汽车是如何工作的--液力自动变速器

liu

车辆动力性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器以及变速器与发动机的匹配。随着电子技术和自动控制技术的迅速发展，自动变速器技术的日趋完善和形式多样化，液力自动变速器在现代车辆上的应用也越来越广泛。

自动变速器的优点：

与手动变速器相比，自动变速器具有如下优点：

操作简便且省力

采用自动变速器可取消离合器踏板，使驾驶操作大大简化。

提高行车安全、降低劳动强度

由于简化了驾驶操作，可使驾车者集中注意力观察交通状况，掌握运行方向、提高了行驶安全性。

提升了乘坐舒适性

由于自动变速器能把发动机的转速控制在一定范围内，避免急剧发化，有利于减少发动机振动和噪声。其平稳换档过程可改善乘坐舒适性。

延长机件使用寿命

由于自动变速器多采用了液压部件，可消除和吸收传动装置的动载荷，减少换档冲击，可提高发动机和变速器的使用寿命。

改善汽车的动力性能

由于装备了液力变速器，以及它能连续自动换档，极大提高了加速性和平均行驶速度。

减少污染

由于手动变速器在换档过程中常伴有供油量变化，使发动机转速变化较大，不利于燃烧过程，使废气中有害成分含量增加。而自动变速器换档平稳，能把发动机限制在污染较小的发动机转速范围内。

目前乘用车上使用的自动变速器主要有三类：液力自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器（AMT）和无级变速器（CVT），其中应用最广泛、装车率最多的为液力自动变速器。

液力自动变速器的发展

1940年，通用汽车公司在Oldsmobile轿车安装了一台自动变速器HydraMatic，它由液力偶合器和可实现4个档位的行星变速装置及自动换档系统组成。

1948年，通用又在Buick车上有采用了Hydraflow自动变速器，它由液力变矩器和可实现3个档位的行星变速装置及自动换档系统组成，是带液力变矩器的自动变速器的先驱，Hydraflow确立了现代液力自动变速器的基本构架。

从50年代起，装备液力自动变速器的轿车开始增多，但当时其效率明显低于机械 变速器，而且结构较复杂，成本高，从而限制了它的发展。
60年代的研究重点是多元件工作轮，提高液力变矩器的效率。
70年代使用闭锁离合器，提高液力自动变速器在高速时的效率。
80年代则采取增加行星齿轮变速器档位的方法及使用电子控制。
90年代，大量电子技术的应用，使液力自动变速器的发展进入了一个新的时期。

当今的液力自动变速器通过由各种传感器和微电脑组成的电控单元（ECU)，可根据路况、驾驶方式等信息控制发动机喷油量、决定最佳换档时机和变矩器锁定时刻，使动力输出达到最佳。其应用越来越广泛，与之匹配的发动机范围也非常广。因此，它在汽车自动变速器行占有主导地位。

液力自动变速器的组成

液力自动变速器主要由液力传动装置和液压控制的齿轮变速装置组成。它按控制方式可分为液压控制和电液控制两种。

●液力传动装置

液力传动装置是以工作液体的动能变化传递动力的装置，即发动机与变速器之间的连接装置。其主要作用是传递动力和改变扭矩。液力传动装置有液力耦合器和液力变矩器两种。

●齿轮变速装置

由于液力传动装置的扭矩变化范围窄，无法满足汽车不同道路的行驶需要，因此还需要齿轮变速器装置来扩大扭矩变化范围，以适应汽车行驶的需要。
液力自动变速器的齿轮传动装置有两种类型，即行星齿轮和平行轴齿轮变速器机构。
采用的平行轴齿轮变速机构的液力自动变速器与手动变速器相比，其最大差别是齿轮与轴的连接是通过多片式离合器来实现的。

●控制方式

液力自动变器控制系统是根据自动变速器换档杆及汽车的行驶状态，按照设定的换档规律，在汽车行驶的过程中自动选择档位，并通过控制换档执行元件的工作改变齿轮传动比，从而实现档位自动换档。

液压控制系统是利用液压自动控制原理来完成其主要控制任务的，这些系统中，汽车主要运用参数、节气门开度和汽车车速以机械方式传入控制系统，并利用流体力学原理转化为相应的液压控制信号，控制系统根据控制信号的变化进行自动控制。

电液控制系统则是利用电子自动控制原理来完成各种控制任务，传感器将汽车的各种运行参数变为电信号，电脑根据这些电信号，按照设定的控制程程序发出控制信号，通过各种电磁网来操纵各个控制的工作，以完成各种控制任务。

为了提升车辆的加速性能，驾乘舒适性和降低电耗，现代液力自动变速器有朝着多档位发展的趋势。

奔驰7档自动变速器

2003年奔驰推出了自行研发的7G-Tronic 7档自动变速器，起先它成为E级、S 级、CL和SL车款自然吸气V8发动机的标准装备，后也与V6发动机相匹配，以取代原有的5档自动变速器。

7G-Tronic在性能上取得长足进步，它不但使车辆的综合油耗降低了5％左右，并提升了加速性、平顺性和驾乘舒适性。其卓越性能主要得置于众多的独特设计。最为重要的是该变速器的相邻速比较5档变速器更接近，这意味着车辆可根据不同工况来选择最佳的速比。原有5档变速器的最高速比与最低速比的比值为4.33，而7G-Tronic的比值高达6.0。由此，电子控制模块灵活地调整档位变化，进而最大程度地提升燃油经济性和操纵流畅性，保持较低发动机转速增量、优化发动机的工作范围，明显地降低发动机的平均转速，提高了变速器的响应性。

7G-Tronic改进了换档原理，在高速行使时驾车者能迅速而直接地降低几个档位，即采取“多重直接降档”方式而无需依次降档，例如，驾车者可直接从7档降至5档，再从5档直接降至3档，只需两次就能完成通常4次换档动作。

7G-Tronic变速器的换档操作非常流畅平稳，档位变化细微不易察觉，噪声有所减小。其换档操作时间可加快0.1-0.2s，对加速输入信号反映灵敏。提升了0-100km/h的加速时间和60-120km/h的加速性能。对同一台发动机来说，装备7G-Tronic变速器的奔驰车型0-100km/h加速时间比采用5档自动变速器的缩短了0.3s，60-120km/h加速时间也可减少2.1s。

7G-Tronic变速器也装备了液力变矩器以及锁止离合器。在可能的情况下，锁止离合器在发动机和变速器轴之间建立了虚拟刚性连接，从而防止泵轮和涡轮之间的滑动，防止功率损失。与传统自动变速器在高速档时才能够接合不同，在该自动变速器中，锁止离合器从第一档就能够接合。为了提高舒适性，液力变矩器锁止离合器具有滑动控制功能，能够极为平顺地接合。

7G-Tronic继承发扬了前辈的技术特色，在环形内齿轮内装备了前后两个行星齿轮，它们分别与太阳齿轮啮合，这些齿轮又与上述的环形齿轮形成啮合，减少了动力损失和噪声，提升了传动效率。

ZF 8档自动变速器

2001年ZF将6档变速器推向市场，它引领了自动变速器技术的飞跃。因为除了更宽的速比和更多档位带来的技术优势外，机械部件数量也得以减少，油耗和性能上的优势使其迅速被市场所接受，2003年进入批量生产。

为支持整车制造商达到更高的欧洲排放要求，ZF对6档自动变速器进行了技术优化，于2006年推出了具有更高的功率/重量比，更低油耗（比第一代省油3-6％），换档响应更快的第二代6档自动变速器。然而基于Lepelletier行星齿轮变速系统的优化已无法满足不断提高的各种性能要求。因此ZF开发了全新的8档自动变速器。其8个前进档的总速比接近7，带一个倒档。由于传动效率高，且在换档瞬间仅有两个换档部件作动，使性能提升成为可能。

Lepelletier系统仍然是6档自动变速器的最佳方案，然而驱动性能仿真结果显示增加档位数和拓展速比范围能挖掘油耗和性能方面的潜力。研究表明，在仅有现在的由3个行星齿轮组和5个换档部件组成的 Lepelletier系统基础上，再添加1个行星齿轮组或增加1个换档部件，才有可能达到更低的油耗要求。因此，必须开发一种变速系统，一方面速比范围大于6、档位数量多于6，另一方面保持较小的功率损失，否则将抵消拓宽速比，增加档位带来的好处。如果在现有6档技术基础上将变速器提升至7档，耗费的技术努力所换得的少许性能提升显得并不值得；而9档或10档变速系统又需增加较多的行星齿轮组和换档部件，由此将导致功率的损耗。相关研究又表明，采用4个行星齿轮组变速系统的8档自动变速器其内部效率高于带6个换档部件的变速系统，其中一个原因是每个档位仅有2个换档部件作动，使换档离合器相关的阻力矩减少了30％。

经过对种种行星齿轮变速系统和不同布置形式的评估，8HP 8档自动变速器结构被确定为最佳方案，它具有如下重要特点：

●8档结构配有4个行星齿轮组和5个换档部件。
●速比范围高达7，速比间隔小
●对现有零部件组合应用最大化
●速比分布均匀
●换档时仅有2个换档部件作动（功率损失最小化）
●第6档为直接档，2个档位为超速档
●可在任意档位跨1或2档升降档
●第1至第3行星齿轮组设计紧凑
●行星齿轮架，输出轴和轴承组合成一体

与6档自动变速器相比，1－2档间的速比由1.78减至1.5，这样的设计使8档自动变速器在降低油耗的同时还提高了启动加速度和传递功率。为了降低油耗和CO2排放，在该变速器的变矩器中装备先进的扭矩减振系统，引入了轴向平行叶片油泵。润滑油油量控制装置。它通过零部件巧妙布置和功能整合，实现紧凑设计，除添加1个行星齿轮组外，没增加其他零部件，其安装空间也没有超过第二代6档自动变速器。ZF首批开发的4个型号8档自动变速器覆盖了扭矩范围300-1000Nm的汽油和柴油发动机。

在对相关部件进行改造后，变速器的变矩器也可被HCC（液力冷却离合器）所替代，或者完全省略变矩器而通过内部换档部件起步。新型8档变速器适用于轻度混合动力传动，也可并联于重度混合动力系统中，在集成于重度混合动力系统时无需改装安装尺寸。由于变矩器可能省略，原有空间可安装双质量飞轮，发动机端的离合器和电机、变速器内部的一个换档部件作为变速器端的分离离合器，这样结构为车辆底部的空间布置带来优势。

8档自动变速器还可匹配当今ZF全驱系统，也可提供集成的按需扭矩分配系统。

阿召哥

锁止离合器？虚拟的刚性连接？能详细介绍一下吗？

愚翁2008

想了解CVT变速箱的工作原理。谢谢。

superysun

不知道谁有牵引环式无级变速器IVT的资料。

autochat

1楼楼主，所谓虚拟刚性是指锁止离合器有滑差的连接。

kanty

增加炭排放。

luoqinran

普通乘用车的锁止离合器在“闭合”是也会有20 - 100 [1/min] 左右的转速差

around

个人还是喜欢手动的。。。