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1自动变速器的发展历史
自汽车诞生以来，汽车行驶速度的改变一直采用机械式变速器，也就是用手操纵变速杆换档变速。手动变速器因采用机械传动，故传动效率高、工作可靠、结构简单，但因其动载荷大，易使零件过早的磨损，特别是手动变速器要求驾驶员在外界条件比较复杂的情况下，频繁的操纵离合器、变速杆和加速踏板，增加了驾驶员的负担使驾驶员易于疲劳，也不利于安全行车，而且在上坡起步时，稍有不慎发动机就会熄火。随着汽车工业的发展和社会进步的需求，自动变速器出现并逐步走向成熟。
1904年美国通用公司的凯迪拉克汽车采用了手操纵的三档行星齿轮变速器，福特汽车采用了二档行星齿轮变速器。1926年别克小轿车上开始用液力机械传动的变速器。1933年美国的瑞欧汽车使用了一种半自动变速器。1938年美国克莱斯勒汽车公司采用了液力耦合器，并在1939年，首先成功的研制了由液力耦合器和行星齿轮变速器组成的4档液力变速器，并装于该公司生产的轿车Oldsmobile上。该变速器被认为是自动变速器的代表，是当今自动变速器的原始形式。随着新技术的不断发展，自动变速器结构不断得到改进，逐步走向成熟。
1939年-1950年的11年间是液力自动变速器的成长期。这时期自动变速器的结构特点是液力传动部件采用液力耦合器，机械变速部分采用行星齿轮。这种形式结构虽然简单，成本也低，但液力传动部分只能起到联轴节的作用，不能改变扭矩，而传动扭矩的改变则完全由行星齿轮机构来完成。1950年美国福特汽车公司成功研制了液力变矩器的3档液力自动变速器，从此轿车用的液力自动变速器进入了成熟期。
1977年后，日本丰田汽车公司成功研制了具有超速档液力自动变速器。该变速器采用三元件液力变矩器与多档行星齿轮相组合的结构，这不但提高了变速器的变速比，而且使换档圆滑，传动效率也提高。
液力自动变速器行星齿轮机构的档数和速比范围，随着汽车的高速比，低油耗和低噪声等要求的不断提高而有增加的倾向，1977年丰田公司开发的4档液力自动变速器和1989年日产汽车公司开发的5档液力自动变速器都以装车使用。这两种变速器在原3档和4档液力自动变速器的基础上，加装一组行星变速齿轮机构而形成的。1983年，日产汽车公司成功研制了4档液力自动变速器用的行星齿轮机构，其最大特点是结构紧凑，从而为液力自动变速器的多档化提供了条件。
液力变矩器的优点是可增大起步扭矩，提高车辆的加速性能，降低变速器传动系的冲击，对发动机曲轴的扭振具有隔振作用。但由于其泵轮与涡轮之间存在转速差，使其传动效率随之降低，因此常采用锁止机构，使泵轮与涡轮在一定的工况下连接起来。这样，发动机的动力便可直接传给变速器的行星机构，从而提高了传动效率。
机械锁止方式最早在1939年美国通用汽车公司生产的Hydromantic上使用过。1977年，美国克莱斯勒汽车公司在变矩器上装用由液力控制的带减振器的离合器，使锁止装置进入了成熟期。
对于多档的液力自动变速器，通常仅在最高档位时使琐止离合器结合。后来，为了减少滑转损失，1982年起在其他档位上也开始使用。由于在变速过程中进行锁止会产生较大的冲击，故需要在变速时暂将其解除，而在变速后再进行锁止，既换档前使离合器自动分离，换档后使离合器自动结合。为此，研制出了多种的控制方式，其中以电控方式效果较好。锁止离合器的实用化已有十几年的历史，目前已非常普遍。
1969年，法国雷诺汽车公司首先采用了电控液力自动变速器。其控制方式是由计算机依据检测到的车辆速度和节气门开度的电信号，来判断变速的时机，并确定变速程序。进入80年代，随着电子技术的发展和计算机的进一步微型化，变速器的控制功能和可靠性得到提高，而且成本也大为降低。
1991年，美国通用汽车公司也在两种前驱动的轿车上装用了AXODE型4档电控液力自动变速器，其电子控制装置并入福特EC-IV型发动机的中央控制系统。
在我国，应用液力传动装置始于50年代，当时成功地研制了“红旗”高级轿车液力自动变速器。在70年代，已将液力传动应用于一系列的重型矿用汽车上，如SH380型32吨矿用自卸车、CA390型60吨矿用自卸车等。目前国产车型中，使用自动变速器的还有北京切诺吉普车等车型。
今天，汽车自动变速器已经发生了重大的变化。这种变化主要体现在以下几个方面。一是汽车自动变速器向多档位方向发展，5档或者6档自动变速器将逐步取代4档自动变速器的主导地位。档位多使变速器具有更大的速比范围和更细密的档位之间的速比分配，从而改善汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性。例如宝马7系或奥迪A8装配ZF产的6档自动变速器（ZF6H26），齿数比分别是1档4.7、2档2.34、3档1.52、4档1.14、5档0.87、6档0.69。某款3.0升高级轿车的4档自动变速器齿轮比分别是1档2.78、2档1.54、3档1.00、4档0.69。两者对比，显然ZF6档自动变速器具有更大的速比和更小的速比级差，因此变速时也就更加平顺。但是，档位越多意味着变速器越复杂，执行元件和齿轮数目会随之增加，不但成本增加，体积和重量也会增大，对于前轮驱动的汽车而言还会增加动力传动系统布置的困难。因此，为了缩小体积和减轻重量，要采用紧凑化设计，简化内部结构，引入电子控制系统，采用轻质材料。例如ZF6H26变速器设计基于一种名为Lepetler的齿轮设计，使6个档位之间的齿轮大为减少，简化了内部结构，齿轮重量减少了11公斤。整个操作界面改为线控技术，由电子信息操纵换档。用塑料材料做油底壳及铝合金变速器箱体，进一步减轻重量。二是采用多电磁阀方式控制换档，明显改善换档质量。以前的自动变速器的执行器只有一两个电磁阀，现在许多自动变速器已有多个电磁阀。尤其是换档电磁阀数量的增加使得换档电磁阀完全取替了节气门油压和速度油压对D档位升降档的控制。变速器上各种新的电磁阀相继出现，例如正时电磁阀、倒档电磁阀、扭力转换电磁阀、扭力缓冲电磁阀、强制降档电磁阀等大量涌现使得电控系统对变速器的控制范围进一步扩大。现在，一些变速器的换档电磁阀完全负责了对D档、手动模式、倒档的控制，被称为全电子控制自动变速器。模糊控制技术的设置使变速器电脑可以学习、模拟驾驶者的驾驶习惯，自动修正控制指令，使汽车进一步体现人性化。例如在ZF6档自动变速器中，为了控制系统压力实现换档，设置了6个具有高流量特点的脉宽调制电磁阀，一个可变力(VFS)电磁阀等。中央电脑中还附加了一个名为Adaptive Shift Strategy(自适应式换档)，这个系统持续不断地收集行车数据，例如档位、行驶状态、驾驶者驾驶习惯等，通过变速器电脑学习模拟并建立起相关的行车程式，以最佳效果满足驾驶者的需求。三是通过改造油泵、优化液压控制系统提高变速器传动效率。自动变速器在结构上主要由液力变矩器、油泵和机械齿轮传动机构组成。由于液力变矩器通过液力使泵轮、涡轮和导轮工作，油泵运转会消耗能量，加之换档执行元件的摩擦又会消耗能量，使得自动变速器的传动效率低于手动变速器，因此耗油也会高于手动变速器。采用现代控制理论的电控技术，自动变速器的机械效率已经大大提高。通过降低油泵的轴向和径向泄漏来提高油泵效率，同时对整个油泵系统设计进行改进，可以进一步提高油泵高转速时的传动效率。另外，通过传动机构类型多样化设计，结构局部的设计改进，多排行星齿轮组合机构，优化齿轮特性参数和支承结构等技术改进，今天的自动变速器技术已有重大发展，但是从整体看自动变速器的传动效率与手动变速器相比仍存在近10%的差距。
2自动变速器的工作原理
自动变速器根据汽车速度、发动机转速、动力负荷等因素自动进行升降档位，不需由驾驶者操作离合器换档，使用很方便。特别在交通比较拥挤的城区马路行驶，自动变速器体现出很好的便利性。自动变速器比手动变速器复杂得多，有很多方面不相同，但最大的区别在于控制方面。手动变速器由驾驶员操纵档位，加档或减档由人工操作，而自动变速器是由机器自动控制档位，变换档位是由液压控制装置进行的。
以一个典型的自动变速器为例，液压控制装置根据节气门（油门）开度和变速器输出轴上输送来的信号控制升降档。根据节气门开度变化，液压控制装置中的调节阀产生与加速踏板踏下量成正比的液压，该液压作为节气门开度“信号”加到液压控制装置；另外有装配在输出轴上的速控液压阀可产生与转速（车速）成正比的液压，作为车速“信号”加到液压控制装置。因此，就有节气门开度“信号”和车速“信号”，液压控制装置根据这两个“信号”自动调节变速器油量，从而控制换档时机。
也就是说在汽车驾驶中，驾驶员踏下加速踏板（油门踏板），控制节气门开度和汽车的行驶速度（变速器输出轴转速），就能自动控制变速器内的液压控制装置，液压控制装置会利用液力去控制行星齿轮系统的离合器和制动器，以改变行星齿轮的传动状态。
自动变速器的核心控制装置是液压控制装置，液压控制装置由油泵、阀体、离合器、制动器以及连接所有这些部件的液体通路所组成。关键部件是阀体，因此它是自动变速器的控制中心。阀体的作用是根据发动机和底盘传动系的负载状况（节气门开度和输出轴转速），对油泵输出到各执行机构的油压加以控制，以控制液力变矩器，控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。
如果是电子控制自动变速器，就要在液压控制基础上增加电磁阀，ECU（电控单元）借助电磁阀控制自动变速器工作过程。ECU输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成电信号驱动被控的电磁阀工作。因此，电子控制自动变速器就要增加节气门位置传感器、车速传感器、水温传感器、液压温度传感器、发动机转速传感器、档位开关、刹车灯开关等数字信号汇入ECU，从而使得ECU精确控制电磁阀，使换档和锁止时间准确，令汽车运行更加平稳和节省燃油。
在液力变矩器中，泵轮和涡轮是一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差就可以实现变速变矩了。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮提高效率，液压操纵系统会随发动机工作变化自行操纵行星齿轮，从而实现自动变速变矩。辅助机构自动换档不能满足行驶上的多种需要，例如停泊、后退等，所以还设有干预装置即手动拨杆，标志P(停泊)、R(后档)、N(空档)、D(前进),另在前进档中还设有”2”和”1”的附加档位,用以起步或上斜坡之用。由于将其变速区域分成若干个变速比区段，只有在规定的变速区段内才是无级的，因此AT实际上是一种介于有级和无级之间的自动变速器。
3自动变速器的工作过程
自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换挡系统工作，自动换挡系统中各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线，实现变速器挡位的变换。
传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变速挡位 。其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。
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，接受驾驶员的指令，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挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。其工作过程如图1所示。
图1 电控液力自动变速器的工作过程示意图
1-节气门位置传感器 2-液力变矩器 3-行星齿轮变速器 4-车速传感器 5-液压控制装置 6-换挡阀 7-电磁阀
4自动变速器的基本组成
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、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分。
4.1液力变矩器
液力变矩器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用。液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，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扭矩比，具有一定的减速增扭功能。自动变速器的传动效率主要取决于变矩器的结构和性能。
常用液力变矩器的型式有一般型式的液力变矩器、综合式液力变矩器和锁止式液力变矩器。其中综合式液力变矩器的应用较为广泛。下面以综合式液力变矩器为例介绍其结构与工作原理：
目前在装用自动变速器的汽车上使用的变矩器大多是综合式液力变矩器（图2），它和一般型式液力变矩器的不同之处在于它的导轮不是完全固定不动的，而是通过单向超越离合器支承在固定于变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器使导轮可以朝顺时针方向旋转（从发动机前面看），但不能朝逆时针方向旋转。
当汽车在液力变矩器输出扭矩的作用下起步后，与驱动轮相连接的涡轮也开始转动，其转速随着汽车的加速不断增加。这时由泵轮冲向涡轮的液压油除了沿着涡轮叶片流动之外，还要随着涡轮一同转动，使得由涡轮下缘出口处冲向导轮的液压油的方向发生变化，不再与涡轮出口处叶片的方向相同，而是顺着涡轮转动的方向向前偏斜了一个角度，使冲向导轮的液流方向与导轮叶片之间的夹角变小，导轮上所受到的冲击力矩也减小，液力变矩器的增扭作用亦随之减小。车速愈高，涡轮转速愈大，冲向导轮的液压油方向与导轮叶片的夹角就愈小，液力变矩器的增扭作用亦愈小；反之，车速愈低，液力变矩器的增扭作用就愈小。因此，与液力耦合器相比，液力变矩器在汽车低速行驶时有较大的输出扭矩，在汽车起步，上坡或遇到较大行驶阻力时，能使驱动轮获得较大的驱动力矩。
当涡轮转速随车速的提高而增大到某一数值时，冲向导轮的液压油的方向与导轮叶片之间的夹角减小为0，这时导轮将不受液压油的冲击作用，液力变矩器失去增扭作用，其输出扭矩等于输入扭矩。
若涡轮转速进一步增大，冲向导轮的液压油方向继续向前斜，使液压油冲击在导轮叶片的背面，如图3（c）所示，这时导轮对液压油的反作用扭矩Ms的方向与泵轮对液压油扭矩Mp的方向相反，故此涡轮上的输出扭矩为二者之差，即Mt=Mp-Ms，液力变矩器的输出扭矩反而比输入扭矩小，其传动效率也随之减小。当涡轮转速较低时，液力变矩器的传动效率高于液力耦合器的传动效率；当涡轮的转速增加到某一数值时，液力变矩器的传动效率等于液力耦合器的传动效率；当涡轮转速继续增大后，液力变矩器的传动效率将小于液力耦合器的传动效率，其输出扭矩也随之下降。因此，上述这种液力变矩器是不适合实际使用的。当涡轮转速较低时，从涡轮流出的液压油从正面冲击导轮叶片，如图3（b）所示，对导轮施加一个朝逆时针方向旋转的力矩，但由于单向超越离合器在逆时针方向具有锁止作用，将导轮锁止在导轮固定套上固定不动，因此这时该变矩器的工作特性和液力变矩器相同，涡轮上的输出扭矩大于泵轮上的输入扭矩即具有一定的增扭作用。当涡轮转速增大到某一数值时，液压油对导轮的冲击方向与导轮叶片之间的夹角为0，此是涡轮上的输出扭矩等于泵轮上的输入扭矩。
图2综合式液力变矩器
1-曲轴 2-导轮 3-涡轮 4-泵轮 5-液流 6-变矩器轴套 7-油泵 8-导轮固定套 9-变矩器输出轴 10-单向超越离合器。
若涡轮转速继续增大，液压油将从反面冲击导轮，如图3（c）所示，对导轮产生一个顺时针方向的扭矩。由于单向超越离合器在顺时针方向没有锁止作用，可以像轴承一样滑转，所以导轮在液压油的冲击作用下开始朝顺时针方向旋转。由于自由转动的导轮对液压油没有反作用力矩，液压油只受到泵轮和涡轮的反作用力矩的作用。因此这时该变矩器的不能起增扭作用，其工作特性和液力耦合器相同。这时涡轮转速较高，该变矩器亦处于高效率的工作范围。
导轮开始空转的工作点称为偶合点。由上述分析可知，综合式液力变矩器在涡轮转速由0至偶合点的工作范围内按液力变矩器的特性工作，在涡轮转速超过偶合点转速之后按液力耦合器的特性工作。因此，这种变矩器既利用了液力变矩器在涡轮转速较低时所具有的增扭特性，又利用了液力耦合器涡轮转速较高时所具有的高传动效率的特性。
图3 液力变矩器工作原理图
A-泵轮 B-涡轮 C-导轮 1-由泵轮冲向涡轮的液压油方向 2-由涡轮冲向导轮的液压油方向 3-由导轮流回泵轮的液压油方向
4.2变速齿轮机构
液力变扭器虽能在一定范围内自动地、无级地改变变扭比，但由于液力变扭器存在着变扭能力与效率之间的矛盾，其扭矩比在1-3范围内，难以满足汽车使用要求，故在汽车上广泛采用的是液力变扭器与齿轮式变速器组成的液力机械变速器。发动机动力经液力变扭器传至机械变速器，经机械变速器输出至传动轴，液力变扭器在自动变速器中的主要作用是使汽车起步平稳，并在换档时减缓传动系的冲击载荷，汽车在行驶过程中主要是靠齿轮变速器部分实现变速的，可使扭矩再增大2-4倍。与液力变扭器配合使用的齿轮变速器多数是行星齿轮变速器，也可以是固定轴线式齿轮变速器，行星齿轮变速器具有体积小、结构简单、操作容易、变速比大等优点，故应用较为广泛。
行星齿轮变速器由行星齿轮机构和换档执行机构两部分组成。行星齿轮机构的作用是改变传动比和传动方向，即构成不同的档位。换档执行机构的作用是实现档位的变换。
行星齿轮机构，是自动变速器的重要组成部分之一，主要由于太阳轮（也称中心轮）、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。行星齿轮机构是实现变速的机构，速比的改变是通过以不同的元件作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，因而实现了动力换挡。
换挡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。离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。制动器的作用是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挡元件之一，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，让行星齿轮变速器组成不同传动比的挡位。
4.2.1行星轮机构的结构和类型
行星轮机构有很多类型，其中最简单的行星齿轮机构是由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和几个行星轮组成的，称为一个行星排。太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定轴线，行星轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，并同时与太阳轮和齿圈啮合。当行星齿轮机构运转时，空套在行星架上的几个行星轮，一方面可以绕自己的轴线旋转，另一方面又可以随行星架一起绕着太阳轮旋转，就象天上的行星运动一样，兼有自转和公转两种运动状态，行星齿轮也由此而得名。在行星排中，具有固定轴线的太阳轮、齿圈和行星架称为行星排的三个基本元件。有代表性的是辛普森式和拉维诺式行星齿轮机构。
4.2.2行星齿轮机构变速原理
单排行星齿轮机构有两个自由度，因此没有固定的传动比，不能直接用于变速传动。为了组成具有一定传动比的传动机构，必须将太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一个加以固定，或使其运动受到一定约束，也可将某两个基本元件互相连接在一起，使行星排变为只有一个自由度的机构，获得确定的传动比。
行星排在运转时，由于行星齿轮存在着自转和公转两种运动状态，因此其传动比的计算方法和普通定轴式齿轮传动机构不同。为了计算各种行星轮机构的传动比，下面先分析最简单的单排行星齿轮机构传动比的计算方法，其它各种形式的行星齿轮机构传动比可以用同样的方法导出。
作用于太阳轮1的力矩： M1=F1r1
作用于齿圈2上的力矩： M2=F2r2
作用于行星架3上的力矩： M3=F3r3
令齿圈和太阳轮的齿数比为α，则:
α=r2/r1
=Z2/Z1
因此 r2=αr1
又 r3=(r1+r2)/2=r1(1+α)/2
式中：r1：太阳轮的节圆半径
r2：齿圈的节圆半径
r3：行星轮与太阳轮的中心距
Z1：太阳轮的齿数
Z2：齿圈的齿数
图4 行星齿轮机构
1-齿圈 2-行星齿轮 3-行星架 4-太阳轮
由行星轮的受力平衡条件可得：
F1＝F2
F3＝2F2
因此，太阳轮、齿圈和行星架上的力矩分别为：
M1＝F1r1
M2＝αF1r1
M3＝－（1+α）F1r1
根据能量守恒定律，三个元件上的输入和输出功率的代数和应等于零。即
M1ω1+M2ω2+M3ω3=0
将式2-9代入式2-10得：
ω1+αω2－（1+α）ω3=0
若用转速代替角速度,则上式可写成:
n1+αn2－（1+α）n3=0
该式为单排行星齿轮机构一般运动规律的特性方程式。
太阳轮、齿圈和行星架三者具有同一旋转轴线。将此三者中的任一构件与主动轴相连，第二构件与从动轴相连，加上第三个条件，第三构件被强制固定或使其运动受到一定约束，即该构件的转速为某一定值，则整个系统就以一定的传动比传递动力，实现不同档位速度的变化。
单排行星轮机构的速比范围有限，往往不能满足汽车的实际要求，因此在实际应用的行星齿轮变速器中，是二至三个单排行星轮机构组成的，这样的行星轮机构同样也具有两个以上的自由度。为了使它具有确定的传动比，同样也需要对它的某些基本元件的运动进行约束，使它成为只有一个自由度的机构，当被约束的基本元件或约束的方式不同时，该机构的传动比也会不同，从而组成不同的档位，但其工作原理，仍与单排行星轮机构相同，可由其运动特性方程推导出传动比。
4.3供油系统
自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。油压的调节由调压阀来实现。
4.3.1供油系统的结构与工作原理
近代所使用的自动变速器都离不开液压系统，而液压系统的液压油是由供油系统所提供的，因此，供油系统是汽车自动变速器中不可缺少的重要组成部分之一。
1供油系统的基本组成及作用
供油系统的结构组成，因其用途不同而有所不同，但主要组成部分基本相同，一般由各分支供油系统、油泵及辅助装置，压力调节装置等部分组成。
供油系统的作用是向变速器各部分提供具有一定油压。足够流量、合适温度的液压油。
2供油油泵的结构与工作原理
油泵是自动变速器中最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。在变速器的供油系统中，常用的油泵有内啮合齿轮泵、转子泵和叶片泵。由于自动变速器的液压系统属于低压系统，其工作油压通常不超过2MPa，所以应用最广泛的仍然是齿轮泵。本文以内啮合齿轮泵为例介绍其结构与工作原理：
内啮合齿轮泵主要由外齿齿轮、内齿齿轮、月牙形隔板，泵壳、泵盖等组成，图5所示为典型的内啮合齿轮泵及其主要零件的外形。液压泵的齿轮紧密地装在泵体的内腔里，外齿齿轮为主动齿轮，内齿齿轮为从动齿轮，两者均为渐开线齿轮；月牙形隔板的作是将外齿齿轮和内齿齿轮隔开。内齿和外齿齿轮紧靠着月牙形隔板，但不接触，有微小的间隙。泵体是铸造而成的，经过精加工，泵体内有很多油道，有进油口和出油口，有的还有阀门或电磁阀。泵盖也是一个经精加工的铸件，也有很多油道。泵盖和泵体用螺栓连接在一起。
图5 典型的齿轮泵
1-月牙形隔板 2-驱动齿轮（外齿轮） 3-被动齿轮（内齿轮）4-泵体 5-密封环 6-固定支承 7-油封 8-轴承
内啮合齿轮泵的工作原理如图6所示。月牙形隔板将内齿轮与外齿轮的之间空出的容积分隔成两个部分，在齿轮旋转时齿轮的轮齿由啮合到分离的那一部分，其容积由小变大，称为吸油腔；齿轮由分离进入啮合的那一部分，其容积由大变小，称为压油腔。由于内、外齿轮的齿顶和月牙形隔板的配合是很紧密的，所以吸油腔和压油腔是互相密封的。当发动机运转时，变矩器壳体后端的轴套带动小齿轮和内齿轮一起朝图中顺时针方向运转，此时在吸油腔内，由于外齿轮和内齿轮不断退出喷合，容积不断增加，以致形成局部真空，将油盘中的液压油从进油口吸入，且随着齿轮旋转，齿间的液压油被带到压油腔；在压油腔，由于小齿轮和内齿轮不断进入啮合，容积不断减少，将液压油从出油口排出。油液就这样源源不断地输往液压系统。
内啮合齿轮泵是自动变速器中应用最为广泛的一种油泵，它具有结构紧凑、尺寸小、重量轻、自吸能力强、流量波动小、噪音低等特点。各种丰田汽车的自动变速器一般都采用这种油泵。
图6 内啮合齿轮泵
1-小齿轮 2-内齿轮 3-月牙形隔板 4-吸油腔 5-压油腔 6-进油道 7-出油道
3调压装置
自动变速器的供油系统中，必须设置油压调节装置，一方面是因为油泵泵油量是变化的。自动变速器的油泵是由发动机直接驱动的，油泵的理论泵油量和发动机的转速成正比，为了保证自动变速器的正常工作，当发动机处于最低转速工况（怠速）时，供油系统中的油压应能满足自动变速器各部分的需要，防止油压过低使离合器、制动器打滑，影响变速器的动力传递；但如果只考虑怠速工况，由于发动机在怠速工况下的转速（750r/min左右）和最高转速（6000r/min左右）之间相差太大，那么当发动机高速运转时，油泵的泵油量将大大超过自动变速器各部分所需要的油量和油压，导致油压过高，增加发动机的负荷，并造成换挡冲击。另一方面是因为自动变速器中各部分对油压的要求也不相同。因此，要求供油系统提供给各部分的油压和流量应是可以调节的。
自动变速器供油系统的油压调节装置是由主油路调压阀（又称一次调节阀）、副调压阀（又称二次调节阀）、单向阀和安全阀等组成。
4.3.2辅助装置
自动变速器供油系统中除了油泵及各种流量控制阀外，还包括许多辅助装置。主要有油箱和各种滤清器等。
4.4自动换挡控制系统
自动换挡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，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换挡。
自动变速器的自动换挡控制系统有液压控制和电液压（电子）控制两种。
4.4.1液压自动换挡控制系统
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。
控制系统的主要任务是控制油泵的泵油压力，使之符合自动变速器各系统的工作需要；根据操纵手柄的位置和汽车行驶状态实现自动换挡；控制变矩器中液压油的循环和冷却，以及控制变矩器中锁止离合器的工作。控制系统的工作介质是油泵运转时产生的液压油。油泵运转时产生的液压油进入控制系统后被分成两个部分：一部分用于控制系统本身的工作，另一部分则在控制系统的控制下送至变矩器或指定的换挡执行元件，用于操纵变矩器及换挡执行元件的工作。
1自动换挡控制的原理
为实现自动换挡，必须以某种（或某些）参数作为控制的依据，而且这种参数应能用来描述车辆对动力传动装置各项性能和使用的要求，能够作为合理选挡的依据，同时，在结构上易于实现，便于准确可靠地获取。目前常用的控制参数是车速和发动机节气门开度。
至目前为止，常用的控制系统有两种：一种是只以车速或变速器输出轴转速作为控制参数的系统称为单参数控制系统；另一种是以车速和节气门开度作为控制参数的系统称为双参数控制系统。
2自动换挡控制信号及装置
车速和节气门开度的变化要转变成油液压力变化的控制信号，输入到相应的控制系统，改变液压控制系统的工作状态，并通过各自的控制执行机构来进行各种控制，从而实现自动换挡。这种转速装置，称为信号发生器或传感器，常用的控制信号有液压信号和电气信号。
1)液压信号装置
液压信号装置是将发动机负荷（节气门开度）和车速的变化转变成液压信号的装置。常见的液压信号装置有节气门调压阀（简称节气门阀）和速度调压阀（简称速度阀或调速器）两种。
（1）节气门调压阀
节气门调压阀用于产生节气门油压，以便控制系统根据汽车油门（即节气门）开度的大小改变主油路油压和换挡车速，使自动变速器的主油路油压和换挡规律满足汽车的实际使用要求。
节气门调压阀是由节气门开度所控制的，根据控制方式的不同，节气门调压阀有机械作用式节气门调压阀、真空作用式节气门调节阀、带海拔高度补偿装置的真空作用式节气门调节阀及反变化的节气门调节阀等几种型式。在几种型式的节气门调压阀中，由于机械作用式节气门调压阀结构简单、工作可靠，所以使用最广泛。
当踩下加速踏板，使节气门开度增大时，摆臂1沿逆时针方向转动，推动柱塞2右移，压缩弹簧3，使弹簧力增大，弹簧力则推动阀芯4右移，使进油口a的开口量增大，而泄油口的开口量减小，于是通往控制装置的输出油压Pa上升。阀芯右端的油室与出油口b相通，Pa压力油对阀芯4产生向左的液压推力。当Pa压力油对阀芯的作用力与弹簧3的作用相平衡时，阀芯就保持在某一工作位置，得到一个稳定的输出信号油压Pa。
当摆臂1沿逆时针方向转到最大转角位置时，柱塞2移动右端位置，其环槽把油口d与b接通，此时输出压力达最大值pamax，并从d口输出，从而达到强制降挡的控制目的。
图7 机械作用式节气门调压阀结构简图
1-摇臂 2-柱塞 3-弹簧 4-阀芯 a-进油口 b-出油口 c-泄油口 d-强制降挡油口
图7是一种机械式节气门调压阀的结构简图。它由柱塞2、阀芯4、弹簧3和阀体等组成。a为进油口，b为出油口，c为泄油口，d为强制降挡油口。
（2）速度调压阀
自动变速器液压操纵系统速度调节阀一般装在输出轴上，使调节阀能够感应出汽车速度的变化，以得到和汽车速度相对应的输出油压，从而控制自动变速器的换挡时机。速度调压阀有单锤式、双锤式和复锤式等型式。
图8 所示为近代汽车自动变速器中应用最广的复锤式速度调压阀。它有两个大小不同的重锤，但只有一个双边节流阀。两个重锤在不同转速范围所起的作用也不同：在低速范围内，大小两个重锤的离心力都作用在滑阀上；在高速范围内，只有小锤的离心力继续作用在滑阀上，速度调压阀的输出信号油压出现不同的两个阶段，所以这种速度阀也称作两级式速度阀，而把单锤式速度阀称作单级式速度阀。
复锤式速度调压阀的结构特点是大小重锤1、2和滑阀 3布置在变速器输出轴8的两侧，通过拉杆5相连。大重锤1是个套筒，当输出轴8旋转时，在离心力作用下，它能在阀体内沿轴线方向滑动。在其内部，通过弹簧4将离心力传给小锤即套筒2。两重锤的离心力又通过拉杆5，传递给在输出轴另一侧的滑阀3。大小重锤在甩动外移时，其移动距离受锁片7或6的限制。
图8 复锤式速度调压阀结构简图
1-大重锤 2-小重锤 3-滑阀 4-弹簧 5-拉杆 6、7-锁止环 8-变速器输出轴
速度阀工作时，压力油作用于滑阀的阶梯形环面上，与输出轴另一侧的重锤离心力相平衡。当输出轴转速较低时，大小重锤的离心力都通过拉杆5作用在滑阀3上，因此输出油压Pa随车速的增加而急剧升高。随着输出轴转速的增加，大重锤离心力迅速增大，以至克服弹簧4的张力，外移至极限位置，被锁止片7挡住。这时大重锤的离心力除压缩弹簧4外，不再传递给拉杆5，而由锁止环所承受。当转速再升高时，除了弹簧4的弹力继续作用外，只有小锤2的离心力继续与滑阀环面上的油液压力相平衡。这时由于离心重量变小，速度阀输出信号油压的变化也较缓慢，出现了输出信号油压的阶段性，这种复锤式速度调压阀的信号油压，可以在较大的车速范围内满足换挡控制的要求。
2)电气信号
将控制参数的变化转换成电气信号（通常是电压或频率的变化），经调制后再输入控制器。或将电器信号输入电子计算机，电子计算机根据各种信号输入，作出是否需要换挡的决定，并给换挡控制系统发出换挡指令。在计算机控制的自动变速器上，传感器节气门开度信号的是节气门位置传感器，感传车速变化信号的是速度传感器。
3）自动换挡控制装置的结构与工作原理
自动换挡控制装置主要用来按照换挡规律的要求，随着控制参数的变化，自动地选择最佳换挡点，发出换挡信号，换挡信号操纵换挡执行机构，完成挡位的自动变换。自动换挡控制系统的功用是由选挡阀（手动阀）、换挡控制阀、换挡品质控制阀等主要元件来实现的。
（1）选挡阀的结构与工作原理
选挡阀又称手动阀，它是一种手工控制的多路换向阀，位于控制系统的阀板总成中，经机械传动机构和自动变速器的操纵手柄相连，由驾驶员手工操作。选挡阀根据自动变速器操纵手柄的位置，使自动变速器处于同的挡位状态。在操纵手柄处于不同位置时，如停车挡（P）、空挡（N）、倒挡（R）、前进挡（D）、前进低挡（S、L或2、1）等，手动阀也随之移至相应的位置，使进入手动阀的主油路与不同的控制油路接通，或直接将主油路压力油送入不同的控制油路，并让不参加工作的控制油路与泄油孔接通，使这些油路中的压力油泄空，从而使控制系统及自动变速器处于不同的工作状态。
图9 所示为自动变速器手动阀的结构和工作原理。阀体通过连接杆受选挡杆操纵，阀体能左右移动，移动时能分别打开或关闭阀体中的油道。手动阀的进油口与一次调节阀（主油路压力调节阀）相通，压力为管路压力，出油口与各换挡阀、顺序动作阀和离合器调节阀相通。
图9 手动阀的结构及工作原理图
选挡杆在P挡时，手动阀把其他油道都关闭，把通往低压随动阀和顺序动作阀的油路打开，自动变速器只有第三制动器工作。选挡杆在R挡时，手动阀打开，自动变速器通往后离合器和第三制动器的油道，后离合器和第三制动器的动作，变速器工作在倒挡。选挡杆在D挡时，手动阀把前离合器和1-2挡换挡阀、2-3挡换挡阀、减挡压力调节阀和节流阀等油道打开，使自动变速器能在1-3挡间变速工作。选挡杆在二挡时，通过手动阀油道，使2-3挡换挡阀不能移动，变速器不能自动升到3挡。选挡杆在L挡时，手动阀油道压力使1-2挡、2-3挡换挡阀都不能移动，变速器只能在一挡工作。
（2）换挡控制阀的结构与工作原理
换挡控制阀（简称换挡阀）是一种由液压控制的2位换向阀，它根据发动机负荷或汽车速度的变化，自动控制挡位的升降，使自动变速器处于最适合汽车行驶状态的挡位上。
任何一个自动变速器都用一个（1-2挡）或几个（1-2挡、2-3挡等）换挡控制阀（其数目根据变速器前进挡位数而定）来实现自动换挡。图10所示为换挡控制阀的工作原理示意图。
图10 换挡阀的工作原理示意图
1-换挡阀 2-弹簧 3-主油路进油孔 4-至低挡换挡执行元件 5-至高挡换挡执行元件 6、7-泄油孔 P1-调速器油压 P2-节气门油压 F-弹簧力
在换挡阀的右端作用着来自速度调节阀（调速器）的调速器油压，左端作用着来自节气门阀的节气门油压和换挡阀弹簧的弹力。换挡阀的位置取决于两端控制压力的大小。当右端的调速器油压高于左端的节气门油压和弹簧弹力之和时，换挡阀保持在右端；当右端的调速器油压高于左端的节气门油压和弹簧弹力之和时，换挡控制阀移至左端。换挡阀改变方向时，开启或关闭主油路或使主油路的方向发生改变，从而让主油路压力油进入不同的换挡执行元件，使之处于工作状态，以实现不同的挡位，当换挡阀移至左端时，自动变速器升高一个挡位；反之，换挡阀由左端移至右端时，自动变速器降低一个挡位。
另外在一些自动变速器中还装有强制降挡阀。强制降挡阀用于节气门全开或接近全开时，强制性地将自动变速器降低一个挡位，以获得良好的加速性能。
强制性降挡阀主要有两种类型，一种类似于节气门阀，由控制节气门阀的节气门拉索和节气门阀凸轮控制其工作。在节气门接近全开时，节气门拉索通过节气门阀凸轮推动强制降挡阀，使之打开一个通往各个换挡阀的油路。该油路的压力油作用在换挡阀上，迫使换挡阀移至低挡位置，使自动变速器降低1个挡位，降挡阀的结构如图11（a）所示。
图11 强制降挡阀
1-节气门拉索 2-节气门阀凸轮 3-强制降挡阀 4-加速踏板 5-强制降挡开关 6-强制降挡电磁阀 7-阀杆 8-阀芯 9-弹簧 A-通主油道 B-通换挡阀
另一种强制降挡阀是一种电磁阀，由安装在加速踏板上的强制降挡开关控制，如图11（b）。当加速踏板踩到底时，强制降挡开关闭合，使强制降挡电磁阀通电，电磁阀作用在阀杆上的推力消失，阀心在弹簧弹力的作用下右移，打开油路，主油路压力油进入换挡阀的左端（作用着节气门油压的一端），强迫换挡阀右移，让自动变速器降低1个挡位。
4.4.2换挡品质控制装置的结构与工作原理
1换挡品质
换挡品质是指换挡过程的平顺性，即换挡过程能平稳而无颠簸或冲击地进行。换挡品质控制是自动换挡液压控制系统中的基本组成部分之一。
对换挡过程的具体要求有两个：一是换挡过程应尽量迅速地完成，以减少由于换挡时间过长而使摩擦元件的磨损增加和减少因换挡期间输入功率低或中断而引起的速度损失；其二是换挡过程应尽量缓慢平稳过渡，以使车速过渡圆滑，没有过高的瞬时加速度或瞬时减速度，避免颠簸和冲击，以提高乘坐舒适性，减小传动系的冲击载荷，延长机件寿命。
以上两个要求是互相矛盾的。换挡过程快，就不可避免地产生较大的冲击和动载荷，换挡过程的平稳性就不好。而如果为了提高换挡过程的平稳性而延长过渡时间，则摩擦元件的滑转时间延长，累计滑摩功增加，导至摩擦元件温度升高、磨损增加。所以，在一般情况下，根据经验，最小滑摩时间在0.4s~1s较为合适，在此前提下再设法提高换挡过程的平稳性。
2换挡品质控制
换挡过程品质控制的实质就是限制发生过于剧烈的扭矩扰动，改善换挡质量。
（1）自动变速器执行机构的缓冲控制
缓冲控制可从换挡执行机构本身结构 着手，如采用单向离合器代替摩擦元件，采用分阶段作用的液压缸活塞，或采用带缓冲垫的伺服液压缸。当采用可闭锁的液力变矩器时，在换挡过程中可通过断流解锁阀使它解锁成液力工况。
缓冲控制也可从换挡执行机构外部进行，如在液压控制系统内采用蓄能器、缓冲阀、限流阀、节流阀以及节流孔等。
（2）自动变速器执行机构的定时控制
换挡过程实际上是摩擦元件的摩擦力交替的过程，在常见的摩擦式离合器——离合器或离合器——制动器换挡中，若摩擦力矩替换过程的定时不当，将会引起输出扭矩的急剧变动。
所以，要对两个交替换挡的执行元件的泄油充油过程进行控制，以得到最满意的交替衔接，这就是定时控制。
定时控制的元件有定时阀、缓冲定时阀、干预换挡定时阀等。
4.4.3变矩器控制装置
变矩器控制装置的作用有两个：一是为变矩器提供具有一定压力的液压油，同时将变矩器内受热后的液压油送至散热器冷却，并让一部分冷却后的液压油流回到齿轮变速器，对齿轮变速器中的轴承和齿轮进行润滑；二是控制变矩器中锁止离合器（如果有的话）的工作。
变矩器控制装置由变矩器压力调节阀、泄压阀、回油阀、锁止信号阀、锁止继动阀和相应的油路组成。
4.4.4电子控制装置的结构与工作原理
在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，就成了电器控制的换挡控制系统，若这些电磁阀是由电子计算机控制的，则成为电子控制的换挡系统。
电子控制系统是由电子控制装置和阀板两大部分组成的。它与传统的液压控制系统相比，不论是控制原理还是控制过程都有很大的不同，目前越来越多的轿车自动变速器采用这种控制系统。
电子控制装置是控制系统的核心，它利用电子自动控制的原理，通过传感器将汽车行驶速度和发动机负荷等参数转变为电信号，电脑根据这些电信号作出是否需要换挡的判断，并按照设定的控制程序发出换挡指令，操纵各种电磁阀（换挡电磁阀、油压电磁阀等）去控制阀板总成中各个控制阀的工作（接通或切断换挡控制油路），驱动离合器、制动器、锁止离合器等液力执行元件，从而实现对自动变速器的全面控制。
电子控制装置由各种传感器、控制开关、执行器和电脑等组成，如图12所示。
1、传感器
电子控制装置中常用的传感器有节气门位置传感器、车速传感器、输入轴转速传感器、液压油温度传感器等。除了各种传感器之外，自动变速器的控制系统还将发动机控制系统中的一些信号，如发动机转速信号、发动机水温信号、大气压力信号、进气温度信号等，作为控制自动变速器的参考信号。
2、控制开关
电子控制装置中的控制开关有：空挡起动开关、自动跳合开关（降挡开关）、制动灯开关、超速挡开关、模式开关、挡位开关等。
空挡起动开关用以判断选挡手柄的位置，防止发动机在驱动挡位时起动。自动跳合开关又称降挡开关，它是用来检测加速踏板是否超过节气门全开的位置。制动灯开关用以判断制动踏板是否踩下。超速挡开关用来控制自动变速器的超速挡。模式开关，用来选择自动变速器的控制模块，以满足不同的使用要求。挡位开关位于自动变速器手动阀摇臂轴上或操纵手柄下方，用于检测操纵手柄的位置。
图12 电子控制装置的组成
1-输入轴转速传感器 2-车速传感器 3-液压油温度传感器 4挡位开关 5-发动机电脑 6-发动机转速传感器 7-故障检测插座 8-节气门位置传感器 9-模式开关 10-挡位指示灯 11-电磁阀 12-自动变速器电脑
3、执行器
电子控制装置中的执行器是各种电磁阀。常见的有开关式电磁阀和脉冲线性式电磁阀两种。
4、电脑及控制电路
各种车型自动变速器的电子控制装置的结构，特别是电脑内部结构及控制程序的内容，传感器、执行器及控制开关的配置和类型，控制电路的布置方式等往往有很大的不同。
有些车型的自动变速器自身有电脑，该电脑专门用于控制自动变速器的工作。这种电脑除了和自动变速器工作有关的传感器、控制开关、执行器连接之外，往往还通过电路和汽车其它系统的电脑连接，如发动机控制系统的电脑、巡航控制系统的电脑等，并从这些电脑中获取与控制自动变速器有关的信号，或将自动变速器的工作情况通过电信号给其它系统的电脑，让发动机或汽车其它系统的工作能与自动变速器相配合。
也有许多车型的自动变速器和发动机由同一个电脑来控制，从而使自动变速器的工作能更好地与发动机的工作相匹配。例如大部分丰田汽车的电子控制自动变速器都是采用这种控制方式的。
各种自动变速器电脑的控制内容和控制方式虽然不完全相同，但却有很多相似之处，通常有以下一些控制内容：
（1）换挡控制
（2）油路压力控制
（3）自动模式选择控制
（4）锁止离合器控制
（5）发动机制动控制
（6）改善换挡感觉的控制
（7）使用输入轴转速传感器的控制
（8）故障自诊断和失效保护功能
4.5换挡操纵机构
自动变速器的换挡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。驾驶员通过自动变速器的操纵手柄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挡执行机构的工作，实现自动换挡。
自动换挡操纵装置包括挡位操纵机构（控制手柄）、节气门控制机构等。
4.5.1挡位操纵机构的结构与工作原理
挡位操纵机构的作用是用来移动选挡阀，以使选挡阀进入不同的挡位区域。选挡阀操纵杆通过杆系和选挡手柄连接，随选挡手柄位置改变选挡操纵杆向右或向前移动，使选挡阀的位置和选挡手柄的位置相对应。选挡手柄和传统式变速器的变速杆外形相似，但只供选择挡位区使用。选挡手柄可装在转向盘下面的转向柱上，驾驶员扳动手柄时，通过指示器可清晰地看到所选择的挡位，如图13（a）所示。也有的选挡手柄设置在驾驶员座椅的一侧，如图13（b）所示。
图13 选挡手柄
1-选挡杆按钮 2-超速挡按钮 A-压入 B-松开 C-在停车（P）挡区
选挡指示器可设置在选挡手柄旁边，也有的设置在仪表板上，所选挡位可用指针显示，也可用灯光表示，图14为不同类型挡位指示器的举例。
图14 挡位指示器
挡位指示器上字母和数字所表示的意义为：
“1”、“L1”、“L”等表示手选一挡位置，即低挡位置，也称1区或L1或L区。选用这一挡位时，汽车只能用一挡行驶，不能升挡。这个位置在汽车行驶于坑洼、湿路面或结冰路面上行驶时选用。在下陡坡时，也可选择这个位置，以用发动机的制动作用控制车速。在这个位置发动机不能起动。
“2”表示2挡位置，简称“2”位。和“2”位相当的是“L2”（即低2挡）、“I”（中间挡）和“D2”挡（前驶二挡）。选用此挡位时，变速器可在一至二挡间自动升挡或二至一挡间自动降挡，但不能升入三挡，在希望限制变速器在一至二挡间升挡或二至一挡间降挡，以使车速不超过某一确定数值（如100km/h）时，可选用此挡。在“2”位时，不能起动发动机，在有的自动变速器上还用“I”表示中间挡。
“3”表示四速变速器的三挡位置。在“3”位时，变速器可以从一至二、二至三挡依次自动升挡或从三至二、二至一挡自动降挡，但不能进入超速挡。
“D(Drive)”表示前驶位置。在三速变速器中，选用“D”区可以实现一至二、二至三挡自动升挡或三至二、二至一挡自动降挡。在四速变速器中，“D”位可能表示两种情况：（1）如“D”字前有D，则表示前驶位，相当于“3”位，变速器不能进入超速挡。（2）如“D”字后边有“3”字，则“D”表示超速挡（4挡）位置，变速器可实现一至二、二至三、三至四挡自动升挡或四至三、三至二、二至一挡的自动降挡。在“D”位时，不能起动发动机。
“D”在四速变速器挡位指示器中出现，表示超速挡位置。在“D”位，自动变速器可实现一至二、二至三、三至四挡的自动升挡或四至三、三至二、二至一挡的自动降挡。在“D”位时，发动机不能起动。
当“3”区或“D”区在一般的道路条件下使用时，汽车的大部分时间以三挡行驶。“D”在道路条件良好时选用，以提高汽车的燃料经济性。
“N(Neutral)”表示空挡位置。选择此位置时，自动变速器内的所有离合器和制动器均处于分离状态，所以没有动力从变速器输出，发动机在空挡时可以起动。
“R(Reverse)”表示倒挡位置。当选择“R”挡位时，自动变速器的输出轴的旋转方向和发动机曲轴的旋转方向相反，汽车倒驶。“R”位只能在车辆静止时选用。选用“R”位后，不能启动发动机。
“P(Parking)”表示停止位置。当选择“P”位时，没有动力传给变速器。此时选挡手柄通过杆系操纵停车爪，将变速器的输出轴锁止在壳体体上，使车辆不能前后移动。在需要移动汽车时，换挡手柄应从“P”位移动，使停车爪分离。在“P”时，发动机可以启动。
4.5.2节气门阀操纵机构的结构与工作原理
机械式节气门阀操纵机构一般由油门踏板、节气门操纵杆、钢丝索、节气门摇臂等组成，如图15所示。节气门阀的凸轮经过拉索与节气门摇臂的一端连接，摇臂的另一端通过拉索和油门踏板摇臂相连。
当驾驶员踩下油门踏板时，油门踏板摇臂转动，并通过拉索带动节气门摇臂转动，节气门开大的同时，节气门摇臂的另一端经过拉索带动节气门阀的凸轮转动，凸轮推动节气门阀的挺杆右移，压缩调压弹簧，使调压弹簧的弹力增大，因而也就加大了节气门的调节油压；相反，当驾驶员放松油门踏板时，节气门阀的调压弹簧的弹力就会减小，节气门的调节油压也就减小。可见节气门阀的调节油压是随油门踏板位置的变化而改变的。
图15 机械式节气门阀操纵机构
1-滑阀 2-调节弹簧 3-挺杆 4-凸轮 5-拉索 6-节气门摇臂 7-油门踏板 8-化油器或节气门体 A-主油路油压进油口 B-节气门油压出油口
一些电子式自动变速器中，在油门踏板下安装了电磁阀，当油门踏板动作时，电磁阀产生电信号，来操纵节气门阀的工作状态。
5自动变速器及其特点
汽车自动变速器常见的有三种型式：分别是液力自动变速器(AT)、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)。目前轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。AT不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多，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；二是费油不经济，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，修理困难。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液压油。另外，如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。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。
自动变速器具有下列显著特点：
(1)整车具有更好的驾驶性能：汽车驾驶性能的好坏，除与汽车本身的结构有关外，还取决于正确的控制和操纵。自动变速器能通过系统的设计，使整车自动去完成这些使用要求，以获得最佳的燃油经济性和动力性，使得驾驶性能与驾驶员的技术水平关系不大，因而特别适用于非职业驾驶。
(2)良好的行驶性能：自动变速装置的挡位变换不但快而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。通过液体传动和微电脑控制换挡，可以消除或降低动力传递系统中的冲击和动载，这对在地形复杂、路面恶劣条件下作业的工程车辆、军用车辆尤为重要。试验表明，在坏路段行驶时，自动变速器的车辆传动轴上，最大动载转矩的峰值只有手动变速器的20%～40%。原地起步时最大动载转矩的峰值只有手动变速器的50%～70%，且能大幅度延长发动机和传动系零部件的寿命。
(3)高行车安全性：在车辆行驶过程中，驾驶员必须根据道路、交通条件的变化，对车辆的行驶方向和速度进行改变和调节。以城市大客车为例，平均每分钟换挡3～5次，而每次换挡有4～6个手脚协同动作。正是由于这种连续不断的频繁操作，使驾驶员的注意力被分散，而且容易产生疲劳，造成交通事故增加；或者是减少换挡，以操纵油门大小代替变速，即以牺牲燃油经济性来减轻疲劳强度。自动变速的车辆，取消了离合器踏板和变速操纵杆，只要控制油门踏板，就能自动变速，从而减轻了驾驶员的疲劳强度，使行车事故率降低，平均车速提高。
(4)降低废气排放：发动机在怠速和高速运行时，排放的废气中，CO或CH化合物的浓度较高，而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放的转速范围内工作，从而降低了排气污染。
(5)可以延长发动机和传动系的使用寿命：因为自动变速器采用液力变矩器和发动机“弹性”连接，外界的冲击负荷可以通过藕合器缓冲，有过载保护的功能。在汽车起步换挡、制动时能吸收振动，相应减小了发动机和传动系的动载荷。
(6)操纵简单：只需设置液压工作阀的位置，自动变速器就可以根据需要进行自动加挡和减挡，省去了起步和换挡时踏离合器、更换变速杆位置和放松油门等复杂的操作规程，大大减小了驾驶员的劳动强度。
(7)提高了汽车的平顺性：因采用液力变矩器在汽车起步时，车轮上的牵引力逐步增加，无振动并减少车轮滑动，使起步容易平稳。汽车在行驶中的稳定车速也可以降到最低，甚至为零。行驶阻力增大时，发动机也不会出现熄火。
(8)提高生产率：换挡时功率基本没有间断，可保证汽车有良好的加速性和较高的平均车速，使发动机的磨损减少，延长了大修间隔里程，提高了出车率。
但自动变速器缺点是：与手动变速器相比，其结构较复杂，零件加工难度大，生产成本较高，修理也较麻烦。另外自动变速器的传动效率不够高，当然，通过与发动机的匹配优化、液力变矩器锁止、增加挡位数等措施，可使自动变速器的传动效率效率接近手动变速器的水平。
6自动变速器当前的应用现状
液力传动装置自本世纪初问世以来已有80余年了，目前在国内许多工业部门中得到广泛应用，据1973年统计，在世界各国生产的载重量为（30～80）吨范围内的重型汽车上，采用液力传动的车型占95%以上；1975年西欧及美国的商用汽车，使用液力自动变速器的在全部商用车中占比例如表1-1所示。
表1-1 商用车中采用液力自动变速器所占比例
车型 自动变速器所占比例
西 欧 美 国
重型牵引车 80% 80%
越野汽车 80% 80%
市内客车 95% 100%
大型公共汽车 90% 100%
近年来在美国的轿车中，把液力自动变速器用作标准装备其比例是较高的，美国通用公司在1979年投入市场的紧凑型轿车X-CAR，在其中四个分公司所生产的40种牌号的轿车中，有21种采用液力自动变速器作为标准装备；1982年、1983年两年美国三大汽车公司液力自动变速器的装车率见表1-2。
表1-2 美国三大汽车公司液力自动变速器装车率
年份
公司 1982年 1983年
通用 91.7% 93.9%
福特 71.5% 74.4%
克莱斯勒 83.6% 86.4%
1978年原联邦德国奔驰汽车公司生产的轿车，装有液力自动变速器的汽车，发动机排量在4.5L以上的占100%；3.5L的占80%；六缸发动机的占68%；四缸发动机占26%。
以车型紧凑、价格和油耗低著称于世的日本轿车，因其安全性的要求，液力自动变速器的装车率不断增长，1982年大、中、小型三种客车，平均占26%，到1986年增至41%，已达到普及阶段。
我国应用液力传动装置始于50年代。自行研制出了内燃机车和红旗CA770三排座高级轿车的液力传动系统。随后，液力传动便在我国获得了稳步发展。至今，它在汽车、内燃机车、拖拉机、石油机械、矿山机械、船舶、军事运输装备等方面应用都很普遍。我国生产的CA770型高级轿车的全部和红旗CA630旅游车部分装用了该液力自动变速器。
目前世界上自动变速器制造厂家主要有十家,所有整车制造厂都是根据需求从这十家自动变速器制造厂中选配相关产品用于本厂制造的车辆。厂家如下：
采埃孚（ZF）、埃信（AISIN-WARNER）、杰特寇（JATCO）、通用（GM）、克莱斯勒（CHRYSLER）、福特（FORD）、三菱（MITSUBISHI）、本田（HONDA）、大众（Volkswagen）、雷诺、标致、雪铁龙（联合开发）
7自动变速器的分类
7.1按汽车驱动方式
自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种，这两种自动变速器在结构和布置上有很大的不同。
后驱动自动变速器的变矩器和齿轮变速器的输入轴及输出轴在同一轴线上，发动机的动力经变矩器、自动变速器、传动轴、后驱动桥的主减速器、差速器和半轴传给左右两个后轮。这种发动机前置，后轮驱动的布置型式，其发动机和自动变速器都是纵置的，因此轴向尺寸较大，在小型客车上布置比较困难。后驱动自动变速器的阀板总成一般布置在齿轮变速器下方的油底壳内。
前驱动自动变速器除了具有后驱动自动变速器相同的组成部分外，在自动变速器的壳体内还装有差速器。前驱动汽车的发动机有纵置和横置两种。纵置发动机的前驱动自动变速器的结构和布置与后驱动自动变速器基本相同，只是在后端增加了一个差速器。横置发动机前驱动自动变速器由于汽车横向尺寸的限制，要求有较小的轴向尺寸，因此通常将输入轴和输出轴设计成两个轴线的方式；变矩器和齿轮变速器输入轴布置在上方，输出轴布置在下方。这样的布置减少了变速器总体的轴向尺寸，但增加了变速器的高度，因此常将阀板总成布置在变速器的侧面或上方，以保证汽车有足够的最小离地间隙。
7.2按前进档的档位数目
自动变速器按前进档的档位数不同，可分为2个前进档、3个前进档、4个前进档三种。早期的自动变速器通常为2个前进档或3个前进档。这两种自动变速器都没有超速档，其最高档为直接档。新型轿车装用的自动变速器基本上都是4个前进档，即设有超速档。这种设计虽然使自动变速器的结构更加复杂，但由于设有超速档，大大改善了汽车燃油经济性。
7.3按变速齿轮的类型
自动变速器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。普通齿轮式自动变速器体积较大，最大传动比较小，只有少数几种车型使用。行星齿轮式自动变速器结构紧凑，能获得较大的传动比，为绝大多数轿车采用。
7.4按液力变矩器的类型
轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件综合式液力变矩器。这种变矩器又分为有锁止离合器和无锁止离合器两种。早期的变矩器中没有锁止离合器，在任何工况下都是以液力的方式传递发动机的动力，因此传动效率较低。新型轿车自动变速器大都采用带锁止离合器的变矩器，这样当汽车达到一定车速时，控制系统使锁止离合器结合，液力变矩器出入部分和输出部分连成一体，发动机动力以机械传递的方式直接传入齿轮变速器，从而提高了传动效率，降低了汽车的燃油消耗量。
7.5按控制方式
自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器和电子控制自动变速器两种。液力控制自动变速器是通过机械手段，将汽车行驶时的车速及节气门开度两个参数转变为液压信号；阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号的大小，按照设定的换档规律，通过控制换档执行机构动作，实现自动换档。电子控制自动变速器是通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，并输入电脑；电脑根据这些信号，按照设定的换档规律，向换档电磁阀，油压电磁阀等发出电子控制信号；换档电磁阀和油压电磁阀再将电脑的电子控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换档执行机构的动作，从而实现自动换档。
8变速器在汽车上的作用及其形式
变速器，用于转变发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。变速器在车辆的行驶中主要起这样几方面的作用：
 它使汽车能以非常低的稳定车速行驶，而这种低的转速只靠内然机的最低稳定转速是难以达到的。
 变速器的倒档使汽车可以倒退行驶。
 其空档使汽车在起动发动机、停车和滑行时能长时间将发动机与传动系分离。
现在汽车所使用的变速器主要有以下几种形式。
8.1手动变速器(MT)
手动变速器，也称手动档，即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。踩下离合时，方可拨得动变速杆。如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。
8.2自动变速器(AT)
自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。
一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，最常见的是液力自动变速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度和车速的变化，自动地进行换档。
8.3手动/自动变速器
手动/自动变速器由德国保时捷车厂在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，让驾驶者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档时，可自由变换降档(-)或加档(+)，如同手动档一样。驾驶者可以在入弯前像手动档般地强迫降挡减速，出弯时可以低中档加油出弯。现在的自动档车的方向盘上又增加了“+”、“-”换档按钮，驾驶者就能手不离开方向盘加减档。
8.4无级变速器(CVT)
无级变速器是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。 因此，要比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换档时那种“顿”的感觉。无级变速器属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换档”、油门反应慢、油耗高等缺点 |
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发表于 24-3-2011 21:05:53
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