，其结构特点是：前后太阳轮连接成一个整体，一个行星排的行星架和另一个行星排的内齿圈相连，输出轴通常与一个排的行星架和后齿圈组件连接，一个行星架自成一体。经过上述的组合后，该双行星排便成了具有4 个独立元件的变速机构（我们仍然可以称6 个基本元件）。图6－56所示为辛普森式两种行星齿轮机构啮合方式。

图6－56　辛普森式两种行星齿轮机构啮合方式

辛普森式行星齿轮变速器是由辛普森式行星齿轮机构和相应的换挡执行元件组成的，目前丰田轿车自动变速器都采用这种行星齿轮变速器。辛普森式行星齿轮机构是一种十分著名的双排行星齿轮机构，它是由两个内啮合式单排行星齿轮机构组合而成的，其结构特点是：前、后两个行星排的太阳轮连接为一个整体，称为前后太阳轮组件；前一个行星排的行星架和后一个行星排的齿圈连接为另一个整体，称为前行星架和后齿圈组件；输出轴通常与前行星架和后齿圈组件连接。经过上述的组合后，该机构成为一种具有4 个独立元件的行星齿轮机构。这4 个独立元件分别是前齿圈、前后太阳轮组件、后行星架及前行星架和后齿圈组件。根据前进挡的挡数不同，可将辛普森式行星齿轮变速器分为辛普森式三挡行星齿轮变速器、辛普森式四挡行星齿轮变速器及辛普森式五挡行星齿轮变速器三种。

（1）辛普森式三挡行星齿轮变速器结构与工作原理

辛普森式三挡行星齿轮变速器在现实中车型已经没有，但本部分知识作者认为相当重要，它是我们理解复杂变速器的基础。

在辛普森式行星齿轮机构中设置5 个换挡执行元件（2 个离合器、2 个制动器和1 个单向超越离合器），即可成为一个具有3 个前进挡和1 个倒挡的行星齿轮变速器。这5 个换挡执行元件的布置如图6－57所示。离合器C1 用于连接输入轴和前后太阳轮组件，离合器C2 用于连接输入轴和前齿圈，制动器B1 用于固定前后太阳轮组件，制动器B2 和单向超越离合器F1 都用于固定后行星架。制动器B2 和B1 可以采用带式制动器，也可以采用片式制动器。

图6－57　辛普森式三挡行星齿轮变速器结构示意图

这5 个换挡执行元件在各挡位的工作情况见表6－2。由表6－2可知，当行星齿轮变速器处于停车挡和空挡之外的任何一个挡位时，5 个换挡执行元件中都有两个处于工作状态（接合、制动或锁止状态），其余3 个不工作（分离、释放或自由状态）。处于工作状态的两个换挡执行元件中至少有一个是离合器C1 或离合器C2，以便使输入轴与行星排连接。当变速器处于任一前进挡时，离合器C2、C1 处于接合状态，此时输入轴与行星齿轮机构的前齿轮圈接合，使前齿圈成为主动件，因此，离合器C2 也称为前进离合器。倒挡时，离合器C1接合，C2 分离，此时输入轴与行星齿轮机构的前后太阳轮组件接合，使前后太阳轮组件成为主动件。另外，离合器C1 在3 挡（直接挡）时也接合，因此，离合器C1 也称为倒挡及高挡离合器。制动器B1 仅在2 挡时才工作，故称为二挡制动器。制动器B2 在1 挡和倒挡时都有工作，因此称为低挡及倒挡制动器。由此可知，换挡执行元件的不同工作组合决定了行星齿轮变速器的传动方向和传动比，从而决定了行星齿轮变速器所处的挡位。

表6－2　辛普森式三挡行星齿轮变速器换挡执行元件工作规律

注：○—接合、制动或锁止。

下面分析辛普森式三挡行星齿轮变速器各挡的传动路线和传动比：

1）1 挡：此时前进离合器C2 接合，使输入轴和前齿圈连接，同时单向超越离合器F1 处于自锁状态，后行星架被固定。来自液力变扭器的发动机动力经输入轴及前进离合器C2 传给前齿圈，使前齿圈朝顺时针方向转动。在前行星排中，由于前行星架经输出轴和汽车驱动轮连接，在汽车起步之前其转速为0，汽车起步后以1 挡行驶时其转速也很低，因此前行星轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向做公转，带动前行星架朝顺时针方向转动；另一方面做顺时针方向的自转，并带动前后太阳轮组件朝逆时针方向转动。在后行星排中，由于和输出轴连接的后齿圈转速很低，当后行星轮在后太阳轮的驱动下朝顺时针方向做自转时，对后行星架产生一个逆时针方向的力矩，而低挡单向超越离合器F1 对后行星架在逆时针方向具有锁止作用，因此后行星架固定不动，使后齿圈在后行星轮的驱动下朝顺时针方向转动，如图6－58所示。由此可知，在前进1 挡时，由输入轴传给行星齿轮机构的动力是经过前后行星排同时传给前行星架和后齿圈组件，再传给与之相连接的输出轴，从而完成动力输出的。

图6－58　1 挡时前后行星排的工作原理示意图

（a）前行星排飘；（b）后行星排

设前齿圈、前后太阳轮组件、后行星架、前行星架和后齿圈组件的转速分别为n1、n2、n3、n4，并设前后行星排的齿圈和太阳轮的齿数之比分别为α1 和α2，根据单排行星齿轮机构的运动特性方程，可以分别得出前后行星排的运动特性方程。求i＝n1/n4。

前行星排运动特征方程：

后行星排运动特征方程：

由于后行星架的转速n3＝0，故式（1）－式（2）消去n2 得

α1×n1－α2×n4＝(1＋α1)×n4

α1×n1＝(1＋α1＋α2)×n4

乘积化交叉得

n1/n4＝(1＋α1＋α2)/α1

因此，可以得到1 挡的传动比为i＝（1＋α1＋α2）/α1

当汽车在行驶中处于1 挡工作状态时，若驾驶员突然松开加速踏板，发动机转速将立即降至怠速，此时汽车在惯性的作用下仍以原来的车速前进，即车身推车轴、车轴推车轮。驱动轮将通过主减速器增速后再经自动变速器输出轴顺时针（从变速器前向后看）向前带动行星齿轮变速器运转，行星齿轮机构的前行星架和后齿圈组件成为主动件，前齿圈则成为从动件。

当前行星架朝顺时针方向带动前行星轮转动时，由于前齿圈转速较低，前行星轮在向顺时针方向做公转的同时也朝逆时针方向做自转，从而带动前后太阳轮组件以较高转速向顺时针方向转动，导致后太阳轮和后齿圈同时以较高的转速朝顺时针方向带动后行星齿轮转动，使后行星轮在自转的同时对后行星架产生一个顺时针方向的力矩。

由于低挡单向超越离合器F1 对后行星架在朝顺时针方向旋转时无锁止作用，后行星架在后行星轮的带动下朝顺时针方向自由转动，在这种情况下，辛普森式行星齿轮机构的4 个独立元件中有两个处于自由状态，使行星齿轮机构失去传递动力的作用，与驱动轮连接的输出轴的反向驱动力无法经过行星齿轮变速器传给变速器输入轴，此时汽车相当于做空挡滑行。这种情况在一般使用条件下有利于汽车的乘坐舒适性和燃油经济性，但在汽车下陡坡时却无法利用发动机的怠速运转阻力来实现发动机制动，让汽车减速。为了使装用自动变速器的汽车也能在下坡和平道滑行时实现发动机制动，必须让它的前进1 挡或2 挡有两种不同的选择状态，即无发动机制动和有发动机制动两种。这两种状态的选择通常通过改变自动变速器操纵手柄的位置来实现。当操纵手柄位于D 位时，自动变速器的1 挡处于不能产生发动机制动作用的状态；当操纵手柄位于L 位或1 位时，自动变速器的1 挡处于能产生发动机制动作用的状态。

具有发动机制动作用的1 挡是由低挡及倒挡制动器B2 来实现的。当操纵手柄位于L 位或1 位而行星齿轮变速器处于1 挡时，前进离合器C2 和低挡及倒挡制动器B2 同时工作，此时行星齿轮变速器的工作状态和传动比与1 挡相同。但由于低挡及倒挡制动器B2 处于制动状态，不论是踩下加速踏板加速还是松开加速踏板滑行，后行星架都是固定不动的，因此行星齿轮变速器的传动比也都是固定不变的。当汽车滑行，并且发动机处于怠速工况而车速仍较高时，驱动轮在汽车惯性的作用下通过变速器输出轴和行星齿轮变速器，驱动行星齿轮变速器输入轴以原来的转速旋转，导致与行星齿轮变速器输入轴连接的涡轮的转速高于与发动机曲轴连接的泵轮的转速，来自汽车驱动轮的反向驱动力通过变扭器作用于发动机曲轴。同样，发动机怠速运转的牵制阻力通过变扭器和行星齿轮变速器作用于驱动轮，使驱动轮转速下降，汽车随之减速，实现了发动机制动。

2）2 挡：当前进离合器C2 和二挡制动器及B1 同时工作时，行星齿轮变速器处于2 挡。此时输入轴仍经前进离合器C2 和前齿圈连接，同时前后太阳轮组件被二挡制动器B1 固定，如图6－59所示。发动机动力经液力变扭器和行星齿轮变速器输入轴传给前齿圈，使之朝顺时针方向转动。由于前太阳轮转速为0，因此前行星轮在前齿圈的驱动下一方面朝顺时针方向做自转，另一方面朝顺时针方向做公转，同时带动前行星架及输出轴朝顺时针方向转动。此时后行星排处于自由状态，后行星轮在后齿圈的驱动下朝顺时针方向一边做自转一边做公转，带动后行星架朝顺时针方向空转。由此可知，2 挡时发动机的动力全部是经前行星排传至输出轴。

图6－59　2 挡时前后行星排的工作原理示意图

（a）前行星排；（b）后行星排

前行星排的运动特性方程为

0＋α1×n1＝(1＋α1)×n4

故2 挡的传动比为

i＝(1＋α1)/a1

在上述2 挡状态下，汽车滑行时驱动轮的反向驱动力可经过行星齿轮变速器传至发动机，因此具有发动机制动作用。

3）3 挡：当行星齿轮变速器处于3 挡时，前进离合器C2 和倒挡及高挡离合器C1 同时接合，把输入轴与前齿圈及前后太阳轮组件连接为一个整体，如图6－60所示。

图6－60　3 挡时前后行星排的工作原理示意图(www.xing528.com)

（a）前行星排；（b）后行星排

由于这时前行星排中有两个基本元件互相连接，从而使前行星排固定的连成一体而旋转。输入轴的动力通过前行星排直接传给输出轴，其传动比i 等于1，即为直接挡。此时后行星排处于自由状态。后行星轮在后齿圈的驱动下向顺时针方向一边自转一边公转，带动后行星架朝顺时针方向空转，松开加速踏板时，在3 挡状态下的发动机制动效果已经非常不明显。

4）倒挡：倒挡时，倒挡及直接挡离合器C1 接合，使输入轴与前后太阳轮组件连接，同时低挡及倒挡制动器B2 产生制动，将后行星架固定，如图6－61所示。此时发动机动力经输入轴传给前后太阳轮组件，使前后太阳轮朝顺时针方向转动，由于后行星架固定不动，因此在后行星排中，后行星轮在后太阳轮的驱动下朝逆时针方向转动，并带动后齿圈朝逆时针方向转动，与前行星架和后齿圈组件连接的输出轴也随之朝逆时针方向转动，从而改变了转动方向。此时，前行星排中由于前齿圈可以自由转动，因此前行星排处于自由状态，前齿圈在前行星轮的带动下朝逆时针方向自由转动。

图6－61　倒挡时后行星排的工作原理示意图

倒挡时的动力是由后行星排传给输出轴的，根据单排行星齿轮机构的运动特性方程，可得

n2＋n1×α2＝(1＋α2)×n3

由于n3＝0，解得倒挡传动比i＝－α2。

（2）改进后的辛普森式三挡行星齿轮变速器结构与工作原理

当辛普森式三挡行星齿轮变速器由2 挡换至3 挡时，一方面，二挡制动器B1 要释放，另一方面倒挡及高挡离合器C1 要接合，这两个换挡执行元件的工作交替应及时准确，太快或太慢都会影响换挡质量和变速器的使用寿命。例如：若二挡制动器B1 释放后倒挡及高挡离合器C2 来不及接合，会使行星齿轮变速器出现打滑现象，发动机出现空转，并出现换挡冲击；若二挡制动器B1 未完全释放，倒挡及高挡离合器C1 便过早接合，则行星齿轮机构各独立元件之间会产生运动干涉，迫使换挡执行元件打滑，加剧摩擦片或制动带的磨损。

为了防止出现上述情况，改善2 挡至3 挡的换挡平顺性，可在前后太阳轮组件和二挡制动器B1 之间串联一个单向超越离合器F2，称为二挡单向超越离合器，如图6－62所示。其内环和前后太阳轮组件连接，外环和二挡制动器B1 连接，在逆时针方向对前后太阳轮组件具有锁止作用。当行星齿轮变速器处于2 挡时，前进离合器C2 和二挡制动器B1 仍同时工作。汽车加速时，前后太阳轮组件的受力方向为逆时针方向，由于二挡单向超越离合器F2 的外环被二挡制动器B1 固定，因此前后太阳轮朝逆时方向的旋转趋势被二挡制动器B1 及单向超离合器锁止，使2 挡得以实现。当行星齿变速器由2 挡换至3 挡时，即使倒挡及直接挡离合器C1 在二挡制动器B1 释放之前就已接合，但由于在倒挡及直接挡离合器C1接合之后，前后太阳轮组件的受力方向改变为顺时针方向，而在顺时针方向上二挡单向超越离合器F2对前后太阳轮组件没有锁止作用，前后太阳轮组件仍可以向顺时针方向旋转，因此换挡得以顺利进行。

图6－62　2 挡单向超越离合器的布置

增加了二挡单向超越离合器之后，若汽车在行星齿轮变速器处于2 挡时松开加速踏板减速或下坡，则在汽车惯性的作用下，驱动轮将通过变速器输出轴反向带动行星齿轮机构的前行星架和后齿圈组件以较高的转速旋转。由于此时发动机处于怠速运转状态，因此在汽车滑行时前齿圈转速较低。前行星轮在前行星架的带动下朝顺时针方向做公转的同时，对前后太阳轮组件产生了一个顺时针方向的力矩，而在顺时针方向上二挡单向超越离合器F1 对前后太阳轮组件没有锁止作用，因此即便二挡制动器B1 仍处于制动状态，前后太阳轮组件还是可以朝顺时针方向自由旋转。这样，在辛普森行星齿轮机构的4 个独立元件中就有2 个处于自由状态，从而使该行星齿轮机构失去传递动力的能力，驱动轮和发动机脱离连接关系，不能产生发动机制动作用。改进后的辛普森三挡式行星齿轮变速器各换挡执行元件的工作情况见表6－3。

表6－3　改进后的辛普森式三挡行星齿轮变速器换挡执行元件工作规律

注：○一接合、制动或锁止。

为了在需要时让2 挡也能产生发动机制动作用，必须在前后太阳轮组件和变速器壳体之间另外设置一个制动器B3，即二挡强制制动器。制动器B3 在2 挡时是否工作是由操纵手柄的位置决定的，当操纵手柄位于前进挡位置（D）时，制动器B3 不工作；当操纵手柄位于前进低挡位置（2 或L）而行星齿轮变速器处于2 挡时，制动器B3 工作。这样不论汽车加速还是减速，前后太阳轮组件都被该制动器固定，此时的2 挡在汽车松开加速踏板减速或下坡时能产生发动机制动作用。目前大多数轿车自动变速器已采用这种结构。

（3）四挡辛普森式行星齿轮变速器结构与工作原理

早期的轿车自动变速器多采用三挡行星齿轮变速器，其最高挡3 挡是传动比为1 的直接挡。进入20世纪90年代后，随着发达国家对汽车燃油经济性的要求日趋严格，越来越多的轿车自动变速器采用了四挡和五挡行星齿轮变速器。对于四挡变速器，最高挡4 挡是传动比小于1 的超速挡；对于五挡变速器，5 挡为超速挡。这种自动变速器的优点除了能降低汽车燃油消耗外，还可以使发动机经常处于较低转速的运转工况，以减小运转噪声，延长发动机的使用寿命。

辛普森式四挡行星齿轮变速器是在辛普森式三挡行星齿轮变速器的基础上发展起来的，它有两种类型：一种是在辛普森式三挡行星齿轮变速器原有的双排行星齿轮机构的基础上再增加一个单排行星齿轮机构，用3 个行星排组成四挡行星齿轮变速器；另一种是对辛普森式双排行星齿轮机构进行改进，通过改变前后行星排各基本元件的组合方式和增加换挡执行元件，使之成为带有超速挡的四挡行星齿轮变速器（也就是改进辛普森机构）。

3 个行星排辛普森式四挡行星齿轮变速器结构与工作原理：这种四挡行星齿轮变速器是在不改变原辛普森式三挡行星齿轮变速器的主要结构和大部分零部件的情况下，另外再增加一个单排行星齿轮机构和相应的换挡执行元件来产生超速挡的。这个单排行星齿轮机构称为超速行星排，它安装在行星齿轮变速器的前端，如图6－63所示，行星架是主动件，与变速器输入轴连接；齿圈则作为被动件，与后面的双排行星齿轮机构连接。超速行星排的工作由直接离合器C0 和超速制动器B0 来控制，直接离合器C0 用于超速行星排的太阳轮和行星架连接，超速制动器B0 用于固定超速行星排的太阳轮。根据行星齿轮变速器的变速原理，当超速制动器B0 放松、直接离合器C0 接合时，超速行星排处于直接传动状态，其传动比为1；当超速制动器B0 制动、直接离合器C0 放松时，超速行星排处于增速传动状态，其传动比小于1。

图6－63　3 个行星排的辛普森式四挡行星齿轮变速器

图6－62中元件名称：C0 为直接离合器、C1 为倒挡及高挡离合器、C2 为前进离合器、B0 为超速制动器、B1 为二挡制动器、B2 为低挡及倒挡制动器、B3 为二挡强制制动器、F0为直接单向超越离合器、F1 低挡单向超越离合器、F2为二挡单向超越离合器。

图6－62中的后两排有这样的特点：双星排的前后太阳轮共用，行星架和内齿圈共同作为输出，前内齿圈独立，后行星架独立。凡是有上述特点的双行星排就称为辛普森机构，把含有辛普森机构的变速器称为辛普森式变速器。由3 个行星排组成的辛普森式四挡行星齿轮变速器各换挡执行元件在不同挡位的工作情况见表6－4。

表6－4　3 行星排辛普森式四挡行星齿轮变速器换挡执行元件工作规律

注：○：接合、制动或锁止；●：接合或制动，在汽车滑行时不传递动动力。

当行星齿轮变速器处于1 挡、2 挡、3 挡或倒挡时，超速行星排中的超速制动器B0 放松，直接离合器C0 和F0 接合（加油时C0 和F0 的作用是使行星架和太阳轮同步，松加速踏板时仅由C0 产生发动机制动），使超速行星排处于传动比为1 的直接传动状态。更准确地说是内齿圈有阻力时，行星架使太阳轮顺时针加速转动，太阳轮通过F1 主动去锁止行星架。在发动机顺时针带动自动变速器输入轴转动时，它就让超速行星排的太阳轮和行星架锁止为一个整体，就可以实现传动比为1（注：但不能实现发动机制动）。由于直接离合器C0 在自动变速器处于超速挡之外的任何挡位（包括停车挡、空挡和倒挡）都处于接合状态，因此有了发动机制动。看起来似乎可以把F0 拿掉，但当发动机刚起动而油泵尚未建立起正常的油压时，直接离合器C0 就已处于半接合状态，这样容易使其摩擦片因打滑而加剧磨损。为了防止出现这种情况，在直接离合器C0 并列的位置上布置一个直接单向超越离合器F0，使超速行星排的行星架能在逆时针方向上对太阳轮产生锁止作用，防止直接离合器C0 的摩擦片在半接合状态下打滑。但记住最终设计C0 的目的是实现动力可以由车轮反传回发动机，进而实现发动机制动。F0 设计的目的主要是实现直接传动，而防止直接离合器C0 的摩擦片在半接合状态下打滑是它的一个连带效果。

直接单向超越离合器F0 的另一个作用是改善3 挡升至超速挡的换挡平顺性。在3 挡升至超速挡的换挡过程中，若超速制动器B0 制动晚和直接离合器C0 释放早，则会造成超速行星排各基本元件之间的空转，使发动机转速升高，同时伴随换挡冲击；反之超速制动器B0制动过早和直接离合器C0 释放晚，则必然造成运动干涉，从而损坏超速制动器B0 和直接离合器C0。为了防止发动机空转和运动干涉，设计上可以让直接离合器C0 释放早些，再让超速制动器B0 接合，这样直接离合器C0 释放后超速制动器B0 若仍来不及接合而使行星齿轮变速器出现打滑现象，直接单向超越离合器F0 仍可以在直接离合器C0 已释放而超速制动器B0 尚未完全接合时代替直接离合器的工作，将超速行星排的太阳轮和行星架锁止在一起，防止超速行星排出现打滑现象，并在超速制动器B0 接合后又能及时自动脱离锁止，让超速行星排顺利进入超速挡工作状态。

由超速排可知传动比在小于1 和等于1 之间切换，我们可以试想当在1、2 挡时，只要超速排传动比为1，1、2 挡传动比由辛普森机构来实现减速即可。3 挡超速排和前两挡一样，传动比也为1，若辛普森机构传动比为1，则整个变速器的传动比为1。4 挡时若辛普森机构传动比为1，超速排传动比小于1，则整个变速器的传动比小于1。

【技师指导】对于四挡辛普森式变速器1 挡固定行星架、2 挡固定太阳轮、3 挡同步、4挡行星架带内齿圈超速、倒挡太阳轮传内齿圈的口诀对于四挡拉维娜式变速器也适用。

1 挡时，C0 和F0 工作实现传动比为1，C2 离合器接合把动力传至前内齿圈。在起步时，前行星架和后内齿圈与车轮相连，阻力大于太阳轮（太阳轮自由），前内齿圈顺时针带动太阳轮逆时针超速转动，在后排由于后内齿圈与车轮相连，则动力传至行星架且使行星架逆时针转动，行星架刚一动就被单向离合器F1 锁止，此时行星架阻力远大于内齿圈，动力只好由后太阳轮传至后内齿圈，后内齿圈顺时针转动，这时不要认为是动力输出了。试想若前内齿圈和前太阳轮的齿数比等于后内齿圈和后太阳轮的齿数比，则这时传动比为1 ∶1，不能用于起步，但后圈的转动马上会带动前行星架顺时针转动。我们可设太阳轮转速为n1、前内齿圈转速为n2、前架转速为n3、后架转速为n4。设顺时针为正。

起步：

前排：

n1＋α1n2＝(1＋α1)n3

后排：

n1＋α2n3＝(1＋α2)n4

通过把前、后排方程消去n1，得

n2/n3＝(1＋α1＋α2)/α1

这个式子含有α1 和α2，表明前、后排全参与了变速。

在口诀里：1 挡固定行星架是指在D 位1 挡、2 位1 挡用F1 固定行星架；在L 位2 挡由B2 固定行星架。区别在于固定有发动机制动（再注：发动机制动要理解成发动机帮助汽车减速，而不要理解成制动发动机），即动力可以由发动机传到车轮，也可由车轮反传回发动机。而单向离合器制动基本元件没有发动机制动，即动力可以由发动机传到车轮，却不能由车轮反传回发动机。这个道理和骑自行车一样，向前骑车时人可带动车轮，滑行时车轮不能带人运动。本书若是用于教学，要先熟悉利用行星排转速关系求传动比，再讲此口诀，最后再讲哪个挡、哪几个执行元件工作，可以达事半功倍的效果，当然本书顺序也是这样的。

2 挡固定太阳轮：是指动力经前内齿圈传至前行星架，若在D 位2 挡时用B1 和F2 串联阻止太阳轮逆时针转动，2 位2 挡或L 位2 挡时用B3阻止太阳轮逆时针转动。区别很简单，D 位2 挡无发动机制动，2 位2 挡和L 位2 挡有发动机制动。

3 挡同步：是指前内齿圈和太阳轮同步共同带动行星架转动，传动比很显然是1 ∶1，理论上有发动机制动，但实际上由于传动比较小，车轮反拖发动机时效果不明显，一般认为没有发动机制动效果。

4 挡时因为辛普森机构传动比为1 ∶1，故超速排超速形成4 挡。

R 挡时，后行星架固定，动力经后太阳轮传至后内齿圈。

其他挡位参考表6－4。

这种型式的四挡行星齿轮变速器可以使原辛普森式三挡行星齿轮变速器的大部分零部件都得到利用，有利于减少生产投资，降低成本。20世纪末的丰田新型五挡自动变速器也是在这种型式的四挡自动变速器上发展而来的，不过采用辛普森式自动变速器的轿车有减少的趋势，主要是拉维娜尔赫式更紧凑，控制更简单。