认识汽车自动变速器

学习任务1　认识汽车自动变速器

学习任务描述

一辆装备了自动变速器的轿车，行驶里程50 000km，按照维护手册要求需要做维护和保养。车间主任安排我负责实施该项目，我需要首先了解自动变速器，确定该里程变速器的维护作业项目、需检查的作业点、更换的材料介质以及具体的作业步骤；并按需要准备相应的资料和工具。

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所谓自动变速器是指汽车驾驶中离合器的操纵和变速器的操纵都实现了自动化，简称AT，是英文Automatic Transmission的缩写。目前自动变速器的自动换档等过程都是由自动变速器的电子控制单元（英文缩写为ECU，俗称电脑）控制的，因此自动变速器又可简称为EAT、ECAT、ECT等。

一、自动变速器的基本组成与工作原理

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、自动换档控制系统和换档操纵机构等五大部分。

本情境所说的自动变速器都是特指液力自动变速器。

（一）基本组成

液力自动变速器主要由液力变矩器、机械变速器、液压控制系统、冷却滤油装置等组成。电控液力自动变速器除上述四部分外还有电子控制系统。

1．液力变矩器

液力变矩器是一个通过自动变速器油（ATF）传递动力的装置，其主要功用是：

（1）在一定范围内自动、连续地改变转矩比，以适应不同行驶阻力的要求。

（2）具有自动离合器的功用。在发动机不熄火、自动变速器位于动力档（D或R位）的情况下，汽车可以处于停车状态。驾驶员可通过控制节气门开度控制液力变矩器的输出转矩，逐步加大输出转矩，实现动力的柔和传递。

2．机械变速器

以常见的行星齿轮变速器为例，其由2～3排行星齿轮机构组成，不同的运动状态组合可得到2～5种速比，其功能主要有：

（1）在液力变矩器的基础上再将转矩增大2～4倍，以提高汽车的行驶适应能力。

（2）实现倒档传动。

3．液压控制系统

液压控制系统是由油泵、各种控制阀及与之相连通的液压换档执行元件（如离合器、制动器油缸等）组成的液压控制回路。汽车行驶中根据驾驶员的要求和行驶条件的需要，控制离合器和制动器的工作状况的改变来实现机械变速器的自动换档。

4．电子控制系统

电子控制系统将自动变速器的各种控制信号输入电子控制单元（ECU），经ECU处理后发出控制指令控制液压系统中的各种电磁阀实现自动换档，并改善换档性能。

5．冷却滤油装置

自动变速器油（ATF）在自动变速器工作过程中会因冲击、摩擦产生热量，并还要吸收齿轮传动过程中所产生的热量，油温将会升高。油温升高将导致ATF黏度下降，传动效率降低，因此必须对ATF进行冷却，保持油温在80℃～90℃左右。ATF是通过油冷却器与冷却水或空气进行热量交换的。自动变速器工作中各部件磨损产生的机械杂质，由滤油器从油中过滤分离出去，以减小机械的磨损、堵塞液压油路和控制阀卡滞。

操作：此处可观看分解的自动变速器，以便对自动变速器有一个直观、整体的初步认识。

（二）基本原理

如图4－1所示为液控自动变速器的组成和原理示意图。

图4－1　液控自动变速器的组成和原理示意图

液控自动变速器通过机械传动方式，将汽车行驶时的车速和节气门开度这两个主控制参数转变为液压控制信号；液压控制系统的阀板总成中的各控制阀根据这些液压控制信号的变化，按照设定的换档规律，操纵换档执行元件的动作实现自动换档。

如图4－2所示为电控自动变速器的组成和原理图。

电控自动变速器通过各种传感器，将发动机的转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器ATF油温等参数信号输入电控单元（ECU），ECU根据这些信号，按照设定的换档规律，向换档电磁阀、油压电磁阀等发出动作控制信号，换档电磁阀和油压电磁阀再将ECU的动作控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各控制阀根据这些液压控制信号，控制换档执行元件的动作，从而实现自动换档过程。

提示：此处如果条件允许可以通过录像、多媒体动画等辅助教学，以便进一步了解自动变速器基本组成和自动换档的原理。

图4－2　电控自动变速器的组成和原理图

二、自动变速器的分类

自动变速器可以按结构和控制方式、车辆驱动方式、档位数的不同来分类。

（一）按结构和控制方式分

自动变速器按结构、控制方式的不同，可以分为液力式自动变速器、无级自动变速器和机械式自动变速器。

1．机械式自动变速器

机械式自动变速器，简称AMT，是英文Automated Mechanical Transmission的缩写，它在原有手动、有级、普通齿轮变速器的基础上增加了电子控制系统，来自动控制离合器的接合、分离和变速器档位的变换。机械式自动变速器由于原有的机械传动结构基本不变，所以齿转传动固有的传动效率高、机构紧凑、工作可靠等优点被很好地继承了下来，在重型车的应用上具有很好的发展前景。

2．无级变速器

无级自动变速器简称CVT，是英文Continuously Variable Transmission的缩写，它采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变。这是一种具有广阔发展前景的自动变速器，其应用已具有一定的市场份额。目前常见的有奥迪A6 的Multitronic无级自动变速器、派力奥的Speedgear无级自动变速器、旗云的VT1F无级自动变速器等。

3．液力式自动变速器

液力式自动变速器是目前应用最广泛、技术最成熟的自动变速器。按照控制方式的不同，液力自动变速器可以分为液控液力自动变速器和电控液力自动变速器，目前轿车上都是采用电控液力自动变速器。按照变速机构（机械变速器）的不同，液力自动变速器又可以分为行星齿轮自动变速器和非行星自动齿轮变速器，行星齿轮自动变速器应用最广泛，非行星齿轮自动变速器只在本田等个别车系中应用。行星齿轮自动变速器又可以分为辛普森式、拉威挪式和串联式。

（二）按车辆的驱动方式分

自动变速器按车辆驱动方式的不同，可以分为自动变速器（Automatic Transmission）和自动变速驱动桥（Automatic Transaxle），如图4－3所示。

图4－3　自动变速器和自动变速驱动桥

（a）自动变速器；（b）自动变速驱动桥

自动变速器用于发动机前置后轮驱动的布置形式，变速器与主减速器、差速器分开，而自动变速驱动桥用于发动机前置前轮驱动，变速器与主减速器、差速器制成一个总成。

（三）按自动变速器前进档的档位数不同分类

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构造更加复杂，但由于设有超速档，大大改善了汽车的燃油经济性。

（四）按齿轮变速器的类型分类

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，使用较少。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。

（五）按变矩器的类型分类

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，液力变矩器输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。

三、自动变速器的常用档位

轿车自动变速器的选档杆通常有6个位置，如图4－4所示。其功能如下：

P位：驻车档。选档杆置于此位置时，驻车锁止机构将自动变速器输出轴锁止。

R位：倒档。选档杆置于此位置时，液压系统倒档油路被接通，驱动轮反转，实现倒向行驶。

N位：空档。选档杆置于此位置时，所有机械变速器的齿轮机构空转，不能输出动力。

D位：前进档。选档杆置于此位置时，液压系统控制装置根据节气门开度信号和车速信号自动接通相应的前进档油路，行星齿轮变速器在换档执行元件的控制下得到相应的传动比。随着行驶条件的变化，在前进档中自动升降档，实现自动变速功能。

二位：高速发动机制动档。选档杆置于此位置时，液压控制系统只能接通前进档中的一、二档油路，自动变速器只能在这两个档位间自动换档，无法升入更高的档位，从而使汽车获得发动机制动效果。

L位（也称1位）：低速发动机制动档。选档杆置于此位置时，汽车被锁定在前进档的一档，只能在该档位行驶而无法升入高档，发动机制动效果更强。

二、L这两个档位多用于山区等路况的行驶，可避免频繁换档，提高变速器的使用寿命。

发动机只有在选档杆置于N或P位时，汽车才能起动，此功能靠空档起动开关来实现。

常见的选档杆的位置可布置在转向柱上或驾驶室地板上，如图4－5所示。

图4－4　自动变速器选档杆位置示意图

图4－5　选档杆的位置

（a）布置在转向柱上；（b）布置在驾驶室地板上

四、自动变速器的优缺点

机械齿轮变速器具有效率高、工作可靠、结构比较简单等优点，故被广泛地应用在各种汽车上。但是对于诸如高级小客车、超重型自卸汽车，要求高通过性的军用越野汽车以及城市的大型公共汽车等车型，由于特殊的使用条件和要求，单纯采用机械变速器，虽能适应汽车的一些需要，但还存在不足之处。

机械变速器的档位不可能增加得很多，否则将会导致结构复杂笨重。档位增多，换档次数也就增多，更增加了换档操纵的困难。因此，载重量在25T以上的重型矿用汽车一般都不单独使用机械变速器。采用液力自动变速器，可弥补机械变速器的某些不足。使用液力自动变速器的汽车具有下列显著的优点：

（1）大大提高了发动机和传动系的使用寿命。采取液力自动变速器的汽车与采用机械变速器的汽车对比试验表明：前者发动机的寿命可提高85％，变速器的寿命提高12倍，传动轴和驱动半轴的寿命可提高75％～100％。

液力传动汽车的发动机与传动系，由液体工作介质“软”性连接。液力传动起一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷。例如，当负荷突然增大时，可防止发动机过载和突然熄火。汽车在起步、换档或制动时，能减少发动机和传动系所承受的冲击及动载荷，因而提高了有关零部件的使用寿命。

（2）提高了汽车的通过性。采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动扭矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且换档平稳。它的稳定车速可以降到很低。举例来说：当行驶阻力很大时（如爬陡坡），发动机也不至于熄火，使汽车仍能以极低速度行驶。在特别困难的路面行驶时，因换档时没有功率间断，不会出现汽车停车的现象。因此，液力机械变速器对于提高汽车的通过性具有良好的效果。

（3）具有良好的自适应性。目前，液力传动的汽车都采用液力变矩器，它能自动适应汽车驱动轮负荷的变化。当行驶阻力增大时，汽车自动降低速度，使驱动轮动力矩增加；当行驶阻力减小时，减小驱动力矩，增加车速。这说明，变矩器能在一定范围内实现无级变速，大大减少了行驶过程中的换档次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。

（4）操纵轻便。装备液力自动变速器的汽车，采用液压操纵或电子控制，使换档实现了自动化。在变换变速杆位置时，只需操纵液压控制的滑阀，这比普通机械变速器用拨叉拨动滑动齿轮实现换档要简单轻松得多。而且，它的换档齿轮组一般都采用行星齿轮组，是常啮合齿轮组，这就降低或消除了换档时的齿轮冲击，可以不要主离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度。

综上所述，液力自动变速器不仅能与汽车行驶要求相适应，而且具有单纯机械变速器所不具备的一些显著优点，这是液力自动变速器的主要方面，也是汽车采用液力自动变速器的理由。不过，与单纯机械变速器相比，它也存在某些缺点，如结构复杂，制造成本较高，传动效率较低等。对液力变矩器而言，最高效率一般只有82％～86％左右，而机械传动的效率可达95％～97％。由于传动效率低，使汽车的燃油经济性有所降低；由于自动变速器的结构复杂，相应的维修技术也较复杂，要求有专门的维修人员且具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。但这些缺点是相对的，由于大大延长了发动机和传动系统的使用寿命，提高了出车率和生产率，减少了维修费用，自动的无级变速提高了发动机功率的平均利用率，提高平均车速，虽然燃油经济性有所降低，却提高了汽车整体使用的经济性。