汽车构造中的自动变速器(AT)-功能及分类

1.自动变速器的作用

自动变速器（AT，Automatic Transmission）可以自动升档和降档，电脑主要根据车速和负荷（加速踏板的行程）进行升降档控制，同时还要参考变速器油温、换档模式等多种信号。AT与MT（手动变速器，Manual Transmission）的相同点就是二者都是有级式变速器，只不过AT在各个档位都有一段连续的速比变化，而且能根据车速的快慢来自动实现档位的增减，可以消除手动档车“顿挫”的换档感觉。

与手动变速器（MT）相比，液力自动变速器（AT）在结构和使用上有很大的不同。自动变速器汽车上没有离合器踏板，没有换档杆，只有状态（D前进、R倒车等）选择操纵杆。手动变速器主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮配对组合变速变矩；而AT是由液力变矩器、行星齿轮、电控系统和液压操纵系统等组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来变速变矩。其中液力变矩器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，起发动机动力传递转矩和离合作用。自动变速器（与它的液力变矩器）和手动变速器（与它的离合器）最后完成同样的事情，但它们完成的方式却完全不同。自动变速器汽车的优点是：不用离合器换档，连接平稳，因此操作容易，既给驾驶人带来便利，也给坐车人带来舒适。缺点是：一是对速度变化反应较慢，没有手动变速器灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动变速器车；二是与同排量的手动档车相比其运行油耗要高一些，传动效率低，变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；三是机构复杂，维修技术要求较高。在液力变矩器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温的专用液压油。另外，如果汽车因蓄电池缺电不能起动，不能用推车或拖车的方法起动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动变速器齿轮不受损害。

2.自动变速器的分类

汽车自动变速器常见的有以下几种形式：

（1）液力机械自动变速器 简称AMT（Automated Mechanical Transmission）。AMT是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统等组成，通过液力传递和行星齿轮组合的方式来变速变矩。其中液力变矩器是AMT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递转矩和离合的作用。电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶人的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换档阀，使其打开或关闭通往换档离合器和制动器的油路，从而控制换档时刻和档位的变换，以实现自动变速。

（2）机械无级自动变速器 简称CVT（Continuously Variable Transmission）。无级变速器与有级式的主要区别在于：它的速比不是间断的，而是一系列连续的值，譬如传动比可以从3.455一直连续变化到0.85。CVT是一种全新概念的变速器，它没有齿轮，由两组变速轮盘和一条传动带所组成，只有锥形棘轮盘和钢带，其结构类似于山地自行车的变速机构，各类自动变速器构成如图3-36所示。主动棘轮盘和从动棘轮盘之间由钢带连接，棘轮盘可以改变中间的槽宽，棘轮变宽时钢带嵌入棘轮槽较深，离棘轮轴中心较近；棘轮盘变窄时钢带被挤向棘轮盘边缘，离棘轮盘轴中心较远。随钢带离棘轮盘轴中心距离的变化，变速比也随之变化。CVT的出众之处是这一变化过程是线性的，不像传统变速器那样受到齿轮齿数的限制，只能在几个固定的速比间跳跃。这样使变速过程极为平顺，完全没有其他变速器所存在的换档冲击问题。而且行驶时能在发动机的转速不发生变化的情况下变化车速，这就使发动机能一直工作在最佳转速区间，同时也省去发动机在换档时转速不断起起落落的过程，极大地降低了油耗。但是CVT受到钢带传动的限制，它只能配备在动力输出较低的发动机上，过高的动力输出会使钢带打滑，损坏钢带，因此CVT变速器应用于中小排量的车型上。

图3-36 各类自动变速器构成图

（3）手动/自动变速器 手动/自动变速器由德国保时捷车厂在其911车型上首先推出，称为Tiptronic，它可使高性能跑车不必受限于传统的自动档束缚，让驾驶人也能享受手动换档的乐趣。此型车在其档位上设有“+”“-”选择档位。在D位（前进档）时，可自由变换降档（-）或加档（+），如同手动档一样。驾驶人可以在驶入弯道前像手动档般地强迫降档减速，可以低中档加速驶出弯道。

现在的自动档车的转向盘上又增加了“+”“-”换档按钮，驾驶人就能手不离开转向盘加减档。

（4）双离合器自动变速器 简称DCT（Dual Clutch Transmission—DCT或德国大众的叫法DSG）。DCT双离合器变速器主要由两个多片湿式双离合器、三平行轴式齿轮变速器、自动换档机构组成。所谓“双离合变速器”指的是变速器内含有两台自动控制离合器，由电子及液压共同控制驱动。当变速器工作时，一组齿轮啮合工作，而当发动机接近换档转速时，另一组档位被提前预选，由另一台离合器负责推动其接合，而之前一台离合器负责将现有档位分离。其构成如图3-36所示。

目前AT在轿车上得到了普遍使用，AT几乎成为自动变速器车的代名词。

有关典型自动变速器的基本情况比较见表3-3。

表3-3 几种自动变速器使用概况比较

3.自动变速器的操纵状态位置

通常汽车自动变速器的操纵状态位置分为P、R、N、D、2、1或L等。

P（Parking）：用做停车，它是利用机械装置去锁紧汽车的转动部分，使汽车不能移动。当汽车需要在一固定位置上停留一段较长时间，或在停止之后离开车辆前，应该拉好驻车制动及将变速杆推进P位。要注意的是：车辆一定要在完全停止时才可使用P位，要不然自动变速器机械部分会受到损坏。另外，自动变速轿车装置空档起动开关，使得汽车只能在P位或N位才能起动发动机，以避免在其他档位上误起动时使汽车突然前窜。

R（Reverse）：倒档，用做车辆倒车。通常要按下变速杆上的保险按钮，才可将变速杆移至“R”位。要注意的是：当车辆尚未完全停止时，绝对不可以强行转至“R”位，否则变速器会受到严重损坏。

N（Neutral）：空档。将变速杆置于N位，发动机与变速器之间的动力已经切断分离。如短暂停留可将变速杆置于此位并拉出驻车制动杆，右脚可移离制动踏板稍作休息。

D（Drive）：前进档，用在一般道路行驶。由于各国车型有不同的设计，所以D位一般包括从1档至高档或者2档至高档，并会因车速及负荷的变化而自动换档。将变速杆放置在D位上，驾驶人控制车速快慢只要控制好加速踏板就可以了。

2（Second Gear）：变速器只能在1档、2档之间变换，不会跳到3档和4档。将变速杆放置在2位，汽车会由1档起步，当速度增加时会自动换2档。2档可以用作上、下斜坡，此位的好处是当上斜坡或下斜坡时，车辆会稳定地保持在1档或2档，不会因上斜坡的负荷或车速的不平衡使变速器不停地换档。在下斜坡时，利用发动机低转速的阻力制动，也不会使车子越行越快。

1（First Gear）：变速器只能在1档内工作。不能变换到其他档位。它在严重交通堵塞的情况和斜度较大的斜坡上最能发挥功用。上斜坡或下斜坡时，可充分利用汽车发动机的转矩。

L位为低速档，一般在冰雪、沙漠、泥泞、沼泽等无路或道路条件恶劣的情况下采用，可提高车辆的通过性。

虽然自动变速器的厂牌型号很多，外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件的功能，可将它们分成液力变矩器、行星齿轮变速机构、供油系统、自动换档控制系统和换档操纵机构等五大部分。目前国内轿车中使用得最多的自动变速器是液力机械自动变速器（AMT），以下我们将着重介绍液力机械自动变速器。

3.1.5.1 液力机械自动变速器的基本组成及特点

液力机械变速器（自动变速器）传动可以从一种转矩（或转速）平稳地转变为另一种转矩（或转速）。在变化过程中不是一级一级（或一档一档）地变，而是稳定、缓和地渐变。自动变速器的系统组成框图如图3-37所示。

图3-37 自动变速器的系统组成框图

液力机械自动变速器总体上是由液力变矩器（实现与发动机动力的软连接）、行星齿轮变速机构（实现前进变速和倒档功能）、液压控制系统（核心部分）、电子控制系统[由传感器、ECU（电控单元）、执行器组成]和冷却系统（保持正常油温）所构成。其总体构成如图3-38所示。

图3-38 自动变速器结构

其工作特点是：

1）汽车起动更加平稳，提高乘坐舒适性。

2）能以很低的车速稳定行驶，以提高车辆的通过性。

3）能自动适应行驶时地面阻力的变化，有利于提高汽车的动力性。

4）传动系承受的动载荷减轻，提高使用寿命。

5）操作简单省力，有利于提高行车安全性。

3.1.5.2 液力机械自动变速器液力传动机构

自动变速器的液力传动，初始是由液力变矩器来完成的，液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的原飞轮处位置，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递给行星齿轮自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和转矩比，具有一定的减速增矩功能。

1.液力变矩器的构成

常见的车用综合式液力变矩器由泵轮总成、涡轮总成、导轮总成、闭锁离合器总成和后盖组成，导轮通过单向离合器与变速器壳体固定连接。泵轮与后盖焊接成一个整体，泵轮和涡轮统称为工作轮，相对安装且互不接触，两轮装合后相对端面之间有3～4mm的间隙；各工作轮用铝合金精密制造，或用钢板冲压焊接而成，叶轮内部有许多径向叶片，叶片有一定的曲率；它们的内腔共同构成圆形或椭圆形的环状空腔，其轴线断面一般为圆形，此环状空腔称为循环圆，该剖面是位于通过包含泵轮、涡轮轴所作的截面，也称轴截面。在整个密闭的液力变矩器里面充满了液力变矩器专用传动油，简称ATF（Automatic Transmission Fluid），并与发动机连接，起主动作用。涡轮与变速器输入轴连接，起动力输出作用。变矩器工作时，泵轮在发动机带动下将传动油冲入涡轮，从而带动涡轮转动，实现了动力由发动机向传动系统的传递。导轮总成中，如果单向离合器工作，液力变矩器则起变矩器作用，从而增加转矩的输出；如果单向离合器不工作（导轮反转），此时变矩器起到了耦合器的作用。自动液力变矩器的组成示意图如图3-39所示。

2.液力变矩器的作用

泵轮通过变矩器外壳与发动机相连，是主动元件。涡轮与自动变速器输入轴相连，是被动元件。导轮在低速时起到增矩的作用，一般安装在单向离合器上，不能反转。

泵轮由发动机带动旋转使油液流动形成涡流冲击涡轮旋转将力传给涡轮。在泵轮和涡轮上有导流板，油液形成了环流在泵轮、涡轮、导轮之间循环流动。泵轮油液冲击涡轮的力经涡轮冲击导轮，导轮不能反转或固定不动形成反作用力作用在涡轮上，涡轮得到的力就是导轮的增矩作用。其作用的特点是：①液力变矩器能够自动无级地根据负载变化改变涡轮的转速，提高车辆的通过能力；②液力变矩器通过液体连接泵轮和涡轮，减少发动机对传动系统的冲击载荷，提高传动系统的寿命；③液力变矩器在起步时，能够提高车辆的起动变矩比，从而提高车辆的动力性能；④起步平稳柔和，提高乘坐舒适性。

3.液力变矩器的工作原理

液力变矩器装有三种叶轮。和发动机相连的叫“泵轮”，和输出轴相连的叫“涡轮”，在它们内周中央，起调节作用的叫“导轮”。

发动机工作时，飞轮和泵轮一起旋转，带动泵内的油推动涡轮叶轮旋转。这就好像把两个风扇面对面地放在一起，开动一个风扇，另一个风扇也会转动一样。液力传动器（耦合器）类似动力传动示意图如图3-40所示（图中水泵和A风扇就相当于泵轮，水轮机和B风扇就相当于涡轮）。导轮使涡轮甩出的油再次冲击泵轮，使得转矩增大。泵轮和涡轮的转速差别越大，转矩就增加得越多。这就起到了增大转矩的作用。液力变矩器再配上一个行星齿轮变速器，可以改变不同的变速比和实现倒车，就完全能满足汽车的要求了。

图3-39 自动液力变矩器的组成示意图

图3-40 液力传动器（耦合器）类似动力传动示意图

液力自动变速器不用机械式的离合器，而且只有低速、高速和倒车三个状态位，因此，驾驶起来十分轻松，用不着踩离合器踏板，也用不着频繁换档，运行平稳，低速转矩大。

有了导轮，才有了“变矩”的灵魂，在泵轮与涡轮转速差较大时，动力输出的转矩也变大了，此时的变矩器相当于一个无级变速器，通过转速差来提升转矩，导轮处于固定状态，用以调节ATF（变矩器液压油）回流；而当转速差降低，涡轮泵轮耦合或锁止时，转矩接近相等，无需增矩，导轮随泵轮和涡轮同向转动，避免自身搅动ATF（变矩器专用油）造成动力的损耗。至此我们了解到了液力变矩器的最大特点是软连接，而这种动力的传输方式起到了两大功能：①从静止到低速时的平稳起步；②在加速过程中，较大动力输出时，起到增大转矩的作用。如果与MT上的离合器相比较，需注意的是，第一条起到了并优化了MT上离合器的功能，但第二条则是离合器无法实现的。

但液力变矩器这先天“软连接”有一个弱点，动力不是直接输出的，在转矩输出相等时，泵轮的转速要大于涡轮，这样在传输动力时，ATF还在壳体中循环，浪费了动力，所以目前几乎所有液力变矩器都有一个高效节能的部件：液力变矩器锁止器。锁止器的形式是一个多片离合器，其作用就是当变矩器处于耦合状态，无需增矩时，将泵轮和涡轮锁止，这样动力传递即为“硬连接”，全部无损（或者说有微量的动力流失）地将曲轴动力传递到了下一站：变速器。

4.液力变矩器的工作特性

“涡流”与“环流”的产生。无导轮的变矩器变成了液力耦合器，其输入轴输入的动能通过泵轮传给工作油，工作油在循环流动过程中又将动能传给涡轮输出。耦合器泵轮与涡轮间油流能的传递示意图如图3-41所示。

图3-41 耦合器泵轮与涡轮间油流能的传递示意图

当泵轮随飞轮转动时，由于离心力的作用，液体沿泵轮叶片间的通道向外缘流动，外缘油压高于内缘油压，油液从泵轮外缘冲向涡轮外缘，又从涡轮内缘流入泵轮内缘，可见在轴向断面（循环圆）内，液体流动形成循环流，称为“涡流”。输入轴传给泵轮的力矩与涡轮输出的力矩相等。

因涡流的产生，液体冲向涡轮使两轮间产生牵连运动，涡轮产生绕轴旋转的转矩。可见，循环圆内的液体绕轴旋转形成“环流”。上述两种油流的合成，形成一条首尾相接的螺旋流，如图3-41右图所示。只有当涡轮的转矩通过其后的变速机构放大大于汽车的行驶阻力矩时，汽车才能行驶。只有存在环流运动时才能传递动力；只有存在转速差（n_B＞n_w；n_B表示泵轮转速，n_w表示涡轮转速）才能存在环流运动；转速差越大，传递的转矩越大。

5.变矩器输出转矩增大的原理

（1）液力变矩器的三个基本部件及技术参数 基本部件：泵轮（B）、涡轮（W）、导轮（D）（导轮上装有单向离合器，其作用是只允许导轮单向旋转，不允许其逆转）；技术参数：涡轮转速n_w、泵轮转速n_b、涡轮转矩M_w、泵轮转矩M_b、导轮转矩M_d、涡轮轴上的输出功率P_w与泵轮上的输入功率P_b之比用η（传动效率）表示。

（2）变矩器变矩液力流 涡流：从泵轮→涡轮→导轮→泵轮的液体流动；环流：液体绕轴线旋转的流动。变矩器工作时的动力传输变矩液力流情况如图3-42所示。

图3-42 动力传输变矩液力流

变矩器不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮的转速（反映着汽车行驶速度）不同而改变涡轮输出的转矩数值。变矩器转矩的增大值并不是一个恒定的值，转矩增大值与汽车的速度有关。增矩过程：M_w=M_b+M_d。

6.变矩器的工况

（1）汽车起步前 n_w=0，n_b＞0，n_w＜＜n_b（导轮固定）则V_w（涡流）＞V_b（环流）。M_w=M_d+M_b。涡轮转矩M_w大于泵轮的转矩M_b，即液力变矩器起了增大转矩的作用。

当汽车处于起步状态，变矩器具有最大的转矩增大值，通常可达1.8～2.5倍

（2）汽车起步后开始加速（起步后的中间状态） 涡轮转速n_w从零逐渐增加，导轮上所受转矩值逐渐减小。当涡轮和泵轮转速之比达到0.8～0.85之间时：M_d=0，M_b=M_w。

（3）汽车高速运行 若涡轮转速n_w继续增大，导轮转矩方向与泵轮转矩方向相反，M_w=M_b-M_d；即变矩器输出转矩反而比输入转矩小。当n_w=n_b，工作液在循环圆中的流动停止，将不能传递动力。

综上所述变矩器的作用特点是：

1）当n_w=0时，n_b＞＞n_w，油液速度流向导轮的正面，M_d＞0，M_w=M_b+M_d，可见M_w＞M_b，起变矩作用。

2）当n_w＞0时，接近0.85nb转速时，油液速度与导轮叶片相切，M_d=0，M_w=M_b，为耦合器（液力联轴器）。此转速称为“耦合工作点”。

3）当n_w≈n_b时，油液速度流向导轮的背面，M_d为负值，导轮随泵轮同向旋转，导轮对油液的反作用力冲向泵轮正面，故M_w=M_b-M_d。

4）当n_w=n_b时，循环圆内的液体停止流动，停止转矩的传递。故n_w的增大是有限度的，它与n_b的比值不可能达到1，一般小于0.9。

液力变矩器工况特性曲线图如图3-43所示，图中横坐标轴i为转速比，表示涡轮（输出转速）与泵轮转速（输入转速）之比，纵坐标轴K为变矩系数表示涡轮（输出转矩）与泵轮（输入转矩）转矩之比，左端泵轮转速远大于涡轮，右边相等。起步或急加速时，转速比较小，泵轮比涡轮快很多，此时泵轮输出的转矩要比涡轮输入转矩大很多，比较有力，但传动效率较低；轻踩加速踏板，转速比增加，变矩比降低，传动效率也相应提高，转速比为60%时，效率最高；当稳定加速踏板，速度较为稳定时，转速比进一步上升，变矩比接近1，但此时传动效率下降；为避免动力流失，变矩器用离合器锁止，转速比骤增至1，效率也达到最高。

图3-43 液力变矩器工况特性曲线图

传动比：i=涡轮输出的转速/泵轮输入的转速；转矩比：K=涡轮输出的转矩/泵轮输入的转矩；传动效率：η=涡轮输出的功率/泵轮输入的功率。①在失速时，涡轮静止，因此效率为零；②涡轮开始转动后，随着涡轮转速和转速比的增大，传动效率迅速升高；③进入耦合器工作区后，传动效率随转速比的增大而成正比直线上升。

7.液力变矩器组合结构件

（1）液力变矩器各组成元件的组合总体 液力变矩器总成的各组成元件的组合总体图如图3-44所示。

图3-44 液力变矩器总成分立组件

（2）变矩器的基本组件

1）泵轮：与液力变矩器壳连成一体，用螺栓固定在发动机曲轴后端的凸缘，使发动机机械能转化为液体能量。

2）涡轮：通过从动轴与变速器的其他部件相连；将液体能量转化为涡轮轴上机械能。

3）导轮：则通过导轮座与变速器的壳体相连，所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。通过改变工作油的方向而起变矩作用。

4）锁止离合器：汽车在变工况下行驶时（如起步、经常加减速），锁止离合器分离，相当于普通液力变矩器；当汽车在稳定工况下（达到耦合工况）行驶时，锁止离合器接合，动力不经液力传动，直接通过机械传动传递，变矩器效率为1。锁止离合器的构成如图3-45组成液力变矩器的基本部件中的相应图所示。主要有以下元件组成：①减振盘：它与涡轮连接在一起，减振盘上装有减振弹簧，在离合器接合时，防止产生扭转振动；②锁止离合器：通过凸起卡在减振盘上，可在油压的作用下轴向移动；③离合器壳：它与泵轮连接在一起，前盖上粘有一层摩擦材料，以增加离合器接合时的摩擦力。锁止离合器一般在变速器进入最高档，变矩器进入耦合工况，车速达到中高速时进行接合使用。当车辆高速行驶时，通常是在60km/h左右。信号阀中的滑阀向上移动，使继动阀中的滑阀也向上移动，改变油路，油液从锁止离合器的后端流入，锁止离合器与前盖之间的油液被排出，两面的压力不等，使其向前移动，锁止离合器接合。此时，动力传递路线为：前盖→锁止离合器→变速器输入轴。

图3-45 组成液力变矩器的基本部件

5）单向离合器：单向离合器常见的形式有楔块式（行星齿轮变速器常用）和滚柱斜槽式（液力变矩器常用）。这两种单向离合器的工作原理基本类似。楔块式单向离合器的构造和工作原理如图3-45组成液力变矩器的基本部件中的相应图所示。楔块式单向离合器的外座圈与导轮连为一体，内座圈与导轮轴刚性连接（导轮轴固定不动）。若工作油冲击导轮叶片正面，外座圈按顺时针方向转动，楔块将卡死在内、外圈之间，导轮锁定而固定不动；若工作油冲击导轮叶片的背面，外座圈按逆时针方向转动，楔块向其较短的C端移动，使内、外座圈不能楔紧而处于分离状态，于是外圈可以朝逆时针方向自由地转动；单向离合器对导轮有单向锁定作用。

3.1.5.3 自动变速器机械行星齿轮变速机构

自动变速器机械行星齿轮变速机构具备普通手动变速器所有的作用，即改变传动比、实现倒车行驶和中断动力传递。

自动变速器中的变速齿轮机构所采用的形式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。目前绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。其自动变速机构由行星齿轮机构和换档执行机构两部分组成。

典型的行星齿轮式变速机构的形式有辛普森式，如图3-46辛普森式和拉维娜式自动变速器外形图与图3-47自动变速器（辛普森simpson）总体结构示意图所示；拉维娜式，如图3-46辛普森式和拉维娜式自动变速器外形图与图3-48拉维娜式自动变速器总体剖视仿真示意图所示；串联式等。

图3-46 辛普森式和拉维娜式自动变速器外形图

图3-47 自动变速器（辛普森simpson）总体结构示意图

换档执行机构的形式：离合器、制动器和单向离合器。

工作原理：基本结构和工作原理都可通过最简单的单排行星齿轮机构来说明。

1.行星齿轮变速机构

（1）行星齿轮变速机构简介 行星齿轮变速机构是自动变速器的重要组成部分之一，主要由太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。行星齿轮机构实物及构成示意图如图3-49所示。行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作为主动件和限制不同元件的运动而实现的。在速比改变的过程中，整个行星齿轮组还存在运动，动力传递没有中断，因而实现了动力换档。

图3-48 拉维娜式自动变速器总体剖视仿真示意图

图3-49 行星齿轮机构实物及构成示意图

（2）单排行星齿轮机构 单排行星齿轮机构由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成，称为一个行星排。构成一个行星排的三元件是太阳轮（中心轮）、行星轮架和齿圈。

结构形式：按照太阳轮和齿圈之间的行星齿轮组数不同，可分为单行星齿轮式和双行星齿轮式两种。（单行星轮式、双行星轮式、单级式、双级式）行星轮排示意和实物图如图3-50所示。

双行星齿轮机构在太阳轮和齿圈之间有两组互相啮合的行星齿轮，其中外面一组行星齿轮和齿圈啮合，里面一组行星齿轮和太阳轮啮合。它与单行星行星排在其他条件相同的情况下相比，齿圈可以得到反向传动。行星齿轮机构在结构方面具有下列特点：

1）太阳轮、行星架和齿圈都是同心的，即围绕公共轴线旋转。这能够取消诸如手动变速器所使用的中间轴和中间齿轮。

2）所有齿轮始终相互啮合，换档时无需滑移齿轮，因此磨损小，寿命较长。

3）结构简单、紧凑，其载荷被分配到数量众多的齿上，强度大。

4）可获得多个传动比。

图3-50 行星轮排示意和实物图

（3）行星轮变速原理及传动比 单排行星轮机构实物及构成示意图如图3-51所示，设图中行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为n₁、n₂、n₃，太阳轮、齿圈的齿数分别为Z₁、Z₂，齿圈与太阳轮的齿数比为α。根据能量守恒定律，可得单一行星齿轮机构一般运动规律特性方程式

图3-51 单排行星轮机构实物及构成示意图

M₁ω₁+M₂ω₂+M₃ω₃=0

n₁+αn₂-（1+α）n₃=0

式中 n₁——太阳轮转速；

n₂——齿圈转速；

n₃——行星架转速；

α——齿圈与太阳轮的齿数比，α=Z₂/Z₁＞1。

行星排传动机构属于周转轮系，是两自由度机构，它与一个自由度的定轴齿轮传动不同，定轴齿轮传动旋转构件之间有固定的转速关系，而行星排三元件中任二元件之间无固定的转速关系，它们之间的转速关系是随行星架转速的变化而变化，要使行星排的任二元件间有确定的转速关系，必须再增加一个关系式（如对行星架进行制动，使其转速等于零，或者使行星架有一个固定的转速）。

（4）动力传动方式 以单排行星轮机构为例，如图3-51单排行星轮机构实物及构成示意图和图3-52行星轮变速机构具有确定运动的各种传动形式图所示。

图3-52 行星轮变速机构具有确定运动的各种传动形式

1）太阳轮主动，行星架从动，齿圈制动（固定），则n₂=0，故传动比

i₁₃=n₁/n₃=1+α＞1

同向减速（太阳轮与行星轮架转向相同），低速档（前进档），如图3-52a所示。

2）太阳轮制动，齿圈主动，行星架从动，则n₁=0，故传动比

i₂₃=n₂/n₃=（1+α）/α＞1

同向减速，高速档，如图3-52b所示。

3）太阳轮制动，行星架主动，齿圈从动，则n₁=0，故传动比

i₃₂=n₃/n₂=α/（1+α）＜1

同向增速，超速档，如图3-52c所示。

4）齿圈制动，行星架主动，太阳轮从动，则n₂=0，故传动比

i₃₁=n₃/n₁=1/（1+α）＜1

同向增速，超速档，如图3-52d所示。

5）行星架制动，太阳轮主动，齿圈从动，则n₃=0，故传动比

i₁₂=n₁/n₂=-α＜0

反向减速，倒档（太阳轮与齿圈转动方向相反）如图3-52e所示。

6）反向增速，汽车上不采用（可以有这种排列选择，但不实用）如图3-52f所示。

7）如果把任意两个元件固定（锁定）。则有n₁=n₂，则n₃=n₁=n₂，故传动比

i=1

同向同速，直接档，如图3-52g所示。

8）如果所有元件无约束，则动力无法传动

空档，如图3-52h所示。

通过上述我们看到行星齿轮机构传动可以有八种方案，归纳见表3-4，行星齿轮机构传动副配选转速及旋转方向见表3-5。

表3-4 行星齿轮机构的传动方案

表3-5 行星齿轮机构传动副配选转速及旋转方向

2.档位设置

行星齿轮架作为从动件——1档或2档；两元件连接后带另一元件——3档；行星齿轮架作为主动件——O/D档；行星齿轮架固定——倒档。

3.1.5.3.1 单排行星齿轮机构传动的执行机构工作过程（基本原理）

1.自动变速器行星轮传动机构总成

要实现把行星轮周转轮系的某选定速度运动以定轴运动的方式输出，就必须有相应的机构适时地按需要锁定行星排三元件（太阳轮、行星轮架和齿圈）中的某元件，接下来我们将解读这些机构的运动传递过程和主要部件的功能及结构，如图3-53所示为自动变速器结构示意图，如图3-54所示为自动变速器行星轮变速机构组成结构示意图。

图3-53 辛普森式（simpson）自动变速器结构示意图

2.四档（辛普森Simpson）行星齿轮机构变速过程

（1）行星齿轮变速机构的简要图示法 行星排行星齿轮变速机构传动链的结构和组成如图3-55所示。变速机构中重要执行部件（元件）的符号（代号）和功能见表3-6。

表3-6 行星轮变速器执行器代号及功能

图3-54 自动变速器行星轮变速机构组成结构示意图

1—输入轴 2—超速太阳轮 3—超速行星轮组件齿圈 4—输入轴（行星轮架机构） 5—中间轴 6—前、后太阳轮

7—前齿圈 8—后齿圈 9—输出轴 10—后行星轮架 11—行星轮 12—超速行星轮排机构

图3-55 三组行星排行星轮变速机构传动系统构成简图

（2）行星轮变速机构各档动力传动路线 行星轮变速机构各档动力传动路线见表3-7，表中的“○”代表该档位的执行部件已经在工作。

表3-7 行星轮变速机构各档动力传动路线

注：（1）只换低档不换高档。

在分析行星轮变速机构各档动力传动路线时我们可根据表3-7行星轮变速机构各档动力传动路线情况结合3.1.5.3中的1.行星轮变速齿轮机构中的第（4）动力传动方式中的内容及图3-52行星轮变速机构具有确定运动的各种传动形式所示进行分析。

例如：1）表3-7行星轮变速机构各档动力传动路线中变速杆位置为“D”（前进档）、档位为“1档”，则有离合器C0、C1和单向离合器F0、F2动作，由图3-55三组行星排行星轮变速机构传动系统构成简图中三组行星排行星轮变速机构系统示意图可知：离合器C0动作，前排行星排行星轮架与太阳轮（中心轮）锁定为一体（动力输入），离合器C1动作，前排行星排行星轮齿圈与中间行星排行星轮齿圈锁定为一体、单向离合器F0动作，前排行星排行星轮架只能朝一个方向旋转，不能反转，同理单向离合器F2动作时，后排行星排行星轮架只能朝一个方向旋转，不能反转且与前排行星排行星轮架转向一致。

2）表3-7行星轮变速机构各档动力传递路线中变速杆位置为“R”（倒档），则有离合器C0、C2和制动器B3动作，由图3-55三组行星排行星轮变速机构传动系统构成简图中三组行星排行星轮变速机构系统示意图可知：离合器C0动作，前排行星排行星轮架与行星轮齿圈锁定为一体（动力输入），离合器C2动作，前排行星排行星轮齿圈与中、后行星排太阳轮（中心轮）锁定为一体，制动器B3动作，后行星排行星轮架被锁定（固定）不能动，完成倒档功能。

行星轮变速机构各种变速状态大家可以自己进行类推，此处不再赘述。行星轮变速机构的执行部件对自动变速器的功能影响较大，其表现特征是：C0故障，前后均无动力；C1故障，无前进档，倒档正常；C2故障，无3、4档及倒档；B2故障，无2档；B3故障，无倒档等。因此自动变速器的制造质量和使用维护都很重要。

3.1.5.3.2 单排行星齿轮变速传动机构总成的组成部件（元件）

机械式单排行星齿轮变速机构传动总成主要部件（元件）包括变速传动机构的主要部件：太阳轮（中心轮）、齿圈、行星轮架及行星轮；变速执行机构的主要部件：离合器、制动器和单向离合器。

1.行星齿轮变速机构传动总成主要的典型部件（元件）

（1）行星轮传动机构 行星轮传动机构主要有太阳轮（中心轮）、内齿圈、行星轮架及行星轮所构成，如图3-56所示为行星轮变速机构总体及部件实物和其简化的示意图。

图3-56 行星轮变速机构总体及部件实物和其简化的示意图

（2）行星排总成构件 行星排传动机构工作时除行星齿轮外还有其他功能装置，其总成零件如图3-57所示。

图3-57 行星排传动机构总成零件示意图

1—离合器及行星排 2—活塞 3—内外O形密封圈 4—弹簧 5—弹簧座 6、9、10、18—卡环 7—钢片 8—摩擦片 11—挡圈 12—单向离合器 13—单向离合器外座圈 14、19—垫片 15—推力轴承 16—行星架及行星齿轮 17—制动器传动毂

2.行星轮变速执行机构的主要部件

换档执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。

离合器被用来把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。制动器被用来将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换档元件之一，其用途和多片式离合器及制动器基本类似，也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件，使行星齿轮变速器组成不同传动比的档位。

（1）离合器

1）离合器的作用。自动变速器中的湿式多片离合器是用来连接输入轴或输出轴和某个基本元件，或将行星齿轮机构中某两个基本元件连接在一起实现转矩的传递。

2）离合器的构成。离合器一般为多片摩擦式，是液压控制的执行元件。基本组成：离合器鼓、离合器活塞、回位弹簧、离合器片（钢片、摩擦片）、花键毂等。摩擦片与旋转的花键毂的齿采用键连接，可轴向移动，为输入端，片上有钢基粉末冶金层或合成纤维层。从动钢片与鼓的内花键连接也可轴向移动，可输出转矩。活塞为环状，另外活塞上有密封圈、回位弹簧。行星轮变速机构离合器构成及工作原理简图如图3-58所示，行星轮变速机构离合器活塞及摩擦片构件图如图3-59所示，行星轮变速机构离合器组件实物图如图3-60所示。

图3-58 行星轮变速机构离合器构成及工作原理简图

图3-59 行星轮变速机构离合器活塞及摩擦片构件图

离合器片压紧液压缸中活塞上的单向阀（安全阀）的作用过程：当压力油进入液压缸时，钢球在油压作用下压紧在阀座上，安全阀处于关闭状态，保证液压缸的密封。当压力油排出时，缸体内的压力下降，安全阀在离心力作用下离开阀座处于开启状态，残留在缸内的液压油因离心力作用排出，使离合器分离彻底。

3）离合器工作情况。

图3-60 行星轮变速机构离合器组件实物图

①离合器接合：当压力油经油道进入活塞左面的液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，将所有离合器片压紧。

②离合器分离：当控制阀将作用在离合器液压缸的油压力撤除后，离合器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的液压油从进油孔排出，如图3-58所示。

③离合器自由间隙：离合器处于分离状态时，离合器片之间有一定的轴向间隙，以保证钢片和摩擦片之间无轴向压力。

图3-61 行星轮系变速机构的带式制动器结构图

4）离合器的安装。离合器在行星轮变速机构中的安装如图3-65a所示。

（2）制动器

1）带式制动器的作用。带式制动器是由围绕在制动鼓外圆周的制动带收缩或放松而产生制动效果的一种制动器。其作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。

2）带式制动器的构成。带式制动器由制动鼓、制动带和伺服装置组成，行星轮系变速机构的带式制动器结构图如图3-61所示，行星轮系变速机构的带式制动器总成示意图如图3-62所示。伺服装置由液压活塞、密封圈、回位弹簧和推杆等组成。带式制动器的制动鼓与行星齿轮变速机构的某个元件相连，并随之转动或制动。制动带的一端固定在变速器壳体的支架或调整螺钉上，另一端与伺服机构的推杆连接。当制动器工作油道打开时，液压油便进入伺服缸施压腔内，在液压作用下，推动活塞克服回位弹簧的弹力推动推杆左移，使制动带箍紧制动鼓，摩擦力使制动鼓被制动。若伺服缸施压腔内液压油泄出，则回位弹簧推动活塞右移，使推杆回位，制动带放松，解除对制动鼓的制动。液压缸内外弹簧为活塞的回位弹簧。内弹簧为旋转鼓反作用力的缓冲弹簧，防止活塞振动。调整点多在带的支承端，可在体外调整或拆下油底调整。拧动调整螺栓来调整（旋紧再松2～3圈），调好后再用锁紧螺母锁紧。

图3-62 行星轮系变速机构的带式制动器总成示意图

优点：结构简单易于安装，带式制动器轴向尺寸小，可缩短变速器的长度。

缺点：使变速器壳体上产生局部的高应力区；制动带磨损后需要调整间隙；工作的平顺性差，控制油路中多配有缓冲阀。

3）带式制动器的伺服机构。带式制动器的伺服机构是带式制动器工作时的原动机构，其机构种类如图3-63所示。

图3-63 带式制动器伺服机构的几种形式

4）带式制动器的工作情况。行星轮系变速机构的带式制动器总成示意图如图3-62中的右图所示。

制动时：压力油经工作油道进入活塞左面的液压缸时，液压力克服弹簧力使活塞右移，拉紧制动带，锁住制动鼓。

解除制动时：当控制阀将作用在制动器液压缸的油压力撤除后，制动器活塞在回位弹簧的作用下回复原位，并将缸内的液压油从进油孔排出。(www.xing528.com)

5）片式制动器。其结构与片式离合器相同。不同之处是制动器从动片的外缘花键齿与固定的变速器外壳连接，可轴向移动，以便接合时将主动件制动，使行星齿轮机构换档。该种制动器接合的平顺性好，间隙无须调整，其缺点是轴向尺寸大。行星轮变速机构片式制动器总成零件图如图3-64所示。

片式制动器能通过增减摩擦片数来满足不同排量发动机的要求，故小轿车使用很多。

6）制动器的安装。带式制动器和片式制动器在变速器中的安装情况如图3-65b所示。

3.单向超越离合器

行星齿轮变速装置中，单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换档元件之一，其作用和多片式离合器及制动器基本相同，也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件，使行星齿轮变速器组成不同传动比的档位。单向离合器与液力变矩器中的单向离合器结构和工作原理完全相同，详情请见3.1.5.2液力机械自动变速器液力传动机构中的液力变矩器组合结构件中的单向离合器的相关内容说明。

图3-64 行星轮变速机构片式制动器总成零件图

1、7—卡环 2—钢片 3—摩擦片 4—弹簧压盘 5—齿圈 6—推力轴承 8—弹簧座 9—弹簧 10—活塞 11—内外O形密封圈 12—壳体 13—滚针轴承 14—推力轴承 15—密封环

图3-65 多片湿式离合器及制动器和带式制动器安装图

单向离合器的作用：单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动。

常见形式：滚柱斜槽式和楔块式。单向离合器工作原理示意图及实物图如图3-66所示。

图3-66 单向离合器工作原理示意及实物图

3.1.5.4 拉维娜式行星齿轮变速器的结构和工作原理

1.拉维娜式行星齿轮传动系统的组成

拉维娜式行星齿轮传动装置由一排单行星齿轮机构和一排双行星齿轮机构，共用一个行星架的传动机构和换档执行元件组成。拉维娜式行星齿轮机构采用的双行星排的特点是：前太阳轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个单行星轮式行星排；而后太阳轮、短行星轮、长行星轮、行星架和齿圈组成一个双行星轮式行星排。前后行星排共用一个齿圈输出，且前后两个行星排的行星架连为一体。拉维娜式行星齿轮传动装置的换档执行元件包括4个离合器、2个制动器和2个单向离合器，如图3-67所示。它们的名称及作用见表3-8。

图3-67 拉维娜式行星齿轮4档自动变速器行星轮机构传动系统示意图

1—小（前）太阳轮 2—行星架 3—短行星轮 4—长行星轮 5—齿圈 6—大（后）太阳轮

表3-8 拉维娜式行星齿轮传动装置换档执行元件名称及作用

2.拉维娜式行星齿轮传动系统的变速传动过程

结合图3-67拉维娜式行星齿轮4档自动变速器行星轮机构传动系统示意图、表3-8拉维娜式行星齿轮传动装置换档执行元件名称及作用和表3-9拉维娜式行星齿轮传动换档元件工作情况，我们把4档拉维娜式行星齿轮传动装置各档的传动路线简介如下：

表3-9 拉维娜式行星齿轮传动换档元件工作情况

（1）D1档 前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接，1档单向离合器F1锁止，将行星架固定。

传动路线为：输入轴→离合器C1→单向离合器F2→后太阳轮→短行星轮→长行星轮→齿圈→输出轴。

（2）D2档 前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接，2、4档制动器B1接合，前太阳轮被固定。

传动路线为：输入轴→离合器C1→单向离合器F2→后太阳轮→短行星轮→长行星轮（前太阳轮固定，使行星架运动确定）→齿圈→输出轴。

（3）D3档 前进档离合器C1接合，前进档单向离合器F2锁止，将输入轴与后太阳轮连接；高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，这样后太阳轮与行星架同步转动，使得齿圈随其一起同步转动，形成直接档。

（4）D4档 高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接；2、4档制动器B1工作，前太阳轮被固定。

传动路线为：输入轴→离合器C4→行星架→长行星轮→齿圈→输出轴。

（5）L1档（或21档，或11档） 前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；低、倒档制动器B2接合，行星架固定，传动路线和传动比与D1档相同。但由于单向离合器F2不起作用，制动器B2又代替了单向离合器F1的工作，从而使汽车滑行时可以用发动机制动。

（6）L2档（或22档，或12档） 前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；2、4档制动器B1接合，前太阳轮被固定，传动路线和传动比与D2档相同。但由于单向离合器F2不起作用，使汽车滑行时可以用发动机制动。

（7）L3档（或23档） 前进档强制离合器C3接合，将输入轴与后太阳轮连接；低、高档离合器C4接合，将输入轴与行星架连接，使后太阳轮与行星架一起带动齿圈转动，形成直接档。传动路线与传动比与D3档相同。当汽车滑行时，离合器C3与离合器C4都能反向传递动力，所以有发动机的制动作用。

（8）R位 倒档离合器C2接合，将输入轴与前太阳轮连接，低、倒档制动器B2接合，行星架被固定。

传动路线为：输入轴→离合器C2→前太阳轮（顺时针）→长行星轮→齿圈（逆时针）→输出轴。

3.1.5.5 自动变速器控制系统

自动换档控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换档规律，自动地接通或切断某些换档离合器和制动器的供油油路，使离合器接合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换档。

1.变速自控系统的组成

自动变速器的自动换档控制系统有液压控制（图3-68）和电液压（电子）控制（图3-69）两种。

图3-68 液压式控制系统工作过程示意框图

图3-69 电液式控制系统工作过程示意框图

液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的，阀门和油路设置在一个板块内，称为阀体总成。不同型号自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装置于上部，有的装置于侧面，纵置的自动变速器一般装置于下部。

在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，就成为电器控制的换档控制系统，若这些电磁阀是由ECU控制的，则称为电子控制的换档系统。

2.自动变速原理

（1）液控自动变速 换档阀两端作用着节气门油压和速控油压。换档时，两端油压发生变化，使换档阀产生位移，改变油路，从而实现换档。液控自动变速原理简图如图3-70a所示，自动变速器液压控制系统示意框图如图3-71所示。

（2）电控自动变速 换档阀两端作用着两个电磁阀（A阀、B阀）控制着换档油压。电磁阀由ECU控制。换档时换档阀一端充油，一端泄油，或者两端都充油、泄油，使换档阀发生位移而换档。电控自动变速原理简图如图3-70b所示。

3.工作状态选择操纵机构

自动变速器的换档操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。驾驶人通过自动变速器的变速杆改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换档执行机构的工作，实现自动换档

图3-70 液控与电控自动变速原理简图

图3-71 自动变速器液压控制系统示意框图

3.1.5.5.1 液压控制系统的组成部件（元件）

1.液压控制系统的组成部件的作用

1）泵油并调节油路压力。

2）向换档执行元件提供压力油以控制档位变化。

3）控制液力变矩器的锁止及ATF（Automatic Transmission Fluid）的冷却。

4）控制各摩擦表面的润滑。

2.液压控制系统部件的组成

液压控制系统通常由油泵、阀板总成、散热器、控制管路、ATF滤清器等组成。

（1）油泵 油泵是液压控制系统中的重要部件，它担负着给整个液压控制系统提供工作压力油的重任，其结构形式有：齿轮式、叶片式和转子式。它通常安装在液力变矩器的后面，内啮合式齿轮泵总成结构及工作原理图如图3-72所示。

图3-72 内啮合式齿轮泵总成结构及工作原理图

内啮合式齿轮泵由泵盖、泵体、小齿轮和内齿轮等组成，泵盖上的花键用于固定液力变矩器单向离合器的内座圈，小齿轮上有两个凸起，液力变矩器泵轮的两个凹槽插到主动小齿轮的两个凸起上带动小齿轮转动，小齿轮带动内齿轮转动，泵体上有一个月牙形隔板，将油腔分成进出油腔。

定量式叶片泵和转子式油泵断面图如图3-73所示。

图3-73 定量式叶片泵和转子式油泵机构断面图

1—转子 2—定子 3—叶片 4—配油盘

（2）控制阀体 自动变速器的自动控制是通过各类调节阀的调整来完成的，自动变速器液压控制系统的压力调节阀主要有：主调节阀、第二调节阀、节气门阀和速控阀等。

1）主调节阀。

①主调节阀的作用。主调节阀的作用是根据节气门开度和变速杆位置的变化，将油泵输出的油压调节至规定值，成为主油压，也称管路油压、管路压力，形成变速器最基本、最重要的稳定工作油压。驱动离合器和制动器的结合；建立和调节其他油压。汽车低负荷或怠速行驶时油压为：0.3～0.8MPa；汽车高负荷行驶时油压为：1.2～1.4MPa；汽车倒档行驶时油压为：1.6～1.8MPa。

主油压不正常会造成液压系统的其他油压也不正常，从而影响到变速器的正常工作。主油压过高，会增加油泵消耗的功率，在换档时会产生大的冲击，主油压过低，会造成离合器、制动器的打滑。

②主调节阀的工作情况。主调节阀的工作情况如图3-74所示，分析如下：

a）调压原理。

依靠阀上下方作用力的平衡关系来调节主油压。阀上方为主油压，阀下方包括负荷油压、R位时的管路压力、弹簧弹力。

b）调压过程。

ⅰ.踩加速踏板加速时负荷油压升高，阀上移；油泵转速升高，主油压升高，阀有所下移，保持在一定位置。

ⅱ.松加速踏板减速时负荷油压下降，阀下移，泄油量增大；油泵转速下降，主油压下降，阀有所上移，保持在一定位置。

ⅲ.倒档时手控阀改变油道，管路油压作用在阀的下方。在节气门开度一样时，倒档主油压比前进档高。

2）第二调节阀。

①第二调节阀的作用。第二调节阀的作用是形成和调节变矩器油压和润滑油压。

a）根据发动机负荷的变化，改变变矩器油压，保证变矩器可靠地传递发动机的转矩。

b）建立变速器内零件润滑所需油压。

②调压原理。依靠阀上下方作用力的平衡关系来调节油压。阀上方：变矩器油压；阀下方：负荷油压、弹簧弹力。液控变矩器油路第二调节阀如图3-75所示。

图3-74 液控主油路调压阀的工作原理

图3-75 液控变矩器油路第二调节阀

③调压过程。

a）油压形成负荷油和弹簧的弹力，与阀顶的油压保持平衡，阀顶部的油压同时送往变矩器，形成变矩器油压。

b）踩加速踏板加速时阀底部负荷油压升高，阀上移，泄油口关闭；主油压升高，阀顶压力增大，变矩器油压升高，阀下移，泄油口打开排油。上下压力平衡时，阀保持在一定位置，变矩器油压稳定在与节气门位置相适应的值。

c）松加速踏板时负荷油压下降，阀下移，泄油口打开排油。同时，主油压下降，变矩器油压下降。阀随后会有所上移，关闭泄油口，油压稳定在较低水平。

3）速控阀。

①速控阀的作用。形成和调节速控油压，使之随车速变化而变化，并作用于换档阀进行自动换档控制。

②速控阀的工作情况

a）调压原理。依靠调速器重锤的离心力，控制速控液压阀的移动，改变油道截面积，来调节速控油压的变化。液控速控油路节流式双级速控阀如图3-76a所示。

图3-76 液控速控油路节流式双级速控阀

b）调压过程。使速控阀下移的力：弹簧力、速控油压向下压力；使速控阀上移的力：重块和销轴的离心力。

c）油压形成。

ⅰ.输出轴转动，重锤离心力通过弹簧使速控阀上移，先关闭泄油孔，再使进油孔与出油孔相通，产生速控油压。随速控油压升高，阀下移，泄油口打开排油，速控油压下降，阀上移。反复多次后，阀稳定在一位置，油压稳定在与车速相适应位置。若车速继续升高，油压相应升高。此时随车速变化油压变化幅度大。

ⅱ.在销轴下端压在调速器壳上后，此时，只有速控阀的离心力决定速控液压力的变化，因阀离心力增长幅度随转速变化小，因此，此时油压变化随转速升高灵敏性下降。

ⅲ.当输出轴转速下降时，因重锤离心力减小，阀下移，泄油口打开泄油，速控油压下降，并稳定在某一低油压值。液控速控油路节流式双级速控阀如图3-76b所示。

图3-77 节流式双级速控阀 工作特性曲线

③速控油压变化特点。节流式双级速控阀工作特性曲线如图3-77所示。

a）车速较低时随车速增加，速控油压的变化迅速，等值转速增幅情况下，油压变化幅度大。满足车辆低速行驶换档次数较多对油压变化的需要。

b）高速行驶时，由于车辆高速行驶换档少或不换档，因此不需要油压变化过于灵敏。此时，速控阀油压随车速的升高变化较缓慢。

4）单向节流阀 作用：可以在执行元件充油时起节流作用，使油压上升较慢，减小换档冲击；在油路泄油时，单向阀打开，加快泄油速度，避免影响换档操作。液控油路单向节流阀如图3-78所示。

图3-78 液控油路安全单向节流阀

5）1-2档换档阀

①1档状态。阀上方节气门油压、弹簧力；阀下方速控油压。当车速较低时，速控油压小，阀处于较低位置，主油道和B2的油路切断。变速器处于D1档。液控1-2档换档滑阀1档时工况如图3-79a所示。

图3-79 液控1-2档换档滑阀工况

②1档升2档时。阀上方：弹簧力；阀下方：速控油压。当车速升高时，速控油压升高，阀克服上方压力而上移，主油道和B2的油路导通，制动器B2接合。变速器升至D2档。液控1-2档换档滑阀2档时工况如图3-79b所示。

a）升档和降档车速是不同的。升档后，阀上方只剩弹簧力，只有在速控油压很低时，才能使阀下移降档。

b）升档车速高于降档车速。

6）2-3档换档阀。

①2档状态。阀上方：节气门油压、弹簧力。阀下方：速控油压。D2档时，1-2档换档阀导通B2的油路，同时将液压油送往2-3档换档阀。当车速较低时，速控油压小，阀处于较低位置，主油道和C2的油路被切断。变速器处于D2档。液控2-3档换档滑阀工况如图3-80左图所示。

图3-80 液控2-3档换档滑阀工况

②2档升3档状态时。阀上方：节气门油压、弹簧力。阀下方：速控油压D2档时，1-2档换档阀导通B2的油路，同时将液压油送往2-3档换档阀。当车速升高时，速控油压随之升高，推动阀克服上方压力向上移动，阀处于较高位置，主油道和C2的油路导通。变速器由D2档升入D3档。液控2-3档换档滑阀工况如图3-80右图所示。

升档和降档车速不同，升档车速高于降档车速。2档时，阀下方速控油压作用面积小，需较高压力才能升档；3档时，阀下方速控油压作用面积增大，需较低车速才能降档。

7）3-4档换档阀。

①3档状态。阀上方：节气门油压、弹簧力。阀下方：速控油压。D3档时，3-4档换档阀导通C0的油路。当车速较低时，速控油压小，阀处于较低位置，主油道和B0的油路被切断。变速器处于D3档。液控3-4档换档滑阀工况如图3-81左图所示。

图3-81 液控3-4档换档滑阀工况

②3档升4档时。阀上方：节气门油压、弹簧力。阀下方：速控油压。D3档时，3-4档换档阀导通C0的油路。当车速较高时，速控油压增大，阀上移，主油道和B0的油路被导通。变速器升入OD档。液控3-4档换档滑阀工况如图3-81右图所示。

8）手控阀移到“2”位时的油路控制。

①OD档时，3-4档换档阀上方：节气门油压、弹簧力。3-4档换档阀下方：速控油压。主油道和B0的油路被导通，变速器处于OD档。液控手动滑阀油路控制工况如图3-82左图所示。

②变速杆移到“2”位时OD档降至D3。3-4档，换档阀上方：节气门油压、弹簧力、主油压。3-4档换档阀下方：速控油压。主油道和B0的油路被截止，主油道和C0的油路被导通，变速器降至D3档。液控手动滑阀油路控制工况如图3-82右图所示。

图3-82 液控手动滑阀油路控制工况

③D3档降至D2然后进入22档。2-3档换档阀上方：节气门油压、弹簧力、主油压。

2-3档换档阀下方：速控油压。主油道和C2的油路被截止，而B1的油路被导通，变速器先降至D2档，然后进入“2”位2档。液控换低档定时阀油路控制工况如图3-83所示。

9）OD档电磁阀控制。

图3-83 液控换低档定时阀油路控制工况

①OD档按钮ON时。OD电磁阀通电，泄油口打开，3-4档换档阀可以上移升入OD档。液压OD档电磁阀油路控制工况如图3-84所示。

图3-84 液压OD档电磁阀油路控制工况（OD开关ON，变速器处于超速档）

②OD档按钮OFF时。OD电磁阀通电，泄油口打开，3-4档换档阀不可以上移升入OD档，只能以最高档D3档行驶。液控OD档电磁阀降入D3档油路控制工况如图3-85所示。

图3-85 液控OD档电磁阀降入D3档油路控制工况（OD开关OFF，变速器降入D3档）

（3）阀板总成简介 阀板由很多液压阀组成，高度集成在一起，形成一个总成，对于纯液压控制式自动变速器，根据阀所起作用的不同，可以将阀分为下列四类：油压调节类、换档控制类、换档品质优化类和变矩器控制类。

1）液压控制阀板认识。液压控制集成上、下阀板如图3-86所示。

图3-86 液压控制集成上、下阀板实物

2）液压控制油路认识。如图3-87液控油路示意及集成油路板实物图和图3-88集成液控滑阀组件箱板实物图所示，可知自动变速器的控制油路较为复杂，但我们从单一的某一功能出发去认识相应的油路走向和对应的滑阀及阀位，复杂的问题就会变得容易一些。接下来我们将介绍各档位的油路控制情况。

图3-87 液控油路示意及集成油路板实物图

①D1档的油路（电磁阀1通、2断、3断）。液控D1档的油路系统示意图如图3-89所示。

C0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→C0储能器→C0离合器。

C1的油路：主调节阀→手控阀→C1离合器

2号电磁阀的油路：主调节阀→C0的油路→2号电磁阀的油路→3-4换档阀上和1-2换档阀上。

②D2档的油路（电磁阀1通、2通、3断）。液控D2档的油路系统示意图如图3-90所示。

C0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→C0储能器→C0离合器。

C1的油路：主调节阀→手控阀→C1离合器。

图3-88 集成液控滑阀组件箱板实物图

图3-89 液控D1档的油路系统示意图

图3-90 液控D2档的油路系统示意图

B2的油路：主调节阀→手控阀→1-2档换档阀→B2储能器、B2制动器和减压阀。

③D3档的油路（电磁阀1断、2通、3断）。液控D₃档的油路系统示意图如图3-91所示。

C0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→C0储能器→C0离合器。

C1的油路：主调节阀→手控阀→C1离合器。

B2的油路：主调节阀→手控阀→1-2档换档阀→B2储能器、B2制动器和减压阀。

C2的油路：主调节阀→2-3档换档阀→C2储能器、C2离合器和1-2档换档阀下。

1号电磁阀的油路：主调节阀→手控阀→1号电磁阀→2-3档换档阀上。

④D4档的油路（电磁阀1断、2断、3断）。液控D4档的油路系统示意图如图3-92所示。

B0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→B0储能器→B0制动器。

C1的油路：主调节阀→手控阀→C1离合器。

B2的油路：主调节阀→手控阀→1-2档换档阀→B2储能器、B2制动器和减压阀。

C2的油路：主调节阀→2-3档换档阀→C2储能器、C2离合器和1-2档换档阀下。

1号电磁阀的油路：主调节阀→手控阀→1号电磁阀→2-3档换档阀上。

2号电磁阀的油路：主调节阀→C0的油路→3-4换档阀上、2号电磁阀的油路和1-2换档阀上。

图3-91 液控D3档的油路系统示意图

⑤R位的油路（电磁阀1通、2断、3断）。液控R位的油路系统示意图如图3-93所示。

C0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→C0储能器→C0离合器。

C2的油路：主调节阀→手控阀→C2储能器和C2离合器。

B3的油路：主调节阀→手控阀→1-2档换档阀→B3制动器。

⑥22档的油路（电磁阀1通、2通、3断）。液控22档的油路系统示意图如图3-94所示。

C0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→C0储能器→C0离合器。

C1的油路：主调节阀→手控阀→C1离合器。

B2的油路：主调节阀→手控阀→1-2档换档阀→B2储能器、B2制动器和减压阀。

B1的油路：调节阀→手控阀→2-3档换档阀→1-2档换档阀→2档滑行调节阀→B1制动器。

⑦L位的油路（电磁阀1通、2断、3断）。液控L位的油路系统示意图如图3-95所示。

C0的油路：主调节阀→3-4档换档阀→C0储能器→C0离合器。

C1的油路：主调节阀→手控阀→C1离合器。

B3的油路：主调节阀→手控阀→2-3档换档阀→低档滑行调节阀→B3制动器。

2号电磁阀的油路：主调节阀→C0的油路→2号电磁阀的油路→3-4档换档阀上和1-2档换档阀上。

⑧变矩器锁止离合器控制（电磁阀1断、2断、3通）。

图3-92 液控D4档的油路系统示意图

图3-93 液控R位的油路系统示意图

图3-94 液控22档的油路系统示意图

图3-95 液控L位的油路系统示意图

变矩器锁止离合器不锁。变矩器的油路：

辅助调节阀→润滑油路

辅助调节阀→锁止继动阀→变矩器涡轮前→泵轮和涡轮之间→锁止继动阀→冷却油路。

液控锁止离合器锁止工况示意图如图3-96所示。

图3-96 液控锁止离合器锁止工况示意图

⑨变矩器锁止离合器锁止。通过控制来自B2的管路压力油（来自1-2档换档阀），适时作用于锁定继动阀，通过改变通往变矩器的ATF的流向，来实现控制锁止离合器接合与分离。液控变矩器锁止离合器动作锁住变矩器工况示意图如图3-97所示。

图3-97 液控变矩器锁止离合器动作锁住变矩器工况示意图

工作过程：电磁阀通电，阀门打开泄压，锁定信号阀阀芯下移，使B2的管路压力作用于锁定继动阀上端，使阀芯下移，锁止离合器接合。

3.1.5.5.2 电子控制系统简介

现在许多轿车的自动变速器是电子控制的，电子控制也就是电子计算机（ECU）控制。自动变速器主要由液力变矩器和行星齿轮变速器组成，ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）根据传感器输入信号和开关信号，通过电磁阀控制换档和变矩器锁止这两个工作过程，达到自动换档的最佳控制精度。

发动机曲轴与变矩器涡轮之间通过离合器接合的装置也称为变矩器锁止，其作用是减轻变矩器涡轮与泵轮之间的打滑现象，改善燃油经济性。自动变速器的电子控制装置由信号输入系统、计算系统和控制信号输出系统这三部分组成。轿车电子控制自动变速器原理框架及总体示意图如图3-98所示。

图3-98 轿车电子控制自动变速器原理框架及总体示意图

信号输入系统有：变速器输入速度传感器、变速器输出速度传感器、发动机冷却液温度传感器、节气门位置传感器、发动机曲轴转速传感器、润滑油温度传感器、歧管压力开关、制动开关等信号。这些信号反馈到ECU（在通用汽车上称为PCM——动力传动控制组件），在ECU进行计算然后输出控制信号，通过换档电磁阀、离合器电磁阀等控制换档和锁止动作。ECU接到传感器反馈信号后，根据程序计算的结果发出控制信号接通变矩器的离合器电磁阀电源，驱使电磁阀动作，使离合器接合；如果切断离合器电磁阀电源则离合器分离。ECU是根据汽车行驶状态来操纵电磁阀通电开关开启或关闭的。当汽车速度比较慢或停止时，ECU不使电磁阀动作，当汽车速度达到一定值时，ECU就会使电磁阀动作使离合器接合。ECU接到传感器反馈信号后，根据汽车车速、发动机转速及工作温度、节气门位置、歧管真空度、选档位置等输入信号选择换档。ECU根据即时变速杆的位置，对照参数计算选择最佳的档位位置，发出控制信号驱动换档电磁阀，令变速器换档。通用、福特、丰田等大厂商采用的自动变速器电子控制系统，根据与其连接的变速器和发动机型号的不同而不同，每个系统中的元件和系统的工作过程也随着不同的变速器而有所变化，但其基本的工作方式及基本部件还是一样的。