自動變速箱與液力變矩器工作原理

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-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除自動變速箱與液力變矩器工作原理(總34頁)自動變速箱

自動變速箱簡稱AT，全稱AutoTransmission，它是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)構成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來到達變速變矩。

和手動擋相比，自動變速箱在構造和使用上有很大不一樣。手動擋重要通過調整不一樣齒輪組合來更換擋位，而自動變速箱是通過液力傳遞和齒輪組合的方式來到達變速的目的。其中液力變扭器是自動變速箱最具特點的部件，它由泵輪、渦輪和導輪等構件構成，泵輪和渦輪是一對工作組合，泵輪通過液體帶動渦輪旋轉，而泵輪和渦輪之間的導輪通過反作用力使泵輪和渦輪之間實現(xiàn)轉速差并實現(xiàn)變速變矩功能，對駕駛者來說，您只需要以不一樣力度踩住踏板，變速箱就可以自動進行擋位升降。由于液力變矩器自動變速變矩范圍不夠大，因此在渦輪背面再串聯(lián)幾排行星齒輪提高效率，液壓操縱系統(tǒng)會隨發(fā)動機工作變化自行操縱行星齒輪，從而實現(xiàn)自動變速變矩。為了滿足行駛過程中的多種需要(如泊車、倒車)等，自動變速箱還設有某些手動撥桿位置，像P擋(停泊)、R擋(后擋)、N擋(空檔)、D擋(前進)等。

從性能上說自動變速箱的擋位越多，車在行駛過程中也就越平順，加速性也越好，并且愈加省油。除了提供輕松愜意的駕駛感受，自動變速箱也有無法克服的缺陷。自動變速箱的動力響應不夠直接，這使它在“駕駛樂趣”方面稍顯局限性。此外，由于采用液力傳動，這使自動擋變速箱傳遞的動力有所損失。手自一體自動變速箱

手自一體變速箱的出現(xiàn)其實就是為了提高自動變速箱的經(jīng)濟性和操控性而增長的設置，讓本來電腦自動決定的換擋時機重新回到駕駛員手中。同步，假如在都市內(nèi)堵車狀況下，還是可以隨時切換回自動擋。

手自一體自動變速箱實際上還是自動變速箱的一種，最早出目前保時捷911上，手自一體變速箱通過電控系統(tǒng)模擬出手動變速箱的操作。它的出現(xiàn)，在操作上予以駕駛者更大的自由度，可以通過檔把上的加減檔或者方向盤上的換擋撥片來選擇自己認為合適的擋位和換擋時機，從而大大提高了駕駛樂趣。

上面只是簡樸簡介了自動變速箱的大體構造和工作原理，假如你想詳細理解自動變速箱的詳細構造請看下文。自動變速箱的基本構造及其工作原理

自動變速器的關鍵部件為：液力變矩器、行星齒輪組、離合器/制動器及其控制機構（電磁閥、油路），外圍設備即為變速器殼體、傳動軸等。我們就從動力流向為次序，先從液力變矩器開始說起。液力變矩器

曾有一種說法，AT上的液力變矩器相稱于MT上的離合器，起到動力的連接和中斷的作用。其實這種說法是錯誤的。AT與發(fā)動機曲軸是直接連接的，不像MT有一種動力的開關：離合器。因此從點火的瞬間開始，液力變矩器便開始轉動了，對于動力的連接和中斷，仍由齒輪箱內(nèi)部的離合器來完畢，液力變矩器唯一與MT離合器相似的地方，也就是液力變矩器“軟連接”的特性，與MT離合器的“半聯(lián)動”工況相近。

液力變矩器的工作原理就像兩個風扇相對，一種風扇工作，然后將另一種不工作的風扇吹動。這個比方可以很形象的解釋液力變矩器中泵輪和渦輪之間的工作關系。不過詳細解釋其工作原理，則有些復雜。

動力輸出之后，帶動與變矩器殼體相連的泵輪，泵輪攪動變矩器中的自動變速箱油（如下簡稱ATF），帶動渦輪轉動，ATF在殼體中是一種循環(huán)的動作，由于泵輪旋轉時的離心力，ATF會在泵輪的作用下，甩向外側，沖向前方的渦輪，再流向軸心位置，回到泵輪一側，如此周而復始的循環(huán)，將動力傳向與齒輪箱連接的渦輪。

不過只有該零部件和傳動方式，只能稱為液力耦合器，若想成為液力變矩器，必然要變化渦輪葉片的形狀，這樣一來，ATF在通過渦輪再循環(huán)回泵輪時，會與泵輪旋轉方向相反，因而導致沖擊，所認為了成為液力變矩器還需另一種部件：導輪。導輪是存在于泵輪和渦輪之間的一種部件，用于調整殼體中ATF液流方向，通過單向離合器與箱體固定。

有了導輪，才有了“變矩”的靈魂所在，在泵輪與渦輪轉速差較大時，動力輸出的扭矩也變大了，此時的變矩器想當一種無級變速器，通過轉速差來提高扭矩，此時導輪處在固定狀態(tài)，用以調整ATF回流；而當轉速差減少，渦輪泵輪耦合或鎖止時，扭矩靠近對等，無需增矩，導輪隨泵輪和渦輪同向轉動，防止自身攪動ATF，導致動力的損耗。

至此我們理解到了液力變矩器的最大特點——軟連接，而這種動力的傳播方式起到了兩大功能：1、從靜止到低速時的平穩(wěn)起步；2、在加速過程中，較大動力輸出時，起到增大扭矩的作用。假如與MT上的離合器相比較，則需注意的是，第一條起到了并優(yōu)化了MT上離合器的功能，但第二條則是離合器無法實現(xiàn)的。

但液力變矩器這先天“軟連接”特點有一種弱點，動力不是直接輸出的，在扭矩輸出對等是，泵輪的轉速要不小于渦輪這樣的話在傳播動力時，ATF還在殼體中循環(huán)，揮霍了動力，因此目前幾乎所有液力變矩器均有一種高效節(jié)能的部件：液力變矩器鎖止器。鎖止器的形式是一種多片離合器，其作用就是當變矩器處在耦合狀態(tài)，無需增矩時，將泵輪和渦輪鎖止，這樣的話動力傳遞即為“硬連接”，所有的無損（或者說有微量的動力流失）的將從曲軸傳遞到了下一站：變速箱。

簡樸解釋一下上圖：i軸為轉速比，表達渦輪與泵輪轉速之比，左端泵輪轉速遠不小于渦輪，右邊相等。起步或大腳油門時，轉速比較小，泵輪比渦輪快諸多，此時泵輪輸出的扭矩要比渦輪輸入扭矩大諸多，比較有力，但傳動效率較低；輕踩油門，轉速比增長，變矩比減少，傳動效率也對應提高，轉速比為60%時，效率最高；當穩(wěn)定油門，速度較為穩(wěn)定是，轉速比深入上升，變矩比靠近1，但此時傳動效率下降；為防止動力流失，變矩器用離合器鎖止，轉速比驟增至1，效率也到達最高。液力變矩器并非AT的特性

液力變矩器不是AT特有，某些CVT變速器也使用了液力變矩器作為優(yōu)化動力的機構；AT也不是絕對使用液力變矩器來實現(xiàn)軟連接的，例如某些奔馳AMG車型上用的SpeedshiftMCT自動變速器，就用一副多片離合器替代了液力變矩器。因此液力變矩器并不是AT最大的特點，與多組離合器/制動器協(xié)同工作的行星齒輪組，才是自動變速器的最大特點。行星齒輪以及AT齒輪箱中的行星齒輪組

在MT上，每一種檔位均有一組兩個常嚙合齒輪副，更換檔位只需要將輸出軸與該檔位輸出齒輪的花鍵連接即可。而AT中，并不是這樣多的齒輪在工作，而是用一種非常獨特的方式來完畢變換：行星齒輪組。我們先來看下，一種最基礎的三元行星齒輪有著怎樣的特性：『行星齒輪組模型』

而行星齒輪的最大特性即為，在組合出不一樣的輸入輸出輪之后，齒比和輸入輸出的相對方向都會有變化，這種特性用作汽車變速器可是再適合不過了。而為了增長檔位，汽車上的行星齒輪升級成了齒輪組、齒輪排，再通過一系列執(zhí)行器便可以完畢換擋了。AT執(zhí)行器：離合器、單向離合器、制動器

上面我們理解到，一組行星齒輪有著怎樣的變換形式，而負責變換，以及用來輸入輸出的元件，就是一系列的執(zhí)行器：離合器、單向離合器、制動器。有了這些執(zhí)行器，就可以將行星齒輪進行不一樣組合，從而配搭出不一樣的動力流，也有了不一樣的傳動比。而控制這些操作的，就是與其配套的油泵、滑閥、液壓活塞，以及復雜的液壓線路。『圖為老別克君威4T65E自動變速器，空擋時各個部件位置以及工作狀況』『在多種執(zhí)行器與行星齒輪的不一樣組合下，形成了不一樣的檔位』

至此，來自發(fā)動機的動力便完畢了重組，將時刻變化的扭矩和轉速，傳遞給車輪。相比MT，便捷性提高，而內(nèi)部構造和工作狀況則復雜得多。Tiptronic

Tiptronic技術變速器由保時捷發(fā)明并在1990年第一次出目前964Carrera2車型上。其實早在1969年，911就使用了一臺名為Sportomatic的4速“準手自一體變速器”。但由于當時電控技術落后，大部分車型又被替代為手動變速箱。目前，此項技術由保時捷授權給日本AW愛信、德國ZF采埃孚以及其他車廠生產(chǎn)。

Tiptronic是在老式的自動變速器基礎上增長了一套手動換擋模式以及電子保護程序，構造并沒有很大變化，都是通過液力變矩器以及行星齒輪進行扭矩傳動和擋位變換。手動模式通過一套可以進行升降擋控制通道及對應的電子程序予以實現(xiàn)。此外，電子發(fā)動機保護程序是其一大特點。目前，Tiptronic變速箱有4速至8速五個等級，形式也有橫置式以及縱置式兩種。在剛剛結束的底特律車展上，ZF宣布將研發(fā)用于前驅車的9速手自一體變速箱?！馮iptronic特點

1.實用的手動模式：首先，手動模式可以最大程度體現(xiàn)駕駛者的意志，按照自己的需求選擇擋位。追求劇烈駕駛時可強制使用較低擋位與較高轉速；在需要經(jīng)濟駕駛時亦可保持較低轉速換擋。另一方面，在碰到較陡下坡時，可將擋位維持在一擋或二擋以運用發(fā)動機自身阻力來控制車速。

2.發(fā)動機保護程序：在享有手動擋駕駛樂趣的同步電子保護程序會一直監(jiān)測駕駛者的換擋動作。Tiptronic原則上容許駕駛者在發(fā)動機紅線轉速以外區(qū)域進行多種操作，但當偵測到轉速到達紅線時變速箱會強制介入升擋以防燒毀。若轉速低至刻度起始線附近而擋位又較高時變速箱會采用降擋措施防止熄火。由于各個車型扭矩、車身重量等差異，Tiptronic程序也會略有不一樣，例如奧迪的Tiptronic就不容許用一擋高轉速行駛。

3.自學習功能：帶有ECU控制單元的車輛都具有根據(jù)駕駛員習慣來調整自身動力輸出的功能，以貼合其偏好。同樣，Tiptronic也會這樣做。它通過“模糊邏輯”控制程序和從ECU傳回的信息來學習車主的駕駛習慣調整換擋時機，使車輛更為“聽話”。帶有Tiptronic技術變速箱的車型

大眾6速手速一體、標致/雪鐵龍的4速和6速手自一體、奧迪8速手自一體、豐田5速手自一體等眾多車型均使用的是Tiptronic技術變速器。

其中大眾POLO、速騰、途觀、斯柯達晶銳、明銳、福特蒙迪歐、寶馬Mini等的6速手自一體車型所有使用的是由大眾、寶馬和保時捷共同研發(fā)并委托日本愛信企業(yè)制造的TF60-SN（大眾、奧迪編號為09G，零件代號AQ250）前驅橫置式6速Tiptronic手自一體變速器。它具有S運動擋，其承受最大扭矩為310N·m。

標致307、408、雪鐵龍世嘉、凱旋使用的是PSA集團聯(lián)合雷諾與西門子合作研發(fā)的AL4橫置前驅Tiptronic4速手自一體變速器，帶有雪地以及運動模式，可傳播最大扭矩為210N·m。雪地模式可以以二擋起步并迅速升擋防止出現(xiàn)車輪打滑現(xiàn)象。

奧迪Q5、Q7則使用一臺德國ZF采埃孚8HP縱置式全時四驅Tiptronic8速手自一體變速箱。其最大特點第一是200毫秒的換擋速度可與雙離合變速器媲美；第二是可以跳過兩至三個擋位直接換擋，極端狀態(tài)下可從八擋跳至二擋。7G-Tronic

7G-Tronic是梅賽德斯-奔馳在秋季推出的一款縱置式7速手自一體變速器，其最大承受扭矩為735N·m，匹配V6及V8汽油以及共軌柴油發(fā)動機，合用于后驅或4MATIC四驅車型。由于最大扭矩不及上一代5G-Tronic的1079N·m，故S600以及S65AMGV12車型沒用采用這臺變速器。

7G-Tronic與老式縱置式自動變速相似，使用液力變矩器以及串列行星齒輪進行扭矩傳動和變速。有別于老式變箱離合器只能在高擋進行鎖定不一樣，7G-Tronic的鎖止離合器在一擋就可投入工作，防止打滑而損失動力。除了原則的M手動及C自動模式外還提供了S運模式。●7G-Tronic的特點

1.寬泛變矩范圍及緊密尺比：7G-Tronic七個擋位尺比從4.377至0.782，比上一代5G-Tronic的3.59至0.83更為寬泛，使得百公里加速時間減少0.3秒，油耗百公里減少0.6升。三擋后來的擋位間尺比落差逐漸減小，尤其是最終三個擋位甚是綿密，換擋十分平順。

2.可進行跳擋的手動模式：7G-Tronic可以不按次序依次減擋，最大可跳過四個擋位進行換擋操作。這使得急加速時擋位變換更為直接，可以最大程度發(fā)揮發(fā)動機的動力。手動模式在轉速進入紅線區(qū)間時同樣會自動升擋以保護發(fā)動機和變速箱。

3.兩速倒擋：該款變速箱與眾不一樣地提供了兩個倒車擋，傳動比分別為3.416和2.231。第二個倒車擋尺比靠近前進第三擋，時速可達80km/h，在碰到緊急狀況時也許才會體現(xiàn)出它的價值?！裱b備7G-Tronic變速器的車型

Geartronic

Geartronic是沃爾沃旗下車型所裝備Tiptronic技術的手自一體變速器名稱。6速手自一體變速器實際為日本愛信TF80-SC。最大可承受440N·m扭矩，傳動比從4.148至0.686。Geartronic的特點

1.與Tiptronic相似的安全手動模式：由于此變速器同樣帶有Tiptronic技術，手動模式同樣會受到電腦監(jiān)控以保證安全。

2.體積小巧：該款變速箱采用將五個小型行星齒輪組與復合輔助齒輪組相結合的方式有效減小了變速箱的體積和重量。

3.壽命更長：有別于老式自動變速器的外置控制模塊，Geartronic的TCM控制模塊被置于變速箱內(nèi)，使得變速箱油可以協(xié)助其冷卻，同步較少的外部布線減少了受外力損壞的風險。裝備Geartronic變速器的車型

引進國內(nèi)的沃爾沃C30、S60、S80L以及XC60、XC90等帶有6速手自一體變速箱的車型均裝備此款Tiptronic技術TF80-SC變速器。平行軸式AT

本田使用的自動變速器叫做“平行軸式自動變速器”，本田企業(yè)旗下的幾乎所有車型（本田的5AT，謳歌的6AT）都是在使用這種變速器，并且除本田之外，幾乎沒有其他廠牌使用（由于這是本田的專利）。那么接下來我們就分析一下，這個熟悉的品牌，但卻陌生的機器。預備知識

在簡介平行軸AT之前，我們先來啰嗦一下MT、AMT和AT的特點。MT變速箱的基本構造，就是兩根平行軸（兩軸為基礎構造，另有三軸變速器，原理基本相似），以及平行軸上的多種常嚙合齒輪，然后通過帶有花鍵的套筒輸出。選擇擋位的套筒，由換擋桿，帶動變速箱內(nèi)的撥叉來控制。AMT變速器與MT極為類似，只是增長了電控系統(tǒng)，用機械的方式替代手動操作。

AT變速器較為復雜，其構造與MT大相徑庭，沒有套筒和撥叉等元件，也沒有平行軸上的嚙合齒輪，其重要特點是使用行星齒輪機構來實現(xiàn)齒比的變換，并使用一系列的離合器來控制擋位。

為何文章遲遲不進入主題，而是先來描述MT和AT等變速器呢？由于這兩種變速器是不可或缺的預備知識，本田平行軸式AT從某種意義上講，就是MT和AT的聯(lián)姻的成果。平行軸AT構造分析

從構造圖上可以看到，平行軸式AT明顯沒有行星齒輪機構，常嚙合齒輪很像MT或是AMT，但多片離合器的形式卻與老式AT相似，并且在輸入端有一種明顯的液力變矩器，這種形式的變速器在常規(guī)的眼光下顯得有些匪夷所思，至于匪夷所思的東西我們后來再去考慮，先來研究一下它是怎么運轉的。

接下來就是平行軸部分了，一根輸入軸，一根輸出軸，各齒比的組合方式與MT沒有太大差異。而接下來就是這個變速器的重點：電液控制的多片離合器，替代了MT上的撥叉和套筒。

這就是平行軸AT的特點，多片離合器替代撥叉套筒的方式，在原始階段就將結合方式變得軟化某些。由于MT變速器中，擋位是通過擋桿控制撥叉來選擇套筒及套筒位置，與對應擋位的常嚙合齒輪結合，從而生成某個擋位，每個擋位下，均有一種對應的套筒（撥叉）位置。這樣的話，動力的銜接是忽然一下沒有緩沖（套筒上的齒一下就結合，緩沖全憑離合器半聯(lián)動，更極端的例子便是賽車上序列變速器以及摩托車變速器上的“狗牙”，“哐”的一下便完畢換擋）。而本田平行軸AT上雖然常嚙合齒輪與MT同樣，但多片離合器的控制方式，顯然要比套筒（撥叉）控制迅速，并且也愈加平順。并且更重要的是，前端液力變矩器的加入，更讓本田平行軸AT的換擋節(jié)奏愈加平順，與常規(guī)AT幾乎沒有差異。平行軸AT與AMT的對比

實際上這個對比有些貶低平行軸AT。由于有了常規(guī)AT的液力變矩器和多片離合器，本質上有了常規(guī)AT的性格。平行軸AT和AMT無論是構造方面還是實際駕駛感受方面均有著明顯差異。雖然都是平行軸構造，但AMT畢竟是MT的電控版，畢竟無法和AT相比。兩者處在不一樣的層面，平行軸AT可以裝配在百萬級的車型上（謳歌），而AMT則是微車和重卡的經(jīng)濟型配置。然而問題來了，本田平行軸AT和老式AT可以分出高下嗎？平行軸AT與AT的對比

實際上這個問