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第6章目录
第 6 章 自动变速器,........................................................................................................................................- 2 -
6.1 概述,.....................................................................................................................................................,- 2 -
6.1.1 自动变速器的类型,.....................................................................................................................- 2 -
6.1.2 自动变速器的基本组成,.............................................................................................................- 4 -
6.1.3 自动变速器的工作过程,.............................................................................................................- 6 -
6.1.4 自动变速器操纵手柄的使用,......................................................................................................- 7 -
6.2 液力变矩器,.........................................................................................................................................,- 9 -
6.2.1 耦合器,...............................................................................................................................................,- 9 -
6.2.2 变矩器,.......................................................................................................................................- 12 -
6.3 变速齿轮机构,...................................................................................................................................,- 16 -
6.3.1 单排行星齿轮机构,...................................................................................................................- 16 -
6.3.2 双排行星齿轮机构,...................................................................................................................- 17 -
6.4 换挡执行机构,.....................................................................................................................................,- 21 -
6.4.1 换挡离台器,..................................................................................................................................- 21 -
6.4.2 换挡制动器,..................................................................................................................................- 23 -
6.4.3 停车锁止机构,.................................................................................................................................,- 26 -
6.5 供油系统,...........................................................................................................................................,- 27 -
6.5.1 传动液,...........................................................................................................................................,- 27 -
6.5.2 油泵,...........................................................................................................................................- 29 -
6.5.3 调压装置,...................................................................................................................................- 31 -
6.5.4 辅助装置,...................................................................................................................................- 33 -
6.6 操纵机构,.............................................................................................................................................,- 34 -
6.6.1 手动阀,.......................................................................................................................................- 34 -
6.6.2 节气门调压阀,...........................................................................................................................- 35 -
6.6.3 速控调压阀（或称调速阀）,....................................................................................................- 36 -
6.6.4 自动换挡阀,...............................................................................................................................- 36 -
6.6.5 强制降挡阀,...............................................................................................................................- 37 -
6.6.6 超速挡液压控制阀,...................................................................................................................- 37 -
6.6.7 电子控制系统,...........................................................................................................................- 38 -
6.6.8 自动变速器换挡图,...................................................................................................................- 42 -
6.7 典型自动变速器,...............................................................................................................................,- 42 -
6.7.1 宝来轿车 01M 自动变速器,..........................................................................................................- 42 -
6.7.2 丰田 A 340E 电子控制自动变速器,............................................................................................- 56 -
6.7.3 东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器,..........................................................................................- 65 -
6.8 无级变速电子控制系统简介,...........................................................................................................,- 74 -
6.8.1 无级变速传动概述,...................................................................................................................- 74 -
6.8.2 无级变速传动原理,...................................................................................................................- 75 -
6.8.3 无级变速传动系统的组成,.......................................................................................................- 77 -
6.8.4 无级变速传动的控制系统,.......................................................................................................- 78 -
小结,.................................................................................................................................................................- 81 -
习题,.................................................................................................................................................................- 81 -
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第 6 章 自动变速器
☆ 知识点
1．自动变速器的基本组成；自动变速器的类型；液力变矩器；辛普森式行星齿轮机构；拉威娜式行星齿轮机构；自动变速器供油系统；自动变速器操纵机构；电子控制系统。
2．宝来轿车01M自动变速器；丰田A340E电子控制自动变速器；东风标致307轿车AL4自动变速器；无级变速电子控制系统。
★ 要求
掌握,
1．自动变速器的基本组成，结构和工作原理；
2．宝来轿车01M自动变速器的结构及原理；
3．丰田A340E 电子控制自动变速器的结构及原理。
了解,
1．东风标致307轿车AL4自动变速器的结构及原理；
2．无级变速电子控制系统的基本结构和工作原理。
自动变速器最早是由 1939 年通用汽车公司奥兹莫比尔分部（Oldsmobile）开发的。其后，自动变速器的构成元件有了多种改进，变速型式也多种多样。二十世纪 80年代后，随着电子工业和自动控制技术的发展，电子控制自动变速器应运而生。现代轿车装用电子控制自动变速器也越来越普遍。
据统计，在美国的二十世纪 90 年代新车型上，作为标准件的自动变速器装备率已超过 90%，日本为
73%，欧洲为 25％，如果包括选装件，其装车率无疑还要增加。我国的一汽宝来、广州本田、上海别克、北京现代、奇瑞、吉利等各种汽车也多有装用电控自动变速器的配置，预计不久的将来，自动变速器将作为标准装置装于国产轿车。
6.1 概述
由于活塞式发动机的转矩变化范围较小，不能适应汽车在各种条件下阻力变化的要求，而且在复杂的使用条件下则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，因此在汽车传动系中，采用了可以改变转速比和转矩比的装置变速器。为提高驾驶操作的轻便性，减轻驾驶员的疲劳程度，
提高汽车的动力性和经济性，人们在改进变速器的结构和换挡方法上作了很大的努力，设计出了不同类型的自动变速器。
6.1.1 自动变速器的类型
不同车型所装用的自动变速器在型式、结构上往往有很大的差异，常见的分类方法和类型如下,
1．按变速方式分类
汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。
有级变速器是具有几个有限的定值传动比（一般有 3～5 个前进挡和一个倒挡）的变速器。无级
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变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的变速器，无级变速器目前在汽车上应用较少。
2．按汽车驱动方式分类
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与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。
3．按自动变速器前进挡的挡位数不同分类
自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为 2 个前进挡、3 个前进挡、4 个前进挡三种（极个别车辆有 5 个前进挡） 。早期的自动变速器通常为 2 个前进挡或 3 个前进挡。这两种自动变速器都没有超速挡，其最高挡为直接挡。新型轿车装用的自动变速器基本上都是 4 个前进挡，即设有超速挡（通常称为 OD 挡，在驾驶员的操纵显示器上为圆圈中一个大写的英文字母 D） 。这种设计虽然使自动变速器的构造更加复杂，但由于设有超速挡，大大提高了汽车的燃油经济性。
4．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，只有少数几种车型使用（如本田 ACCORD 轿车） 。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。
5．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。
6．按控制方式分类
自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动
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变速器（电控自动变速器）两种。
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）大大提高发动机和传动系的使用寿命。液力传动汽车的发动机与传动系，由于液体工作介质的柔性，具有一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷。当负荷突然增大时，可防止发动机过载和突燃熄火；在汽车在起步、换挡或制动时，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）提高汽车通过性。采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动转矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且更加平稳。所以最低稳定车速可以降低到很低。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。在特别困难路面行驶时，因换挡时没有功率间断，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。由于变矩器能在一定范围内实现无级变速，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。
4）操纵轻便。自动变速器的车辆，除少数特殊情况外，无须经常变动挡位，且由于不必操纵离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度。
与单纯机械变速器相比，液力自动变速器也存在某些缺点。如：结构复杂、制造成本较高、传动效率较低等。对变矩器无锁止离合器的自动变速器，最高效率一般只有 82％～90％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，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。
6.1.2 自动变速器的基本组成
自动变速器的型号很多，外部形状和内部结构也各不相同，但它们的组成基本相同，一般都是由液力变矩器（以下简称变矩器）,变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。
1．变矩器
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给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。
2．变速齿轮机构
自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型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
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的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。
变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行机构两部分。
行星齿轮机构，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固定，使之不动。单向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。
3．供油系统
自动变速器的供油系统主要由油泵、调压阀、油箱、过滤器及管道等组成。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。只要发动机运转，
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、换挡操纵机构等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．换挡操纵机构
自动变速器的换挡操纵机构的主体是阀体总成，包括人工控制的操纵机构和自动控制的操纵机构两部分。操纵机构由手控换挡阀、节气门阀、挡位控制阀、控制阀板总成、电磁阀、控制开关、
控制电路等组成，电子控制的自动变速器还设有各种传感器、执行器、ECU 等。
人工控制的操纵机构包括驾驶员手操作的换挡杆（手动阀）和节气门踏板操作的节气门阀等。
驾驶员通过操纵自动变速器的换挡杆改变控制阀板内的手动阀位置。
自动控制的操纵机构根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关等状态因素，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（离合器和制动器）的工作，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自动换挡。
自动控制的操纵机构有液压控制和电-液控制两种。
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（图 6.1） 。不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装在上部，有的装在侧面，纵置的自动变速器一般装在下部。
在液压控制系统中，增设控制某些液压油层路的电磁阀，若这些电磁阀是由 ECU 控制的，就成了电子控制的换挡控制系统。仅有液压控制系统的自动变速器称为液力自动变速器，而具有 ECU 控
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制的自动变速器称为电控自动变速器（实际是电-液控制自动变速器） 。需要说明的是，为了提高传动效率，人们正在探索电子控制的机械变速器这样一种新型电控自动变速器，此类变速器并无液压传动部分，在这里提请读者注意。
图6.1 阀体总成示意图
a)外形 b)阀的位置
1.1.2 挡调节器阀 2.1.2 挡蓄能器阀 3.3.4 挡换挡 阀 4.超速挡伺服装置调节器阀 5.1,2 挡换挡阀 6.节气门阀极限 阀 7.3.4 挡换挡阀和调节器8.节流阀/2.3挡调节器阀 9.2.3挡降挡阀 10.节气门阀 11.手动换挡阀12.2.3挡 换挡阀 13.3.4挡换挡 阀 14.2.1程序阀 15.主油路调压阀和升压阀
6.1.3 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
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线，实现变速器挡位的变换。
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，自动变换挡位。换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号两个参数转换成控制油压（控制信号）,按照设定的换挡规律，
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，包含控制信号的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，从而实现自动换挡。图 6.2 为液力自动变速器的工作过程框图。
图6.2 液力自动变速器的工作过程框图
电控自动变速器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，并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号输入到 ECU。ECU 根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号；
电磁阀控制液压换挡阀，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。图 6.3 为电控自动变速器的工作过程框图。
图6.3 电控自动变速器的工作过程框图
6.1.4 自动变速器操纵手柄的使用
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驾驶员通过换档元件进行档位选择。换档元件有按钮式和拉杆式两种类型，按钮式一般布置在仪表板上；拉杆式即换档操纵手柄，可布置在转向柱上或驾驶室地板上，如图 6,4 所示。自动变速器换档元件以拉杆式最常见，换档操纵手柄通过连杆机构或钢索与液压元件的手控阀相连接，为液压系统提供操纵信号。
图6.4 换档操纵手柄在轿车上的布置
a）布置在转向柱上b）布置在驾驶室地板上
轿车自动变速器的换档操纵手柄通常有 6个位置，如图 6.5 所示，其功能如下,
图6.5 换档操纵手柄位置示意图
P 位：停车档。当换档操纵手柄置于该位置时，停车锁止机构将变速器输出轴锁止。
R 位：倒档。操纵手柄置于此位置时，液压系统倒档油路被接通，驱动轮反转，实现倒档行驶。
N 位：空档。此时行星齿轮系统空转，不能输出动力。
D 位：前进档。操纵手柄位于此位置时，控制系统接通相应的前进档油路，行星齿轮系统在执行机构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。
2 位：高速发动机制动档。操纵手柄位于该位置时，液压控制系统只能接通前进档中的 1、2 档油路，自动变速器只能在这两个档位间自动换档，无法升人更高的档位，从而使汽车获得发动机制
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动效果。
L 位（也称 1 位）,低速发动机制动档。此时汽车被锁定在前进档的 1 档，只能在该档位行驶而无法升人高档，发动机制动效果更强。此档位多用于山区行驶、上坡加速或下坡时有效地稳定车速等特殊行驶情况，可避免频繁换档，提高其使用寿命。
不同车型常见自动变速器的挡位指示如图 6.6所示。
图6.6 常见自动变速器的挡位指示
6.2 液力变矩器
液力耦合器（以下简称耦合器）和变矩器两者均属于液力传动机构，即通过液体的循环流动，
利用液体动能的变化来传递动力。两者最大的结构上区别是有无导轮，后者有导轮，而前者则无。
6.2.1 耦合器
耦合器，又称液力联轴器，主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成（图 6.7） 。耦合器的主要功
图6.7 耦合器的结构与组成
1.曲轴 2.外壳 3.泵轮 4.涡轮 5.输出轴
能有两个：一是防止发动机过载，二是调节工作机构的转速。耦合器的泵轮与壳体焊接在一起，并通过螺栓与发动机的飞轮联接，是耦合器的主动部分。涡轮通过花键与输出轴联接，是耦合器的从
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动部分。在泵轮和涡轮上有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮相对安装且有约 3mm ～ 4mm 的间隙；
泵轮与涡轮装合成一个整体后，轴线断面一般为圆形，并在内腔中充满液压油（称为工作油液或工作介质，简称油液或介质） 。
当发动机运转时,曲轴带动耦合器的壳体和泵轮转动,泵轮叶片内的油液在泵轮的带动下旋转；
在离心力的作用下，油液被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在液压冲击力的作用下旋转；冲向涡轮叶片的油液沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘；返回的油液，又被泵轮再次甩向外缘，依此循环，油液形成了从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮的循环液流（图
6.8） 。由于泵轮的作用，耦合器中的油液在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，速度和动能逐渐增大。而油液在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，由于油液自身对涡轮作功，速度和动能逐渐减小。
因此，耦合器工作时，发动机的动能通过泵轮传给油液，油液在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。动力传输原理可以借助图 6.9 类比理解。
图6.8 循环流动的液流
1.曲轴 2.外壳 3.泵轮 4.涡轮 5.输出轴
图6.9 动力传输原理类比
耦合器要实现传动，必须在泵轮和涡轮之间有油液的循环流动。而油液循环流动的产生，是由于泵轮和涡轮之间存在着转速差，如果泵轮和涡轮的转速相等，则耦合器不起传动作用。
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汽车起步时前，发动机驱动泵轮旋转，如果涡轮的转矩不足以克服汽车的起步阻力矩，则涡轮不会随泵轮的转动而转动；加大节气门开度到一定程度，作用在涡轮上的转矩使汽车克服起步阻力矩而起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮随着汽车的加速而不断加速，涡轮与泵轮转速差的数值逐渐减小。当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时，泵轮与涡轮间的相对转速差减小，油液对涡轮叶片的冲击力及冲击转矩减小，这将使输出元件产生滑动，直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力为止。因此，输出转速高时，输出转速接近输入转速是一个连续不断的趋势，但总不会达到输入转速。除非在工作状况反过来，例如在下较长的陡坡时，可能会发生齿轮变速机构变成主动件，飞轮变成从动件，出现涡轮的转速等于或高于泵轮转速，产生“倒拖” 。
由于油液冲击涡轮叶片后出现散射和跳动，引起液流扰动，阻碍来自泵轮的正常油液流动，造成“冲击损失” 。泵轮与涡轮的转速差越大，冲击损失越大，传动效率越低（图 6.10） 。为了减小耦合器内腔中心的液流涡流扰动，一般在泵轮和涡轮上设置有导环（图 6.11） 。
图6.10 耦合器和变矩器的特性曲线
a)耦合器 b)变矩器
图6.11 导环
由于在耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮，油液在循环流动的过程中，除了受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其它附加的外力。如果不计机械损失，根据作用力与反作用力相等的原理，油液作用在涡轮上的转矩应等于泵轮作用在油液上的转矩，即传给泵轮的输入转矩与涡轮上的输出转矩相等，这就是耦合器的传动特点。因而，如果考虑到液力损失的实际存在，耦合器的输出转矩始终不会超过输入转矩。
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6.2.2 变矩器
变矩器除了泵轮和涡轮外，还有导轮，其它构造与耦合器基本相同。导轮位于泵轮和涡轮之间，
并通过单向离合器固定于变速器壳体上，使导轮仅能沿发动机转动方向旋转，反向则被锁止。变矩器的结构如图 6.12 所示。
图6.12 变矩器的结构
1.曲轴 2.驱动端盖 3.变矩器 4.涡轮 5.泵轮 6.导轮 7.单向离合器 8.输入轴 9.壳体
发动机运转时带动变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的油液在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。
1．导轮
如图 6.13a 所示，若无导轮（耦合器）,当泵轮与涡轮的转速差很大时，油液从涡轮回流到泵轮时，会冲击泵轮叶片的前部，阻碍泵轮的旋转。设置导轮后，改变了回流油液的流向，使油液冲击泵轮叶片的背面，促使泵轮旋转（图 6.13b） 。于是，作用在涡轮上的转矩由发动机的输入转矩和回流油液的转矩两部分组成。可见，由于导轮的存在，涡轮上的输出转矩大于的发动机输入转矩。
可以想象，泵轮与涡轮的转速差越大，回流冲击越厉害，则转矩增加越多；而且随着转速差的缩小，
增加转矩的作用越来越小。通常用输出转矩与输入转矩之比（称为变矩比或变矩系数）来表示，即变矩比 K=输出转矩（ Tｂ ）/输入转矩（ Tｗ ）,K 的变化曲线如图 6.10b 所示,K=Tｂ /Tｗ 。最大变矩比由变矩器的结构参数决定，一般为 2.2～2.6。
2．单向离合器
（1）单向离合器的作用 如图 6.14a所示，回流油液在离开涡轮边缘时的速度为沿边缘甩出的线速度 Va 与随涡轮旋转的线速度 Vb的合成速度 Vc。当涡轮转速不高时，Vc 冲击导轮的正面，由于单向离合器的作用，导轮锁止，油液被导轮挡住后向泵轮旋转的同方向流动。随着涡轮转速的升高，
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Vb 越来越大（Vb 的增长速度大于 Va）,合成速度 Vc 的方向随之改变，变矩比越来越小（越接近 1）,
直至不增矩，即 K=1。但当转速继续升高时，合成速度成为图 6.14b 所示方向，油液冲击导轮的背面。若此时导轮是固定的，无疑油液在流回泵轮时，将引起“反冲”,阻止泵轮旋转。因而，在此设置一单向离合器,在油液冲向导轮背面时,使导轮可以随之转动 （沿泵轮方向）,油液流动如图 6.14c
所示。导轮和单向离合器的作用可借助图 6.15类比理解。
图6.13 导轮的作用
a）无导轮时的油液流动 b）有导轮时油液的流动
图6.14 单向离合器的作用
a）导轮锁止 b）油液“反冲” c）导轮自由转动
由于 Va 与泵轮转速有关，因此，导轮转动的工作点与涡轮转速与泵轮转速的比值有关。当导轮开始转动时，变矩器的功能与耦合器相同，于是称刚出现导轮转动（导轮空转）的工作点为耦合器工况（简称耦合工况） 。变矩器在达到耦合器工况以后，不再增加转矩。
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图6.15 导轮和单向离合器作用类比
比较耦合器与变矩器，结构上的差别是变矩器有导轮；工作原理上的区别是变矩器在耦合工况前有增加转矩的作用，而且转速差越大，增矩作用越大，有利于起步等工况。
（2）单向离合器的工作原理 单向离合器又称单向啮合器、超越离合器或自由轮离合器，与其他离合器的区别是，单向离合器无需控制机构，它是依靠单向锁止原理来固定或连接的，转矩的传递是单方向的。当与之相连接元件的受力方向与锁止方向相同时，该元件即被固定或连接；当受力方向与锁止方向相反时，该元件即被释放或脱离连接。汽车自动变速器用单向离合器主要有楔块式和滚柱式两种，工作原理如图 6.16 所示。
图6.16 单向离合器的工作原理
a）,b）楔块式 c）,d）滚柱式
1.楔块 2.外轮 3.弹簧 4.保持器 5.内轮 6.滚柱
如图 6.16a 所示，楔块采用的是倾斜的“8”字形结构，当外圈相对于内圈的运动方向为 A 所示，则楔块随势倒下，处于释放状态；若相对运动方向如图 6.16b 所示，则由于摩擦力的带动，楔块竖立，外圈被楔块锁住，于是外圈必须与内圈一致，或保持静止、或同步转动。
滚柱式单向离合器工作原理如图 6.16c、d 所示，在外圈上设置了楔形的槽。外圈与内圈之间的间隙，在小端小于滚柱直径，而在大端大于滚柱直径。工作原理与楔块式类似，不再分述。
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3．变矩器锁止机构
由上述分析，即使变矩器到达耦合器工况，由于泵轮与涡轮之间必须要有转速差存在（一般至少4%～5%）,加之变矩器液力传动的的能量损失，传动效率与机械传动相比仍然较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，现代很多轿车的自动变速器均采用带有锁止机构的变矩器。当达到耦合工况后的某一点时，锁止机构工作，用机械方式连接泵轮与涡轮，实现近乎 100%的动力传递。目前，锁止机构有锁止离合器、离心式离合器和行星齿轮机构锁止三种。本书仅介绍较多见的锁止离合器工作原理（图 6.17） 。
图6.17 锁止离合器工作原理图
a）分离 b）接合
1.壳体 2.摩擦条3.传力盘 4,涡轮 5.泵轮6.导轮 7.输出轴
A.变矩器出油道 B、C.控制阀油道
带有锁止离合器的变矩器，比普通变矩器多了一个通过花键与涡轮相连的传力盘，传力盘可以沿花键轴向移动，传力盘上粘合了环型的摩擦条（相当于离合器片） 。当设法排出图中传力盘左侧的油液时，传力盘两侧的油压不相等，传力盘在受到右侧油压的作用下向左侧移动，即与壳体相连，
实现锁止。锁止时，动力通过变矩器壳体（泵轮）→传力盘→花键→涡轮摩擦传动，实质上是机械传动。简单地说，锁止离合器是通过“排出” （降低油压）或“充入” （升高油压）传力盘左侧的油液，使传力盘左移或右移来控制锁止离合器“锁止”或“分离”的。
工作时，ECU 根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器油液温度、操纵手柄位置、控制模式等因素，按照设定的锁止控制程序向锁止电磁阀发出控制信号，改变锁止离合器传力盘两侧的油压，从而控制锁止离合器的工作。当车速较低时，锁止控制阀让油液从油道 B 进入变矩器，使传力盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过油液传至涡轮
（图6.17a） 。当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器油液温度等因素符合一定要求时，ECU 即操纵锁止控制阀，让油液从油道 C 进入变矩器，而让油道 B 与泄油口相通，使传力盘左侧的油压下降。由于传力盘右侧的油液压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在变矩器壳体上（图 6.17b） 。
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锁止离合器在接合时，变矩器中的油液因液体摩擦减小，油液的温度可以降低，此时不再让油液进入冷却器，以降低动力消耗。为了减小锁止离合器在接合瞬间产生的冲击力，一般在锁止离合器传力盘上还装有减振弹簧。
6.3 变速齿轮机构
变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速，但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速时才具有较高的传动效率,而且它的增矩作用不够大 （最大变矩比）,增矩不能满足汽车的使用要求。
为此，在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构，使转矩再次增大。
自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样，具有空挡、倒挡及 2～4 个不同传动比的前进挡。不同的是，驾驶员不直接控制挡位，而是由自动变速器的控制系统操纵换挡执行机构来改变变速齿轮机构的传动比，从而实现自动换挡。变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行元件两部分。
6.3.1 单排行星齿轮机构
行星齿轮机构较定轴齿轮机构具有结构紧凑、承受载荷大、传动效率高、齿间负荷小、结构刚性好、轴入轴与输出轴同轴线以及便于实现行驶中自动换挡等优点，所以目前自动变速器大都采用行星齿轮机构变速传动装置。
1．特性方程
单排行星齿轮机构的基本构造如图 6.18 所示，它由位于轴中心处的太阳轮、与太阳轮啮合的行星齿轮、支承行星齿轮的行星架以及内齿圈等组成。行星齿轮既能绕其自身的轴（行星架）自转，
又能围绕太阳轮作公转，这种关系正如太阳系中地球与太阳的关系，行星齿轮机构也因此而得名。
工作中可将太阳轮、行星架、内齿圈三者中的任一构件与主动轴相连，作为输入件，第二构件与从动轴连作为输出件，第三构件被强制固定（简称制动）,就能实现动力传递。
根据机械基础知识：单排行星齿轮机构的运动规律可用以下特性方程式表示,
n1+αn 2－（1＋α）n 3＝0 （6.1）
式中 n 1
、
n2
、
n3分别为太阳轮、内齿圈、行星架的转速；行星齿轮机构参数 α＝Z 2/Z1；
Z1、Z 2分别为太阳轮、内齿圈的齿数。
由式（6.1）可得,
n1Z1+n2Z2－（Z 1＋Z 2）n 3＝0 （6.2）
设Z 3＝Z 1＋Z 2，则有,
n1Z1+n2Z2－Z 3n3＝0 （6.3）
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2．工作状态表
由式（6.3）可知：行星齿轮仍然作为惰轮出现；如果假想行星架的齿数为 Z 3，则同样可以按照类似于定轴轮系的计算方法进行传动比的计算。假设 Z 1为24，Z 2为56，那么Z 3＝24+56=80。
单排行星齿轮机构通过固定不同的元件，改变主动元件和从动元件，按式（6.3）的工作原理分析进行计算，可得出八种工作状态（表 6.1） 。
图6.18 行星齿轮机构的基本构造
1.内齿圈 2.行星齿轮 3.行星架 4.太阳轮
A.变矩器出油道 B、C.控制阀油道
表 6.1 单排行星齿轮机构工作状态表
固定件 主动件 从动件 传动比 转速 旋转方向 扭矩 对应挡位
1 太阳轮 行星架 i=3.33>1 下降 相同 增大 1 挡
2
内齿圈
行星架 太阳轮 i=0.3<1 上升 相同 减小
3 内齿圈 行星架 i=1.43>1 下降 相同 增大 2 挡
4
太阳轮
行星架 内齿圈 i=0.7<1 上升 相同 减小 超速挡
5 太阳轮 内齿圈 i=2.33>1 下降 相反 增大 倒挡
6
行星架
内齿圈 太阳轮 i=0.43<1 上升 相反 减小
7 无 任意二 另一 i=1 相等 相同 不变 直接挡（3 挡）
8 无约束 空挡
6.3.2 双排行星齿轮机构
现代轿车自动变速器为增加传递转矩，常采用双排至多排行星齿轮机构并联构成双排或多排变速传动装置。典型的基本结构通常由辛普森式（Simpson）和拉威娜式（R avigneanx）两种。
1．辛普森式行星齿轮机构
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辛普森式行星齿轮机构有 3 挡位和4 挡位之分。4 挡位（如丰田 A341E、A342E 等）的比 3 挡位的多设置了一个超速行星排，有超速挡（OD 挡）,而 3 挡位的最高挡为直接挡（图 6.19） 。3 挡位的辛普森行星齿轮机构的特点是前、后排行星齿轮公用一个太阳轮，且是同轴布置，犹如两套单排行星齿轮机构安装在同一轴上。 不考虑超速行星排,各执行机构的工作如表 6.2 所示。 前排齿数,Z1=27、
Z2=60，则Z 3＝27+60=87；前排齿数：Z 1′=27、Z′ 2=60，则Z′ 3＝27+60=87。
图6.19 三挡位辛普森行星齿轮机构
表 6.2 各元件与挡位的关系
范围 P R N
D 2 L
操作
齿轮 停车倒挡空挡
1
挡
2
挡
3
挡
1
挡
2
挡
1
挡前离合器（C1） 连接输入轴和中间轴
○ ○ ○ ○ ○ ○
后离合器（C 2）
连接输入轴和前后太阳轮 ○ ○
制动器（B 1）
防止前后太阳轮按顺时针或反时针方向旋转 ○
制动器（B 2）
防止 F 1 的外圈按顺时针或反时针方向旋转。这样能够防止前后太阳轮按反时针方向旋转
○ ○ ○
单向离合器（F 1）
制动器（B 2）
当B 2起作用时，防止前后太阳轮按反时针方向旋转 ○ ○
制动器（B 3）
防止行星架按顺时针或反时针方向旋转 ○* ○ ○
单向离合器（F 2）
防止行星架按反时针方向旋转 ○ ○ ○
注：○*只限A40系列；表中C 为离合器，B为制动器，F为单向离合器。
1．倒挡
由表 6.2 可知，此时 C 2、B 3工作。由于 B 3工作，前行星架固定，n 3=0。动力传递线路为：输入轴→C 2→前、后太阳轮→前行星齿轮（定轴转动）→前内齿圈→后行星架→输出轴。
由式（6.3）得：n 1Z1+n2Z2=0，i R=n2/n1=,Z2/Z1=,60/27=,2.22
2．三挡
C1、C 2工作。动力传递线路为,
输入轴
C
2
前后太阳轮 后行星齿轮
C
1
中间轴
后行星架
后行星架
后内齿圈 后行星齿轮输出轴
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由于后行星齿轮机构的太阳轮与内齿圈转速相同，n 1=n2，则可得到 n 1=n2=n3。
igⅢ =1
3．二挡
C1、B 2、F 1工作。动力由后内齿圈输入，B 2、F 1使前、后太阳轮固定，n 1=n1'=0。动力传递线路为：
输入轴→C 1→中间轴→后内齿轮→后行星齿轮→后行星架→输出轴。
igⅡ =n3'/n2'= Z'3/Z'2＝87/60=1.45
4．一挡
C1、B 2、F 2工作。前行星架固定。动力传递线路为,
（1）假设前内齿轮不与后行星架连接，第二条传动路线的传动比为,
1
60
27
27
60
'
3
'
1
1
3
2
=×=×=
Z
Z
Z
Z
i
（2）假设前内齿轮不与后行星架连接，第一条传动路线的传动比为,
45.1
60
87
'
2
'
3
1
===
Z
Z
i
（3）一挡总传动比为两者叠加：i gⅠ =i1+i2=2.45
2．拉威娜式行星齿轮机构
拉威娜式行星齿轮机构与结构原理简图如图 6.20 所示。右行星齿轮排是一个单行星齿轮结构，
左行星齿轮排是一个双行星齿轮结构组合而成的复合式行星齿轮机构，其长、短行星齿轮分别与不同的太阳轮相啮合，由于齿轮参数不同，前、后行星齿轮共架，可省下一个内齿圈。其结构紧凑、
轴向尺寸小,转速较低。 根据换挡元件数的不同,它可实现 2,3,4 个前进挡和 1 个倒挡。 按式 （6.1）,
运动方程为
n1+α 1n5－（1＋α 1）n 2＝0 （6.4）
n6－α 2n5－（1－α 2）n 2＝0 （6.5）
式中 α 1-前行星齿轮排传动比，α 1=Z5/ Z1；
α 2-后行星齿轮排传动比，α 2=Z5/ Z6。
图 6.21 是4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图，各挡执行元件动作表和传动比为表 6.3。由
n II（齿圈 5）输出，令
Ι
=
n
n
T
κ,由式（6.4）,（6.5）可计算得到各挡传动比。
输入轴 C1 中间轴
前后太阳轮
后内齿圈
后行星齿轮后行星架
前行星齿轮 前行星齿轮 前内齿轮
输出轴
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图6.20 拉威娜式行星齿轮机构
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
图6.21 4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图
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 F,单向离合器 B.制动器 C.离合器
表 6.3 各挡执行元件动作表与传动比
挡位 起作用元件 传动比i=n 1/n2
1 C2 （B3） F2 i1=a2β
2 C2 B1 （B 2） F1 i2=[(a1+a2)/(1+a1)] β
3 C2 C3 （B 1） i3=1/(1-1/a2+β/a 2)
4 C3 （B1） B 2 i4=a1/(1+a1)
倒 C 1 B3 iR=-a1β
注：带（）者仅在发动机制动时起作用；带[]者为接合而不起作用 。
1）换入1 挡时，由于离合器 C 2接合，则
T
n 为后排双行星齿轮排的太阳轮输入转速
6
n ；由于单向离合器 F2作用，使行星架 n2 的转速为零，此时只有后行星齿轮排起作用。
2）换入2 挡时，C 2、B 1、F 1作用，
T
n =
6
n,n 1=0。
3）换入3 挡时，C 2、C 3作用，
T
n =
6
n,
6
n =n2，
6
n =n1，此时传动比为 1。
4）换入4 挡时，C 3、B 2作用，n 1=0，n 2=
Ι
n,此时实现高速挡运动。
5）换入倒挡时，C 1、B 3作用，
Ι
n =
T
n,n 2＝0，前排行星齿轮工作。相当于定轴轮系，输出转速方向与输入转速相反，此时实现倒挡运动。
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6.4 换挡执行机构
变速器的换挡执行机构由换挡离合器 (简称离合器 )和换挡制动器 (简称制动器 )两部分组成。目前采用的离合器有单向离合器与片式离合器两种；制动器有片式制动器和带式制动器两种。单向离合器的类型以及结构原理与液力变还器以及启动系统使用的单向离合器基本相同．故不赘叙。片式离合器或片式制动器足一种利用传动液 ATF 压力来推动活塞移动，从而使离合器片 (或制动器片 )接合的离合器 (或制动器 )、故又称为活塞式离合器 (或制动器 )。
6.4.1 换挡离台器
在自动变速器中，换挡离合器的功用是将行星齿轮变速机构的输入轴与行星排的某一个
元件或将行星排的某两个元件连接成一体，用以实现变速传动。
1．片式高合器的结构特点
自动变速器采用的片式离合器的零部件组成如图 6.22 所示，主要由离台器毂、活塞、复依弹簧、
离合器片等组成。在离合器毂的内间制作有若干个键槽，用于安放离台器片。离合器片由若干片主动片 (钢片 )和从动片 (摩擦片 )组成。 主动钢片与离合器主动件相连,从动摩擦片与离合器从动件相连。
在离合器片的外圆或内圆上制有若干个凸绿，以便与离合器毅或花键毅连接并传递动力。
在自动变速器中，具有离合器毂和花键毂的部件都可与变速器输入轴或行星排的某个元
件连接。与输入轴相连的邻件则为主动件，与行星排相连的部件则为从动件。
图6.22 片式离合器零件组成
1.卡环 2.承压盘 3.主动钢片 4.小卡环 5.弹簧座 6.复位弹簧 7.活塞 8.活塞外缘密封圈
9.活塞内缘密封圈 10.离合器毂与壳体
在图 6.22 中，主动钢片的内圆上制有片若干个凸缘并安放在主动部件花键毂 (图中未画出 )外圆
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的键槽中，从动摩擦片的外缘制有若干个凸缘并安放在离台器毂内缘的键槽中。
从动摩擦片由两个表面粘附有摩擦片的钢片制成。摩擦片由合成纤维、酚醛树脂和富有弹性的纸质材料经过硬化和浸渍处现理制成，具行很高的摩擦系数，其摩擦性能受比力和温度影响很小。
因为变速器的离合器片都浸泡在传动液中，故又称为湿式摩擦片离合器。
2．片式离合器的工作原理
片式离合器的工作过程如图 6.23 所示，输入轴为主动件，驱动齿轮与输入轴制成一体，主动钢片内圆的凸缘安放在驱动齿轮的键槽中，从而实现滑动连接。主动钢片既能随驱动齿轮转动，又能作少量轴向移动。
图6.23片式离合器工作原理（驱动齿轮为主动件，离合器为从动件）
(a)分离状态(b)接合状态
离合器毂为从动件，从动摩擦片外圆上的凸缘安放在离合器毂内圆的键槽中，从而实现滑动连接。摩擦片也可作少量轴向移动。
离合器的活塞安装在离合器毂内，活塞与离合器毂之间形成有一个环状油腔，该油腔与液压控制油道相通。环形油腔由活塞内外圆上的 O 型密封圈保证密封。
当液压控制系统的传动液（ AFT）经控制油道进入环形油腔时，活塞在油压作用下，克服复位弹簧弹力向右移动，将主动钢片与从动摩擦片压紧在一起，离合器接合传递动力，如图 6.23 (b)所示。
动力传递路线为：输入轴 -驱动齿轮 -主动片 -从功片 -离合器鼓 -输出轴。因此，当离合器处于接合状态时，便可将驱动齿轮和离合器毂连接的机件 (变速器轴和行星排的基本元件 )连接成一体，从而实现变
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速传动。
当液压控制系统的油压解除后,活塞在弹簧弹力的作用下复位,离台器又处于分离状态如图 6.23
(a)所示。
3．安全阀的作用
为了保证离合器工作时能够彻底分离，必须满足以下两个条件,
(1)当离合器处于分离状态时，主动片与从动片之间必须具有足够的间隙，标准间隙为 0,25mm
— 0,38mm。间隙不当时，可选用不同厚度的止推垫圈或从动摩擦片进行调整。
(2)当液压控制系统的油压解除后，离合器环形油腔内不能残存传动液。
在离合器的油腔内，由于结构限制，因此仅设有一条控制油道，通常设在活塞旋转的中心部位。
离合器接合与分离时，传动液 (ATF)均从同一油道流入与流出。因此当离合器分离时，残留在油腔中的传动液在离心力的作用下就会甩向油腔外缘，使油腔外缘产生一定的油压。
这一油压作用在活塞上会使离合器分离不彻底，导致离合器从动摩擦片与主动钢片磨损加剧而缩短其使用寿命。为此，在油腔周围的离合器毂外缘或活塞外缘上没有一个球阀，称为安全阀或甩油阀。
当传动液流入环形油腔时，具有一定压力的传动液将球阀压紧在阀座上，如图 6.23 (b)所示，安全阀阀门处于关闭状态。传动液 (ATF)充入油腔使油压升高。
当需要离合器分离时，液压控制系统接通回油油道，油腔内的传动液 (ATF)流出，油压降低，
球阀在离心力作用下离开阀座，如图 6.23 (a)所示，安全阀阀口处于开启状态，残留在油腔中的传动液在离心力的作用下便可从安全阀阀口流出，使离合器快速并彻底分离。
6.4.2 换挡制动器
换挡制动器是换挡执行机构中的锁止元件，其功用是锁定行星排中的任意一个或两个元件，以便实现变速传动。换挡制动器分为片式制功器和带式制动器两种。
1．片式制动器
片式制动器的结构原理与片式离合器基本相同，仅零部件的名称有所不同。分别称为制动器毂、
制动器片 (主动钢片、从动摩擦片 )、活塞和复位弹簧等。当液压控制系统的传动液使活塞移动时，主动钢片与从动摩擦片压紧在—起，便将制动器连接的行星排元件与变速器壳体锁，从而实现变速传动。
2．带式制动器的结构原理
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带式制动器由制动带及其伺服装置 (即控制油缸 )组成。
(1)制动带。制动带是内表面镀有一层摩擦材料的开口式环形钢带。
按制动带的变形能力不同，可分为刚性制动带和挠性制动带两种；刚性制动带比挠性制动带厚，
具有较高的强度和较大的燃容性，其缺点是不能产生与制动毂相适应的变形。挠性制动带可与制动毂完全贴合，因此制动效果好，且价格低廉。
按制动带的结构不问，可分为单边制动带和双边制功带两种，如图 6.24 所示。双边制动带制动效果比单边制动带好，多用于转矩较大的低挡和倒挡制动器。相同类型的制动带用于不同挡位时，
共内表面的摩擦材料镀层不尽相同。低挡、倒档制功带镀层大多采闭金属摩擦材料，其目的是保证具有足够的制动力矩；高档制动带镀层一般采用有机耐磨材料，其目的是防止制动鼓过度磨损。
图6.24 带式制助器制动带的结构
（a）刚性单边制动带；(b)挠性单边制动带；(c)双边制动带
L．光滑表面；2。摩擦材料镀层
(2)伺服装置。伺服装置分为直接作用式和间接作用式两种。直接作用式制动器的结构如图 6.25
所示。由制动带 2、活塞 5、复位弹簧 6 和顶杆 9 等组成。制动带开口的—端固定在调整螺杆的端的椎杆上，调整螺杆固定在与变速器客体相连的支座上，另一端支撑在与油缸活塞相连的顶杆上；制动器不工作时，活塞在复伉弹簧弹力作用下右移到极限位置。
当液压控制系统的传动液从控制油道进入活塞的工作油腔 (即活塞右面无弹簧一侧油腔 )时，在油压作用下，活塞克服弹簧弹力推动顶杆左移，制动带以左侧顶杆文撑点为支点收紧。
在制动力矩的作用下，制动带将制动毂抱死并停止转动，此时行星齿轮机构与制动毂连接的元件便处于锁止状态，从而实现变速传动。
当工作油缸泄压时，活塞在复位弹簧弹力作用下，带动顶杆一同复位，制动解除。如果仅靠弹
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簧弹力，则活塞复位速度较慢，这种结构多用于早期生产的自动变速器以及换入空挡用制动器。目前，大多数制动器设置了左侧油腔进油道，当右侧油腔回油使压力降低时，活寒在左侧油腔压力和复位弹簧弹力共同作用下复位，可迅速解除制动。
图6.25 直接作用式带式制动器
1.调整螺杆；2.制动带；3.变速器壳体；4.油缸盖；5.活塞； 6.复伦弹簧；7.油道；8.出气口 9.顶杆
间接作用式伺服装置的结构如图 6,26 所示,与直接作用式制动器的区别在于增没了一套杠杆机构，杠杆 3—端与活塞推杆 4 连接，另一端与制动带顶杆连接。活塞移动时，活塞推杆通过杠杆使制动带顶杆动作，从而使制动带收紧。由于采用了杠杆机构将活塞作用力放大，因此可以增大制动力矩。
3．带式制动器间隙的调整
带式制动器在解除制动后，制动带与制动鼓之间应有一定间隙，以便制动毂旋转，否则就会导致制动毂与制动带加速磨损，影响行星齿轮机构正常工作。制动带与制动毂间隙的调整方法有两种：
通过调节调整螺杆进行调整，如图 6.25 所示；调节活塞推杆进行调整，如图 6.26 所示。调整方法是先将调整螺杆或推杆拧紧到《维修手册》规定力矩，然后拧回规定圈数即可。
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图6.26 间接作用式带式制动器
1.制功带；2.制动带顶扦；3.杠杆； 4.活塞推杆； 5.回油油道；6.活塞； 7.进油油道；8.油缸壳体
6.4.3 停车锁止机构
目前,大多数自动变速器都是通过锁止输出轴实现驻车 (停车 )。 停车锁止机构的结构如图 6.27(a)
所示，主要由停车棘爪、停车齿圈和锁止杆等组成。
图6.27 停车锁止机构
1.锁止杆 2.停车棘爪 3.停车齿圈 4.复位弹簧
停车棘爪上制作有一个锁止凸齿，一端支承在变速器壳体的支承销上，且可绕支承销转动。锁止杆的一端制作成直径大小不同的圆柱杆，如图 6.27(b)所示，另一端经连杆机构与选挡操作手柄连
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接。
当选挡操纵手柄拨到 P 位以外的任一位置时，手柄连杆机构带动锁止杆向离开停车棘爪方向移动，使锁止杆直径较小的圆柱杆与停车棘爪在复位卡簧弹力的作用下复位，其锁止凸齿与外齿圈分离，变速器输出轴可以自由旋转。
当选挡操纵手柄拨到 P（停车）位置时，手柄连杆机构推动锁止杆向接近停车棘爪方向移动，
使锁止杆直径较大的圆柱杆部分与停车棘爪接触，将停车棘爪顶向停车齿圈。当锁止凸轮嵌入齿圈的齿槽时，便将输出轴与变速器壳体连接成一体而无法转动，使汽车停止不动。
6.5 供油系统
自动变速器供油系统主要由压力调节装置、油泵、辅助装置及各分支供油系统等组成。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、合适温度的油液。控制系统的作用是根据驾驶员操纵手柄的位置和汽车行驶状态产生自动换挡的指令。操纵机构的作用是在驾驶员和控制系统的指令下，操纵变矩器及换挡执行元件的工作，实现挡位在一定状态间的自动转换。
6.5.1 传动液
传动液是自动传动液（ATF，Aut omatic Transmission Fluid）的简称，具有传递能量、润滑、
清洗和冷却等功用，是—种特殊的高级润滑油。在液力变矩器中，它是传递动力的介质；在液压控制系统中，它既是操纵油液也是润滑油液，在自动驱动桥中，传动液还用来润滑主减速器和差速器等。
自动变速器使用的传动液(ATF)必须满足以下要求,
(1)适当的黏度和良好的黏度稳定性。自动变速的工作温度变化范围较大，—般为－40℃～＋70
℃，其黏度变化范围也较大。就提高液力变距器的传动效率和控制系统动作的灵敏度以及汽车低温顺利起步而言，传动液黏度低较为有利；就满足行星齿轮变速机构的润滑要求和防止泄漏而言，传动液黏度又不能过低。为了满足自动变速器各部机件的使用要求，传动液在不同温度条件下，必须达到规定的黏度值，如表 6.4 所示。
(2)良好的热氧化稳定性。传动液工作时的最高温度可达 170℃，若热氧化稳定性不好，就会生成高温氧化沉淀物，使各种液压控制阀和换挡元件工作失灵。
(3)良好的抗磨件。自动变速器齿轮变速机构的工作条件比较苛刻，且其零部件分别采用钢、铜等不同金属材料制成。因此，要求传动液能够保证不同材料制成的零部件均不易磨损。
(4)良好的抗泡件，传动液产生泡沫，不仅会降低液力变矩器的传动效率和液压控制机构动作的灵敏度，而且还会导致液压传动系统油压波动，严重时会导致供油中断。因此，要求传动液具有良好的抗泡性，机械搅拌时产生的泡沫应能迅速消失。
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表 6.4 PTF-1 类传动液的黏度特性
项目 温度/℃
通用汽车公司
GM Desron型
通用汽车公司
GM DesronII型
福特汽车公司
Ford M2C33-E/F型
克莱斯勒汽车公司
Chrysler MS-4228型
99 7.0（最小） 7.0（最小） 7.25（最小）
-17.8 1400（最大）
-23.3 4000（最大） 4000（最大）
-29 2300（最大）
黏度
-40 55000（最大） 50000（最大） 55000（最大）
90 5.5（最小） 5.5（最小） 6.2（最小） 6（最小）
黏度稳定性
（耐久性试验）
-17.8 1400（最大）
(5)对橡胶密封材料具有良好的适应性。自动变速器的密封件采用丁腈橡胶、丙烯橡胶和硅橡胶
(合成橡胶的一种。原料是二甲基二氯硅烷、能耐高温和低温，主要用来制造飞机和宇宙飞船的密封件、薄膜、胶管和绝缘材料)等密封材料制成。传动液应不会使这些密封件产生明显地膨胀、收缩和硬化现象，否则就会导致传动液泄漏。
进口汽车传动液的分类普遍采用美国材料试验学会 (ASTM)和美国石油学会 (API)共同提出的动力传动液(PTF，Power Transmission Fliud)分类法进行分类。该分类法将自动传动液分为 PTF—1、
PTF—2、PTF—3 三类，如表 6.5 所示。
自动变速器的传动液在使用过程小，应当注意以下几点。
(1)绝对不能错用、混用。在汽车用油中，传动液(ATF)的成分最为复杂。自动变速器对加油方法、加油量以及换油间隔里程都有严格规定，必须照章行事，否则变速器就易出现故障，甚至严重影响其使用寿命。
(2)散热器工作良好。传动液在变速器中循环传递能量，会使自身的温度升高，其正常使用温度一般为 50℃～80℃，最高温度可达 170℃。油温过高，会使传动液变质，缩短其使用寿命。油温超过正常使用温度 10℃，传动液的使用寿命就会缩短一半。为了保证变速器正常工作，汽车上专门设有一套传动液冷却系统或专门的散热器(安装在发动机前端水冷却器附近)或在变速器壳体上设有冷却水道进行散热。这些散热装置工作状态必须良好。
(3)通风塞必须保持畅通。为了防止变速器工作时内部压力过高，在变速器壳体上设有通风塞，
使其内部与外界空气保持畅通。如通风塞过脏或堵塞，就会导致传动液因压力过高而出现泄漏。
表 6.5 国内外自动传动液的分类
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类型 使用范围 国外产品规格
国内产品规格
PTF—1 轿车、轻型商用汽车自动变速器
1,通用汽车公司GM Desron 型
2,通用汽车公司GM D esronII 型
3,福特汽车公司Ford M 2C33-E/F型
4,克莱斯勒汽车公司Chrys ler MS-4228 型
8 号自动传动液
（Q/SYO18.4403-86）
PTF—2
重型商用汽车、越野汽车、工程机械液力变速器
1.通用汽车公司GM Truck 型
2.通用汽车公司GM Coach 型
3.通用汽车公司GM Allison 型
6 号自动传动液
（Q/SYO18.4403-86）
PTF—3
农业和野外建筑机械的液压,齿轮以及制动装置
1.约翰。迪尔（John D eera）J20-A
2.玛赛。费格森（Massey Ferguson）M-1135
3,福特(Ford)M2C11A
拖拉机液压、传动两用油
（Q/SH007.1.23-87）
6.5.2 油泵
油泵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。
1．内啮合齿轮泵的工作原理
内啮合齿轮泵的工作原理如图 6.28所示。月牙形隔板将内齿轮与外齿轮的轮齿之间空出的容
图6.28 内啮合齿轮泵
a）结构 b）工作原理
1.定子轴 2.主动齿轮 3.从动齿轮 4.壳体 5.O 形圈 6.油封 7.隔板7.隔板
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
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后端的轴套带动小齿轮和内齿轮一起向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啮合，容积不断增加，以致形成局部真空，将油盘中的油液从进油口吸入，且随着齿轮的旋转，齿间的油液被带到压油腔；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，
将油液从出油口排出。油液就这样源源不断地输往液压系统。
油泵的理论泵油量等于油泵的排量与油泵转速的乘积。内啮合齿轮泵的排量取决于外齿齿轮的齿数、模数及齿宽。油泵的实际泵油量会小于理论泵油量，因为油泵的各密封间隙处有一定的泄漏。
其泄漏量与间隙的大小和输出压力有关。间隙越大、压力越高，泄漏量就越大。
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。丰田汽车的自动变速器一般都采用这种油泵。
2．摆线转子泵
图6.29 摆线转子泵的工作原理
1.外转子 2.内转子
摆线转子泵由一对内啮合的转子、泵壳和泵盖等组成（图 6.29） 。内转子为外齿轮，其齿廓曲线是外摆线；外转子为内齿轮，齿廓曲线是圆弧曲线。内外转子的旋转中心不同，两者之间有偏心距，一般外转子比内转子多一个齿。通常自动变速器上所用摆线转子泵的内转子都是 10 个齿。发动机运转时，带动油泵内外转子朝相同的方向旋转。内转子为主动齿，外转子的转速比内转子每圈慢一个齿。内转子的齿廓和外转子的齿廓是一对共轭曲线，能保证在油泵运转时，不论内外转子转到什么位置，各齿均处于啮合状态，即内转子每个齿的齿廓曲线上总有一点和外转子的齿廓曲线相接触，从而在内转子、外转子之间形成与内转子齿数相同个数的工作腔。这些工作腔的容积随着转子的旋转而不断变化，当转子顺时针方向旋转时，内转子、外转子中心线的左侧的各个工作腔的容积由大变小，将油液从出油口排出。
摆线转子泵的排量取决于内转子的齿数、齿形、齿宽及内外转子的偏心距。齿数越多，齿形、
齿宽及偏心距越大，排量就越大。
摆线转子泵是一种特殊齿形的内啮合齿轮泵，具有结构简单、尺寸紧凑、噪音小、运转平稳、
高速性能良好等优点；其缺点是流量脉动大，加工精度要求高。马自达 626 轿车的自动变速器就是采用这种油泵。
3．叶片泵
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叶片泵的转子由变矩器壳体后端的轴套带动，绕中心旋转；定子是固定不动的，转子与定子不同心，二者之间有一定的偏心距（图 6.30） 。
图6.30 叶片泵工作原理
1.转子 2.定位环 3.定子 4.叶片 A.进油口 B.出油口
当转子旋转时，叶片在离心力或叶片底部的油液压力的作用下向外张开，紧靠在定子内表面上，
并随着转子的转动，在转子叶片槽内作往复运动。这样在每两个相邻叶片之间便形成密封的工作腔。
如果转子顺时针方向旋转，在转子与定子中心连线的右半部的工作腔容积逐渐减小，将油液从出油口压出。这就是叶片泵的工作过程。
叶片泵的排量取决于转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距。转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距越大，叶片泵的排量就越大。
叶片泵具有运转平稳、噪音小、泵油量均匀、容积效率高等优点，但它结构复杂，对压油的污染比较敏感。
4．变量泵
为了减少油泵在高速运转时由于泵油量过多而引起的动力损失，自动变速器的叶片泵大多设计成排量可变的型式。这种叶片泵的定子不是固定在泵壳上，而是可以绕一个销轴作一定的摆动，以改变定子与转子的偏心距（图 6.31）,从而改变油泵的排量（称为变量泵或可变排量式叶片泵） 。
在油泵运转时，定子的位置由定子侧面控制腔内来自油压调节阀的反馈油压来控制。当油泵转速较低时，泵油量较小，油压调节阀将反馈油路关小，使反馈压力下降，定子在回位弹簧的作用下绕销轴向顺时针方向摆动一个角度，定子与转子间的偏心距较大，油泵的排量较大。当油泵转速增高时，泵油量增大，出油压力随之上升，推动油压调节阀将反馈油路开大，使控制腔内的反馈油压上升，定子在反馈油压的推动下绕销轴向逆时针方向摆动，定子与转子的偏心距减小，油泵的排量也随之减小，从而降低了油泵的泵油量，直到出油压力降至原来的数值。
6.5.3 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，一方面是因为油泵的泵油量是变化的；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
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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（又称一次调压阀）,副调压阀（又称二次调压阀）,止回阀和安全阀等组成。
图6.31 变量泵工作原理（GM THM125）
1.泵壳 2.定子 3.转子 4,密封条 5.进油口 6.油箱 7.回位弹簧
8.叶片 9.反馈油道 10.出油口 11.销轴 12.卸压口
1．一次调压阀
一次调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压，保证各系统液压的稳定，使各信号阀工作平稳。一次调压阀一般由阀心、阀体和弹簧等主要元件组成（图 6.32） 。
来自油泵的压力油液从进油口 A 进入，并作用到阀心的右端，来自于节气门调压阀和手动阀倒挡油路的两个反馈油压则经进油口 F 作用在阀心的左端。
当发动机负荷较小，输出功率较小时，此时的节气门调压阀调节的压力也较低，作用在阀心右端的油液压力较高，油压所产生的作用力大于阀心左端弹簧预紧力和节气门调节压力对阀心的作用力时，弹簧将被压缩，阀心向左移动，阀心中部的密封台肩将使泄油口露出一部分（来自油泵的油液压力越高则泄油口露出越多）,来自油泵的油液有一部分经出油口 B输往选挡阀，另有一部分经出油口 D 输往变矩器，还有一部分经泄油口流回油盘，使油压下降，直至油液压力所产生的推力与调压弹簧的预紧力和节气门调节压力的合力保持平衡为止，此时调压阀以低于油泵输入压力的油压输出；当节气门开度增大，输出功率增大时，此时增大了的节气门调节油压将使阀心向右移动，阀心中部的密封台肩将堵住泄油口，泄油口开度降低，泄油道减小或处于封闭状态，使油压上升，调节阀以高于油泵输入压力的油压输出。节气门开度越大，调压阀输出的压力越高，输往选挡阀和变矩器去的油液压力将随所要传递的功率的增大而增大，同时可使油液压力保持在相对稳定的范围（通常为0.5Mpa～1MPa）内。
在阀心的右端还作用着另一个来自于压力校正阀的反馈油压，这一反馈油压对阀心产生一个向左的推力，使一次调压阀所调节的主油路油压减小。
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图6.32 调压阀的结构简图
1.一次调压阀 2.油泵 3,安全阀 4.二次调压阀 5.止回阀
当自动变速器处于前进挡的 1 挡或 2 挡时，倒挡油路油压为 0，压力校正阀关闭，调压阀右端的反馈油压也为 0。而当变速器处于 3 挡或超速挡时，若车速增大到某一数值，压力校正阀开启，
来自节气门阀的压力油经压力校正阀进入调压阀右端，增加了阀心向左的推力，使主油路油压减小，
减小了油泵的运转阻力。当自动变速器处于倒挡时，来自手动阀的倒挡油路压力油进入阀心的左端，
阀心左端的油压增大，一次调压阀所调节的主油路压力也因此升高，满足了倒挡时对主油路油压的需要。此时的主油路油压称为倒挡油压。
2．二次调压阀和安全阀
二次调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节变矩器的油压、各部件的润滑油压和冷却装置的冷却油压。
二次调压阀也是由阀体、阀心和弹簧等组成（图 6.32a） 。当发动机转速低或油门关闭时，二次调压阀在弹簧的作用下，把通向油液冷却装置的油道切断。当发动机转速升高和变矩器油压升高时，
把油路开放。发动机停止转动时，二次调压阀用一个单向控制阀把变矩器的油路关闭，使油液不能外流，以免影响转矩输出。
安全阀实际上也是一个调压阀，由弹簧和钢球组成，并联在油泵的进、出油口上，以限制油泵压力。当油泵压力高时，顶开钢球，油经钢球和油道流回油盘。
旁通阀（止回阀）是油液冷却装置的保护器，与冷却装置并联。当流到冷却装置的油液温度过高、压力过大时，阀体打开，起旁通作用，以免高温、高压的油液损坏冷却装置。
6.5.4 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，还包括油箱、过滤器等许多辅助装置。
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1．油箱
自动变速器的油箱，可分为两大类：总体式和分离式。前者把变速器的油底壳作为油箱使用。
后者则分开独立布置，由管道与变速器连通，布置上比较自由。
在正常油温条件下工作时，油箱液面应保持正确的高度。油面过低，则油泵在吸油时可能吸入空气。空气的可压缩性会导致难以正常工作，并且换挡过程中出现打滑和接合延迟现象，使得变速器机构件发热和加速磨损。反之油面过高，则将因齿轮等搅拌而形成泡沫层，同样也会产生过热和打滑，加速油液的氧化。正确的油面高度应根据冷态和热态时不同的标尺刻度进行检查。
此外，一般油箱还应具通气孔，以保证油箱正常的大气压。
2．过滤器
自动变速器由于液压系统零件的高精密度及工作性能的高灵敏度，使其对油液的清洁程度要求极高。经长期使用后，由于油液变质、零件磨损颗粒、磨擦而剥落、密封件磨损脱落、空气中尘埃颗粒，以及其它污物都可能使油液污染，而导致各种故障发生，如滑阀受卡、节流孔堵塞、随动阀失灵等，因此，应对油液进行严格过滤。供油系统中，通常设有集滤器和细滤器。
1）集滤器──通常装在油泵吸油管端，用以防止大颗粒或纤维杂质进入供油系统。滤清材料一般采用 0.08～0.10mm 的金属网或毛织物。
2）细滤器──通常设置在回油管或油泵的输出管道上，它的作用是滤去油液中各种微小颗粒
（大于 0.04mm）,提高油液的清洁度，避免颗粒杂物进入液压控制系统。
6.6 操纵机构
在车辆行驶中，随着节气门开度及车速等参数变化到一定程度时，液压操纵系统即使油泵向换挡时需要动作的离合器或制动器伺服油缸供油，从而实现自动换挡。节气门开度信号由节气门调压阀获得，车速信号参数由速度调压阀获得，而液压操纵系统主油路工作油压则通过主调压阀获得。
液力式自动变速器的挡位是通过转换工作液的流向、通断回路、阻止逆流等来实现的，其组成包括：手动阀、强制降挡阀和换挡阀。
6.6.1 手动阀
汽车自动变速器液压操纵系统手动阀通过连接装置与驾驶室的换挡杆相连，操纵换挡杆可以移动手动阀，进行油路转换。从而通过打开或关闭不同的油路，供驾驶员按工作需要选择 P、R、N、D、
L 等挡位。
如图 6.33 是丰田 A40D 型液力式自动变速器的手动阀的结构和工作原理图。 阀杆由换挡杆操纵，
可左右移动，移动时分别打开或关闭阀体中的油道。手动阀的进油口与一次调压阀相通，压力为管路压力。出油口分别与 1-2 挡换挡阀、2-3 挡换挡阀、顺序动作阀、前离合器和调节阀相通。由图
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6.33，当换挡杆在 N 挡时，关闭进油口，各换挡零件均不工作，变速器空挡。换挡杆在 P 挡时，手动阀把通往低压随动阀和顺序动作阀的油路打开，把其它油道都关闭，自动变速器只有第三制动器
B3 工作。换挡杆在 R 挡时，手动阀打开通往后离合器 C2 和第三制动器 B3 的油道，C2 和 B3 动作，
变速器工作在倒挡。当换挡杆在 D挡时，手动阀把前离合器 C1 和1-2挡换挡阀，2-3 挡换挡阀、减挡压力调节阀和节气门等油路打开，使自动变速器能在一至三挡间变换工作。换挡杆在 2 挡时，通过手动阀油道压力使 2-3 挡换挡阀不能移动，变速器不能自动升到 3 挡。换挡杆在 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，变速器只能在第一挡工作。
图6.33 手动阀构造
1.手动阀拉杆 2.手动阀
6.6.2 节气门调压阀
节气门调压阀根据节气门开度，将工作液压转变为反映节气门开度的加速踏板控制液压，形成自动换挡变速的一个依据。
图6.34 节气门阀工作原理
1.低速挡柱塞 2.弹簧 3,节气门阀 4.断流阀 5.节气凸轮
如图 6.34 在阀体下端,节气门阀凸轮推动减挡柱塞以控制弹簧向上的作用力大小； 在阀体上端，
A、B 两处的液压作用力、后弹簧力都迫使阀体向下运动。当节气门开度增大时，节气门阀凸轮推动低速挡柱塞压紧弹簧，弹簧力增大，上推阀体，工作液入口截面增大，从而加速踏板控制液压也增
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大。加速踏板控制液压是换挡阀控制换挡的依据之一，因而这一液压极为重要；若此阀工作不良，
则不能在规定的速度内发生自动换挡。为获得正常的加速踏板控制液压，通到节气门阀凸轮上的变速器节气门拉线需调整适当，否则会造成换挡冲击或离合器、制动器打滑。
6.6.3 速控调压阀（或称调速阀）
该阀装在自动变速器的输出轴上与轴一起旋转,由于作用于重锤和速控调压阀上离心力的变化，
速控调压阀即能监测出输出轴的旋转方向及车速，然后该阀根据车速调节液压油压力，将工作液压转变为速控液压。如图 6.35 所示，在离心力作用下，重锤和滑阀力图向外移动，而 A 处的液压及弹簧力却力图使滑阀内移；因此，滑阀的位置由这三个力综合决定——取决于合力的方向。
图6.35 速控调压阀工作原理
1.输出轴 2.滑阀 3.弹 簧 4.重锤 5.速控液压阀轴
当转速较低时，重锤、滑阀外移，进油口打开；转速越大，滑阀越向外移动，进油口进油的横截面也越大，液压越高。当汽车在中高速行驶时，转速上升到一定值，重锤被阀体抵住不再外移，
而滑阀在离心力作用下仍继续向外移动，这时就产生了速控液压。
和加速踏板控制液压一样，速控液压也是换挡阀控制换挡依据之一，它施加在换挡阀的另一端。
若自动变速器根本不能换挡（或换挡点过高、过低）则应考虑检查速控调压阀工作是否正常。
6.6.4 自动换挡阀
换挡阀为二位滑阀，其功用是在速控液压、加速踏板控制液压（节气门液压）的作用下，自动切换元件油路，使换挡元件通断而进行变速。如图 6.36 为2-3 挡换挡阀的结构和换挡原理。
当速控液压高时，阀被向上推以克服加速踏板控制液压的阻力和弹簧力，以便开通通往后离合器(C2 )活塞的通道并换至三挡。当速控液压低时，加速踏板控制液压和弹簧将阀向下推,以关闭通往 C2 的活塞通道并换至二挡。在降挡时，闭锁压力作用于 2-3 挡换挡阀以便快速降至二挡。在“2”
范围时,来自手控阀的管路压力作用于中间换挡阀,此阀下降以便换挡至二挡。同样，管路压力通过换挡阀作用于中间阀,产生中间调整压力。 该压力通过 1-2换挡阀作用于制动器 B1 以实现在“2”
范围时，发动机以二挡制动。
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图6.36 2.3 挡换挡阀的原理
6.6.5 强制降挡阀
如图 6.37 a、b 所示为节气门控制的强制降挡阀，在汽车上坡中把加速踏板几乎踩到底时，降挡柱塞移动的距离较大，使来自强制降挡阀的油路开通。因此降挡压力作用于 1-2 挡换挡阀及 2-3
挡换挡阀，即由第三挡减到第二挡或由第二挡减至第一挡。随着车速的提高，来自调速阀压力也相应提高，当此压力足够大时，汽车自动换入高挡行驶。当加速踏板一抬起，降挡柱塞回位，强制降挡阀油路关断，此时调速压力仍较高，使汽车可继续向高挡换挡。
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 6.37c 所示，
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（作用节气门油压的一端）,强迫换挡阀右移，让自动变速器降低一个挡位。
6.6.6 超速挡液压控制阀
在装有超速挡的液力自动变速器上，设有超速挡控制阀，如图 6.38 是超速挡控制阀结构图，由
3-4（超速挡）换挡阀、滑动换挡阀和电磁阀等组成。3-4 换挡阀控制着超速离合器 C 0 和超速制动器B 0的油路，阀体的进油压力来自电磁阀控制的管路压力、速控液压加速踏板控制 液压，出油口与
C0、B 0 相通。电磁阀接通时，回油口打开，管路压力通过回油孔流回油盘，使管路压力不作用在滑动换挡阀上方。超速换挡阀能上下移动。电磁阀关闭时，管路压力作用在滑动换挡阀上方，3-4 换挡阀不能上移，防止升到超速挡。加速踏板控制液压和弹簧张力作用在 3-4 换挡阀的上方，调速阀压力作用在下方，如果电磁阀打开，阀体可以上下移动换挡。车速高，调速阀压力高，柱塞上行，
B0 油路接通，同时 C 0 油路断开，变速器由第三挡升到超速挡。车速低，调速阀压力低，柱塞下行，
B0 油路断开，C 0 接通，变速器由超速挡减到第三挡。
液力式自动变速器在超速挡工作应满足以下条件：其一，电磁阀必须接通；其二，选挡杆置于
D 挡；其三，车速应高到一定程度。在有的自动变速器上，为了使超速挡工作时机得当，电磁阀的
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工作受 ECU控制。
图6.37 强制降挡阀和降挡柱塞工作示意图
a）降挡压力调节阀 b）节气门阀 c）电磁阀控制的强制降挡阀
1.节气门拉索 2.节气门阀凸轮 3.降挡柱塞 4.柱塞回位弹簧 5.节气门 6.节气门弹簧7.加速踏板 8.强制降挡 开关 9.强制降挡电磁阀 10.阀杆 11.阀芯
图6.38 超速挡液压控制阀
1.超速电磁阀 2.滑动换挡阀 3.3.超速挡换挡阀簧7.加速踏板 8.强制降挡开关 9.强制降挡电磁阀 10.阀杆 1 1.阀芯
6.6.7 电子控制系统
电子控制自动变速器中电子控制系统常用的传感器有节气门位置传感器、车速传感器、输入轴
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转速传感器、液压油温度传感器等，此外，还有控制开关和电磁阀等执行器（图 6.39） 。
图6.39 自动变速器的电子控制系统组成框图
1．控制开关
电子控制装置中的控制开关有：空挡起动开关、模式开关、降挡开关、制动开关、挡位开关、
超速挡开关等。
（1）挡位开关（俗称空挡起动开关） 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（图6.40）,用于检测操纵手柄的位置。
图6.40 空挡起动开关
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（图 6.41） 。当选挡手柄位于空挡或驻车位置时，起动开关接通。这时起动发动饥，起动开关便向电控单元输出起动信号，
使发动机得以起动。如果选挡手柄位于任一驱动位置，则起动开关断开，发动机不能起动，从而保
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证使用安全。
挡位开关还可将变速器换挡杆位置信息传送给自动变速器 ECU，而 ECU 则可判断挡位开关输入的３个位置信号。若输入的分别是 N、2 和 L 信号，ECU 判断变速器处于相应的 N、2 和 L 挡位；若不输入上述信号，ECU 则判断变速器处于 D 挡位。
（2）模式开关 大部分电子控制自动变速器都有一个模式开关，用来选择自动变速器的控制模式，以满足不同的使用要求。所谓控制模式主要是指自动变速器的换挡规律。常见的自动变速器的控制模式有以下几种,
1）经济模式（ECONOMY） 。这种控制模式是以汽车获得最佳的燃油经济性为目标来设计换挡规律的。当自动变速器在经济模式状态下工作时，其换挡规律应能使发动机在汽车行驶过程中经常处在经济转速范围内运转，从而提高了燃油经济性。
2）动力模式（POWER） 。这种控制模式是以汽车获得最大的动力性为目标来设计换挡规律的。在这种控制模式下,自动变速器的换挡规律能使发动机在汽车行驶过程中经常处在大功率范围内运转，
从而提高了汽车的动力性能和爬坡能力。
3）标准模式（NORMAL） 。标准模式是指换挡规律介于经济模式和动力模式之间的一种换挡模式。
它兼顾了动力性和经济性，使汽车既保证一定的动动性，又有较佳的燃油经济性。
（3）降挡开关 当加速踏板超过节气门全开位置时，此开关接通，并向 ECU 发出信号。ECU 接收到信号后，按内存程序控制换挡，并将变速器自动下降一个挡位，以提高加速性能。
（4）制动开关 制动时将信号输送给 ECU，以解除锁止离合器的结合，防止突然制动时引起发动机熄火。
（5）超速挡开关 超速挡开关一般设在换挡杆手柄上，超速切断指示灯安装在组合仪表板上，
其工作情况如图 6.41 所示。当超速挡开关打开（,OD ON” ）时，其触点时断开的，从蓄电池来的 12V
图6.41 超速挡开关和超速切断指示灯的工作情况
电压信号经超速切断指示灯送入 ECU,ECU 获得正确的输入信号电压时，自动变速器随车速的升高才
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可升入 4 挡（超速挡） 。当超速挡开关关闭（,OD OFF” ）时，其触点时闭合的，并将 0V 电压信号送入 ECU，此时不能升入超速挡。
2．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。
（1）开关式电磁阀 开关式电磁阀的作用是开启或关闭液压油路，通常用于控制换挡阀及变矩器锁止控制阀的工作。开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、回位弹簧、阀芯和阀球所组成（图 6.42） 。
它有三种工作方式：一种是让某一条油路保持油压或泄空，如图 6.42a，即当电磁线圈不通电时，
阀芯被油压推开，打开泄油孔，该油路的液压油经电磁阀泄空，油路压力为零；当电磁线圈通电时，
电磁阀使阀芯下移，关闭泄油孔，使油路油压上升。另一种是开启或关闭某一条油路，即当电磁线圈不通电时，油压将阀芯推开，阀球在油压作用下关闭泄油孔，打开进油孔，使主油路压力油进入控制油道，如图 6.42b；当电磁线圈通电时，电磁力使阀芯下移，推动阀球关闭进油孔，打开泄油孔，控制油道内的压力油由泄油孔泄空，如图 6.42c。
图6.42 开关式电磁阀
1.ECU 2.电磁线圈 3,衔铁和阀芯 4.钢球 5.泄油孔 6.主油道 7.控制油道
（2）脉冲线性式电磁阀 脉冲线性式电磁阀的结构与开关式电磁阀相似，也是由电磁线圈、衔铁、阀芯或滑阀等组成（图 6.43） 。它通常用来控制油路中的油压。当电磁线圈通电时，电磁力使
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图6.43 脉冲线性式电磁阀
阀芯或滑阀开启，液压油经泄油孔排出，油路压力随之下降。当电磁线圈断电时，阀芯或滑阀在弹簧弹力的作用下将泄油孔关闭，使油路压力上升。脉冲线性式电磁阀和开关式电磁阀的不同之处在于控制它的电信号不是恒定不变的电压信号，而是一个固定频率的脉冲电信号。电磁阀在脉冲电信号的作用下不断反复地开启和关闭泄油孔，电脑通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率（称为占空比，变化范围为 0％～100％）,改变电磁阀开启和关闭时间的比率，来控制油路的压力。占空比越大，经电磁阀泄出的液压油越多，油路压力就越低；反之，占空比越小，油路压力就越高。
脉冲线性式电磁阀一般安装在主油路或减振器背压油路上，ECU 通过这种电磁阀在自动变速器升挡或降挡的瞬间使油压下降，进一步减少换挡冲击，使挡位的变换更加柔和。
6.6.8 自动变速器换挡图
如图 6.44a所示，在 20%节气门开度时，变速器换入高挡的车速为：1 挡→2 挡，15km/h；2 挡
→3 挡，30km/h；3 挡→4 挡，40km/h；锁止 ON 约为 60km/h。在 20%节气门开度时，变速器换入低挡的车速为：锁止 OFF 约为 45km/h；4挡→3 挡，35km/h ；3 挡→2 挡，20km/h；2 挡→1 挡，10km/h。
如图 6.44b所示为丰田 A43DE 自动变速器在经济模式下的换挡图。
6.7 典型自动变速器
6.7.1 宝来轿车 01M 自动变速器
1．结构简介
01M自动变速器是电控液力四挡自动变速器，主要装备在宝来轿车和捷达都市先锋轿车上。它集成于自变速驱动桥中，由液力变矩器、行星齿轮变速器、液压操纵系统、电控系统、主减速器和
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差速器等部分组成，其结构见图 6.4。动力通过行星齿轮系的输出斜齿轮传递到主传动齿轮轴（中间传动）,进而传递到差速器（主传动）,再通过差速器分配给左右车轮，见图 6.46。
图6.44 自动变速器换挡图
a）标准模式 b）经济模式
图 6.45 01M 自动变速器的结构简图
l.行星齿轮系 2.行星齿轮系输出齿轮 3.中间传动轴 4.差速器
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图 6.46 主传动的组成
,l.差速器主动齿轮 2.中间传动轴,3.行星齿轮系输出齿轮 4.行星齿轮系 5.变矩器 6.中间传动轴输出齿轮 7.行星齿轮
（ 1）闭锁式液力变矩器 闭锁式变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮及带扭转减振器的锁止离合器组成，见图 6.47。
闭锁式液力变矩器可以提高效率，改善经济性。它可以实现液力变矩器传动和机械直接传动两种工况，把两者的优点结合于一体。
图 6.47 闭锁式液力变矩器的组成
l.变矩器壳体 2.锁止离合器 3.涡轮 4.导轮 5.泵轮
变矩器闭锁离合器工作原理见图 6.48。闭锁式液力变矩器内有一个由液压操纵的闭锁离合器，
或称锁止离合器。闭锁离合器的主动盘就是变矩器壳体，从动盘是可轴向移动的压盘，为了减小离合器接合和分离瞬间的冲击，从动盘内圈上带有弹性减振盘，然后与涡轮输出轴相连。主动盘和从动盘相接触的工作面上有摩擦片。压盘左右两侧的油液由滑阀箱内的锁止控制电磁阀控制。
当压盘左右两侧保持相同的压力，闭锁离合器处于分离状态（见图 6.48a)。动力须经液力变矩器传递，可充分发挥液力传动减振吸振、自动适应行驶阻力剧烈变化的优点，适合于汽车起步、换挡或在坏路面上行驶工况使用。当锁止电磁阀控制压盘左侧的油压降低，而压盘右侧的油液压力仍
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较高时；在此压差的作用下，压盘通过摩擦片压紧在主动盘上，闭锁离合器接合（图 6.48b） 动力经闭锁离合器实现机械传动，变矩器输入（泵轮）轴与输出（涡轮）轴成为刚性联接，传动效率较高，提高了汽车的行驶速度和燃油经济性。
图 6.48 变矩器闭锁离合器工作原理
a)离状态 b）接合状态
1.减压空间 2.摩擦衬片 3.锁止活塞 4.变矩器油压
闭锁离合器的油路控制见图 6.49。闭锁离合器分离状态：油道 A 和 B 打开，油道 C 关闭，自动变速器油由油道 A 流向油道 B，油道 B 的油流向行星齿轮系起到润滑作用；闭锁离合器接合状态：
油道 A,B,C 都打开，但油道 A 打开卸压，自动变速器油由油道 C 流向油道 A 和 B，油道 B 的油流向行星齿轮系起到润滑作用。
图 6.49 闭锁离合器的油路控制
当闭锁离合器接合时，导轮单向离合器即脱开，导轮自由旋转。泵轮和涡轮虽然是同速转动，
但与导轮有一定的转速差，因此，在变矩器内仍有少量液流作循环流动，从而有一定的液力损失，
即使成为直接机械传动，传动效率也略低于 100％。
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根据车速、节气门参数按比例转换的锁止电磁阀电压信号，由自动变速器控制单元进行控制。
（ 2）行星齿轮变速机构 行星齿轮变速器主要由行星齿轮副、片式离合器、盘式制动器、单向离合器组成，见图 6.50。
图 6.50 行星齿轮变速器结构
l.大太阳轮 2.小太阳轮 3.行星轮支架
K1.1～ 3 挡离合器 K2.倒挡离合器 K3.3,4 挡离合器 B1.倒挡制动器 B2— 2 挡和 4挡制动器
图 6.51 行星齿轮系结构
l.齿圈 2.短行星齿轮 3.长行星齿轮 4.大太阳轮 5.小太阳轮,
行星齿轮系由大,小太阳轮各二个,长,短行星齿轮各 3 个,行星齿轮架和齿圈组成,见图 6.51。
长行星齿轮采用分段式结构，使 3 挡到 4 挡的转换更加平顺。短行星轮 2 与长行星齿轮 3 及小太阳轮 5 啮合；长行星齿轮 3 同时与大太阳轮 4、短行星齿轮 2 及齿圈啮合，动力通过齿圈输出。
行星齿轮变速器的换挡执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成。离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。片式离合器和盘式制动器由阀体（滑阀箱）进行液压控制。离合器 K1 用于
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驱动小太阳轮，离合器 K2 用于驱动大太阳轮，离合器 K3 用于驱动行星齿轮架，制动器 B1 用于制动行星齿轮架，制动器 B2 用于制动大太阳轮。
图 6.52 液压油路
l.滑阀箱 2.壳体密封装置 3.油泵 4.离合器 5.电磁阀 6.压力滑阀 7.滤清器
（ 3）液压系统 液压系统主要由液压泵、油道、滤清器、压力滑阀等组成，见图 6.52。
2．各挡动力传递路线
01M 自动变速器的工作原理见图 6.53。各挡位与执行元件的关系见表 6.6。
表 6.6 各挡位与执行元件的关系
档位 B1 B2 K1 K2 K3 F K0
R ○ ○
1H ○ ○
1M ○ ○ ○
2H ○○
M ○ ○ ○
3H ○ ○
3M ○ ○ ○
4H ○ ○
4M○ ○ ○ ○
注：○表示离合器、制动器或单向离合器接合； H 液力传动； M 机械传动。
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图 6.53 工作原理简图
K0.变矩器锁止离合器 P.泵轮 W.涡轮 D.导轮 F0.导轮单向离合器
B2,2-4 挡制动器 K2.倒挡离合器 K1.l-3 挡离合器 K3.3,4 挡离合器 B1.倒挡制动器
变速器各挡动力传递路线如下,
（ 1） 1 挡 液力式二挡时，离合器 K1 接合，单向离合器 F 工作。其动力流程为：泵轮→涡轮
→涡轮轴→离合器 K1→小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮驱动齿圈，见图 6.54。
,图 6.54 液力 1 挡动力流程
（ 2） 2 挡 液力式 2 挡时，离合器 K1 接合，制动器 B2 制动大太阳轮。其动力流程为,
泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K1→小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮围绕大太阳轮转动并驱动齿圈，见图 6.55。
.图 6.55 液力 2 挡动力流程
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（ 3） 3 挡 液力式 3 挡时，离合器 K1 与 K3 接合，驱动小太阳轮和行星齿轮架。因而使行星齿轮副锁止并一同转动。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K1 和 K3→整个行星齿轮副转动，见图 6.56。
机械式 3 挡时，变矩器锁止离合器 K0 接合，离合器 K1,K3 接合，行星齿轮副锁止，形成一个整体进行工作。动力流程为：泵轮→锁止离合器 K0→离合器 K1 和 K3→整个行星齿轮副转动，见图
6.57。
图 6.56 液力 3 挡动力流程
图 6.57 机械 3 挡动力流程
（ 4） 4 挡 液力式 4 挡时，离合器 K3 接合，制动器 B2 工作，使行星齿轮架工作，并制动大太阳轮。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K3→行星齿轮架→长行星齿轮围绕大太阳轮转动→驱动齿圈，见图 6.58。
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.图 6.58 液力 4 挡动力流程
机械式 4 挡时，变矩器锁止离合器 K0 接合，离合器 K3 接合，制动器 B2 工作，使行星齿轮架工作，并制动大太阳轮。其动力流程为：泵轮→锁止离合器 K0→离合器 K3→行星齿轮架→长行星齿轮围绕大太阳轮转动→驱动齿圈，见图 6.59。
图 6.59 机械 4 挡动力流程
（ 5）倒挡 变速杆在,R”位置时，离合器 K2 接合，驱动大太阳轮；制动器 B1 工作，使行星齿轮架制动。 动力流程为,泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K2→大太阳轮→长行星齿轮反向驱动齿圈，
见图 6.60。
图 6.60 倒挡动力流程
3．电子控制系统
自动变速器的电子控制装置由传感器、控制开关、自动变速器控制单元（微电脑）等部件组成，
见图 6.61。控制单元是控制系统的核心，它根据安装在发动机、自动变速器上的各种传感器所测得的节气门开度、汽车车速、变速器油温等运行参数，以及各种控制开关传来的当指令，以使各液压控制阀动作，从而实现对自动变速器的控制。
电控系统电路见图 6.62。
（ 1）节气门电位计 G69 节气门电位计与节气门联在一起，不断地将节气门位置和油门踏板踏
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下速度的信号传给发动机控制单元，然后由发动机控制单元传给自动变速器控制单元。
该信号的作用,
1）计算按载荷变化的换挡时刻。
2）根据挡位按载荷变化对自动变速器油压进行调整。
3）按油门踏板的踏下速度，控制单元确定换档时刻。
信号中断的影响,
1）控制单元用发动机平均负载来确定换挡时刻。
2）自动变速器油压按挡位调整到油门全开时的油压。
（ 2）变速器转速传感器 G38 变速器转速传感器是感应式传感器，位于变速器壳体内，用于指示行星齿轮系中大太阳轮的转速，见图 6.63。利用大太阳轮转速，控制单元可准确识别换档时刻，
控制多片离合器。换挡过程中，通过减小点火角来减小发动机转矩。该信号中断后，控制单元进入应急状态。
图 6.61 电子控制系统组成
l.节气门电位计 G69 2 变速器转速传感器 G38 3.车速传感器 G68 4 发动机转速传感器 G28 5.多功能开关 F125 6.制动灯开关 7.强制低挡开关 F8 8.变速器机油温度传感器 G93 9.自诊断接口 10.变速杆位置指示板 11.空调装置 12.发动机控制单元 J220 13.起动锁和倒车灯继电器
J226 14.变速杆锁止电磁阀 N110 15.带电磁阀的滑阀箱,16.变速器控制单元 J217
（ 3）传感器 G68 车速传感器安装在变速器壳体内，见图 6.64。通过主动齿轮上的脉冲叶轮，
由感应式传感器接收车速信息，见图 6.65。
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信号作用,
1）决定应换入某一档位；
2）速度调节装置（本车未使用）
3）进行变矩器锁止控制。
信号中断的影响,
l）控制单元用发动机转速作为代用信号。
2）锁止离合器失去锁止功能。
3）发动机转速传感器 G28 自动变速器控制单元使用发动机管理系统的发动机转速信号。见图
6.66。
信号作用,
图 6.62 电控系统电路
B/50.起动机（接线柱 50） ； D/50.点火开关（接线柱 50） ； F 制动灯开关； F8.强制低速挡开关； F125.多功能开关； G28.发动机转速传感器 G38.
变速器转速传感器 G68.车速传感器 G69.节气门电位计 G93.变速器机油温度传感器； J220.起动锁和倒车灯继电器 J220 发动机控制单元； J2I7.
自动变速器控制单元； L19.挡位指示板照明灯； M16／ M17.倒车灯； M9／ M10.制动灯和尾灯； N88.电磁阀 1； N89.电磁阀 2； N90.电磁阀 3；
N9l.电磁阀 4； N92.电磁阀 5； N93.电磁阀 6； N94.电磁阀 7； N110.变速杆锁止电磁阀； S14.熔断器附加信号；□
1
.变速杆位置指示板；□
2
.
速度调节装置；□
3
.空调装置
1）控制单元将发动机转速信号与车速进行对比。接转速差控制单元识别出锁止离合器的打滑状况。如果滑动过大，即转速差过大，控制单元就增大锁止离合器压力，滑动相应减小。
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2）发动机转速传感器信号可作为车速传感器信号的替代值。
信号中断的影响：控制单元进入应急状态。
图 6.63 变速器转速传感器 G38（插头为白色）
图 6.64 车速传感器 G68（插头为黑色）
图 6.65 主动齿轮上的脉冲叶轮
图 6.66 发动机转速传感器 G28
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（ 5）多功能开关 F125 位于变速器壳体内，由变速杆拉索控制，见图 6.67。
图 6.67 多功能开关 F125
信号作用,
1）将选挡位置的信息传给变速器控制单元。
2）负责倒车灯的开启。
3）防止起动机在行驶状态啮合，并锁住选挡杆。
信号中断的影响：控制单元进入应急状态。
（ 6） 制动灯开关 F 制动灯开关安装在脚踏板支架上,控制单元通过该开关判断汽车是否制动。
信号作用：制动灯开关信号用于锁止变速杆。静止的车辆只有踏下制动踏板，变速杆才能脱离
P 或 N 挡位置。
信号中断的影响：如果接触点断开，变速杆锁止功能解除。
（ 7）强制低挡开关 F8 该开关与油门拉索装成一体，油门踏板踏到底并超过油门全开点时，
此开关工作，见图 6.68。
图 6.68 强制低挡开关 F8
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信号作用,
1）压下此开关，变速器马上强制换入相邻低挡 (如从 4 挡到 3 挡 )升挡需在发动机转速较高时才进行。
2）如果压下此开关后，为加大输出功率，空调装置切断 8s。
强制低挡开关信号中断时，当油门踏板踏到行程的 95％时，控制单元设定该开关起动。
（ 8）变速器机油温度传感器 G93 变速器机油温度传感器位于浸在自动变速器油内的滑阀箱上的传输线上。该传感器用于感知变速器机油温度，见图 6.69。
图 6.69 变速器机油温度传感器 G93
变速器机油度传感器 G93 是一个负温度系数电阻。随机油温度升高，其电阻降低。机油温度达到最高值 -150℃时，锁止离合器接合。液力变矩器卸荷，自动变速器油开始冷却。如果机油温度还不下降，控制单元使变速器降一挡。该信号中断后，无替代功能。
（ 9）起动锁和倒车灯继电器 J226 起动锁和倒车灯继电器 J226 是一组合继电器，装在中央继电器盘上，接收多功能开关 F125 的信号。
该继电器作用,
l）防止车辆在挂挡状态下起动发动机。
2）挂上倒挡可接通倒车灯。
（ 10）变速杆锁止电磁阀 N110 变速杆锁止电磁阀位于变速杆上。该电磁阀与点火系统接通，起到挡位锁止作用。踏下制动踏板，锁解除，变速杆可推入其他挡位。
（ 11）带电磁阀的滑阀箱 电磁阀 N88-N94 位于变速器的滑阀内，由控制单元控制。有两种不同的电磁阀，见图 6.70。
电磁阀 N88,N89,N90,N92 和 N94“是 -非”阀，其作用为,
l）控制单元通过电磁阀 N88,N89 和图 6.62 电磁阀 N90 打开或关闭某一油道，使变速器换入确定的挡位。
2）电磁阀 N92 和 N94 使换挡平顺； 电磁阀 N9l 和 N93 是调节阀，这两个阀用来调节离合器和
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制动器压力大小，油压由控制单元来控制，控制油压低表示压力大。具体作用,
①电磁阀 N9l 调节锁止离合器压力。
②电磁阀 N93 控制多片式离合器和制动器的压力。
图 6.70 电磁阀
信号中断的影响：控制单元进入应急状态。
（ 12）变速器控制单元 J217 该控制单元控制自动变速器的所有电气及液压系统工作。
l）包括与驾驶员和行驶状况有关的行驶程序，由模糊逻辑控制，满足不同驾驶员的驾驶要求。
2）与行驶阻力有关的行驶程序，可识别如：上坡、顶风及下坡等行驶阻力。
3）应急状态。如果控制单元出了故障，可通过操纵变速杆在滑阀箱内换挡，使 1 挡液压,3 挡液压、倒挡仍有效。变速杆在位置,D”,汽车通过液压以 3 挡起动。
（ 13）自诊断系统 自诊断系统监控传感器电信号和执行元件动作，对控制单元进行自检。如出现故障，替代功能立即生效。从控制单元的永久性存储器中可读出故障说明，所以，即使蓄电池断开及控制单元插头已拔下，故障存储仍保留。
在读出故障时，控制单元区分出永久故障和偶发故障。在几个行驶周期内只发生一次的
故障即认为是偶发故障。如果一个故障在汽车行驶 1000km 后不再出现，它自动从存储器中
清除。如果在控制单元运行周期内故障仍存在，那么控制单元认为它是永久故障。
6.7.2 丰田 A340E 电子控制自动变速器
丰田 A340E 电子控制自动变速器由液力变矩器、行星齿轮机构、液压控制系统和电子控制系统组成。
1．液力变矩器
电子控制自动变速器的液力变矩器结构、功能均与全液压控制自动变速器的相同，且带锁止离合器。液力变矩器内的工作液根据三号电磁阀的动作而流动，从而使锁止离合器接合和脱开。
2．行星齿轮机构
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电子控制自动变速器的行星齿轮机构与全液压控制的自动变速器基本相同。这种四个前进挡的电子控制自动变速器（图 6.71），包括三套行星齿轮组、三个离合器、四个制动器、三个单向离合器以及超速输入轴、输入轴和输出轴。各元件之间的关系如下,
1）超速输入轴与超速行星齿轮架和超速直接离合器毂为旋转件。
2）超速太阳轮、超速直接离合器毂和超速制动器毂连成一体。
3）超速单向离合器外圈与超速行星齿轮架啮合，而内圈则与超速太阳轮成一体。
4）输入轴与超速行星内齿圈花键相连，并与直接离合器毂和前进离合器毂一体旋转。
5）前进离合器毂与前行星齿轮一体旋转。
6）前、后太阳轮为一体，且与直接离合器鼓啮合。
7）二挡制动器毂也是一号单向离合器的外圈，一号单向离合器的内圈与前、后太阳轮组合成一体。
8）二号单向离合器的内圈固定在变速器壳体上，外圈与后行星齿轮架成一体旋转。
9）前行星齿轮架、后行星内齿圈与输出轴一体旋转。
图6.71 丰田A340E变速器动力传递情况
1.超速齿轮架 2.超速行星齿轮 3.超速内齿圈 4.前齿轮架5.前行星齿轮
6.后齿轮架 7.后行星齿轮 8.输出 轴 9.后内齿轮 10.前、后太阳轮
11.前内齿圈 12.输入轴 1 3.超速太阳轮 14.超速输入轴
表 6.7 为丰田 A340E 变速器各元件的功能，表 6.8 为各元件的工作状态，表 6.9 为电磁阀与换挡阀的工作情况。
表 6.7 丰田 A340E 变速器各零件的功能
零件代号及名称 功能
C1 前进挡离合器 连接输入轴和前内齿圈
C2 直接挡离合器 连接输入轴和前、后太阳轮
C0 超速－直接挡离合器 连接超速挡太阳轮和超速挡行星齿轮架
B1 第2 挡跟踪惯性制动器 防止前、后太阳轮顺时针或逆时针方向转动
B2 第2 挡制动器 防止F 1的外圈顺时针或逆时针方向转动，这样就防止了前、后太阳轮逆时针方向转动
B3 第1 挡和倒挡制动器 防止后行星齿轮架顺时针或逆时针方向转动
B0 超速挡制动器 防止超速太阳轮顺时针或逆时针方向转动
F1 一号单向离合器 当B 2工作时，此离合器防止前、后太阳轮顺时针方向转动
F2 二号单向离合器 防止后行星齿轮架逆时针方向转动
F0 超速挡单向离合器 当变速器开始被发动机驱动时，此离合器连接超速挡太阳轮和超速齿轮架
行星齿轮
这些齿轮改变行迹并根据每个离合器和制动器的工作情况传递驱动力,以提高或降低输入和输出转速
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表 6.8 各元件的工作状态
换挡杆位置
挡位
1
＃
电磁阀
2
＃
电磁阀
C0 C1 C2 B0 B1 B2 B3 F0 F1 F2
P 停车 通 断 ○
R 倒挡
通 断 ○
○ ○ ○
N 空挡
通 断 ○
1挡 通 断 ○ ○
○
2挡 通 通 ○ ○
○
○
○
3挡 断 通 ○ ○ ○
○
○
D
OD 挡 断 断
○ ○
○
○
1挡 通 断 ○ ○
○
○
2挡 通 通 ○ ○
○
○
○
○ 2
3挡 断 通 ○ ○
○
○
○
1挡 通 断 ○ ○
○
○
L
2 挡 通 通断 ○ ○
○ ○
○
○
表 6.9 电磁阀与换挡阀的工作情况
电磁阀 换挡阀
1＃ 2＃ → 1-2 2-3 3-4 →
挡位
开 关
→
下 上 上
→
1
开
开 →
上 上 上
→
2
关
开 →
上 下 上
→
3
关 关
→
上
下 下 →
超速
3．液压控制系统
液压控制系统由液压泵、阀体、电磁阀、离合器和制动器以及连接所有这些元件的液压通道组成。液压控制系统以液压泵产生的液压为基础，根据车辆的行驶工况来控制作用在液力变矩器、各离合器和制动器上的液压。
阀体上有三个电磁阀，这些电磁阀根据 ECU 的信号打开和关闭，从而操纵各换挡阀。换挡阀对液体通道进行转换，使工作液通向液力变矩器以及各离合器和制动器，以控制液力变矩器和行星齿轮机构。A340E 电控自动变速器液压控制流程图参见图 6.3。
电子控制自动变速器阀体上的变速系统和锁止系统的油路与全液压控制自动变速器有很大的不同，下面说明换挡阀和锁止中继阀是怎样由电磁阀的开关信号来操作。
电子控制自动变速器的液压控制系统取消了速控调压阀，手控阀、主调压阀与全液压控制自动变速器完全相同，节气门调压阀的结构和操作虽与全液压控制自动变速器相同，但两者的作用却有所不同。全液压控制自动变速器中，节气门调压阀产生的压力信号用来调节管路压力，并作为变速器升降挡的信号压力；而在电子控制自动变速器中，节气门调压阀产生的压力信号只用来调整管路压力。若节气门拉线调得不恰当，会导致管路压力过高或过低，造成换挡冲击离合器和制动器打滑。
电子控制自动变速器的换挡阀与全液压控制自动变速器的换挡阀相比，则有很大的不同。
- 59 -
（1）1-2 挡换挡阀 1-2 挡换挡阀（图 6.72）进行 1、2 挡之间的变换。当 ECU 发出信号使二号电磁阀关闭时，管路压力将作用于此阀的上部①处，克服弹簧压力使此阀下移，变速器进入 1 挡。
图6.72 1.2 挡换挡阀
当 ECU 发出信号使二号电磁阀打开时，作用于此阀①的管路压力从二号电磁阀的排泄口释放，
这时弹簧张力使此阀上移，接通通向 B 2的油路，B 2动作，变速器进入 2 挡。
当变速器在超速挡时，二号电磁阀也像 1 挡一样关闭，管路压力也作用于此阀①上。但由于从
2-3 挡换挡阀来的管路压力作用于此阀②上（这时一号电磁阀是关闭的），所以此阀在弹簧张力的作用下仍留在向上的位置。
（2）2-3 挡换挡阀 2-3 挡换挡阀（图 6.73）进行 2、3 挡之间的变换。当 ECU 使一号电磁阀打开时，作用于此阀①上的管路压力通过一号电磁阀的排泄口释放，这时弹簧张力使此阀上移，变速器处于 2挡。
图6.73 2.3 挡换挡阀
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当 ECU 关闭一号电磁阀时，作用于此阀①上的管路压力克服弹簧张力，使此阀下移，接通通向
C2的油路，C 2动作，变速器进入 3 挡。
当变速器在“L”范围时，从手控阀来的管路压力作用于此阀的位置②上，使之保持向上，不能下移，无法进入 3 挡。
（3）3-4(超速挡)换挡阀 3-4(超速挡)换挡阀 （图 6.74）进行 3-4(超速挡)间的变换。当 ECU
打开二号电磁阀时，作用于此阀①上的管路压力从二号电磁阀上的排泄口释放，弹簧张力使此阀上移，变速器处于 3 挡；当 ECU 关闭二号电磁阀时，作用于此阀①上和管路压力克服弹簧张力，使此阀下移，切断通往 C 0的油路，接通通往 B 0的油路，变速器进入 4 挡（超速挡）。
图6.74 3.超速挡换挡阀
当变速器在 1 挡时，二号电磁阀也如 1 挡那样关闭，管路压力同样作用于 3－4(超速挡)换挡阀的①上，但由于从 2-3 挡换挡阀来的管路压力作用于 3-4(超速挡)换挡阀的②上（因为一号电磁阀打开），所以 3-4(超速挡)换挡阀仍在弹簧张力的作用下保持在上部。
（4）锁止中继阀 锁止离合器脱开时，管路压力总作用于锁止中继阀底部，在此压力和弹簧张力的作用下，阀被推向上部。
当 ECU 使三号电磁阀关闭时，作用于此阀上部的 B 2管路压力被释放，锁止中继阀在底部的管路压力和弹簧张力的作用下保持向上的位置。这样，流向液力变矩器的工作液如图 6.75a 所示，锁止离合器保持脱开。
在锁止离合器接合状态下，当 ECU 发出信号使三号电磁阀打开时，B 2管路压力作用于锁止中继阀顶部。同时管路压力也作用于阀的底部。但由于阀 A 处的截面积比 B 处大，所以阀被向下推，这样，工作液就按反方向流向变矩器（图 6.75b），把锁止离合器推靠在变矩器前盖上，使锁止离合器接合。
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图6.75 锁止中继阀
a）锁止离合器脱开 b）锁止离合器接合
1.锁止离合器 2.壳体 3.三号电磁阀
综上所述，电子控制自动变速器的换挡阀和锁止中继阀上只作用有管路压力，阀的位置（即变速器所处的挡位与锁止离合器是否接合）只由管路压力的通断决定；而管路压力的通断又由 3 个电磁阀的开闭决定，电磁阀的开闭是由电子控制自动变速器的 ECU 控制。这就是电子控制自动变速器与液力自动变速器的不同之处。
4．电子控制系统
丰田 A340E 电子控制自动变速器的电子控制系统，要控制变速器的换挡时刻和锁止时刻，它主要由传感器、ECU 和电磁执行器三部分组成。图 6.76a 为丰田 A340E 型电子控制自动变速器的电子控制系统原理图。传感器检测各种用来判断合适的换挡时刻和锁止时刻的数据，将其转换成信号送到 ECU。用于电子控制系统的传感器和开关,主要有节气门位置传感器、车速传感器、冷却液温度传感器、行驶方式选择开关、空挡起动开关、制动灯开关、超速主开关等，其零件分布如图 6.76 b
所示。
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图6.76 丰田 A340E型自动变速器的电子控制系统
a）原理 b）零件分布
1.蓄电池 2.点火开关 3,主继电器 4.制动灯开关 5.二号车速传感器 6.二号电磁阀 7.一号电磁阀 8.空挡起动开关 9.超速挡关断指示灯 10.超速主开关 11.行驶方式选择开关 12.一号车速传感器 13.节气门位置传感器 14.冷却液温度传感器 15,检测接头 16.巡航 ECU 17.
停车灯开关 18.三号电磁阀 19.发动机和变速器ECU
丰田 A340E 型电控自动变速器的 ECU 与发动机 ECU 组合成一体，称为发动机与变速器 ECU。其功能有：控制换挡时刻及锁止时刻、自诊断、失效保护及其它控制。
（1）换挡时刻的控制 在 ECU 存储器内，已将每一换挡杆位置（D、2、L）的最佳换挡模式和行驶方式进行编程。工作时，ECU 根据行驶方式选择开关和空挡起动开关的位置，自动选择，按其中一种换挡方式工作，然后通过车速传感器输入的车速信号和节气门位置传感器输入的节气门开度信号，控制一号、二号电磁阀的开或关。用这种方法，ECU 即可控制换挡阀打开或切断离合器、制动器的油路，从而实现升、降挡。此过程如图 6.77 所示。
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图6.77 换挡时刻的控制框图
（2）锁止系统控制 在发动机和变速器 ECU 的存储器中，已存入每一种行驶方式下锁止离合器工作情况的程序。ECU 通过车速信号和节气门开度信号使锁止电磁阀开或关，从而控制锁止正时，
其操作如下所述。
如果下列三个条件同时出现，ECU 将打开三号电磁阀使锁止系统动作,
1）变速杆在“D”位置，以 2、3 挡或超速挡行驶。
2）车速和节气门开度均在设定值以上。
3）ECU 没有收到强制解除锁止系统的信号。
如果出现下列情形，ECU会将锁止系统强制解除，即关闭三号电磁阀，解除锁止离合器,
1）制动灯开关接通（制动期间）。
2）节气门位置传感器的 IDL 触点闭合（节气门全关）。
3）冷却液温度低于 50℃。
4）在巡航控制系统控制下，车速降到低于设定车速 10km/h或以下。
上述 1）和 2）是为了在后轮锁死时防止发动机熄火，3）是为了改善汽车行驶性能和加快发动机升温，4)是为了使液力变矩器起作用以获得扭矩放大。
另外，锁止系统动作期间，ECU 会在升挡和降挡时暂时脱开锁止离合器，以减少换挡冲击，图
6.78 为锁止系统控制过程框图。
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图6.78 锁止系统的控制框图
（3）自诊断 当车速传感器、电磁阀或降挡开关发生故障时，ECU 通过“OD OFF”指示灯的闪烁输出故障代码，以指示故障所发生的部位。修理人员通过短接诊断端子可读出故障代码。
如果不是对应于表 6.10的电压换挡,则可能是电磁阀卡住或液压控制系统和行星齿轮机构的故障所引起的。
表 6.10 各挡电压输出表
换挡位置 端子T r输出电压/V（近似值） 换挡位置 端子T r输出电压/V（近似值）
1 挡 0 3 挡锁定 5
2挡
2
OD
6
3挡
4
OD锁定
7
（4）失效保护 丰田A340E 型电子控制自动变速器有几种失效保护功能，即使电子系统出现故障，仍可使汽车继续行驶。
若电磁阀出现故障，其失效保护功能可参见表 6.11。
车速传感器中，若主传感器出现故障，ECU 从备用传感器获取车速信号。若两传感器均无车速信号送到 ECU，则 ECU 视车速为零，并使变速器进入 1 挡，且不能再变换到其它挡。
若电子控制系统全部失效，则变速器可对应于图 79 所示的换挡杆位置进行机械式换挡。
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图6.79 电子控制系统失效后换挡杆位置对应的挡位
表 6.11 失效保护功能（X：出故障）
正常 1 号电磁阀故障 2 号电磁阀故障 1 号、2 号电磁阀故障
电磁阀 电磁阀 电磁阀
变速杆
位置
1号 2号
挡位
1号 2号挡位
1号 2号挡位 手动操作变速杆时的档位
通 断
1
X
通
3
通
X
1
OD
通 通
2
X 通
3
断 X OD OD
断 通
3
X 通
3
断 X OD OD
D
断 断
OD
X 断
OD
断 X OD OD
通 断
1
X
通
3
通
X
1 3
通 通
2
X 通
3
断 X
3 3
2
断 通
3
X 通
3
断 X
3 3
通 断
1
X
断
1
通
X
1 1
L
通 通
2
X 通
2
通 X
1 1
6.7.3 东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器
1．结构简介
神龙汽车有限公司从 1999 年 4 月开始在富康轿车上装备 AL4 型电控 4 挡自动变速器。目前东风东风标致 307 轿车也装用 AL4 自动变速器。
（ 1）结构特点 AL4 型自动变速器的结构特点为,
1）机械变速及动力传递机构采用了辛普森 II 型行星轮系，结构紧凑。
2）液力变矩器具有锁止机构，提高了动力传递效率。
3）离合器采用摩擦片式，制动器一个为摩擦片式，两个为带式，传递的转矩大。
4）变速器中所有运动副及齿轮均为压力润滑，润滑条件良好。
5）变速器为全密封式，更换传动轴时不需放油。
（ 2）模式开关设置 AL4 型自动变速器设有“普通”,,运动” 和“雪地” 3 种模式，通过变速器操纵杆右侧的模式选择控制面板上三个模式选择按键进行模式选择。 AL4 型自动变速器的挡位与模式开关设置见图 6.80。
各模式的选择操作及工作情况如下,
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1）普通模式：为缺省选择，无需接任何键，自动变速器自动在此模式下工作。电脑控制变速器自动换档时，以省油为优先。
2）运动模式：按下,S”键，仪表板上的,SPT” 指示灯亮，这时自动变速器进入运动模式自动换挡程序。此模式下，电脑控制变速器自动换挡时，以动力性为优先考虑。
3）雪地模式：按下 键，仪表板上的 指示灯亮，这时自动变速器进入雪地模式自动换档程序。此模式适应低附着力路面行驶，电脑控制变速器用 2 挡起步，以防止驱动车轮打滑。
图6.80 6 AL4型自动变速器的挡位与模式选择开关布置
l.变速器操纵杆2.模式选择控制面板3.运动键4.雪地键5.强制1 挡键 6.雪地模式指示灯7.挡位显示表8.运动模式指示灯
4）强制 1 挡：在变速器操纵手柄置于 2 挡位时，将模式选择控制面板上的,1” 键按
下，变速器便始终在 1 档工作。
（ 3） AL4 型自动变速器的结构 AL4 型自动变速器的基本组成见图 6.81。
图6.81 AL4 型自动变速器的基本组成
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AL4型自动变速器的结构见图 6.82。机械传动部分由两个独立的行星排组成，相应的换挡执行元件与之配合，实现 4 个前进挡传动和一个倒挡传动。 AL4 型自动变速器机械传动部分的组成见图
6.83。
图6.82 AL4 型自动变速器的结构
l.止动轮2.差速器壳3.差速器齿圈4.第二级减速主动轮5.轴 6.机油泵总成7.液力变矩器 8.第一级减速主动齿轮 9,行星齿轮组 10.
液力控制器罩 11.换挡棘轮卡片 12.液力控制器壳体 13.手动阀 14.辅助液力控制器 15.离合器E1（倒挡和1 挡 ）16.离合器E2（2挡、
3 挡和4 挡） 17.供油通道 18.制动器F1（4 挡）19.制动器F2（倒挡）20.制动器F3（1 挡和2 挡） 21.第二轴 22.第一级减速从动齿轮
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图6.83 机械传动部分的组成
E1、E2.摩擦片式离合器 F1.摩擦片式制动器 F2、F 3.带式制动器 S1.第一排行星齿轮 S2.第二排行星齿轮PS1.第 一排行星齿轮架 PS2.
第二排行星齿轮架 C1.第一排齿圈 C2.第二排齿圈 P1.第一排太阳轮P2.第M 排太阳轮
2．各档动力传递路线
AL4 型自动变速器在各挡位下执行元件的工作情况见表 6.12。
表 6.12 各档位下执行元件的工作情况
执行元件
挡位
E1 E2 F1 F2 F3
1挡 〇 〇
2 挡 〇 〇
3挡 〇 〇
4 挡 〇 〇
倒挡 〇
注：O 离合器接合、制动器制动状态。
各挡动力传递路线,
（ 1） 1 挡 1挡的动力传动路线见图 6.84，离合器 E1 将第一排太阳轮 E1 与输入轴连
接，制动器 F3 将第二排太阳轮 P2 固定，动力传递有两种情况,
起步时，第一排齿圈 C1 未转动，此时的动力传递路线为：输入轴→ E1→ P1→ PS1→
C2→ PS2→一级减速主动齿轮。
l挡行驶时，动力传递路线为：输入轴→ E1→ P1→ PS1→ C1,C2→ PS2→一级减速主动齿轮。
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（ 2） 2 挡 2挡的动力传动路线见图 6.85，离合器 E2 将第一排行星架 PS1 与输入轴连接，制动器 F3 将第二排太阳轮固定，动力传递路线为：输入轴→ E2→ PS1→ C2→ PS2→一级减速主动齿轮。
图6.84 1挡的动力传动路线
图 6.85 2挡的动力传动路线
（ 3） 3 挡 3挡的动力传动路线见图 6.86，离合器 E1 和 E2 将第一排太阳轮 P1 和行星架 PS1
与输入轴连接，使 P1 与 PS1 互连，这时两行星排齿轮均不能转动（锁定）,动力传递路线为：输入轴→ E1,E2→ P1,PS1→ C1→ PS2→一级减速主动齿轮。 3 挡为直接挡。
（ 4） 4 挡 4挡的动力传动路线见图 6.87，离合器 E1 将第一排行星架 PS1 与输入轴连接，制动器 F1 将第一排太阳轮 P1 固定，动力传递路线为：输入轴→ E2→ PS1→ C1→ PS2→一级减速主动齿轮。 4 挡为超速挡，传动比为 0.71。
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图 6.86 3挡的动力传动路线
图6.87 4挡的动力传动路线
6）倒挡 倒挡的动力传动路线见图 6.88，离合器 E1 将第一排太阳轮 P1 与输入轴连接，制动器
F2 将第一排行星架 PS1 及第二排齿圈 C2 固定，动力传递路线为：输入轴→ E1→ P1→ C1→ PS2→一级减速主动齿轮。
3．电子控制系统
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图6.88 倒挡的动力传动路线
AL4型自动变速器电子控制系统的基本组成，见图 6.89。
（ 1）自动换挡控制过程 通过各种传感器将发动机转速、节气门开度、车速、发动机温
度、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，输入自动变速器电脑，电脑根据这些电信
号确定变速器换挡控制信号。电脑输出的换挡信号控制相应的换挡电磁阀动作，并通过其二
位换向间产生相应的液压控制信号，使有关的换挡执行机构动作，实现自动换挡。
（ 2）自动变速器控制规则 为使自动换挡控制适应车辆载荷、驾驶条件。道路、驾驶风
格等的变化,AL4 型自动变速器电脑设置了 10 条控制规则,
l） L1 经济规则，当变速器油温达 30℃以后便进入该规则。
2） L2 中间规则，介于 L1 和 L3 之间。
3） L3 运动规则，电脑测出司机的驾车风格后或司机按下了,S” 键后，自动控制换挡
时便优先进入该规则。
4） L4 上缓坡规则，自动控制换挡时优先考虑上缓坡所需的动力。
5） L5 上陡坡规则，自动控制换挡时优先考虑上陡坡所需的动力。
6） L6 下坡规则，此规则使换挡较平路时滞后，以利用发动机制动。
7） L7 雪地规则，此规则适用于低附着系数路面，电脑控制变速器用 2 挡起步，以防止车轮打滑，按下 键后，进入此规则。
8） L8 低温保护规则，变速器油温低于 14℃时进入该规则，禁止变矩器锁止。
9） L9 高温保护规则，变速器油温高于 118℃时进入该规则，变矩器锁止。
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10） L10 防污染规则，变速器油温在 15～ 30℃的范围内时进入该规则，提高发动机的怠速以防止污染。
（ 3）自动变速器控制程序 AL4 型自动变速器电脑有三条控制程序,
1）正常控制程序：变速器油温在 30～ 118℃范围内，未按任何键的情况下，电脑自动以此程序控制换挡。该程序下，电脑根据司机的驾车风格、载荷、路面等情况在 LI－ L6 中选择换挡规则进行自动换挡控制。
图6.89 电子控制系统的基本组成
l.加速踏板2.节气门位置传感器3.曲轴位置传感器4.发动机温度传感器 5.电子控制燃油喷射电脑 6.发动机转速+温度信息 7,发动机转矩信息 8.减少转矩+怠速补偿需求9.液晶显示器 10.自诊断插头 11.换挡电磁阀（6 个）12.线性脉冲电磁阀（2 个）1 3.变速器油流量调节阀 14.变速器油温传感器 15.油压传感器16.变速器输入转速传感器17.变速器输出转速传感器 18.挡位开关 19,倒车灯 20.禁止起动继电器21.P 锁止驱动器 22.变速器操纵杆 23.程序选择器24.制动踏板（制动信息）25.自动变速器电脑 26.节 气门位置信息（十强制降挡信息）
2）运动控制程序：按下,S”键后，电脑便进入该程序进行换挡控制，该程序下，电脑优先选择 L3 规则。再按,S”键则取消。
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3）雪地控制程序：按下 键后，电脑便进入该程序进行换挡控制，该程序下，电脑首先选择 L7 规则。
（ 4）自动变速器的控制功能
1）降挡控制：电脑根据车速、节气门位置及制动踏板的情况自动控制降挡，以充分利用发动机的制动作用。如①平稳、完全松开加速踏板时，跳减挡（ 4→ 2,3→ 1） ；②快速松开加速踏板时，固定在原挡或降一挡；③踩下制动踏板时提前降挡。
2）瞬间提高加速性：在 L1 或 L2 规则控制状态下快速将加速踏板踩到底时，电脑可瞬间过渡到 L1 或 L3 规则，放松加速踏板时，则又回到原来的规则控制状态。
3）急加速功能：在某一稳定行驶状态下急踩加速踏板，电脑自动控制降挡，以获得车辆急加速所需的动力。
4）压力控制：闭环状态下（电子控制系统无故障，变速器油温达到某一范围时）,电脑根据转速和涡轮的转矩控制主油路的压力。
5）换挡电磁阀衔接控制：换挡时，电脑控制换挡电磁阀的通断电，使变速器先进入空挡状态，
待原挡的油缸开始泄油后，新换挡油缸开始注油。两缸排空和加满油的时间间隔由电脑根据车速和节气门的位置确定。
6）变矩器的锁止与分离：电脑根据车速、节气门的位置、发动机的转速。变速器输入转速、所处的换挡规则等确定变矩器是否锁止，以便通过变矩器锁止避免油温过高、降低油耗、获得发动机制动等。
7）换挡减小转矩控制：换挡时，自动变速器电脑向发动机电脑输出信息，通过减小点火提前控制来降低发动机的输出转矩，以降低换挡时的冲击。
8）怠速补偿控制：变速器油温在 15～ 30℃时，向发动机电脑提供信息，使发动机的怠速升高。
9）自动变速器保护控制：主要有：①倒挡保护，当车速大于 15 km／ h 时，从 D 位挂入 R 位，
这时电脑控制变速器不进入倒挡工作，车辆空挡滑行，同时显示,N”闪烁，制动灯亮；②错误操作保护，当车速大于换挡极限速度时，从 D→ 3,3→ 2 变换挡位时，电脑控制自动变速器先保持在原挡位，延时一定的时间后再换挡；③禁止操作动作，当发动机的转速高于某一设定的转速时，电脑会禁止 N→ D 或 N→ R 的换挡操作，需经减速和延时过渡。
10）变速杆锁止功能：变速器操纵杆在,P” 位时，只有在点火开关接通 M 位，同时踩下制动踏板时，才能将变速器从,P” 位移至其他的挡位。
11）仪表板上的显示功能：自动变速器控制系统在仪表板上的显示功能有：①通过仪表板上的液晶显示器显示变速器的挡位和选定的程序；②通过,SPT” 和 两指示灯的交替闪烁提示自动
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变速器有故障。
12）更换变速器油提示功能：自动变速器电脑根据油温和高温下的工作时间等参数来计算变速器油读数，当读数超过 32958 时，通过,SPT” 和 交替闪烁来提醒司机变速器油需更换。
13）自诊断功能：电脑控制传感器和执行器的电源，并监视其工作是否正常，当有故障时，电脑具有如下功能：①确认故障后通过指示灯的闪烁予以警示，并储存故障信息；②通过 K 线可与诊断设备交流信息；③使自动变速器电子控制系统在后备方式下运行。
14）数据更新和加密码：自动变速器电脑可通过诊断设备对其进行数据更新，还可根据车上未装的选装件设定自动变速器电脑的外围环境。
6.8 无级变速电子控制系统简介
6.8.1 无级变速传动概述
常见的汽车变速器，无论是自动变速还是手动变速，就变速机构其传动比都是有级的。从低挡到高挡的有级变速过程中，不能使发动机总是工作在高效率区域。当传动比发生变化时，需要发动机时而加速，时而减速，这种发动机在换挡过程中的加速与减速，工作处于不稳定的状态，带来动力传动系统的冲击，使发动机的排放污染增加。如果能开发出这样的传动系统，使发动机始终工作在最优的高效区，处于稳定的工作状态，则燃油经济性可提高 10%～25%，而且排放出的废气污染也可大大降低，这只有一个答案，就是采用无级变速传动。
CVT（Continuously Variable Transmission）技术即无级变速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。
CVT 技术的发展已有一百多年的历史，德国奔驰公司是在汽车上采用 CVT 技术的鼻祖，早在
1886 年就将V 形橡胶带式 CVT 安装在该公司生产的汽油机汽车上。1958 年，荷兰的DAF 公司将双 V
形橡胶带式 CVT 装备于 Daffodil 轿车上。 由于当时橡胶带式 CVT 存在一系列的缺陷,功率有限 （转矩局限于 135 Nm 以下）,离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。
随着对提高传动带性能和CVT传递功率极限研究的深人,采用把液力变矩器集成到CVT系统中、
主从动轮的夹紧力实现电子控制、在 CVT 中采用节能泵和传动带、用金属带代替传统的橡胶带等技术，克服了 CVT 系统原有的技术缺陷，使 CVT 传递转矩容量更大。性能更优良。
进人 20 世纪90 年代，汽车界对 CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中,CVT 被认为是关键技术。随着全球科技的迅猛发展，新的电子技术与自动控制技术不断被采用到 CVT 中。日产公司、日本三菱公司、日本富士重工、美国福特公司、德国 ZF 公司和德国大众等相继开发出 CVT
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无级自动变速器。另外，博世公司已经将独立部件、执行器、传感器和变速器换挡 ECU 组成一个单独的模块，变速器制造商只需增加一个集成控制单元，大大加快了 CVT 的发展和应用的进程。
目前我国 CVT 已经进人实用阶段，一汽大众生产的奥迪 A6 轿车已选装 CVT 自动变速器，其代号为01J,它采用带／链传动。 是奥迪公司首家推出能够应用于功率和转矩分别达到147kw和 300N.m
的 V6 2．SL 发动机系统的 CVT 变速器，并且正在制定一个在行驶性能、燃油经济性和动力性及舒适性等方面的新标准。
6.8.2 无级变速传动原理
1．无级变速传动的优点
无级变速传动能使发动机工作在最高效率区，达到最优的燃油经济性能。无级变速传动的主要优点是,
①最大的燃油经济性和最低的排放污染，这是因为发动机工作在较高的效率区，较有级式变速传动没有动力的中断，传动比变化非常地平滑，动力传动系统冲击小，从而使乘坐舒适性得到了进一步提高。据资料介绍，装备有无级变速传动的汽车与 5 挡手动变速器的汽车在道路上作对比试验时，装有无级变速传动汽车的燃油消耗少了 11.5%，碳氢化合物的排放量少了 33%，CO 的排放量少了20%。
②无级变速传动和其他传动相比，操作方便性和乘坐舒适性均可与电子控制的有级式自动变速器相比美。其传动效率却远高于带有液力传动的有级式自动变速器。在变速过程中由于没有动力的中断，因而提高了行使的动力性能。这些都是有级式变速器无法相比的。与装备 4 挡自动变速器的汽车相比，0～100km/h 的加速性能提高 10%。
③无级变速系统可以控制发动机的转速在最小的范围内变化，而使车速在较宽的范围内变化
（目前传动比范围可达到 5.0 以上） 。有级式变速器只能一挡一挡地升或降，而发动机的转速随着每个相应的挡位不断地交替变化，造成发动机的工作状态不稳定。
④能最好地协调汽车的外界行使条件与发动机负荷，充分发挥发动机的功率潜力，提高整车燃油经济性。
2．变速原理
目前，在轻型汽车特别是轿车上应用得最多的是 V 型带传动的无级变速器。图 6.90 所示为 V
型带传动的无级变速原理图。变速部分由主动带轮（也称初级轮）,V形带和被动带轮（也称次级轮）
所组成。每个带轮都由两个带有斜面的半个带轮而组成一体，其中一个半轮是固定的，另一个半轮是可以通过液压伺服油缸控制其移动。半轮间的轴向相对位置可以通过控制机构来改变；两个带轮轴之间的距离是固定的,（V 型带无级变速传动的结构如图 6.91 所示）,所以形成的传动比
I=r2/r1=n1/n2。当主动轮的半径 r1 处于最小半径（两个半轮之间的距离最宽）,被动轮的 r2 处于最大半径时（两个半轮间的距离最窄）,传动系统所形成的传动比最大，相当与低挡行使状态；当通
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过液压伺服缸控制改变 r1 和r2 的半径时，如果 r1 逐渐增大，由于两个带轮轴之间的距离和传动带的周长是固定的，为了保证正常传动而相应使 r2 的值减少，则所形成的传动比也相应减少，直至
r1 达到最大值而 r2 达到最小，相当于汽车高挡行使状态。由于 r1 和 r2 可以连续无级地变化，因而所形成的传动比也是连续无级变化的。
图6.90 V型带无级变速传动工作原理
a）低挡 b）高挡
1.主动轮 2.从动轮器14.发动机转速传感器 15,节气门位置传感器 16.一号电磁阀 17.二号电磁阀18.锁止电 磁阀 19.定时电磁阀
20.检测接头
图6.91 V型带无级变速传动结构
1.被动轮伺服油缸 2.被动轮轴 3.花键和滚珠 4.回位弹簧 5.齿轮泵 6.主动轮固定半轮 10.钢带 8.主动轮滑动半轮 9,前进挡离合器活塞
10.主动轮伺服油缸 11.齿圈 12.行星齿轮 13.太阳轮 1 4.输入轴 15.行星架 16.前进挡离合器 17.倒挡制 动器活塞 18.倒挡制动器 19.
被动轮滑动半轮 20.被动轮固定半轮 21.输出轴小齿轮
控制 r1 与 r2 的大小是通过控制作用在主动轮和被动轮上可滑动半轮上的液压力实现的，液压
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力减小则相应的带轮与 V 型带的接触半径减小，反之则增大，图 6.92 表示了无级变速传动的变速过程。当主动轮与被动轮之间的传动比为 1：1 时，传动效率最高（约 0.92）,当在其他传动比下工作时，传动效率将下降。
图6.92 V型带无级变速传动变速过程
a）传动比1：1 b）传动比1：2,6 c）1：0.445
1.被动轮 2.松边带 3.紧边带 4.主动轮
目前无级变速传动的关键部件 V 型带主要是采用钢带（如图 6.93 所示）,由一层层带有 V 型斜面的金属片通过柔性的钢带所组成，靠 V 型金属片传递动力，而柔性钢带则只起支撑与保持作用。
和普通的带传动不一样，在图 6.93中，上边的带为紧边，下边的带为松边，相当于由主动轮通过钢带推着被动轮旋转来传递动力。一般钢带总长约 600mm，由 300 块金属片组成，每片厚约 2mm，宽约
25mm，高约 12mm。每条带包含柔性的钢带 2～11条，每条厚约 0.18mm。生产出能够传递高转矩和高转速的 V 型钢带，是当前无级变速传动主要研究问题之一。
图6.93 V型带结构
1.柔性钢带 2.金属块
6.8.3 无级变速传动系统的组成
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一般无级变速机构所形成的传动比的变化范围是在 4.69～0.44,
在其后面需增加主减速,在其前面一般还要配有如电磁离合器,或带闭锁离合器的液力变矩器，
或机械式变速机构，以及为实现前进和倒车的“正倒机构”等，来满足汽车使用的实际需要。如图
6.94 所示，为采用 V 型带传动与液力变矩器相组合的无级变速器，图 6.95 所示为与电磁离合器相组合使用的无级变速器结构，两者均用于前轮驱动。
图6.94 带液力变矩器的无级变速器
1.差速器2.输入轴 3.液力变矩器 4.主动轮 10.正倒机构6.油泵 7.被动轮
图6.95 带有电磁离合器的无级变速器
1.输出轴2.油泵轴3.电磁离合器4.电磁离合器刷7.选挡控制6.正倒机构
10.从动轮8.钢带 9.油泵 10.主动轮11.控制阀体
6.8.4 无级变速传动的控制系统
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1．控制系统组成
如图 6.96 所示为一种电液控制的电控无级变速传动的控制系统。系统中包括电磁离合器的控制和 V 型带变速控制。变速比由发动机油门信号和主动带轮转速所决定，ECU 根据发动机的转速、
车速、油门位置、换挡控制器（一般仅有 P、R、N、D 选择）信号，来控制电磁离合器，,以及控制
V 型带轮上伺服油缸的压力实现无级变速，一般在最高传动比时（低挡）控制压力最大，约 2.2Mpa；
在最低传动比（高挡）时的控制压力最小，约 0.8Mpa。由于传动比的改变仅受油门和主动带轮转速的控制，因而控制的灵活性相对受到了限制。
图6.96 普通无级变速电子控制系统
1.电磁离合器 2.主动轮 3.输入轴 4.输出轴 5.钢带 6.被动轮 7.液压泵
图 6.97 所示为利用主、被动带轮转速，以及发动机油门作为主要输入控制信号，控制电磁离合器、带轮油压和传动比的电子控制无级变速控制系统，其控制的灵活性得到了增强。
图6.97 改进无级变速电子控制系统
1.主动轮 2.电磁离合器 3.输入轴 4.被动轮 5.输出轴 6.钢带
2．控制方法
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图 6.98 所示是以发动机的输入转速作为反馈信号，以油门开度等作为控制输入信号，来控制 V
型带轮的压力，调节传动比的闭环电控无级变速传动控制系统。这是一个全部输入和输出转速都能检测的闭环电子控制系统。驾驶员的意图通过油门开度及换挡控制器，输入到电子控制系统，并可以选择动力型（S）或经济型（E）的最佳换挡规律。根据发动机的转速和转矩，确定施加到主、被动轮上的压力，并有发动机转速（相应与主动轮转速）构成转速反馈闭环控制，根据转速的偏差信号，决定升挡或降挡变速，并输出控制信号到电液比例控制阀，控制作用在两个运转带轮上的伺服油缸的压力。为了改善控制系统的动态与稳态性能，在控制系统中采用了 PID（比例.积分.微分）
控制技术。
图6.98 无级变速传动闭环控制原理
1.输入轴 2.控制阀 3.转矩传感器 4.液压泵
3．无级变速传动的工作特性
无级变速传动的工作特性如图 6.99所示。当换挡控制器在“D”的位置，发动机处于怠速工况，
前进挡离合器刚刚接合产生较小的牵引力（1 点）,汽车处于蠕动状态。轻轻使油门开启，离合器全部接合，汽车开始以较小的速度向前行使（2 点） 。如果进一步踩下油门踏板，电子控制系统根据发动机的转速、车速和驾驶员的选择，控制带轮得到不同的转速比使汽车加速。最低的发动机固定油门开度时传动比最大（低挡）,对应与发动机转速约 1700r/min（3 点）,车速约为 65km/h。如果油门开度再增大时（4 点）,发动机转速增高，传动比减小。若全部踩下油门，可以快速加速，发动机转速达到约 4500r/min（5 点）,并保持该发动机转速直到获得较高的车速。如果发动机转速仍然增加，变速系统将继续减小传动比（升挡）到最高挡直到获得最大车速（6 点）,此时发动机转速约
5000r/min，车速约 140km/h。部分地减小油门开度，传动比变化到小于 1，发动机转速有所下降，
接近与汽车巡航行使时的转速（7 点） 。再进一步减小油门时，控制系统使传动比达到最小，可使发动机处于制动状态（8 点）再次增大油门则引起降挡（9 点）,以便得到更多的牵引力来加速，实现超车。当行使在下坡或弯曲道路上时，通过控制传动比可以最大地利用发动机进行制动（10点）此时发动机的转速变化范围为 3000 r/min ～4000r/m in，而车速约在 25km/h～135km/h范围内变化。
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如图示的电控无级变速传动系统具有理想的恒功率输出，输出转矩与车速成反比。
图6.99 无级变速传动转速与转矩特性
小结
本章主要介绍了自动变速器的类型、组成、结构、工作原理和工作过程。其中自动变速器的组成包括液力变矩器、行星齿轮机构、液压控制系统、换挡操纵机构、电子控制系统；行星齿轮机构制系统主要介绍了辛普森式行星齿轮机构、拉威娜式行星齿轮机构；典型自动变速器主要介绍了宝来轿车 01M 自动变速器、丰田 A340E 电子控制自动变速器、东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器，
分别介绍了它们的组成、结构、动力传动路线和系统控制原理；本章最后一节介绍了无级变速传动系统的组成、优点、工作特性、变速传动原理及控制方法。
习题
6.1 自动变速器由哪几部分组成？
6.2 自动变速器的变速齿轮机构有哪些形式？
6.3 自动变速器有哪些类型？
6.4 液力偶合器和液力变矩器有什么区别？
6.5 简要说明液力变矩器中导轮、单向离合器和锁止离合器的作用。
6.6 自动变速器所采用的双排行星齿轮机构有哪两种形式？传动比怎样计算？
6.7 换挡执行元件制动器有哪些形式？简要说明其工作原理。
6.8 自动变速器供油系统所采用的油泵有哪些类型？各有何特点？
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6.9 自动变速器供油系统的油压调节装置包括哪些调压阀？
6.10 简要说明节气门调压阀和速控调压阀的作用和工作原理。
6.11 强制降挡阀有何作用？
6.12 空挡起动开关有何作用？
6.13 自动变速器换档杆上,P”,R”,N”,D”,2”,L”分别表示什么含义？
6.14 分析宝来轿车 01M 自动变速器的特点和各挡动力传递路线。
6.15 分析丰田 A340E 电子控制自动变速器的特点和各挡动力传递路线。
6.16 分析东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器的特点和各挡动力传递路线。
6.17 无级变速器有什么优点？
6.18 简要说明 V 带无级变速器的工作原理。
6.19 对自动变速器使用的传动液(ATF)有什么要求？
第6章目录
第 6 章 自动变速器,........................................................................................................................................- 2 -
6.1 概述,.....................................................................................................................................................,- 2 -
6.1.1 自动变速器的类型,.....................................................................................................................- 2 -
6.1.2 自动变速器的基本组成,.............................................................................................................- 4 -
6.1.3 自动变速器的工作过程,.............................................................................................................- 6 -
6.1.4 自动变速器操纵手柄的使用,......................................................................................................- 7 -
6.2 液力变矩器,.........................................................................................................................................,- 9 -
6.2.1 耦合器,...............................................................................................................................................,- 9 -
6.2.2 变矩器,.......................................................................................................................................- 12 -
6.3 变速齿轮机构,...................................................................................................................................,- 16 -
6.3.1 单排行星齿轮机构,...................................................................................................................- 16 -
6.3.2 双排行星齿轮机构,...................................................................................................................- 17 -
6.4 换挡执行机构,.....................................................................................................................................,- 21 -
6.4.1 换挡离台器,..................................................................................................................................- 21 -
6.4.2 换挡制动器,..................................................................................................................................- 23 -
6.4.3 停车锁止机构,.................................................................................................................................,- 26 -
6.5 供油系统,...........................................................................................................................................,- 27 -
6.5.1 传动液,...........................................................................................................................................,- 27 -
6.5.2 油泵,...........................................................................................................................................- 29 -
6.5.3 调压装置,...................................................................................................................................- 31 -
6.5.4 辅助装置,...................................................................................................................................- 33 -
6.6 操纵机构,.............................................................................................................................................,- 34 -
6.6.1 手动阀,.......................................................................................................................................- 34 -
6.6.2 节气门调压阀,...........................................................................................................................- 35 -
6.6.3 速控调压阀（或称调速阀）,....................................................................................................- 36 -
6.6.4 自动换挡阀,...............................................................................................................................- 36 -
6.6.5 强制降挡阀,...............................................................................................................................- 37 -
6.6.6 超速挡液压控制阀,...................................................................................................................- 37 -
6.6.7 电子控制系统,...........................................................................................................................- 38 -
6.6.8 自动变速器换挡图,...................................................................................................................- 42 -
6.7 典型自动变速器,...............................................................................................................................,- 42 -
6.7.1 宝来轿车 01M 自动变速器,..........................................................................................................- 42 -
6.7.2 丰田 A 340E 电子控制自动变速器,............................................................................................- 56 -
6.7.3 东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器,..........................................................................................- 65 -
6.8 无级变速电子控制系统简介,...........................................................................................................,- 74 -
6.8.1 无级变速传动概述,...................................................................................................................- 74 -
6.8.2 无级变速传动原理,...................................................................................................................- 75 -
6.8.3 无级变速传动系统的组成,.......................................................................................................- 77 -
6.8.4 无级变速传动的控制系统,.......................................................................................................- 78 -
小结,.................................................................................................................................................................- 81 -
习题,.................................................................................................................................................................- 81 -
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第 6 章 自动变速器
☆ 知识点
1．自动变速器的基本组成；自动变速器的类型；液力变矩器；辛普森式行星齿轮机构；拉威娜式行星齿轮机构；自动变速器供油系统；自动变速器操纵机构；电子控制系统。
2．宝来轿车01M自动变速器；丰田A340E电子控制自动变速器；东风标致307轿车AL4自动变速器；无级变速电子控制系统。
★ 要求
掌握,
1．自动变速器的基本组成，结构和工作原理；
2．宝来轿车01M自动变速器的结构及原理；
3．丰田A340E 电子控制自动变速器的结构及原理。
了解,
1．东风标致307轿车AL4自动变速器的结构及原理；
2．无级变速电子控制系统的基本结构和工作原理。
自动变速器最早是由 1939 年通用汽车公司奥兹莫比尔分部（Oldsmobile）开发的。其后，自动变速器的构成元件有了多种改进，变速型式也多种多样。二十世纪 80年代后，随着电子工业和自动控制技术的发展，电子控制自动变速器应运而生。现代轿车装用电子控制自动变速器也越来越普遍。
据统计，在美国的二十世纪 90 年代新车型上，作为标准件的自动变速器装备率已超过 90%，日本为
73%，欧洲为 25％，如果包括选装件，其装车率无疑还要增加。我国的一汽宝来、广州本田、上海别克、北京现代、奇瑞、吉利等各种汽车也多有装用电控自动变速器的配置，预计不久的将来，自动变速器将作为标准装置装于国产轿车。
6.1 概述
由于活塞式发动机的转矩变化范围较小，不能适应汽车在各种条件下阻力变化的要求，而且在复杂的使用条件下则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化，因此在汽车传动系中，采用了可以改变转速比和转矩比的装置变速器。为提高驾驶操作的轻便性，减轻驾驶员的疲劳程度，
提高汽车的动力性和经济性，人们在改进变速器的结构和换挡方法上作了很大的努力，设计出了不同类型的自动变速器。
6.1.1 自动变速器的类型
不同车型所装用的自动变速器在型式、结构上往往有很大的差异，常见的分类方法和类型如下,
1．按变速方式分类
汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。
有级变速器是具有几个有限的定值传动比（一般有 3～5 个前进挡和一个倒挡）的变速器。无级
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变速器是能使传动比在一定范围内连续变化的变速器，无级变速器目前在汽车上应用较少。
2．按汽车驱动方式分类
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与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。
3．按自动变速器前进挡的挡位数不同分类
自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为 2 个前进挡、3 个前进挡、4 个前进挡三种（极个别车辆有 5 个前进挡） 。早期的自动变速器通常为 2 个前进挡或 3 个前进挡。这两种自动变速器都没有超速挡，其最高挡为直接挡。新型轿车装用的自动变速器基本上都是 4 个前进挡，即设有超速挡（通常称为 OD 挡，在驾驶员的操纵显示器上为圆圈中一个大写的英文字母 D） 。这种设计虽然使自动变速器的构造更加复杂，但由于设有超速挡，大大提高了汽车的燃油经济性。
4．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，只有少数几种车型使用（如本田 ACCORD 轿车） 。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。
5．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。
6．按控制方式分类
自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动
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变速器（电控自动变速器）两种。
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）大大提高发动机和传动系的使用寿命。液力传动汽车的发动机与传动系，由于液体工作介质的柔性，具有一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷。当负荷突然增大时，可防止发动机过载和突燃熄火；在汽车在起步、换挡或制动时，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）提高汽车通过性。采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动转矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且更加平稳。所以最低稳定车速可以降低到很低。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。在特别困难路面行驶时，因换挡时没有功率间断，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。由于变矩器能在一定范围内实现无级变速，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。
4）操纵轻便。自动变速器的车辆，除少数特殊情况外，无须经常变动挡位，且由于不必操纵离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度。
与单纯机械变速器相比，液力自动变速器也存在某些缺点。如：结构复杂、制造成本较高、传动效率较低等。对变矩器无锁止离合器的自动变速器，最高效率一般只有 82％～90％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，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。
6.1.2 自动变速器的基本组成
自动变速器的型号很多，外部形状和内部结构也各不相同，但它们的组成基本相同，一般都是由液力变矩器（以下简称变矩器）,变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。
1．变矩器
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给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。
2．变速齿轮机构
自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型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
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的齿轮变速器采用的是行星齿轮式。
变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行机构两部分。
行星齿轮机构，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固定，使之不动。单向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。
3．供油系统
自动变速器的供油系统主要由油泵、调压阀、油箱、过滤器及管道等组成。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。只要发动机运转，
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、换挡操纵机构等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．换挡操纵机构
自动变速器的换挡操纵机构的主体是阀体总成，包括人工控制的操纵机构和自动控制的操纵机构两部分。操纵机构由手控换挡阀、节气门阀、挡位控制阀、控制阀板总成、电磁阀、控制开关、
控制电路等组成，电子控制的自动变速器还设有各种传感器、执行器、ECU 等。
人工控制的操纵机构包括驾驶员手操作的换挡杆（手动阀）和节气门踏板操作的节气门阀等。
驾驶员通过操纵自动变速器的换挡杆改变控制阀板内的手动阀位置。
自动控制的操纵机构根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关等状态因素，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（离合器和制动器）的工作，以改变齿轮变速器的传动比，从而实现自动换挡。
自动控制的操纵机构有液压控制和电-液控制两种。
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（图 6.1） 。不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装在上部，有的装在侧面，纵置的自动变速器一般装在下部。
在液压控制系统中，增设控制某些液压油层路的电磁阀，若这些电磁阀是由 ECU 控制的，就成了电子控制的换挡控制系统。仅有液压控制系统的自动变速器称为液力自动变速器，而具有 ECU 控
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制的自动变速器称为电控自动变速器（实际是电-液控制自动变速器） 。需要说明的是，为了提高传动效率，人们正在探索电子控制的机械变速器这样一种新型电控自动变速器，此类变速器并无液压传动部分，在这里提请读者注意。
图6.1 阀体总成示意图
a)外形 b)阀的位置
1.1.2 挡调节器阀 2.1.2 挡蓄能器阀 3.3.4 挡换挡 阀 4.超速挡伺服装置调节器阀 5.1,2 挡换挡阀 6.节气门阀极限 阀 7.3.4 挡换挡阀和调节器8.节流阀/2.3挡调节器阀 9.2.3挡降挡阀 10.节气门阀 11.手动换挡阀12.2.3挡 换挡阀 13.3.4挡换挡 阀 14.2.1程序阀 15.主油路调压阀和升压阀
6.1.3 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
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线，实现变速器挡位的变换。
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，自动变换挡位。换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号两个参数转换成控制油压（控制信号）,按照设定的换挡规律，
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，包含控制信号的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，从而实现自动换挡。图 6.2 为液力自动变速器的工作过程框图。
图6.2 液力自动变速器的工作过程框图
电控自动变速器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，并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号输入到 ECU。ECU 根据这些信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号；
电磁阀控制液压换挡阀，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。图 6.3 为电控自动变速器的工作过程框图。
图6.3 电控自动变速器的工作过程框图
6.1.4 自动变速器操纵手柄的使用
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驾驶员通过换档元件进行档位选择。换档元件有按钮式和拉杆式两种类型，按钮式一般布置在仪表板上；拉杆式即换档操纵手柄，可布置在转向柱上或驾驶室地板上，如图 6,4 所示。自动变速器换档元件以拉杆式最常见，换档操纵手柄通过连杆机构或钢索与液压元件的手控阀相连接，为液压系统提供操纵信号。
图6.4 换档操纵手柄在轿车上的布置
a）布置在转向柱上b）布置在驾驶室地板上
轿车自动变速器的换档操纵手柄通常有 6个位置，如图 6.5 所示，其功能如下,
图6.5 换档操纵手柄位置示意图
P 位：停车档。当换档操纵手柄置于该位置时，停车锁止机构将变速器输出轴锁止。
R 位：倒档。操纵手柄置于此位置时，液压系统倒档油路被接通，驱动轮反转，实现倒档行驶。
N 位：空档。此时行星齿轮系统空转，不能输出动力。
D 位：前进档。操纵手柄位于此位置时，控制系统接通相应的前进档油路，行星齿轮系统在执行机构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。
2 位：高速发动机制动档。操纵手柄位于该位置时，液压控制系统只能接通前进档中的 1、2 档油路，自动变速器只能在这两个档位间自动换档，无法升人更高的档位，从而使汽车获得发动机制
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动效果。
L 位（也称 1 位）,低速发动机制动档。此时汽车被锁定在前进档的 1 档，只能在该档位行驶而无法升人高档，发动机制动效果更强。此档位多用于山区行驶、上坡加速或下坡时有效地稳定车速等特殊行驶情况，可避免频繁换档，提高其使用寿命。
不同车型常见自动变速器的挡位指示如图 6.6所示。
图6.6 常见自动变速器的挡位指示
6.2 液力变矩器
液力耦合器（以下简称耦合器）和变矩器两者均属于液力传动机构，即通过液体的循环流动，
利用液体动能的变化来传递动力。两者最大的结构上区别是有无导轮，后者有导轮，而前者则无。
6.2.1 耦合器
耦合器，又称液力联轴器，主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成（图 6.7） 。耦合器的主要功
图6.7 耦合器的结构与组成
1.曲轴 2.外壳 3.泵轮 4.涡轮 5.输出轴
能有两个：一是防止发动机过载，二是调节工作机构的转速。耦合器的泵轮与壳体焊接在一起，并通过螺栓与发动机的飞轮联接，是耦合器的主动部分。涡轮通过花键与输出轴联接，是耦合器的从
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动部分。在泵轮和涡轮上有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮相对安装且有约 3mm ～ 4mm 的间隙；
泵轮与涡轮装合成一个整体后，轴线断面一般为圆形，并在内腔中充满液压油（称为工作油液或工作介质，简称油液或介质） 。
当发动机运转时,曲轴带动耦合器的壳体和泵轮转动,泵轮叶片内的油液在泵轮的带动下旋转；
在离心力的作用下，油液被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在液压冲击力的作用下旋转；冲向涡轮叶片的油液沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘；返回的油液，又被泵轮再次甩向外缘，依此循环，油液形成了从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮的循环液流（图
6.8） 。由于泵轮的作用，耦合器中的油液在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，速度和动能逐渐增大。而油液在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，由于油液自身对涡轮作功，速度和动能逐渐减小。
因此，耦合器工作时，发动机的动能通过泵轮传给油液，油液在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。动力传输原理可以借助图 6.9 类比理解。
图6.8 循环流动的液流
1.曲轴 2.外壳 3.泵轮 4.涡轮 5.输出轴
图6.9 动力传输原理类比
耦合器要实现传动，必须在泵轮和涡轮之间有油液的循环流动。而油液循环流动的产生，是由于泵轮和涡轮之间存在着转速差，如果泵轮和涡轮的转速相等，则耦合器不起传动作用。
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汽车起步时前，发动机驱动泵轮旋转，如果涡轮的转矩不足以克服汽车的起步阻力矩，则涡轮不会随泵轮的转动而转动；加大节气门开度到一定程度，作用在涡轮上的转矩使汽车克服起步阻力矩而起步。随着发动机转速的继续增高，涡轮随着汽车的加速而不断加速，涡轮与泵轮转速差的数值逐渐减小。当涡轮开始旋转并逐步赶上泵轮的转速时，泵轮与涡轮间的相对转速差减小，油液对涡轮叶片的冲击力及冲击转矩减小，这将使输出元件产生滑动，直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力为止。因此，输出转速高时，输出转速接近输入转速是一个连续不断的趋势，但总不会达到输入转速。除非在工作状况反过来，例如在下较长的陡坡时，可能会发生齿轮变速机构变成主动件，飞轮变成从动件，出现涡轮的转速等于或高于泵轮转速，产生“倒拖” 。
由于油液冲击涡轮叶片后出现散射和跳动，引起液流扰动，阻碍来自泵轮的正常油液流动，造成“冲击损失” 。泵轮与涡轮的转速差越大，冲击损失越大，传动效率越低（图 6.10） 。为了减小耦合器内腔中心的液流涡流扰动，一般在泵轮和涡轮上设置有导环（图 6.11） 。
图6.10 耦合器和变矩器的特性曲线
a)耦合器 b)变矩器
图6.11 导环
由于在耦合器内只有泵轮和涡轮两个工作轮，油液在循环流动的过程中，除了受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其它附加的外力。如果不计机械损失，根据作用力与反作用力相等的原理，油液作用在涡轮上的转矩应等于泵轮作用在油液上的转矩，即传给泵轮的输入转矩与涡轮上的输出转矩相等，这就是耦合器的传动特点。因而，如果考虑到液力损失的实际存在，耦合器的输出转矩始终不会超过输入转矩。
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6.2.2 变矩器
变矩器除了泵轮和涡轮外，还有导轮，其它构造与耦合器基本相同。导轮位于泵轮和涡轮之间，
并通过单向离合器固定于变速器壳体上，使导轮仅能沿发动机转动方向旋转，反向则被锁止。变矩器的结构如图 6.12 所示。
图6.12 变矩器的结构
1.曲轴 2.驱动端盖 3.变矩器 4.涡轮 5.泵轮 6.导轮 7.单向离合器 8.输入轴 9.壳体
发动机运转时带动变矩器的壳体和泵轮与之一同旋转，泵轮内的油液在离心力的作用下，由泵轮叶片外缘冲向涡轮，并沿涡轮叶片流向导轮，再经导轮叶片内缘，形成循环的液流。
1．导轮
如图 6.13a 所示，若无导轮（耦合器）,当泵轮与涡轮的转速差很大时，油液从涡轮回流到泵轮时，会冲击泵轮叶片的前部，阻碍泵轮的旋转。设置导轮后，改变了回流油液的流向，使油液冲击泵轮叶片的背面，促使泵轮旋转（图 6.13b） 。于是，作用在涡轮上的转矩由发动机的输入转矩和回流油液的转矩两部分组成。可见，由于导轮的存在，涡轮上的输出转矩大于的发动机输入转矩。
可以想象，泵轮与涡轮的转速差越大，回流冲击越厉害，则转矩增加越多；而且随着转速差的缩小，
增加转矩的作用越来越小。通常用输出转矩与输入转矩之比（称为变矩比或变矩系数）来表示，即变矩比 K=输出转矩（ Tｂ ）/输入转矩（ Tｗ ）,K 的变化曲线如图 6.10b 所示,K=Tｂ /Tｗ 。最大变矩比由变矩器的结构参数决定，一般为 2.2～2.6。
2．单向离合器
（1）单向离合器的作用 如图 6.14a所示，回流油液在离开涡轮边缘时的速度为沿边缘甩出的线速度 Va 与随涡轮旋转的线速度 Vb的合成速度 Vc。当涡轮转速不高时，Vc 冲击导轮的正面，由于单向离合器的作用，导轮锁止，油液被导轮挡住后向泵轮旋转的同方向流动。随着涡轮转速的升高，
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Vb 越来越大（Vb 的增长速度大于 Va）,合成速度 Vc 的方向随之改变，变矩比越来越小（越接近 1）,
直至不增矩，即 K=1。但当转速继续升高时，合成速度成为图 6.14b 所示方向，油液冲击导轮的背面。若此时导轮是固定的，无疑油液在流回泵轮时，将引起“反冲”,阻止泵轮旋转。因而，在此设置一单向离合器,在油液冲向导轮背面时,使导轮可以随之转动 （沿泵轮方向）,油液流动如图 6.14c
所示。导轮和单向离合器的作用可借助图 6.15类比理解。
图6.13 导轮的作用
a）无导轮时的油液流动 b）有导轮时油液的流动
图6.14 单向离合器的作用
a）导轮锁止 b）油液“反冲” c）导轮自由转动
由于 Va 与泵轮转速有关，因此，导轮转动的工作点与涡轮转速与泵轮转速的比值有关。当导轮开始转动时，变矩器的功能与耦合器相同，于是称刚出现导轮转动（导轮空转）的工作点为耦合器工况（简称耦合工况） 。变矩器在达到耦合器工况以后，不再增加转矩。
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图6.15 导轮和单向离合器作用类比
比较耦合器与变矩器，结构上的差别是变矩器有导轮；工作原理上的区别是变矩器在耦合工况前有增加转矩的作用，而且转速差越大，增矩作用越大，有利于起步等工况。
（2）单向离合器的工作原理 单向离合器又称单向啮合器、超越离合器或自由轮离合器，与其他离合器的区别是，单向离合器无需控制机构，它是依靠单向锁止原理来固定或连接的，转矩的传递是单方向的。当与之相连接元件的受力方向与锁止方向相同时，该元件即被固定或连接；当受力方向与锁止方向相反时，该元件即被释放或脱离连接。汽车自动变速器用单向离合器主要有楔块式和滚柱式两种，工作原理如图 6.16 所示。
图6.16 单向离合器的工作原理
a）,b）楔块式 c）,d）滚柱式
1.楔块 2.外轮 3.弹簧 4.保持器 5.内轮 6.滚柱
如图 6.16a 所示，楔块采用的是倾斜的“8”字形结构，当外圈相对于内圈的运动方向为 A 所示，则楔块随势倒下，处于释放状态；若相对运动方向如图 6.16b 所示，则由于摩擦力的带动，楔块竖立，外圈被楔块锁住，于是外圈必须与内圈一致，或保持静止、或同步转动。
滚柱式单向离合器工作原理如图 6.16c、d 所示，在外圈上设置了楔形的槽。外圈与内圈之间的间隙，在小端小于滚柱直径，而在大端大于滚柱直径。工作原理与楔块式类似，不再分述。
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3．变矩器锁止机构
由上述分析，即使变矩器到达耦合器工况，由于泵轮与涡轮之间必须要有转速差存在（一般至少4%～5%）,加之变矩器液力传动的的能量损失，传动效率与机械传动相比仍然较低。为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，现代很多轿车的自动变速器均采用带有锁止机构的变矩器。当达到耦合工况后的某一点时，锁止机构工作，用机械方式连接泵轮与涡轮，实现近乎 100%的动力传递。目前，锁止机构有锁止离合器、离心式离合器和行星齿轮机构锁止三种。本书仅介绍较多见的锁止离合器工作原理（图 6.17） 。
图6.17 锁止离合器工作原理图
a）分离 b）接合
1.壳体 2.摩擦条3.传力盘 4,涡轮 5.泵轮6.导轮 7.输出轴
A.变矩器出油道 B、C.控制阀油道
带有锁止离合器的变矩器，比普通变矩器多了一个通过花键与涡轮相连的传力盘，传力盘可以沿花键轴向移动，传力盘上粘合了环型的摩擦条（相当于离合器片） 。当设法排出图中传力盘左侧的油液时，传力盘两侧的油压不相等，传力盘在受到右侧油压的作用下向左侧移动，即与壳体相连，
实现锁止。锁止时，动力通过变矩器壳体（泵轮）→传力盘→花键→涡轮摩擦传动，实质上是机械传动。简单地说，锁止离合器是通过“排出” （降低油压）或“充入” （升高油压）传力盘左侧的油液，使传力盘左移或右移来控制锁止离合器“锁止”或“分离”的。
工作时，ECU 根据车速、节气门开度、发动机转速、变速器油液温度、操纵手柄位置、控制模式等因素，按照设定的锁止控制程序向锁止电磁阀发出控制信号，改变锁止离合器传力盘两侧的油压，从而控制锁止离合器的工作。当车速较低时，锁止控制阀让油液从油道 B 进入变矩器，使传力盘两侧保持相同的油压，锁止离合器处于分离状态，这时输入变矩器的动力完全通过油液传至涡轮
（图6.17a） 。当汽车在良好道路上高速行驶，且车速、节气门开度、变速器油液温度等因素符合一定要求时，ECU 即操纵锁止控制阀，让油液从油道 C 进入变矩器，而让油道 B 与泄油口相通，使传力盘左侧的油压下降。由于传力盘右侧的油液压力仍为变矩器压力，从而使压盘在前后两面压力差的作用下压紧在变矩器壳体上（图 6.17b） 。
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锁止离合器在接合时，变矩器中的油液因液体摩擦减小，油液的温度可以降低，此时不再让油液进入冷却器，以降低动力消耗。为了减小锁止离合器在接合瞬间产生的冲击力，一般在锁止离合器传力盘上还装有减振弹簧。
6.3 变速齿轮机构
变矩器虽然能够在一定的范围内实现无级变速，但由于变矩器只有在输出转速接近于输入转速时才具有较高的传动效率,而且它的增矩作用不够大 （最大变矩比）,增矩不能满足汽车的使用要求。
为此，在汽车自动变速器中设置了变速齿轮机构，使转矩再次增大。
自动变速器中的变速齿轮机构和传统的手动齿轮变速机构一样，具有空挡、倒挡及 2～4 个不同传动比的前进挡。不同的是，驾驶员不直接控制挡位，而是由自动变速器的控制系统操纵换挡执行机构来改变变速齿轮机构的传动比，从而实现自动换挡。变速齿轮机构主要包括行星齿轮机构和换挡执行元件两部分。
6.3.1 单排行星齿轮机构
行星齿轮机构较定轴齿轮机构具有结构紧凑、承受载荷大、传动效率高、齿间负荷小、结构刚性好、轴入轴与输出轴同轴线以及便于实现行驶中自动换挡等优点，所以目前自动变速器大都采用行星齿轮机构变速传动装置。
1．特性方程
单排行星齿轮机构的基本构造如图 6.18 所示，它由位于轴中心处的太阳轮、与太阳轮啮合的行星齿轮、支承行星齿轮的行星架以及内齿圈等组成。行星齿轮既能绕其自身的轴（行星架）自转，
又能围绕太阳轮作公转，这种关系正如太阳系中地球与太阳的关系，行星齿轮机构也因此而得名。
工作中可将太阳轮、行星架、内齿圈三者中的任一构件与主动轴相连，作为输入件，第二构件与从动轴连作为输出件，第三构件被强制固定（简称制动）,就能实现动力传递。
根据机械基础知识：单排行星齿轮机构的运动规律可用以下特性方程式表示,
n1+αn 2－（1＋α）n 3＝0 （6.1）
式中 n 1
、
n2
、
n3分别为太阳轮、内齿圈、行星架的转速；行星齿轮机构参数 α＝Z 2/Z1；
Z1、Z 2分别为太阳轮、内齿圈的齿数。
由式（6.1）可得,
n1Z1+n2Z2－（Z 1＋Z 2）n 3＝0 （6.2）
设Z 3＝Z 1＋Z 2，则有,
n1Z1+n2Z2－Z 3n3＝0 （6.3）
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2．工作状态表
由式（6.3）可知：行星齿轮仍然作为惰轮出现；如果假想行星架的齿数为 Z 3，则同样可以按照类似于定轴轮系的计算方法进行传动比的计算。假设 Z 1为24，Z 2为56，那么Z 3＝24+56=80。
单排行星齿轮机构通过固定不同的元件，改变主动元件和从动元件，按式（6.3）的工作原理分析进行计算，可得出八种工作状态（表 6.1） 。
图6.18 行星齿轮机构的基本构造
1.内齿圈 2.行星齿轮 3.行星架 4.太阳轮
A.变矩器出油道 B、C.控制阀油道
表 6.1 单排行星齿轮机构工作状态表
固定件 主动件 从动件 传动比 转速 旋转方向 扭矩 对应挡位
1 太阳轮 行星架 i=3.33>1 下降 相同 增大 1 挡
2
内齿圈
行星架 太阳轮 i=0.3<1 上升 相同 减小
3 内齿圈 行星架 i=1.43>1 下降 相同 增大 2 挡
4
太阳轮
行星架 内齿圈 i=0.7<1 上升 相同 减小 超速挡
5 太阳轮 内齿圈 i=2.33>1 下降 相反 增大 倒挡
6
行星架
内齿圈 太阳轮 i=0.43<1 上升 相反 减小
7 无 任意二 另一 i=1 相等 相同 不变 直接挡（3 挡）
8 无约束 空挡
6.3.2 双排行星齿轮机构
现代轿车自动变速器为增加传递转矩，常采用双排至多排行星齿轮机构并联构成双排或多排变速传动装置。典型的基本结构通常由辛普森式（Simpson）和拉威娜式（R avigneanx）两种。
1．辛普森式行星齿轮机构
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辛普森式行星齿轮机构有 3 挡位和4 挡位之分。4 挡位（如丰田 A341E、A342E 等）的比 3 挡位的多设置了一个超速行星排，有超速挡（OD 挡）,而 3 挡位的最高挡为直接挡（图 6.19） 。3 挡位的辛普森行星齿轮机构的特点是前、后排行星齿轮公用一个太阳轮，且是同轴布置，犹如两套单排行星齿轮机构安装在同一轴上。 不考虑超速行星排,各执行机构的工作如表 6.2 所示。 前排齿数,Z1=27、
Z2=60，则Z 3＝27+60=87；前排齿数：Z 1′=27、Z′ 2=60，则Z′ 3＝27+60=87。
图6.19 三挡位辛普森行星齿轮机构
表 6.2 各元件与挡位的关系
范围 P R N
D 2 L
操作
齿轮 停车倒挡空挡
1
挡
2
挡
3
挡
1
挡
2
挡
1
挡前离合器（C1） 连接输入轴和中间轴
○ ○ ○ ○ ○ ○
后离合器（C 2）
连接输入轴和前后太阳轮 ○ ○
制动器（B 1）
防止前后太阳轮按顺时针或反时针方向旋转 ○
制动器（B 2）
防止 F 1 的外圈按顺时针或反时针方向旋转。这样能够防止前后太阳轮按反时针方向旋转
○ ○ ○
单向离合器（F 1）
制动器（B 2）
当B 2起作用时，防止前后太阳轮按反时针方向旋转 ○ ○
制动器（B 3）
防止行星架按顺时针或反时针方向旋转 ○* ○ ○
单向离合器（F 2）
防止行星架按反时针方向旋转 ○ ○ ○
注：○*只限A40系列；表中C 为离合器，B为制动器，F为单向离合器。
1．倒挡
由表 6.2 可知，此时 C 2、B 3工作。由于 B 3工作，前行星架固定，n 3=0。动力传递线路为：输入轴→C 2→前、后太阳轮→前行星齿轮（定轴转动）→前内齿圈→后行星架→输出轴。
由式（6.3）得：n 1Z1+n2Z2=0，i R=n2/n1=,Z2/Z1=,60/27=,2.22
2．三挡
C1、C 2工作。动力传递线路为,
输入轴
C
2
前后太阳轮 后行星齿轮
C
1
中间轴
后行星架
后行星架
后内齿圈 后行星齿轮输出轴
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由于后行星齿轮机构的太阳轮与内齿圈转速相同，n 1=n2，则可得到 n 1=n2=n3。
igⅢ =1
3．二挡
C1、B 2、F 1工作。动力由后内齿圈输入，B 2、F 1使前、后太阳轮固定，n 1=n1'=0。动力传递线路为：
输入轴→C 1→中间轴→后内齿轮→后行星齿轮→后行星架→输出轴。
igⅡ =n3'/n2'= Z'3/Z'2＝87/60=1.45
4．一挡
C1、B 2、F 2工作。前行星架固定。动力传递线路为,
（1）假设前内齿轮不与后行星架连接，第二条传动路线的传动比为,
1
60
27
27
60
'
3
'
1
1
3
2
=×=×=
Z
Z
Z
Z
i
（2）假设前内齿轮不与后行星架连接，第一条传动路线的传动比为,
45.1
60
87
'
2
'
3
1
===
Z
Z
i
（3）一挡总传动比为两者叠加：i gⅠ =i1+i2=2.45
2．拉威娜式行星齿轮机构
拉威娜式行星齿轮机构与结构原理简图如图 6.20 所示。右行星齿轮排是一个单行星齿轮结构，
左行星齿轮排是一个双行星齿轮结构组合而成的复合式行星齿轮机构，其长、短行星齿轮分别与不同的太阳轮相啮合，由于齿轮参数不同，前、后行星齿轮共架，可省下一个内齿圈。其结构紧凑、
轴向尺寸小,转速较低。 根据换挡元件数的不同,它可实现 2,3,4 个前进挡和 1 个倒挡。 按式 （6.1）,
运动方程为
n1+α 1n5－（1＋α 1）n 2＝0 （6.4）
n6－α 2n5－（1－α 2）n 2＝0 （6.5）
式中 α 1-前行星齿轮排传动比，α 1=Z5/ Z1；
α 2-后行星齿轮排传动比，α 2=Z5/ Z6。
图 6.21 是4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图，各挡执行元件动作表和传动比为表 6.3。由
n II（齿圈 5）输出，令
Ι
=
n
n
T
κ,由式（6.4）,（6.5）可计算得到各挡传动比。
输入轴 C1 中间轴
前后太阳轮
后内齿圈
后行星齿轮后行星架
前行星齿轮 前行星齿轮 前内齿轮
输出轴
- 20 -
图6.20 拉威娜式行星齿轮机构
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
图6.21 4挡拉威娜式行星齿轮机构结构简图
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 F,单向离合器 B.制动器 C.离合器
表 6.3 各挡执行元件动作表与传动比
挡位 起作用元件 传动比i=n 1/n2
1 C2 （B3） F2 i1=a2β
2 C2 B1 （B 2） F1 i2=[(a1+a2)/(1+a1)] β
3 C2 C3 （B 1） i3=1/(1-1/a2+β/a 2)
4 C3 （B1） B 2 i4=a1/(1+a1)
倒 C 1 B3 iR=-a1β
注：带（）者仅在发动机制动时起作用；带[]者为接合而不起作用 。
1）换入1 挡时，由于离合器 C 2接合，则
T
n 为后排双行星齿轮排的太阳轮输入转速
6
n ；由于单向离合器 F2作用，使行星架 n2 的转速为零，此时只有后行星齿轮排起作用。
2）换入2 挡时，C 2、B 1、F 1作用，
T
n =
6
n,n 1=0。
3）换入3 挡时，C 2、C 3作用，
T
n =
6
n,
6
n =n2，
6
n =n1，此时传动比为 1。
4）换入4 挡时，C 3、B 2作用，n 1=0，n 2=
Ι
n,此时实现高速挡运动。
5）换入倒挡时，C 1、B 3作用，
Ι
n =
T
n,n 2＝0，前排行星齿轮工作。相当于定轴轮系，输出转速方向与输入转速相反，此时实现倒挡运动。
- 21 -
6.4 换挡执行机构
变速器的换挡执行机构由换挡离合器 (简称离合器 )和换挡制动器 (简称制动器 )两部分组成。目前采用的离合器有单向离合器与片式离合器两种；制动器有片式制动器和带式制动器两种。单向离合器的类型以及结构原理与液力变还器以及启动系统使用的单向离合器基本相同．故不赘叙。片式离合器或片式制动器足一种利用传动液 ATF 压力来推动活塞移动，从而使离合器片 (或制动器片 )接合的离合器 (或制动器 )、故又称为活塞式离合器 (或制动器 )。
6.4.1 换挡离台器
在自动变速器中，换挡离合器的功用是将行星齿轮变速机构的输入轴与行星排的某一个
元件或将行星排的某两个元件连接成一体，用以实现变速传动。
1．片式高合器的结构特点
自动变速器采用的片式离合器的零部件组成如图 6.22 所示，主要由离台器毂、活塞、复依弹簧、
离合器片等组成。在离合器毂的内间制作有若干个键槽，用于安放离台器片。离合器片由若干片主动片 (钢片 )和从动片 (摩擦片 )组成。 主动钢片与离合器主动件相连,从动摩擦片与离合器从动件相连。
在离合器片的外圆或内圆上制有若干个凸绿，以便与离合器毅或花键毅连接并传递动力。
在自动变速器中，具有离合器毂和花键毂的部件都可与变速器输入轴或行星排的某个元
件连接。与输入轴相连的邻件则为主动件，与行星排相连的部件则为从动件。
图6.22 片式离合器零件组成
1.卡环 2.承压盘 3.主动钢片 4.小卡环 5.弹簧座 6.复位弹簧 7.活塞 8.活塞外缘密封圈
9.活塞内缘密封圈 10.离合器毂与壳体
在图 6.22 中，主动钢片的内圆上制有片若干个凸缘并安放在主动部件花键毂 (图中未画出 )外圆
- 22 -
的键槽中，从动摩擦片的外缘制有若干个凸缘并安放在离台器毂内缘的键槽中。
从动摩擦片由两个表面粘附有摩擦片的钢片制成。摩擦片由合成纤维、酚醛树脂和富有弹性的纸质材料经过硬化和浸渍处现理制成，具行很高的摩擦系数，其摩擦性能受比力和温度影响很小。
因为变速器的离合器片都浸泡在传动液中，故又称为湿式摩擦片离合器。
2．片式离合器的工作原理
片式离合器的工作过程如图 6.23 所示，输入轴为主动件，驱动齿轮与输入轴制成一体，主动钢片内圆的凸缘安放在驱动齿轮的键槽中，从而实现滑动连接。主动钢片既能随驱动齿轮转动，又能作少量轴向移动。
图6.23片式离合器工作原理（驱动齿轮为主动件，离合器为从动件）
(a)分离状态(b)接合状态
离合器毂为从动件，从动摩擦片外圆上的凸缘安放在离合器毂内圆的键槽中，从而实现滑动连接。摩擦片也可作少量轴向移动。
离合器的活塞安装在离合器毂内，活塞与离合器毂之间形成有一个环状油腔，该油腔与液压控制油道相通。环形油腔由活塞内外圆上的 O 型密封圈保证密封。
当液压控制系统的传动液（ AFT）经控制油道进入环形油腔时，活塞在油压作用下，克服复位弹簧弹力向右移动，将主动钢片与从动摩擦片压紧在一起，离合器接合传递动力，如图 6.23 (b)所示。
动力传递路线为：输入轴 -驱动齿轮 -主动片 -从功片 -离合器鼓 -输出轴。因此，当离合器处于接合状态时，便可将驱动齿轮和离合器毂连接的机件 (变速器轴和行星排的基本元件 )连接成一体，从而实现变
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速传动。
当液压控制系统的油压解除后,活塞在弹簧弹力的作用下复位,离台器又处于分离状态如图 6.23
(a)所示。
3．安全阀的作用
为了保证离合器工作时能够彻底分离，必须满足以下两个条件,
(1)当离合器处于分离状态时，主动片与从动片之间必须具有足够的间隙，标准间隙为 0,25mm
— 0,38mm。间隙不当时，可选用不同厚度的止推垫圈或从动摩擦片进行调整。
(2)当液压控制系统的油压解除后，离合器环形油腔内不能残存传动液。
在离合器的油腔内，由于结构限制，因此仅设有一条控制油道，通常设在活塞旋转的中心部位。
离合器接合与分离时，传动液 (ATF)均从同一油道流入与流出。因此当离合器分离时，残留在油腔中的传动液在离心力的作用下就会甩向油腔外缘，使油腔外缘产生一定的油压。
这一油压作用在活塞上会使离合器分离不彻底，导致离合器从动摩擦片与主动钢片磨损加剧而缩短其使用寿命。为此，在油腔周围的离合器毂外缘或活塞外缘上没有一个球阀，称为安全阀或甩油阀。
当传动液流入环形油腔时，具有一定压力的传动液将球阀压紧在阀座上，如图 6.23 (b)所示，安全阀阀门处于关闭状态。传动液 (ATF)充入油腔使油压升高。
当需要离合器分离时，液压控制系统接通回油油道，油腔内的传动液 (ATF)流出，油压降低，
球阀在离心力作用下离开阀座，如图 6.23 (a)所示，安全阀阀口处于开启状态，残留在油腔中的传动液在离心力的作用下便可从安全阀阀口流出，使离合器快速并彻底分离。
6.4.2 换挡制动器
换挡制动器是换挡执行机构中的锁止元件，其功用是锁定行星排中的任意一个或两个元件，以便实现变速传动。换挡制动器分为片式制功器和带式制动器两种。
1．片式制动器
片式制动器的结构原理与片式离合器基本相同，仅零部件的名称有所不同。分别称为制动器毂、
制动器片 (主动钢片、从动摩擦片 )、活塞和复位弹簧等。当液压控制系统的传动液使活塞移动时，主动钢片与从动摩擦片压紧在—起，便将制动器连接的行星排元件与变速器壳体锁，从而实现变速传动。
2．带式制动器的结构原理
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带式制动器由制动带及其伺服装置 (即控制油缸 )组成。
(1)制动带。制动带是内表面镀有一层摩擦材料的开口式环形钢带。
按制动带的变形能力不同，可分为刚性制动带和挠性制动带两种；刚性制动带比挠性制动带厚，
具有较高的强度和较大的燃容性，其缺点是不能产生与制动毂相适应的变形。挠性制动带可与制动毂完全贴合，因此制动效果好，且价格低廉。
按制动带的结构不问，可分为单边制动带和双边制功带两种，如图 6.24 所示。双边制动带制动效果比单边制动带好，多用于转矩较大的低挡和倒挡制动器。相同类型的制动带用于不同挡位时，
共内表面的摩擦材料镀层不尽相同。低挡、倒档制功带镀层大多采闭金属摩擦材料，其目的是保证具有足够的制动力矩；高档制动带镀层一般采用有机耐磨材料，其目的是防止制动鼓过度磨损。
图6.24 带式制助器制动带的结构
（a）刚性单边制动带；(b)挠性单边制动带；(c)双边制动带
L．光滑表面；2。摩擦材料镀层
(2)伺服装置。伺服装置分为直接作用式和间接作用式两种。直接作用式制动器的结构如图 6.25
所示。由制动带 2、活塞 5、复位弹簧 6 和顶杆 9 等组成。制动带开口的—端固定在调整螺杆的端的椎杆上，调整螺杆固定在与变速器客体相连的支座上，另一端支撑在与油缸活塞相连的顶杆上；制动器不工作时，活塞在复伉弹簧弹力作用下右移到极限位置。
当液压控制系统的传动液从控制油道进入活塞的工作油腔 (即活塞右面无弹簧一侧油腔 )时，在油压作用下，活塞克服弹簧弹力推动顶杆左移，制动带以左侧顶杆文撑点为支点收紧。
在制动力矩的作用下，制动带将制动毂抱死并停止转动，此时行星齿轮机构与制动毂连接的元件便处于锁止状态，从而实现变速传动。
当工作油缸泄压时，活塞在复位弹簧弹力作用下，带动顶杆一同复位，制动解除。如果仅靠弹
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簧弹力，则活塞复位速度较慢，这种结构多用于早期生产的自动变速器以及换入空挡用制动器。目前，大多数制动器设置了左侧油腔进油道，当右侧油腔回油使压力降低时，活寒在左侧油腔压力和复位弹簧弹力共同作用下复位，可迅速解除制动。
图6.25 直接作用式带式制动器
1.调整螺杆；2.制动带；3.变速器壳体；4.油缸盖；5.活塞； 6.复伦弹簧；7.油道；8.出气口 9.顶杆
间接作用式伺服装置的结构如图 6,26 所示,与直接作用式制动器的区别在于增没了一套杠杆机构，杠杆 3—端与活塞推杆 4 连接，另一端与制动带顶杆连接。活塞移动时，活塞推杆通过杠杆使制动带顶杆动作，从而使制动带收紧。由于采用了杠杆机构将活塞作用力放大，因此可以增大制动力矩。
3．带式制动器间隙的调整
带式制动器在解除制动后，制动带与制动鼓之间应有一定间隙，以便制动毂旋转，否则就会导致制动毂与制动带加速磨损，影响行星齿轮机构正常工作。制动带与制动毂间隙的调整方法有两种：
通过调节调整螺杆进行调整，如图 6.25 所示；调节活塞推杆进行调整，如图 6.26 所示。调整方法是先将调整螺杆或推杆拧紧到《维修手册》规定力矩，然后拧回规定圈数即可。
- 26 -
图6.26 间接作用式带式制动器
1.制功带；2.制动带顶扦；3.杠杆； 4.活塞推杆； 5.回油油道；6.活塞； 7.进油油道；8.油缸壳体
6.4.3 停车锁止机构
目前,大多数自动变速器都是通过锁止输出轴实现驻车 (停车 )。 停车锁止机构的结构如图 6.27(a)
所示，主要由停车棘爪、停车齿圈和锁止杆等组成。
图6.27 停车锁止机构
1.锁止杆 2.停车棘爪 3.停车齿圈 4.复位弹簧
停车棘爪上制作有一个锁止凸齿，一端支承在变速器壳体的支承销上，且可绕支承销转动。锁止杆的一端制作成直径大小不同的圆柱杆，如图 6.27(b)所示，另一端经连杆机构与选挡操作手柄连
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接。
当选挡操纵手柄拨到 P 位以外的任一位置时，手柄连杆机构带动锁止杆向离开停车棘爪方向移动，使锁止杆直径较小的圆柱杆与停车棘爪在复位卡簧弹力的作用下复位，其锁止凸齿与外齿圈分离，变速器输出轴可以自由旋转。
当选挡操纵手柄拨到 P（停车）位置时，手柄连杆机构推动锁止杆向接近停车棘爪方向移动，
使锁止杆直径较大的圆柱杆部分与停车棘爪接触，将停车棘爪顶向停车齿圈。当锁止凸轮嵌入齿圈的齿槽时，便将输出轴与变速器壳体连接成一体而无法转动，使汽车停止不动。
6.5 供油系统
自动变速器供油系统主要由压力调节装置、油泵、辅助装置及各分支供油系统等组成。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、合适温度的油液。控制系统的作用是根据驾驶员操纵手柄的位置和汽车行驶状态产生自动换挡的指令。操纵机构的作用是在驾驶员和控制系统的指令下，操纵变矩器及换挡执行元件的工作，实现挡位在一定状态间的自动转换。
6.5.1 传动液
传动液是自动传动液（ATF，Aut omatic Transmission Fluid）的简称，具有传递能量、润滑、
清洗和冷却等功用，是—种特殊的高级润滑油。在液力变矩器中，它是传递动力的介质；在液压控制系统中，它既是操纵油液也是润滑油液，在自动驱动桥中，传动液还用来润滑主减速器和差速器等。
自动变速器使用的传动液(ATF)必须满足以下要求,
(1)适当的黏度和良好的黏度稳定性。自动变速的工作温度变化范围较大，—般为－40℃～＋70
℃，其黏度变化范围也较大。就提高液力变距器的传动效率和控制系统动作的灵敏度以及汽车低温顺利起步而言，传动液黏度低较为有利；就满足行星齿轮变速机构的润滑要求和防止泄漏而言，传动液黏度又不能过低。为了满足自动变速器各部机件的使用要求，传动液在不同温度条件下，必须达到规定的黏度值，如表 6.4 所示。
(2)良好的热氧化稳定性。传动液工作时的最高温度可达 170℃，若热氧化稳定性不好，就会生成高温氧化沉淀物，使各种液压控制阀和换挡元件工作失灵。
(3)良好的抗磨件。自动变速器齿轮变速机构的工作条件比较苛刻，且其零部件分别采用钢、铜等不同金属材料制成。因此，要求传动液能够保证不同材料制成的零部件均不易磨损。
(4)良好的抗泡件，传动液产生泡沫，不仅会降低液力变矩器的传动效率和液压控制机构动作的灵敏度，而且还会导致液压传动系统油压波动，严重时会导致供油中断。因此，要求传动液具有良好的抗泡性，机械搅拌时产生的泡沫应能迅速消失。
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表 6.4 PTF-1 类传动液的黏度特性
项目 温度/℃
通用汽车公司
GM Desron型
通用汽车公司
GM DesronII型
福特汽车公司
Ford M2C33-E/F型
克莱斯勒汽车公司
Chrysler MS-4228型
99 7.0（最小） 7.0（最小） 7.25（最小）
-17.8 1400（最大）
-23.3 4000（最大） 4000（最大）
-29 2300（最大）
黏度
-40 55000（最大） 50000（最大） 55000（最大）
90 5.5（最小） 5.5（最小） 6.2（最小） 6（最小）
黏度稳定性
（耐久性试验）
-17.8 1400（最大）
(5)对橡胶密封材料具有良好的适应性。自动变速器的密封件采用丁腈橡胶、丙烯橡胶和硅橡胶
(合成橡胶的一种。原料是二甲基二氯硅烷、能耐高温和低温，主要用来制造飞机和宇宙飞船的密封件、薄膜、胶管和绝缘材料)等密封材料制成。传动液应不会使这些密封件产生明显地膨胀、收缩和硬化现象，否则就会导致传动液泄漏。
进口汽车传动液的分类普遍采用美国材料试验学会 (ASTM)和美国石油学会 (API)共同提出的动力传动液(PTF，Power Transmission Fliud)分类法进行分类。该分类法将自动传动液分为 PTF—1、
PTF—2、PTF—3 三类，如表 6.5 所示。
自动变速器的传动液在使用过程小，应当注意以下几点。
(1)绝对不能错用、混用。在汽车用油中，传动液(ATF)的成分最为复杂。自动变速器对加油方法、加油量以及换油间隔里程都有严格规定，必须照章行事，否则变速器就易出现故障，甚至严重影响其使用寿命。
(2)散热器工作良好。传动液在变速器中循环传递能量，会使自身的温度升高，其正常使用温度一般为 50℃～80℃，最高温度可达 170℃。油温过高，会使传动液变质，缩短其使用寿命。油温超过正常使用温度 10℃，传动液的使用寿命就会缩短一半。为了保证变速器正常工作，汽车上专门设有一套传动液冷却系统或专门的散热器(安装在发动机前端水冷却器附近)或在变速器壳体上设有冷却水道进行散热。这些散热装置工作状态必须良好。
(3)通风塞必须保持畅通。为了防止变速器工作时内部压力过高，在变速器壳体上设有通风塞，
使其内部与外界空气保持畅通。如通风塞过脏或堵塞，就会导致传动液因压力过高而出现泄漏。
表 6.5 国内外自动传动液的分类
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类型 使用范围 国外产品规格
国内产品规格
PTF—1 轿车、轻型商用汽车自动变速器
1,通用汽车公司GM Desron 型
2,通用汽车公司GM D esronII 型
3,福特汽车公司Ford M 2C33-E/F型
4,克莱斯勒汽车公司Chrys ler MS-4228 型
8 号自动传动液
（Q/SYO18.4403-86）
PTF—2
重型商用汽车、越野汽车、工程机械液力变速器
1.通用汽车公司GM Truck 型
2.通用汽车公司GM Coach 型
3.通用汽车公司GM Allison 型
6 号自动传动液
（Q/SYO18.4403-86）
PTF—3
农业和野外建筑机械的液压,齿轮以及制动装置
1.约翰。迪尔（John D eera）J20-A
2.玛赛。费格森（Massey Ferguson）M-1135
3,福特(Ford)M2C11A
拖拉机液压、传动两用油
（Q/SH007.1.23-87）
6.5.2 油泵
油泵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。
1．内啮合齿轮泵的工作原理
内啮合齿轮泵的工作原理如图 6.28所示。月牙形隔板将内齿轮与外齿轮的轮齿之间空出的容
图6.28 内啮合齿轮泵
a）结构 b）工作原理
1.定子轴 2.主动齿轮 3.从动齿轮 4.壳体 5.O 形圈 6.油封 7.隔板7.隔板
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
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后端的轴套带动小齿轮和内齿轮一起向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啮合，容积不断增加，以致形成局部真空，将油盘中的油液从进油口吸入，且随着齿轮的旋转，齿间的油液被带到压油腔；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，
将油液从出油口排出。油液就这样源源不断地输往液压系统。
油泵的理论泵油量等于油泵的排量与油泵转速的乘积。内啮合齿轮泵的排量取决于外齿齿轮的齿数、模数及齿宽。油泵的实际泵油量会小于理论泵油量，因为油泵的各密封间隙处有一定的泄漏。
其泄漏量与间隙的大小和输出压力有关。间隙越大、压力越高，泄漏量就越大。
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。丰田汽车的自动变速器一般都采用这种油泵。
2．摆线转子泵
图6.29 摆线转子泵的工作原理
1.外转子 2.内转子
摆线转子泵由一对内啮合的转子、泵壳和泵盖等组成（图 6.29） 。内转子为外齿轮，其齿廓曲线是外摆线；外转子为内齿轮，齿廓曲线是圆弧曲线。内外转子的旋转中心不同，两者之间有偏心距，一般外转子比内转子多一个齿。通常自动变速器上所用摆线转子泵的内转子都是 10 个齿。发动机运转时，带动油泵内外转子朝相同的方向旋转。内转子为主动齿，外转子的转速比内转子每圈慢一个齿。内转子的齿廓和外转子的齿廓是一对共轭曲线，能保证在油泵运转时，不论内外转子转到什么位置，各齿均处于啮合状态，即内转子每个齿的齿廓曲线上总有一点和外转子的齿廓曲线相接触，从而在内转子、外转子之间形成与内转子齿数相同个数的工作腔。这些工作腔的容积随着转子的旋转而不断变化，当转子顺时针方向旋转时，内转子、外转子中心线的左侧的各个工作腔的容积由大变小，将油液从出油口排出。
摆线转子泵的排量取决于内转子的齿数、齿形、齿宽及内外转子的偏心距。齿数越多，齿形、
齿宽及偏心距越大，排量就越大。
摆线转子泵是一种特殊齿形的内啮合齿轮泵，具有结构简单、尺寸紧凑、噪音小、运转平稳、
高速性能良好等优点；其缺点是流量脉动大，加工精度要求高。马自达 626 轿车的自动变速器就是采用这种油泵。
3．叶片泵
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叶片泵的转子由变矩器壳体后端的轴套带动，绕中心旋转；定子是固定不动的，转子与定子不同心，二者之间有一定的偏心距（图 6.30） 。
图6.30 叶片泵工作原理
1.转子 2.定位环 3.定子 4.叶片 A.进油口 B.出油口
当转子旋转时，叶片在离心力或叶片底部的油液压力的作用下向外张开，紧靠在定子内表面上，
并随着转子的转动，在转子叶片槽内作往复运动。这样在每两个相邻叶片之间便形成密封的工作腔。
如果转子顺时针方向旋转，在转子与定子中心连线的右半部的工作腔容积逐渐减小，将油液从出油口压出。这就是叶片泵的工作过程。
叶片泵的排量取决于转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距。转子直径、转子宽度及转子与定子的偏心距越大，叶片泵的排量就越大。
叶片泵具有运转平稳、噪音小、泵油量均匀、容积效率高等优点，但它结构复杂，对压油的污染比较敏感。
4．变量泵
为了减少油泵在高速运转时由于泵油量过多而引起的动力损失，自动变速器的叶片泵大多设计成排量可变的型式。这种叶片泵的定子不是固定在泵壳上，而是可以绕一个销轴作一定的摆动，以改变定子与转子的偏心距（图 6.31）,从而改变油泵的排量（称为变量泵或可变排量式叶片泵） 。
在油泵运转时，定子的位置由定子侧面控制腔内来自油压调节阀的反馈油压来控制。当油泵转速较低时，泵油量较小，油压调节阀将反馈油路关小，使反馈压力下降，定子在回位弹簧的作用下绕销轴向顺时针方向摆动一个角度，定子与转子间的偏心距较大，油泵的排量较大。当油泵转速增高时，泵油量增大，出油压力随之上升，推动油压调节阀将反馈油路开大，使控制腔内的反馈油压上升，定子在反馈油压的推动下绕销轴向逆时针方向摆动，定子与转子的偏心距减小，油泵的排量也随之减小，从而降低了油泵的泵油量，直到出油压力降至原来的数值。
6.5.3 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，一方面是因为油泵的泵油量是变化的；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
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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（又称一次调压阀）,副调压阀（又称二次调压阀）,止回阀和安全阀等组成。
图6.31 变量泵工作原理（GM THM125）
1.泵壳 2.定子 3.转子 4,密封条 5.进油口 6.油箱 7.回位弹簧
8.叶片 9.反馈油道 10.出油口 11.销轴 12.卸压口
1．一次调压阀
一次调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节流向各液压系统的油压，保证各系统液压的稳定，使各信号阀工作平稳。一次调压阀一般由阀心、阀体和弹簧等主要元件组成（图 6.32） 。
来自油泵的压力油液从进油口 A 进入，并作用到阀心的右端，来自于节气门调压阀和手动阀倒挡油路的两个反馈油压则经进油口 F 作用在阀心的左端。
当发动机负荷较小，输出功率较小时，此时的节气门调压阀调节的压力也较低，作用在阀心右端的油液压力较高，油压所产生的作用力大于阀心左端弹簧预紧力和节气门调节压力对阀心的作用力时，弹簧将被压缩，阀心向左移动，阀心中部的密封台肩将使泄油口露出一部分（来自油泵的油液压力越高则泄油口露出越多）,来自油泵的油液有一部分经出油口 B输往选挡阀，另有一部分经出油口 D 输往变矩器，还有一部分经泄油口流回油盘，使油压下降，直至油液压力所产生的推力与调压弹簧的预紧力和节气门调节压力的合力保持平衡为止，此时调压阀以低于油泵输入压力的油压输出；当节气门开度增大，输出功率增大时，此时增大了的节气门调节油压将使阀心向右移动，阀心中部的密封台肩将堵住泄油口，泄油口开度降低，泄油道减小或处于封闭状态，使油压上升，调节阀以高于油泵输入压力的油压输出。节气门开度越大，调压阀输出的压力越高，输往选挡阀和变矩器去的油液压力将随所要传递的功率的增大而增大，同时可使油液压力保持在相对稳定的范围（通常为0.5Mpa～1MPa）内。
在阀心的右端还作用着另一个来自于压力校正阀的反馈油压，这一反馈油压对阀心产生一个向左的推力，使一次调压阀所调节的主油路油压减小。
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图6.32 调压阀的结构简图
1.一次调压阀 2.油泵 3,安全阀 4.二次调压阀 5.止回阀
当自动变速器处于前进挡的 1 挡或 2 挡时，倒挡油路油压为 0，压力校正阀关闭，调压阀右端的反馈油压也为 0。而当变速器处于 3 挡或超速挡时，若车速增大到某一数值，压力校正阀开启，
来自节气门阀的压力油经压力校正阀进入调压阀右端，增加了阀心向左的推力，使主油路油压减小，
减小了油泵的运转阻力。当自动变速器处于倒挡时，来自手动阀的倒挡油路压力油进入阀心的左端，
阀心左端的油压增大，一次调压阀所调节的主油路压力也因此升高，满足了倒挡时对主油路油压的需要。此时的主油路油压称为倒挡油压。
2．二次调压阀和安全阀
二次调压阀的作用是根据汽车行驶速度和节气门开度的变化，自动调节变矩器的油压、各部件的润滑油压和冷却装置的冷却油压。
二次调压阀也是由阀体、阀心和弹簧等组成（图 6.32a） 。当发动机转速低或油门关闭时，二次调压阀在弹簧的作用下，把通向油液冷却装置的油道切断。当发动机转速升高和变矩器油压升高时，
把油路开放。发动机停止转动时，二次调压阀用一个单向控制阀把变矩器的油路关闭，使油液不能外流，以免影响转矩输出。
安全阀实际上也是一个调压阀，由弹簧和钢球组成，并联在油泵的进、出油口上，以限制油泵压力。当油泵压力高时，顶开钢球，油经钢球和油道流回油盘。
旁通阀（止回阀）是油液冷却装置的保护器，与冷却装置并联。当流到冷却装置的油液温度过高、压力过大时，阀体打开，起旁通作用，以免高温、高压的油液损坏冷却装置。
6.5.4 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，还包括油箱、过滤器等许多辅助装置。
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1．油箱
自动变速器的油箱，可分为两大类：总体式和分离式。前者把变速器的油底壳作为油箱使用。
后者则分开独立布置，由管道与变速器连通，布置上比较自由。
在正常油温条件下工作时，油箱液面应保持正确的高度。油面过低，则油泵在吸油时可能吸入空气。空气的可压缩性会导致难以正常工作，并且换挡过程中出现打滑和接合延迟现象，使得变速器机构件发热和加速磨损。反之油面过高，则将因齿轮等搅拌而形成泡沫层，同样也会产生过热和打滑，加速油液的氧化。正确的油面高度应根据冷态和热态时不同的标尺刻度进行检查。
此外，一般油箱还应具通气孔，以保证油箱正常的大气压。
2．过滤器
自动变速器由于液压系统零件的高精密度及工作性能的高灵敏度，使其对油液的清洁程度要求极高。经长期使用后，由于油液变质、零件磨损颗粒、磨擦而剥落、密封件磨损脱落、空气中尘埃颗粒，以及其它污物都可能使油液污染，而导致各种故障发生，如滑阀受卡、节流孔堵塞、随动阀失灵等，因此，应对油液进行严格过滤。供油系统中，通常设有集滤器和细滤器。
1）集滤器──通常装在油泵吸油管端，用以防止大颗粒或纤维杂质进入供油系统。滤清材料一般采用 0.08～0.10mm 的金属网或毛织物。
2）细滤器──通常设置在回油管或油泵的输出管道上，它的作用是滤去油液中各种微小颗粒
（大于 0.04mm）,提高油液的清洁度，避免颗粒杂物进入液压控制系统。
6.6 操纵机构
在车辆行驶中，随着节气门开度及车速等参数变化到一定程度时，液压操纵系统即使油泵向换挡时需要动作的离合器或制动器伺服油缸供油，从而实现自动换挡。节气门开度信号由节气门调压阀获得，车速信号参数由速度调压阀获得，而液压操纵系统主油路工作油压则通过主调压阀获得。
液力式自动变速器的挡位是通过转换工作液的流向、通断回路、阻止逆流等来实现的，其组成包括：手动阀、强制降挡阀和换挡阀。
6.6.1 手动阀
汽车自动变速器液压操纵系统手动阀通过连接装置与驾驶室的换挡杆相连，操纵换挡杆可以移动手动阀，进行油路转换。从而通过打开或关闭不同的油路，供驾驶员按工作需要选择 P、R、N、D、
L 等挡位。
如图 6.33 是丰田 A40D 型液力式自动变速器的手动阀的结构和工作原理图。 阀杆由换挡杆操纵，
可左右移动，移动时分别打开或关闭阀体中的油道。手动阀的进油口与一次调压阀相通，压力为管路压力。出油口分别与 1-2 挡换挡阀、2-3 挡换挡阀、顺序动作阀、前离合器和调节阀相通。由图
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6.33，当换挡杆在 N 挡时，关闭进油口，各换挡零件均不工作，变速器空挡。换挡杆在 P 挡时，手动阀把通往低压随动阀和顺序动作阀的油路打开，把其它油道都关闭，自动变速器只有第三制动器
B3 工作。换挡杆在 R 挡时，手动阀打开通往后离合器 C2 和第三制动器 B3 的油道，C2 和 B3 动作，
变速器工作在倒挡。当换挡杆在 D挡时，手动阀把前离合器 C1 和1-2挡换挡阀，2-3 挡换挡阀、减挡压力调节阀和节气门等油路打开，使自动变速器能在一至三挡间变换工作。换挡杆在 2 挡时，通过手动阀油道压力使 2-3 挡换挡阀不能移动，变速器不能自动升到 3 挡。换挡杆在 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，变速器只能在第一挡工作。
图6.33 手动阀构造
1.手动阀拉杆 2.手动阀
6.6.2 节气门调压阀
节气门调压阀根据节气门开度，将工作液压转变为反映节气门开度的加速踏板控制液压，形成自动换挡变速的一个依据。
图6.34 节气门阀工作原理
1.低速挡柱塞 2.弹簧 3,节气门阀 4.断流阀 5.节气凸轮
如图 6.34 在阀体下端,节气门阀凸轮推动减挡柱塞以控制弹簧向上的作用力大小； 在阀体上端，
A、B 两处的液压作用力、后弹簧力都迫使阀体向下运动。当节气门开度增大时，节气门阀凸轮推动低速挡柱塞压紧弹簧，弹簧力增大，上推阀体，工作液入口截面增大，从而加速踏板控制液压也增
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大。加速踏板控制液压是换挡阀控制换挡的依据之一，因而这一液压极为重要；若此阀工作不良，
则不能在规定的速度内发生自动换挡。为获得正常的加速踏板控制液压，通到节气门阀凸轮上的变速器节气门拉线需调整适当，否则会造成换挡冲击或离合器、制动器打滑。
6.6.3 速控调压阀（或称调速阀）
该阀装在自动变速器的输出轴上与轴一起旋转,由于作用于重锤和速控调压阀上离心力的变化，
速控调压阀即能监测出输出轴的旋转方向及车速，然后该阀根据车速调节液压油压力，将工作液压转变为速控液压。如图 6.35 所示，在离心力作用下，重锤和滑阀力图向外移动，而 A 处的液压及弹簧力却力图使滑阀内移；因此，滑阀的位置由这三个力综合决定——取决于合力的方向。
图6.35 速控调压阀工作原理
1.输出轴 2.滑阀 3.弹 簧 4.重锤 5.速控液压阀轴
当转速较低时，重锤、滑阀外移，进油口打开；转速越大，滑阀越向外移动，进油口进油的横截面也越大，液压越高。当汽车在中高速行驶时，转速上升到一定值，重锤被阀体抵住不再外移，
而滑阀在离心力作用下仍继续向外移动，这时就产生了速控液压。
和加速踏板控制液压一样，速控液压也是换挡阀控制换挡依据之一，它施加在换挡阀的另一端。
若自动变速器根本不能换挡（或换挡点过高、过低）则应考虑检查速控调压阀工作是否正常。
6.6.4 自动换挡阀
换挡阀为二位滑阀，其功用是在速控液压、加速踏板控制液压（节气门液压）的作用下，自动切换元件油路，使换挡元件通断而进行变速。如图 6.36 为2-3 挡换挡阀的结构和换挡原理。
当速控液压高时，阀被向上推以克服加速踏板控制液压的阻力和弹簧力，以便开通通往后离合器(C2 )活塞的通道并换至三挡。当速控液压低时，加速踏板控制液压和弹簧将阀向下推,以关闭通往 C2 的活塞通道并换至二挡。在降挡时，闭锁压力作用于 2-3 挡换挡阀以便快速降至二挡。在“2”
范围时,来自手控阀的管路压力作用于中间换挡阀,此阀下降以便换挡至二挡。同样，管路压力通过换挡阀作用于中间阀,产生中间调整压力。 该压力通过 1-2换挡阀作用于制动器 B1 以实现在“2”
范围时，发动机以二挡制动。
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图6.36 2.3 挡换挡阀的原理
6.6.5 强制降挡阀
如图 6.37 a、b 所示为节气门控制的强制降挡阀，在汽车上坡中把加速踏板几乎踩到底时，降挡柱塞移动的距离较大，使来自强制降挡阀的油路开通。因此降挡压力作用于 1-2 挡换挡阀及 2-3
挡换挡阀，即由第三挡减到第二挡或由第二挡减至第一挡。随着车速的提高，来自调速阀压力也相应提高，当此压力足够大时，汽车自动换入高挡行驶。当加速踏板一抬起，降挡柱塞回位，强制降挡阀油路关断，此时调速压力仍较高，使汽车可继续向高挡换挡。
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 6.37c 所示，
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（作用节气门油压的一端）,强迫换挡阀右移，让自动变速器降低一个挡位。
6.6.6 超速挡液压控制阀
在装有超速挡的液力自动变速器上，设有超速挡控制阀，如图 6.38 是超速挡控制阀结构图，由
3-4（超速挡）换挡阀、滑动换挡阀和电磁阀等组成。3-4 换挡阀控制着超速离合器 C 0 和超速制动器B 0的油路，阀体的进油压力来自电磁阀控制的管路压力、速控液压加速踏板控制 液压，出油口与
C0、B 0 相通。电磁阀接通时，回油口打开，管路压力通过回油孔流回油盘，使管路压力不作用在滑动换挡阀上方。超速换挡阀能上下移动。电磁阀关闭时，管路压力作用在滑动换挡阀上方，3-4 换挡阀不能上移，防止升到超速挡。加速踏板控制液压和弹簧张力作用在 3-4 换挡阀的上方，调速阀压力作用在下方，如果电磁阀打开，阀体可以上下移动换挡。车速高，调速阀压力高，柱塞上行，
B0 油路接通，同时 C 0 油路断开，变速器由第三挡升到超速挡。车速低，调速阀压力低，柱塞下行，
B0 油路断开，C 0 接通，变速器由超速挡减到第三挡。
液力式自动变速器在超速挡工作应满足以下条件：其一，电磁阀必须接通；其二，选挡杆置于
D 挡；其三，车速应高到一定程度。在有的自动变速器上，为了使超速挡工作时机得当，电磁阀的
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工作受 ECU控制。
图6.37 强制降挡阀和降挡柱塞工作示意图
a）降挡压力调节阀 b）节气门阀 c）电磁阀控制的强制降挡阀
1.节气门拉索 2.节气门阀凸轮 3.降挡柱塞 4.柱塞回位弹簧 5.节气门 6.节气门弹簧7.加速踏板 8.强制降挡 开关 9.强制降挡电磁阀 10.阀杆 11.阀芯
图6.38 超速挡液压控制阀
1.超速电磁阀 2.滑动换挡阀 3.3.超速挡换挡阀簧7.加速踏板 8.强制降挡开关 9.强制降挡电磁阀 10.阀杆 1 1.阀芯
6.6.7 电子控制系统
电子控制自动变速器中电子控制系统常用的传感器有节气门位置传感器、车速传感器、输入轴
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转速传感器、液压油温度传感器等，此外，还有控制开关和电磁阀等执行器（图 6.39） 。
图6.39 自动变速器的电子控制系统组成框图
1．控制开关
电子控制装置中的控制开关有：空挡起动开关、模式开关、降挡开关、制动开关、挡位开关、
超速挡开关等。
（1）挡位开关（俗称空挡起动开关） 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（图6.40）,用于检测操纵手柄的位置。
图6.40 空挡起动开关
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（图 6.41） 。当选挡手柄位于空挡或驻车位置时，起动开关接通。这时起动发动饥，起动开关便向电控单元输出起动信号，
使发动机得以起动。如果选挡手柄位于任一驱动位置，则起动开关断开，发动机不能起动，从而保
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证使用安全。
挡位开关还可将变速器换挡杆位置信息传送给自动变速器 ECU，而 ECU 则可判断挡位开关输入的３个位置信号。若输入的分别是 N、2 和 L 信号，ECU 判断变速器处于相应的 N、2 和 L 挡位；若不输入上述信号，ECU 则判断变速器处于 D 挡位。
（2）模式开关 大部分电子控制自动变速器都有一个模式开关，用来选择自动变速器的控制模式，以满足不同的使用要求。所谓控制模式主要是指自动变速器的换挡规律。常见的自动变速器的控制模式有以下几种,
1）经济模式（ECONOMY） 。这种控制模式是以汽车获得最佳的燃油经济性为目标来设计换挡规律的。当自动变速器在经济模式状态下工作时，其换挡规律应能使发动机在汽车行驶过程中经常处在经济转速范围内运转，从而提高了燃油经济性。
2）动力模式（POWER） 。这种控制模式是以汽车获得最大的动力性为目标来设计换挡规律的。在这种控制模式下,自动变速器的换挡规律能使发动机在汽车行驶过程中经常处在大功率范围内运转，
从而提高了汽车的动力性能和爬坡能力。
3）标准模式（NORMAL） 。标准模式是指换挡规律介于经济模式和动力模式之间的一种换挡模式。
它兼顾了动力性和经济性，使汽车既保证一定的动动性，又有较佳的燃油经济性。
（3）降挡开关 当加速踏板超过节气门全开位置时，此开关接通，并向 ECU 发出信号。ECU 接收到信号后，按内存程序控制换挡，并将变速器自动下降一个挡位，以提高加速性能。
（4）制动开关 制动时将信号输送给 ECU，以解除锁止离合器的结合，防止突然制动时引起发动机熄火。
（5）超速挡开关 超速挡开关一般设在换挡杆手柄上，超速切断指示灯安装在组合仪表板上，
其工作情况如图 6.41 所示。当超速挡开关打开（,OD ON” ）时，其触点时断开的，从蓄电池来的 12V
图6.41 超速挡开关和超速切断指示灯的工作情况
电压信号经超速切断指示灯送入 ECU,ECU 获得正确的输入信号电压时，自动变速器随车速的升高才
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可升入 4 挡（超速挡） 。当超速挡开关关闭（,OD OFF” ）时，其触点时闭合的，并将 0V 电压信号送入 ECU，此时不能升入超速挡。
2．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。
（1）开关式电磁阀 开关式电磁阀的作用是开启或关闭液压油路，通常用于控制换挡阀及变矩器锁止控制阀的工作。开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、回位弹簧、阀芯和阀球所组成（图 6.42） 。
它有三种工作方式：一种是让某一条油路保持油压或泄空，如图 6.42a，即当电磁线圈不通电时，
阀芯被油压推开，打开泄油孔，该油路的液压油经电磁阀泄空，油路压力为零；当电磁线圈通电时，
电磁阀使阀芯下移，关闭泄油孔，使油路油压上升。另一种是开启或关闭某一条油路，即当电磁线圈不通电时，油压将阀芯推开，阀球在油压作用下关闭泄油孔，打开进油孔，使主油路压力油进入控制油道，如图 6.42b；当电磁线圈通电时，电磁力使阀芯下移，推动阀球关闭进油孔，打开泄油孔，控制油道内的压力油由泄油孔泄空，如图 6.42c。
图6.42 开关式电磁阀
1.ECU 2.电磁线圈 3,衔铁和阀芯 4.钢球 5.泄油孔 6.主油道 7.控制油道
（2）脉冲线性式电磁阀 脉冲线性式电磁阀的结构与开关式电磁阀相似，也是由电磁线圈、衔铁、阀芯或滑阀等组成（图 6.43） 。它通常用来控制油路中的油压。当电磁线圈通电时，电磁力使
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图6.43 脉冲线性式电磁阀
阀芯或滑阀开启，液压油经泄油孔排出，油路压力随之下降。当电磁线圈断电时，阀芯或滑阀在弹簧弹力的作用下将泄油孔关闭，使油路压力上升。脉冲线性式电磁阀和开关式电磁阀的不同之处在于控制它的电信号不是恒定不变的电压信号，而是一个固定频率的脉冲电信号。电磁阀在脉冲电信号的作用下不断反复地开启和关闭泄油孔，电脑通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率（称为占空比，变化范围为 0％～100％）,改变电磁阀开启和关闭时间的比率，来控制油路的压力。占空比越大，经电磁阀泄出的液压油越多，油路压力就越低；反之，占空比越小，油路压力就越高。
脉冲线性式电磁阀一般安装在主油路或减振器背压油路上，ECU 通过这种电磁阀在自动变速器升挡或降挡的瞬间使油压下降，进一步减少换挡冲击，使挡位的变换更加柔和。
6.6.8 自动变速器换挡图
如图 6.44a所示，在 20%节气门开度时，变速器换入高挡的车速为：1 挡→2 挡，15km/h；2 挡
→3 挡，30km/h；3 挡→4 挡，40km/h；锁止 ON 约为 60km/h。在 20%节气门开度时，变速器换入低挡的车速为：锁止 OFF 约为 45km/h；4挡→3 挡，35km/h ；3 挡→2 挡，20km/h；2 挡→1 挡，10km/h。
如图 6.44b所示为丰田 A43DE 自动变速器在经济模式下的换挡图。
6.7 典型自动变速器
6.7.1 宝来轿车 01M 自动变速器
1．结构简介
01M自动变速器是电控液力四挡自动变速器，主要装备在宝来轿车和捷达都市先锋轿车上。它集成于自变速驱动桥中，由液力变矩器、行星齿轮变速器、液压操纵系统、电控系统、主减速器和
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差速器等部分组成，其结构见图 6.4。动力通过行星齿轮系的输出斜齿轮传递到主传动齿轮轴（中间传动）,进而传递到差速器（主传动）,再通过差速器分配给左右车轮，见图 6.46。
图6.44 自动变速器换挡图
a）标准模式 b）经济模式
图 6.45 01M 自动变速器的结构简图
l.行星齿轮系 2.行星齿轮系输出齿轮 3.中间传动轴 4.差速器
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图 6.46 主传动的组成
,l.差速器主动齿轮 2.中间传动轴,3.行星齿轮系输出齿轮 4.行星齿轮系 5.变矩器 6.中间传动轴输出齿轮 7.行星齿轮
（ 1）闭锁式液力变矩器 闭锁式变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮及带扭转减振器的锁止离合器组成，见图 6.47。
闭锁式液力变矩器可以提高效率，改善经济性。它可以实现液力变矩器传动和机械直接传动两种工况，把两者的优点结合于一体。
图 6.47 闭锁式液力变矩器的组成
l.变矩器壳体 2.锁止离合器 3.涡轮 4.导轮 5.泵轮
变矩器闭锁离合器工作原理见图 6.48。闭锁式液力变矩器内有一个由液压操纵的闭锁离合器，
或称锁止离合器。闭锁离合器的主动盘就是变矩器壳体，从动盘是可轴向移动的压盘，为了减小离合器接合和分离瞬间的冲击，从动盘内圈上带有弹性减振盘，然后与涡轮输出轴相连。主动盘和从动盘相接触的工作面上有摩擦片。压盘左右两侧的油液由滑阀箱内的锁止控制电磁阀控制。
当压盘左右两侧保持相同的压力，闭锁离合器处于分离状态（见图 6.48a)。动力须经液力变矩器传递，可充分发挥液力传动减振吸振、自动适应行驶阻力剧烈变化的优点，适合于汽车起步、换挡或在坏路面上行驶工况使用。当锁止电磁阀控制压盘左侧的油压降低，而压盘右侧的油液压力仍
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较高时；在此压差的作用下，压盘通过摩擦片压紧在主动盘上，闭锁离合器接合（图 6.48b） 动力经闭锁离合器实现机械传动，变矩器输入（泵轮）轴与输出（涡轮）轴成为刚性联接，传动效率较高，提高了汽车的行驶速度和燃油经济性。
图 6.48 变矩器闭锁离合器工作原理
a)离状态 b）接合状态
1.减压空间 2.摩擦衬片 3.锁止活塞 4.变矩器油压
闭锁离合器的油路控制见图 6.49。闭锁离合器分离状态：油道 A 和 B 打开，油道 C 关闭，自动变速器油由油道 A 流向油道 B，油道 B 的油流向行星齿轮系起到润滑作用；闭锁离合器接合状态：
油道 A,B,C 都打开，但油道 A 打开卸压，自动变速器油由油道 C 流向油道 A 和 B，油道 B 的油流向行星齿轮系起到润滑作用。
图 6.49 闭锁离合器的油路控制
当闭锁离合器接合时，导轮单向离合器即脱开，导轮自由旋转。泵轮和涡轮虽然是同速转动，
但与导轮有一定的转速差，因此，在变矩器内仍有少量液流作循环流动，从而有一定的液力损失，
即使成为直接机械传动，传动效率也略低于 100％。
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根据车速、节气门参数按比例转换的锁止电磁阀电压信号，由自动变速器控制单元进行控制。
（ 2）行星齿轮变速机构 行星齿轮变速器主要由行星齿轮副、片式离合器、盘式制动器、单向离合器组成，见图 6.50。
图 6.50 行星齿轮变速器结构
l.大太阳轮 2.小太阳轮 3.行星轮支架
K1.1～ 3 挡离合器 K2.倒挡离合器 K3.3,4 挡离合器 B1.倒挡制动器 B2— 2 挡和 4挡制动器
图 6.51 行星齿轮系结构
l.齿圈 2.短行星齿轮 3.长行星齿轮 4.大太阳轮 5.小太阳轮,
行星齿轮系由大,小太阳轮各二个,长,短行星齿轮各 3 个,行星齿轮架和齿圈组成,见图 6.51。
长行星齿轮采用分段式结构，使 3 挡到 4 挡的转换更加平顺。短行星轮 2 与长行星齿轮 3 及小太阳轮 5 啮合；长行星齿轮 3 同时与大太阳轮 4、短行星齿轮 2 及齿圈啮合，动力通过齿圈输出。
行星齿轮变速器的换挡执行机构主要由离合器、制动器和单向离合器三种执行元件组成。离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则是以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。片式离合器和盘式制动器由阀体（滑阀箱）进行液压控制。离合器 K1 用于
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驱动小太阳轮，离合器 K2 用于驱动大太阳轮，离合器 K3 用于驱动行星齿轮架，制动器 B1 用于制动行星齿轮架，制动器 B2 用于制动大太阳轮。
图 6.52 液压油路
l.滑阀箱 2.壳体密封装置 3.油泵 4.离合器 5.电磁阀 6.压力滑阀 7.滤清器
（ 3）液压系统 液压系统主要由液压泵、油道、滤清器、压力滑阀等组成，见图 6.52。
2．各挡动力传递路线
01M 自动变速器的工作原理见图 6.53。各挡位与执行元件的关系见表 6.6。
表 6.6 各挡位与执行元件的关系
档位 B1 B2 K1 K2 K3 F K0
R ○ ○
1H ○ ○
1M ○ ○ ○
2H ○○
M ○ ○ ○
3H ○ ○
3M ○ ○ ○
4H ○ ○
4M○ ○ ○ ○
注：○表示离合器、制动器或单向离合器接合； H 液力传动； M 机械传动。
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图 6.53 工作原理简图
K0.变矩器锁止离合器 P.泵轮 W.涡轮 D.导轮 F0.导轮单向离合器
B2,2-4 挡制动器 K2.倒挡离合器 K1.l-3 挡离合器 K3.3,4 挡离合器 B1.倒挡制动器
变速器各挡动力传递路线如下,
（ 1） 1 挡 液力式二挡时，离合器 K1 接合，单向离合器 F 工作。其动力流程为：泵轮→涡轮
→涡轮轴→离合器 K1→小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮驱动齿圈，见图 6.54。
,图 6.54 液力 1 挡动力流程
（ 2） 2 挡 液力式 2 挡时，离合器 K1 接合，制动器 B2 制动大太阳轮。其动力流程为,
泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K1→小太阳轮→短行星齿轮→长行星齿轮围绕大太阳轮转动并驱动齿圈，见图 6.55。
.图 6.55 液力 2 挡动力流程
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（ 3） 3 挡 液力式 3 挡时，离合器 K1 与 K3 接合，驱动小太阳轮和行星齿轮架。因而使行星齿轮副锁止并一同转动。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K1 和 K3→整个行星齿轮副转动，见图 6.56。
机械式 3 挡时，变矩器锁止离合器 K0 接合，离合器 K1,K3 接合，行星齿轮副锁止，形成一个整体进行工作。动力流程为：泵轮→锁止离合器 K0→离合器 K1 和 K3→整个行星齿轮副转动，见图
6.57。
图 6.56 液力 3 挡动力流程
图 6.57 机械 3 挡动力流程
（ 4） 4 挡 液力式 4 挡时，离合器 K3 接合，制动器 B2 工作，使行星齿轮架工作，并制动大太阳轮。其动力流程为：泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K3→行星齿轮架→长行星齿轮围绕大太阳轮转动→驱动齿圈，见图 6.58。
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.图 6.58 液力 4 挡动力流程
机械式 4 挡时，变矩器锁止离合器 K0 接合，离合器 K3 接合，制动器 B2 工作，使行星齿轮架工作，并制动大太阳轮。其动力流程为：泵轮→锁止离合器 K0→离合器 K3→行星齿轮架→长行星齿轮围绕大太阳轮转动→驱动齿圈，见图 6.59。
图 6.59 机械 4 挡动力流程
（ 5）倒挡 变速杆在,R”位置时，离合器 K2 接合，驱动大太阳轮；制动器 B1 工作，使行星齿轮架制动。 动力流程为,泵轮→涡轮→涡轮轴→离合器 K2→大太阳轮→长行星齿轮反向驱动齿圈，
见图 6.60。
图 6.60 倒挡动力流程
3．电子控制系统
自动变速器的电子控制装置由传感器、控制开关、自动变速器控制单元（微电脑）等部件组成，
见图 6.61。控制单元是控制系统的核心，它根据安装在发动机、自动变速器上的各种传感器所测得的节气门开度、汽车车速、变速器油温等运行参数，以及各种控制开关传来的当指令，以使各液压控制阀动作，从而实现对自动变速器的控制。
电控系统电路见图 6.62。
（ 1）节气门电位计 G69 节气门电位计与节气门联在一起，不断地将节气门位置和油门踏板踏
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下速度的信号传给发动机控制单元，然后由发动机控制单元传给自动变速器控制单元。
该信号的作用,
1）计算按载荷变化的换挡时刻。
2）根据挡位按载荷变化对自动变速器油压进行调整。
3）按油门踏板的踏下速度，控制单元确定换档时刻。
信号中断的影响,
1）控制单元用发动机平均负载来确定换挡时刻。
2）自动变速器油压按挡位调整到油门全开时的油压。
（ 2）变速器转速传感器 G38 变速器转速传感器是感应式传感器，位于变速器壳体内，用于指示行星齿轮系中大太阳轮的转速，见图 6.63。利用大太阳轮转速，控制单元可准确识别换档时刻，
控制多片离合器。换挡过程中，通过减小点火角来减小发动机转矩。该信号中断后，控制单元进入应急状态。
图 6.61 电子控制系统组成
l.节气门电位计 G69 2 变速器转速传感器 G38 3.车速传感器 G68 4 发动机转速传感器 G28 5.多功能开关 F125 6.制动灯开关 7.强制低挡开关 F8 8.变速器机油温度传感器 G93 9.自诊断接口 10.变速杆位置指示板 11.空调装置 12.发动机控制单元 J220 13.起动锁和倒车灯继电器
J226 14.变速杆锁止电磁阀 N110 15.带电磁阀的滑阀箱,16.变速器控制单元 J217
（ 3）传感器 G68 车速传感器安装在变速器壳体内，见图 6.64。通过主动齿轮上的脉冲叶轮，
由感应式传感器接收车速信息，见图 6.65。
- 52 -
信号作用,
1）决定应换入某一档位；
2）速度调节装置（本车未使用）
3）进行变矩器锁止控制。
信号中断的影响,
l）控制单元用发动机转速作为代用信号。
2）锁止离合器失去锁止功能。
3）发动机转速传感器 G28 自动变速器控制单元使用发动机管理系统的发动机转速信号。见图
6.66。
信号作用,
图 6.62 电控系统电路
B/50.起动机（接线柱 50） ； D/50.点火开关（接线柱 50） ； F 制动灯开关； F8.强制低速挡开关； F125.多功能开关； G28.发动机转速传感器 G38.
变速器转速传感器 G68.车速传感器 G69.节气门电位计 G93.变速器机油温度传感器； J220.起动锁和倒车灯继电器 J220 发动机控制单元； J2I7.
自动变速器控制单元； L19.挡位指示板照明灯； M16／ M17.倒车灯； M9／ M10.制动灯和尾灯； N88.电磁阀 1； N89.电磁阀 2； N90.电磁阀 3；
N9l.电磁阀 4； N92.电磁阀 5； N93.电磁阀 6； N94.电磁阀 7； N110.变速杆锁止电磁阀； S14.熔断器附加信号；□
1
.变速杆位置指示板；□
2
.
速度调节装置；□
3
.空调装置
1）控制单元将发动机转速信号与车速进行对比。接转速差控制单元识别出锁止离合器的打滑状况。如果滑动过大，即转速差过大，控制单元就增大锁止离合器压力，滑动相应减小。
- 53 -
2）发动机转速传感器信号可作为车速传感器信号的替代值。
信号中断的影响：控制单元进入应急状态。
图 6.63 变速器转速传感器 G38（插头为白色）
图 6.64 车速传感器 G68（插头为黑色）
图 6.65 主动齿轮上的脉冲叶轮
图 6.66 发动机转速传感器 G28
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（ 5）多功能开关 F125 位于变速器壳体内，由变速杆拉索控制，见图 6.67。
图 6.67 多功能开关 F125
信号作用,
1）将选挡位置的信息传给变速器控制单元。
2）负责倒车灯的开启。
3）防止起动机在行驶状态啮合，并锁住选挡杆。
信号中断的影响：控制单元进入应急状态。
（ 6） 制动灯开关 F 制动灯开关安装在脚踏板支架上,控制单元通过该开关判断汽车是否制动。
信号作用：制动灯开关信号用于锁止变速杆。静止的车辆只有踏下制动踏板，变速杆才能脱离
P 或 N 挡位置。
信号中断的影响：如果接触点断开，变速杆锁止功能解除。
（ 7）强制低挡开关 F8 该开关与油门拉索装成一体，油门踏板踏到底并超过油门全开点时，
此开关工作，见图 6.68。
图 6.68 强制低挡开关 F8
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信号作用,
1）压下此开关，变速器马上强制换入相邻低挡 (如从 4 挡到 3 挡 )升挡需在发动机转速较高时才进行。
2）如果压下此开关后，为加大输出功率，空调装置切断 8s。
强制低挡开关信号中断时，当油门踏板踏到行程的 95％时，控制单元设定该开关起动。
（ 8）变速器机油温度传感器 G93 变速器机油温度传感器位于浸在自动变速器油内的滑阀箱上的传输线上。该传感器用于感知变速器机油温度，见图 6.69。
图 6.69 变速器机油温度传感器 G93
变速器机油度传感器 G93 是一个负温度系数电阻。随机油温度升高，其电阻降低。机油温度达到最高值 -150℃时，锁止离合器接合。液力变矩器卸荷，自动变速器油开始冷却。如果机油温度还不下降，控制单元使变速器降一挡。该信号中断后，无替代功能。
（ 9）起动锁和倒车灯继电器 J226 起动锁和倒车灯继电器 J226 是一组合继电器，装在中央继电器盘上，接收多功能开关 F125 的信号。
该继电器作用,
l）防止车辆在挂挡状态下起动发动机。
2）挂上倒挡可接通倒车灯。
（ 10）变速杆锁止电磁阀 N110 变速杆锁止电磁阀位于变速杆上。该电磁阀与点火系统接通，起到挡位锁止作用。踏下制动踏板，锁解除，变速杆可推入其他挡位。
（ 11）带电磁阀的滑阀箱 电磁阀 N88-N94 位于变速器的滑阀内，由控制单元控制。有两种不同的电磁阀，见图 6.70。
电磁阀 N88,N89,N90,N92 和 N94“是 -非”阀，其作用为,
l）控制单元通过电磁阀 N88,N89 和图 6.62 电磁阀 N90 打开或关闭某一油道，使变速器换入确定的挡位。
2）电磁阀 N92 和 N94 使换挡平顺； 电磁阀 N9l 和 N93 是调节阀，这两个阀用来调节离合器和
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制动器压力大小，油压由控制单元来控制，控制油压低表示压力大。具体作用,
①电磁阀 N9l 调节锁止离合器压力。
②电磁阀 N93 控制多片式离合器和制动器的压力。
图 6.70 电磁阀
信号中断的影响：控制单元进入应急状态。
（ 12）变速器控制单元 J217 该控制单元控制自动变速器的所有电气及液压系统工作。
l）包括与驾驶员和行驶状况有关的行驶程序，由模糊逻辑控制，满足不同驾驶员的驾驶要求。
2）与行驶阻力有关的行驶程序，可识别如：上坡、顶风及下坡等行驶阻力。
3）应急状态。如果控制单元出了故障，可通过操纵变速杆在滑阀箱内换挡，使 1 挡液压,3 挡液压、倒挡仍有效。变速杆在位置,D”,汽车通过液压以 3 挡起动。
（ 13）自诊断系统 自诊断系统监控传感器电信号和执行元件动作，对控制单元进行自检。如出现故障，替代功能立即生效。从控制单元的永久性存储器中可读出故障说明，所以，即使蓄电池断开及控制单元插头已拔下，故障存储仍保留。
在读出故障时，控制单元区分出永久故障和偶发故障。在几个行驶周期内只发生一次的
故障即认为是偶发故障。如果一个故障在汽车行驶 1000km 后不再出现，它自动从存储器中
清除。如果在控制单元运行周期内故障仍存在，那么控制单元认为它是永久故障。
6.7.2 丰田 A340E 电子控制自动变速器
丰田 A340E 电子控制自动变速器由液力变矩器、行星齿轮机构、液压控制系统和电子控制系统组成。
1．液力变矩器
电子控制自动变速器的液力变矩器结构、功能均与全液压控制自动变速器的相同，且带锁止离合器。液力变矩器内的工作液根据三号电磁阀的动作而流动，从而使锁止离合器接合和脱开。
2．行星齿轮机构
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电子控制自动变速器的行星齿轮机构与全液压控制的自动变速器基本相同。这种四个前进挡的电子控制自动变速器（图 6.71），包括三套行星齿轮组、三个离合器、四个制动器、三个单向离合器以及超速输入轴、输入轴和输出轴。各元件之间的关系如下,
1）超速输入轴与超速行星齿轮架和超速直接离合器毂为旋转件。
2）超速太阳轮、超速直接离合器毂和超速制动器毂连成一体。
3）超速单向离合器外圈与超速行星齿轮架啮合，而内圈则与超速太阳轮成一体。
4）输入轴与超速行星内齿圈花键相连，并与直接离合器毂和前进离合器毂一体旋转。
5）前进离合器毂与前行星齿轮一体旋转。
6）前、后太阳轮为一体，且与直接离合器鼓啮合。
7）二挡制动器毂也是一号单向离合器的外圈，一号单向离合器的内圈与前、后太阳轮组合成一体。
8）二号单向离合器的内圈固定在变速器壳体上，外圈与后行星齿轮架成一体旋转。
9）前行星齿轮架、后行星内齿圈与输出轴一体旋转。
图6.71 丰田A340E变速器动力传递情况
1.超速齿轮架 2.超速行星齿轮 3.超速内齿圈 4.前齿轮架5.前行星齿轮
6.后齿轮架 7.后行星齿轮 8.输出 轴 9.后内齿轮 10.前、后太阳轮
11.前内齿圈 12.输入轴 1 3.超速太阳轮 14.超速输入轴
表 6.7 为丰田 A340E 变速器各元件的功能，表 6.8 为各元件的工作状态，表 6.9 为电磁阀与换挡阀的工作情况。
表 6.7 丰田 A340E 变速器各零件的功能
零件代号及名称 功能
C1 前进挡离合器 连接输入轴和前内齿圈
C2 直接挡离合器 连接输入轴和前、后太阳轮
C0 超速－直接挡离合器 连接超速挡太阳轮和超速挡行星齿轮架
B1 第2 挡跟踪惯性制动器 防止前、后太阳轮顺时针或逆时针方向转动
B2 第2 挡制动器 防止F 1的外圈顺时针或逆时针方向转动，这样就防止了前、后太阳轮逆时针方向转动
B3 第1 挡和倒挡制动器 防止后行星齿轮架顺时针或逆时针方向转动
B0 超速挡制动器 防止超速太阳轮顺时针或逆时针方向转动
F1 一号单向离合器 当B 2工作时，此离合器防止前、后太阳轮顺时针方向转动
F2 二号单向离合器 防止后行星齿轮架逆时针方向转动
F0 超速挡单向离合器 当变速器开始被发动机驱动时，此离合器连接超速挡太阳轮和超速齿轮架
行星齿轮
这些齿轮改变行迹并根据每个离合器和制动器的工作情况传递驱动力,以提高或降低输入和输出转速
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表 6.8 各元件的工作状态
换挡杆位置
挡位
1
＃
电磁阀
2
＃
电磁阀
C0 C1 C2 B0 B1 B2 B3 F0 F1 F2
P 停车 通 断 ○
R 倒挡
通 断 ○
○ ○ ○
N 空挡
通 断 ○
1挡 通 断 ○ ○
○
2挡 通 通 ○ ○
○
○
○
3挡 断 通 ○ ○ ○
○
○
D
OD 挡 断 断
○ ○
○
○
1挡 通 断 ○ ○
○
○
2挡 通 通 ○ ○
○
○
○
○ 2
3挡 断 通 ○ ○
○
○
○
1挡 通 断 ○ ○
○
○
L
2 挡 通 通断 ○ ○
○ ○
○
○
表 6.9 电磁阀与换挡阀的工作情况
电磁阀 换挡阀
1＃ 2＃ → 1-2 2-3 3-4 →
挡位
开 关
→
下 上 上
→
1
开
开 →
上 上 上
→
2
关
开 →
上 下 上
→
3
关 关
→
上
下 下 →
超速
3．液压控制系统
液压控制系统由液压泵、阀体、电磁阀、离合器和制动器以及连接所有这些元件的液压通道组成。液压控制系统以液压泵产生的液压为基础，根据车辆的行驶工况来控制作用在液力变矩器、各离合器和制动器上的液压。
阀体上有三个电磁阀，这些电磁阀根据 ECU 的信号打开和关闭，从而操纵各换挡阀。换挡阀对液体通道进行转换，使工作液通向液力变矩器以及各离合器和制动器，以控制液力变矩器和行星齿轮机构。A340E 电控自动变速器液压控制流程图参见图 6.3。
电子控制自动变速器阀体上的变速系统和锁止系统的油路与全液压控制自动变速器有很大的不同，下面说明换挡阀和锁止中继阀是怎样由电磁阀的开关信号来操作。
电子控制自动变速器的液压控制系统取消了速控调压阀，手控阀、主调压阀与全液压控制自动变速器完全相同，节气门调压阀的结构和操作虽与全液压控制自动变速器相同，但两者的作用却有所不同。全液压控制自动变速器中，节气门调压阀产生的压力信号用来调节管路压力，并作为变速器升降挡的信号压力；而在电子控制自动变速器中，节气门调压阀产生的压力信号只用来调整管路压力。若节气门拉线调得不恰当，会导致管路压力过高或过低，造成换挡冲击离合器和制动器打滑。
电子控制自动变速器的换挡阀与全液压控制自动变速器的换挡阀相比，则有很大的不同。
- 59 -
（1）1-2 挡换挡阀 1-2 挡换挡阀（图 6.72）进行 1、2 挡之间的变换。当 ECU 发出信号使二号电磁阀关闭时，管路压力将作用于此阀的上部①处，克服弹簧压力使此阀下移，变速器进入 1 挡。
图6.72 1.2 挡换挡阀
当 ECU 发出信号使二号电磁阀打开时，作用于此阀①的管路压力从二号电磁阀的排泄口释放，
这时弹簧张力使此阀上移，接通通向 B 2的油路，B 2动作，变速器进入 2 挡。
当变速器在超速挡时，二号电磁阀也像 1 挡一样关闭，管路压力也作用于此阀①上。但由于从
2-3 挡换挡阀来的管路压力作用于此阀②上（这时一号电磁阀是关闭的），所以此阀在弹簧张力的作用下仍留在向上的位置。
（2）2-3 挡换挡阀 2-3 挡换挡阀（图 6.73）进行 2、3 挡之间的变换。当 ECU 使一号电磁阀打开时，作用于此阀①上的管路压力通过一号电磁阀的排泄口释放，这时弹簧张力使此阀上移，变速器处于 2挡。
图6.73 2.3 挡换挡阀
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当 ECU 关闭一号电磁阀时，作用于此阀①上的管路压力克服弹簧张力，使此阀下移，接通通向
C2的油路，C 2动作，变速器进入 3 挡。
当变速器在“L”范围时，从手控阀来的管路压力作用于此阀的位置②上，使之保持向上，不能下移，无法进入 3 挡。
（3）3-4(超速挡)换挡阀 3-4(超速挡)换挡阀 （图 6.74）进行 3-4(超速挡)间的变换。当 ECU
打开二号电磁阀时，作用于此阀①上的管路压力从二号电磁阀上的排泄口释放，弹簧张力使此阀上移，变速器处于 3 挡；当 ECU 关闭二号电磁阀时，作用于此阀①上和管路压力克服弹簧张力，使此阀下移，切断通往 C 0的油路，接通通往 B 0的油路，变速器进入 4 挡（超速挡）。
图6.74 3.超速挡换挡阀
当变速器在 1 挡时，二号电磁阀也如 1 挡那样关闭，管路压力同样作用于 3－4(超速挡)换挡阀的①上，但由于从 2-3 挡换挡阀来的管路压力作用于 3-4(超速挡)换挡阀的②上（因为一号电磁阀打开），所以 3-4(超速挡)换挡阀仍在弹簧张力的作用下保持在上部。
（4）锁止中继阀 锁止离合器脱开时，管路压力总作用于锁止中继阀底部，在此压力和弹簧张力的作用下，阀被推向上部。
当 ECU 使三号电磁阀关闭时，作用于此阀上部的 B 2管路压力被释放，锁止中继阀在底部的管路压力和弹簧张力的作用下保持向上的位置。这样，流向液力变矩器的工作液如图 6.75a 所示，锁止离合器保持脱开。
在锁止离合器接合状态下，当 ECU 发出信号使三号电磁阀打开时，B 2管路压力作用于锁止中继阀顶部。同时管路压力也作用于阀的底部。但由于阀 A 处的截面积比 B 处大，所以阀被向下推，这样，工作液就按反方向流向变矩器（图 6.75b），把锁止离合器推靠在变矩器前盖上，使锁止离合器接合。
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图6.75 锁止中继阀
a）锁止离合器脱开 b）锁止离合器接合
1.锁止离合器 2.壳体 3.三号电磁阀
综上所述，电子控制自动变速器的换挡阀和锁止中继阀上只作用有管路压力，阀的位置（即变速器所处的挡位与锁止离合器是否接合）只由管路压力的通断决定；而管路压力的通断又由 3 个电磁阀的开闭决定，电磁阀的开闭是由电子控制自动变速器的 ECU 控制。这就是电子控制自动变速器与液力自动变速器的不同之处。
4．电子控制系统
丰田 A340E 电子控制自动变速器的电子控制系统，要控制变速器的换挡时刻和锁止时刻，它主要由传感器、ECU 和电磁执行器三部分组成。图 6.76a 为丰田 A340E 型电子控制自动变速器的电子控制系统原理图。传感器检测各种用来判断合适的换挡时刻和锁止时刻的数据，将其转换成信号送到 ECU。用于电子控制系统的传感器和开关,主要有节气门位置传感器、车速传感器、冷却液温度传感器、行驶方式选择开关、空挡起动开关、制动灯开关、超速主开关等，其零件分布如图 6.76 b
所示。
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图6.76 丰田 A340E型自动变速器的电子控制系统
a）原理 b）零件分布
1.蓄电池 2.点火开关 3,主继电器 4.制动灯开关 5.二号车速传感器 6.二号电磁阀 7.一号电磁阀 8.空挡起动开关 9.超速挡关断指示灯 10.超速主开关 11.行驶方式选择开关 12.一号车速传感器 13.节气门位置传感器 14.冷却液温度传感器 15,检测接头 16.巡航 ECU 17.
停车灯开关 18.三号电磁阀 19.发动机和变速器ECU
丰田 A340E 型电控自动变速器的 ECU 与发动机 ECU 组合成一体，称为发动机与变速器 ECU。其功能有：控制换挡时刻及锁止时刻、自诊断、失效保护及其它控制。
（1）换挡时刻的控制 在 ECU 存储器内，已将每一换挡杆位置（D、2、L）的最佳换挡模式和行驶方式进行编程。工作时，ECU 根据行驶方式选择开关和空挡起动开关的位置，自动选择，按其中一种换挡方式工作，然后通过车速传感器输入的车速信号和节气门位置传感器输入的节气门开度信号，控制一号、二号电磁阀的开或关。用这种方法，ECU 即可控制换挡阀打开或切断离合器、制动器的油路，从而实现升、降挡。此过程如图 6.77 所示。
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图6.77 换挡时刻的控制框图
（2）锁止系统控制 在发动机和变速器 ECU 的存储器中，已存入每一种行驶方式下锁止离合器工作情况的程序。ECU 通过车速信号和节气门开度信号使锁止电磁阀开或关，从而控制锁止正时，
其操作如下所述。
如果下列三个条件同时出现，ECU 将打开三号电磁阀使锁止系统动作,
1）变速杆在“D”位置，以 2、3 挡或超速挡行驶。
2）车速和节气门开度均在设定值以上。
3）ECU 没有收到强制解除锁止系统的信号。
如果出现下列情形，ECU会将锁止系统强制解除，即关闭三号电磁阀，解除锁止离合器,
1）制动灯开关接通（制动期间）。
2）节气门位置传感器的 IDL 触点闭合（节气门全关）。
3）冷却液温度低于 50℃。
4）在巡航控制系统控制下，车速降到低于设定车速 10km/h或以下。
上述 1）和 2）是为了在后轮锁死时防止发动机熄火，3）是为了改善汽车行驶性能和加快发动机升温，4)是为了使液力变矩器起作用以获得扭矩放大。
另外，锁止系统动作期间，ECU 会在升挡和降挡时暂时脱开锁止离合器，以减少换挡冲击，图
6.78 为锁止系统控制过程框图。
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图6.78 锁止系统的控制框图
（3）自诊断 当车速传感器、电磁阀或降挡开关发生故障时，ECU 通过“OD OFF”指示灯的闪烁输出故障代码，以指示故障所发生的部位。修理人员通过短接诊断端子可读出故障代码。
如果不是对应于表 6.10的电压换挡,则可能是电磁阀卡住或液压控制系统和行星齿轮机构的故障所引起的。
表 6.10 各挡电压输出表
换挡位置 端子T r输出电压/V（近似值） 换挡位置 端子T r输出电压/V（近似值）
1 挡 0 3 挡锁定 5
2挡
2
OD
6
3挡
4
OD锁定
7
（4）失效保护 丰田A340E 型电子控制自动变速器有几种失效保护功能，即使电子系统出现故障，仍可使汽车继续行驶。
若电磁阀出现故障，其失效保护功能可参见表 6.11。
车速传感器中，若主传感器出现故障，ECU 从备用传感器获取车速信号。若两传感器均无车速信号送到 ECU，则 ECU 视车速为零，并使变速器进入 1 挡，且不能再变换到其它挡。
若电子控制系统全部失效，则变速器可对应于图 79 所示的换挡杆位置进行机械式换挡。
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图6.79 电子控制系统失效后换挡杆位置对应的挡位
表 6.11 失效保护功能（X：出故障）
正常 1 号电磁阀故障 2 号电磁阀故障 1 号、2 号电磁阀故障
电磁阀 电磁阀 电磁阀
变速杆
位置
1号 2号
挡位
1号 2号挡位
1号 2号挡位 手动操作变速杆时的档位
通 断
1
X
通
3
通
X
1
OD
通 通
2
X 通
3
断 X OD OD
断 通
3
X 通
3
断 X OD OD
D
断 断
OD
X 断
OD
断 X OD OD
通 断
1
X
通
3
通
X
1 3
通 通
2
X 通
3
断 X
3 3
2
断 通
3
X 通
3
断 X
3 3
通 断
1
X
断
1
通
X
1 1
L
通 通
2
X 通
2
通 X
1 1
6.7.3 东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器
1．结构简介
神龙汽车有限公司从 1999 年 4 月开始在富康轿车上装备 AL4 型电控 4 挡自动变速器。目前东风东风标致 307 轿车也装用 AL4 自动变速器。
（ 1）结构特点 AL4 型自动变速器的结构特点为,
1）机械变速及动力传递机构采用了辛普森 II 型行星轮系，结构紧凑。
2）液力变矩器具有锁止机构，提高了动力传递效率。
3）离合器采用摩擦片式，制动器一个为摩擦片式，两个为带式，传递的转矩大。
4）变速器中所有运动副及齿轮均为压力润滑，润滑条件良好。
5）变速器为全密封式，更换传动轴时不需放油。
（ 2）模式开关设置 AL4 型自动变速器设有“普通”,,运动” 和“雪地” 3 种模式，通过变速器操纵杆右侧的模式选择控制面板上三个模式选择按键进行模式选择。 AL4 型自动变速器的挡位与模式开关设置见图 6.80。
各模式的选择操作及工作情况如下,
- 66 -
1）普通模式：为缺省选择，无需接任何键，自动变速器自动在此模式下工作。电脑控制变速器自动换档时，以省油为优先。
2）运动模式：按下,S”键，仪表板上的,SPT” 指示灯亮，这时自动变速器进入运动模式自动换挡程序。此模式下，电脑控制变速器自动换挡时，以动力性为优先考虑。
3）雪地模式：按下 键，仪表板上的 指示灯亮，这时自动变速器进入雪地模式自动换档程序。此模式适应低附着力路面行驶，电脑控制变速器用 2 挡起步，以防止驱动车轮打滑。
图6.80 6 AL4型自动变速器的挡位与模式选择开关布置
l.变速器操纵杆2.模式选择控制面板3.运动键4.雪地键5.强制1 挡键 6.雪地模式指示灯7.挡位显示表8.运动模式指示灯
4）强制 1 挡：在变速器操纵手柄置于 2 挡位时，将模式选择控制面板上的,1” 键按
下，变速器便始终在 1 档工作。
（ 3） AL4 型自动变速器的结构 AL4 型自动变速器的基本组成见图 6.81。
图6.81 AL4 型自动变速器的基本组成
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AL4型自动变速器的结构见图 6.82。机械传动部分由两个独立的行星排组成，相应的换挡执行元件与之配合，实现 4 个前进挡传动和一个倒挡传动。 AL4 型自动变速器机械传动部分的组成见图
6.83。
图6.82 AL4 型自动变速器的结构
l.止动轮2.差速器壳3.差速器齿圈4.第二级减速主动轮5.轴 6.机油泵总成7.液力变矩器 8.第一级减速主动齿轮 9,行星齿轮组 10.
液力控制器罩 11.换挡棘轮卡片 12.液力控制器壳体 13.手动阀 14.辅助液力控制器 15.离合器E1（倒挡和1 挡 ）16.离合器E2（2挡、
3 挡和4 挡） 17.供油通道 18.制动器F1（4 挡）19.制动器F2（倒挡）20.制动器F3（1 挡和2 挡） 21.第二轴 22.第一级减速从动齿轮
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图6.83 机械传动部分的组成
E1、E2.摩擦片式离合器 F1.摩擦片式制动器 F2、F 3.带式制动器 S1.第一排行星齿轮 S2.第二排行星齿轮PS1.第 一排行星齿轮架 PS2.
第二排行星齿轮架 C1.第一排齿圈 C2.第二排齿圈 P1.第一排太阳轮P2.第M 排太阳轮
2．各档动力传递路线
AL4 型自动变速器在各挡位下执行元件的工作情况见表 6.12。
表 6.12 各档位下执行元件的工作情况
执行元件
挡位
E1 E2 F1 F2 F3
1挡 〇 〇
2 挡 〇 〇
3挡 〇 〇
4 挡 〇 〇
倒挡 〇
注：O 离合器接合、制动器制动状态。
各挡动力传递路线,
（ 1） 1 挡 1挡的动力传动路线见图 6.84，离合器 E1 将第一排太阳轮 E1 与输入轴连
接，制动器 F3 将第二排太阳轮 P2 固定，动力传递有两种情况,
起步时，第一排齿圈 C1 未转动，此时的动力传递路线为：输入轴→ E1→ P1→ PS1→
C2→ PS2→一级减速主动齿轮。
l挡行驶时，动力传递路线为：输入轴→ E1→ P1→ PS1→ C1,C2→ PS2→一级减速主动齿轮。
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（ 2） 2 挡 2挡的动力传动路线见图 6.85，离合器 E2 将第一排行星架 PS1 与输入轴连接，制动器 F3 将第二排太阳轮固定，动力传递路线为：输入轴→ E2→ PS1→ C2→ PS2→一级减速主动齿轮。
图6.84 1挡的动力传动路线
图 6.85 2挡的动力传动路线
（ 3） 3 挡 3挡的动力传动路线见图 6.86，离合器 E1 和 E2 将第一排太阳轮 P1 和行星架 PS1
与输入轴连接，使 P1 与 PS1 互连，这时两行星排齿轮均不能转动（锁定）,动力传递路线为：输入轴→ E1,E2→ P1,PS1→ C1→ PS2→一级减速主动齿轮。 3 挡为直接挡。
（ 4） 4 挡 4挡的动力传动路线见图 6.87，离合器 E1 将第一排行星架 PS1 与输入轴连接，制动器 F1 将第一排太阳轮 P1 固定，动力传递路线为：输入轴→ E2→ PS1→ C1→ PS2→一级减速主动齿轮。 4 挡为超速挡，传动比为 0.71。
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图 6.86 3挡的动力传动路线
图6.87 4挡的动力传动路线
6）倒挡 倒挡的动力传动路线见图 6.88，离合器 E1 将第一排太阳轮 P1 与输入轴连接，制动器
F2 将第一排行星架 PS1 及第二排齿圈 C2 固定，动力传递路线为：输入轴→ E1→ P1→ C1→ PS2→一级减速主动齿轮。
3．电子控制系统
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图6.88 倒挡的动力传动路线
AL4型自动变速器电子控制系统的基本组成，见图 6.89。
（ 1）自动换挡控制过程 通过各种传感器将发动机转速、节气门开度、车速、发动机温
度、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，输入自动变速器电脑，电脑根据这些电信
号确定变速器换挡控制信号。电脑输出的换挡信号控制相应的换挡电磁阀动作，并通过其二
位换向间产生相应的液压控制信号，使有关的换挡执行机构动作，实现自动换挡。
（ 2）自动变速器控制规则 为使自动换挡控制适应车辆载荷、驾驶条件。道路、驾驶风
格等的变化,AL4 型自动变速器电脑设置了 10 条控制规则,
l） L1 经济规则，当变速器油温达 30℃以后便进入该规则。
2） L2 中间规则，介于 L1 和 L3 之间。
3） L3 运动规则，电脑测出司机的驾车风格后或司机按下了,S” 键后，自动控制换挡
时便优先进入该规则。
4） L4 上缓坡规则，自动控制换挡时优先考虑上缓坡所需的动力。
5） L5 上陡坡规则，自动控制换挡时优先考虑上陡坡所需的动力。
6） L6 下坡规则，此规则使换挡较平路时滞后，以利用发动机制动。
7） L7 雪地规则，此规则适用于低附着系数路面，电脑控制变速器用 2 挡起步，以防止车轮打滑，按下 键后，进入此规则。
8） L8 低温保护规则，变速器油温低于 14℃时进入该规则，禁止变矩器锁止。
9） L9 高温保护规则，变速器油温高于 118℃时进入该规则，变矩器锁止。
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10） L10 防污染规则，变速器油温在 15～ 30℃的范围内时进入该规则，提高发动机的怠速以防止污染。
（ 3）自动变速器控制程序 AL4 型自动变速器电脑有三条控制程序,
1）正常控制程序：变速器油温在 30～ 118℃范围内，未按任何键的情况下，电脑自动以此程序控制换挡。该程序下，电脑根据司机的驾车风格、载荷、路面等情况在 LI－ L6 中选择换挡规则进行自动换挡控制。
图6.89 电子控制系统的基本组成
l.加速踏板2.节气门位置传感器3.曲轴位置传感器4.发动机温度传感器 5.电子控制燃油喷射电脑 6.发动机转速+温度信息 7,发动机转矩信息 8.减少转矩+怠速补偿需求9.液晶显示器 10.自诊断插头 11.换挡电磁阀（6 个）12.线性脉冲电磁阀（2 个）1 3.变速器油流量调节阀 14.变速器油温传感器 15.油压传感器16.变速器输入转速传感器17.变速器输出转速传感器 18.挡位开关 19,倒车灯 20.禁止起动继电器21.P 锁止驱动器 22.变速器操纵杆 23.程序选择器24.制动踏板（制动信息）25.自动变速器电脑 26.节 气门位置信息（十强制降挡信息）
2）运动控制程序：按下,S”键后，电脑便进入该程序进行换挡控制，该程序下，电脑优先选择 L3 规则。再按,S”键则取消。
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3）雪地控制程序：按下 键后，电脑便进入该程序进行换挡控制，该程序下，电脑首先选择 L7 规则。
（ 4）自动变速器的控制功能
1）降挡控制：电脑根据车速、节气门位置及制动踏板的情况自动控制降挡，以充分利用发动机的制动作用。如①平稳、完全松开加速踏板时，跳减挡（ 4→ 2,3→ 1） ；②快速松开加速踏板时，固定在原挡或降一挡；③踩下制动踏板时提前降挡。
2）瞬间提高加速性：在 L1 或 L2 规则控制状态下快速将加速踏板踩到底时，电脑可瞬间过渡到 L1 或 L3 规则，放松加速踏板时，则又回到原来的规则控制状态。
3）急加速功能：在某一稳定行驶状态下急踩加速踏板，电脑自动控制降挡，以获得车辆急加速所需的动力。
4）压力控制：闭环状态下（电子控制系统无故障，变速器油温达到某一范围时）,电脑根据转速和涡轮的转矩控制主油路的压力。
5）换挡电磁阀衔接控制：换挡时，电脑控制换挡电磁阀的通断电，使变速器先进入空挡状态，
待原挡的油缸开始泄油后，新换挡油缸开始注油。两缸排空和加满油的时间间隔由电脑根据车速和节气门的位置确定。
6）变矩器的锁止与分离：电脑根据车速、节气门的位置、发动机的转速。变速器输入转速、所处的换挡规则等确定变矩器是否锁止，以便通过变矩器锁止避免油温过高、降低油耗、获得发动机制动等。
7）换挡减小转矩控制：换挡时，自动变速器电脑向发动机电脑输出信息，通过减小点火提前控制来降低发动机的输出转矩，以降低换挡时的冲击。
8）怠速补偿控制：变速器油温在 15～ 30℃时，向发动机电脑提供信息，使发动机的怠速升高。
9）自动变速器保护控制：主要有：①倒挡保护，当车速大于 15 km／ h 时，从 D 位挂入 R 位，
这时电脑控制变速器不进入倒挡工作，车辆空挡滑行，同时显示,N”闪烁，制动灯亮；②错误操作保护，当车速大于换挡极限速度时，从 D→ 3,3→ 2 变换挡位时，电脑控制自动变速器先保持在原挡位，延时一定的时间后再换挡；③禁止操作动作，当发动机的转速高于某一设定的转速时，电脑会禁止 N→ D 或 N→ R 的换挡操作，需经减速和延时过渡。
10）变速杆锁止功能：变速器操纵杆在,P” 位时，只有在点火开关接通 M 位，同时踩下制动踏板时，才能将变速器从,P” 位移至其他的挡位。
11）仪表板上的显示功能：自动变速器控制系统在仪表板上的显示功能有：①通过仪表板上的液晶显示器显示变速器的挡位和选定的程序；②通过,SPT” 和 两指示灯的交替闪烁提示自动
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变速器有故障。
12）更换变速器油提示功能：自动变速器电脑根据油温和高温下的工作时间等参数来计算变速器油读数，当读数超过 32958 时，通过,SPT” 和 交替闪烁来提醒司机变速器油需更换。
13）自诊断功能：电脑控制传感器和执行器的电源，并监视其工作是否正常，当有故障时，电脑具有如下功能：①确认故障后通过指示灯的闪烁予以警示，并储存故障信息；②通过 K 线可与诊断设备交流信息；③使自动变速器电子控制系统在后备方式下运行。
14）数据更新和加密码：自动变速器电脑可通过诊断设备对其进行数据更新，还可根据车上未装的选装件设定自动变速器电脑的外围环境。
6.8 无级变速电子控制系统简介
6.8.1 无级变速传动概述
常见的汽车变速器，无论是自动变速还是手动变速，就变速机构其传动比都是有级的。从低挡到高挡的有级变速过程中，不能使发动机总是工作在高效率区域。当传动比发生变化时，需要发动机时而加速，时而减速，这种发动机在换挡过程中的加速与减速，工作处于不稳定的状态，带来动力传动系统的冲击，使发动机的排放污染增加。如果能开发出这样的传动系统，使发动机始终工作在最优的高效区，处于稳定的工作状态，则燃油经济性可提高 10%～25%，而且排放出的废气污染也可大大降低，这只有一个答案，就是采用无级变速传动。
CVT（Continuously Variable Transmission）技术即无级变速技术，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力，可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，所以它是理想的汽车传动装置。
CVT 技术的发展已有一百多年的历史，德国奔驰公司是在汽车上采用 CVT 技术的鼻祖，早在
1886 年就将V 形橡胶带式 CVT 安装在该公司生产的汽油机汽车上。1958 年，荷兰的DAF 公司将双 V
形橡胶带式 CVT 装备于 Daffodil 轿车上。 由于当时橡胶带式 CVT 存在一系列的缺陷,功率有限 （转矩局限于 135 Nm 以下）,离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。
随着对提高传动带性能和CVT传递功率极限研究的深人,采用把液力变矩器集成到CVT系统中、
主从动轮的夹紧力实现电子控制、在 CVT 中采用节能泵和传动带、用金属带代替传统的橡胶带等技术，克服了 CVT 系统原有的技术缺陷，使 CVT 传递转矩容量更大。性能更优良。
进人 20 世纪90 年代，汽车界对 CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中,CVT 被认为是关键技术。随着全球科技的迅猛发展，新的电子技术与自动控制技术不断被采用到 CVT 中。日产公司、日本三菱公司、日本富士重工、美国福特公司、德国 ZF 公司和德国大众等相继开发出 CVT
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无级自动变速器。另外，博世公司已经将独立部件、执行器、传感器和变速器换挡 ECU 组成一个单独的模块，变速器制造商只需增加一个集成控制单元，大大加快了 CVT 的发展和应用的进程。
目前我国 CVT 已经进人实用阶段，一汽大众生产的奥迪 A6 轿车已选装 CVT 自动变速器，其代号为01J,它采用带／链传动。 是奥迪公司首家推出能够应用于功率和转矩分别达到147kw和 300N.m
的 V6 2．SL 发动机系统的 CVT 变速器，并且正在制定一个在行驶性能、燃油经济性和动力性及舒适性等方面的新标准。
6.8.2 无级变速传动原理
1．无级变速传动的优点
无级变速传动能使发动机工作在最高效率区，达到最优的燃油经济性能。无级变速传动的主要优点是,
①最大的燃油经济性和最低的排放污染，这是因为发动机工作在较高的效率区，较有级式变速传动没有动力的中断，传动比变化非常地平滑，动力传动系统冲击小，从而使乘坐舒适性得到了进一步提高。据资料介绍，装备有无级变速传动的汽车与 5 挡手动变速器的汽车在道路上作对比试验时，装有无级变速传动汽车的燃油消耗少了 11.5%，碳氢化合物的排放量少了 33%，CO 的排放量少了20%。
②无级变速传动和其他传动相比，操作方便性和乘坐舒适性均可与电子控制的有级式自动变速器相比美。其传动效率却远高于带有液力传动的有级式自动变速器。在变速过程中由于没有动力的中断，因而提高了行使的动力性能。这些都是有级式变速器无法相比的。与装备 4 挡自动变速器的汽车相比，0～100km/h 的加速性能提高 10%。
③无级变速系统可以控制发动机的转速在最小的范围内变化，而使车速在较宽的范围内变化
（目前传动比范围可达到 5.0 以上） 。有级式变速器只能一挡一挡地升或降，而发动机的转速随着每个相应的挡位不断地交替变化，造成发动机的工作状态不稳定。
④能最好地协调汽车的外界行使条件与发动机负荷，充分发挥发动机的功率潜力，提高整车燃油经济性。
2．变速原理
目前，在轻型汽车特别是轿车上应用得最多的是 V 型带传动的无级变速器。图 6.90 所示为 V
型带传动的无级变速原理图。变速部分由主动带轮（也称初级轮）,V形带和被动带轮（也称次级轮）
所组成。每个带轮都由两个带有斜面的半个带轮而组成一体，其中一个半轮是固定的，另一个半轮是可以通过液压伺服油缸控制其移动。半轮间的轴向相对位置可以通过控制机构来改变；两个带轮轴之间的距离是固定的,（V 型带无级变速传动的结构如图 6.91 所示）,所以形成的传动比
I=r2/r1=n1/n2。当主动轮的半径 r1 处于最小半径（两个半轮之间的距离最宽）,被动轮的 r2 处于最大半径时（两个半轮间的距离最窄）,传动系统所形成的传动比最大，相当与低挡行使状态；当通
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过液压伺服缸控制改变 r1 和r2 的半径时，如果 r1 逐渐增大，由于两个带轮轴之间的距离和传动带的周长是固定的，为了保证正常传动而相应使 r2 的值减少，则所形成的传动比也相应减少，直至
r1 达到最大值而 r2 达到最小，相当于汽车高挡行使状态。由于 r1 和 r2 可以连续无级地变化，因而所形成的传动比也是连续无级变化的。
图6.90 V型带无级变速传动工作原理
a）低挡 b）高挡
1.主动轮 2.从动轮器14.发动机转速传感器 15,节气门位置传感器 16.一号电磁阀 17.二号电磁阀18.锁止电 磁阀 19.定时电磁阀
20.检测接头
图6.91 V型带无级变速传动结构
1.被动轮伺服油缸 2.被动轮轴 3.花键和滚珠 4.回位弹簧 5.齿轮泵 6.主动轮固定半轮 10.钢带 8.主动轮滑动半轮 9,前进挡离合器活塞
10.主动轮伺服油缸 11.齿圈 12.行星齿轮 13.太阳轮 1 4.输入轴 15.行星架 16.前进挡离合器 17.倒挡制 动器活塞 18.倒挡制动器 19.
被动轮滑动半轮 20.被动轮固定半轮 21.输出轴小齿轮
控制 r1 与 r2 的大小是通过控制作用在主动轮和被动轮上可滑动半轮上的液压力实现的，液压
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力减小则相应的带轮与 V 型带的接触半径减小，反之则增大，图 6.92 表示了无级变速传动的变速过程。当主动轮与被动轮之间的传动比为 1：1 时，传动效率最高（约 0.92）,当在其他传动比下工作时，传动效率将下降。
图6.92 V型带无级变速传动变速过程
a）传动比1：1 b）传动比1：2,6 c）1：0.445
1.被动轮 2.松边带 3.紧边带 4.主动轮
目前无级变速传动的关键部件 V 型带主要是采用钢带（如图 6.93 所示）,由一层层带有 V 型斜面的金属片通过柔性的钢带所组成，靠 V 型金属片传递动力，而柔性钢带则只起支撑与保持作用。
和普通的带传动不一样，在图 6.93中，上边的带为紧边，下边的带为松边，相当于由主动轮通过钢带推着被动轮旋转来传递动力。一般钢带总长约 600mm，由 300 块金属片组成，每片厚约 2mm，宽约
25mm，高约 12mm。每条带包含柔性的钢带 2～11条，每条厚约 0.18mm。生产出能够传递高转矩和高转速的 V 型钢带，是当前无级变速传动主要研究问题之一。
图6.93 V型带结构
1.柔性钢带 2.金属块
6.8.3 无级变速传动系统的组成
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一般无级变速机构所形成的传动比的变化范围是在 4.69～0.44,
在其后面需增加主减速,在其前面一般还要配有如电磁离合器,或带闭锁离合器的液力变矩器，
或机械式变速机构，以及为实现前进和倒车的“正倒机构”等，来满足汽车使用的实际需要。如图
6.94 所示，为采用 V 型带传动与液力变矩器相组合的无级变速器，图 6.95 所示为与电磁离合器相组合使用的无级变速器结构，两者均用于前轮驱动。
图6.94 带液力变矩器的无级变速器
1.差速器2.输入轴 3.液力变矩器 4.主动轮 10.正倒机构6.油泵 7.被动轮
图6.95 带有电磁离合器的无级变速器
1.输出轴2.油泵轴3.电磁离合器4.电磁离合器刷7.选挡控制6.正倒机构
10.从动轮8.钢带 9.油泵 10.主动轮11.控制阀体
6.8.4 无级变速传动的控制系统
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1．控制系统组成
如图 6.96 所示为一种电液控制的电控无级变速传动的控制系统。系统中包括电磁离合器的控制和 V 型带变速控制。变速比由发动机油门信号和主动带轮转速所决定，ECU 根据发动机的转速、
车速、油门位置、换挡控制器（一般仅有 P、R、N、D 选择）信号，来控制电磁离合器，,以及控制
V 型带轮上伺服油缸的压力实现无级变速，一般在最高传动比时（低挡）控制压力最大，约 2.2Mpa；
在最低传动比（高挡）时的控制压力最小，约 0.8Mpa。由于传动比的改变仅受油门和主动带轮转速的控制，因而控制的灵活性相对受到了限制。
图6.96 普通无级变速电子控制系统
1.电磁离合器 2.主动轮 3.输入轴 4.输出轴 5.钢带 6.被动轮 7.液压泵
图 6.97 所示为利用主、被动带轮转速，以及发动机油门作为主要输入控制信号，控制电磁离合器、带轮油压和传动比的电子控制无级变速控制系统，其控制的灵活性得到了增强。
图6.97 改进无级变速电子控制系统
1.主动轮 2.电磁离合器 3.输入轴 4.被动轮 5.输出轴 6.钢带
2．控制方法
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图 6.98 所示是以发动机的输入转速作为反馈信号，以油门开度等作为控制输入信号，来控制 V
型带轮的压力，调节传动比的闭环电控无级变速传动控制系统。这是一个全部输入和输出转速都能检测的闭环电子控制系统。驾驶员的意图通过油门开度及换挡控制器，输入到电子控制系统，并可以选择动力型（S）或经济型（E）的最佳换挡规律。根据发动机的转速和转矩，确定施加到主、被动轮上的压力，并有发动机转速（相应与主动轮转速）构成转速反馈闭环控制，根据转速的偏差信号，决定升挡或降挡变速，并输出控制信号到电液比例控制阀，控制作用在两个运转带轮上的伺服油缸的压力。为了改善控制系统的动态与稳态性能，在控制系统中采用了 PID（比例.积分.微分）
控制技术。
图6.98 无级变速传动闭环控制原理
1.输入轴 2.控制阀 3.转矩传感器 4.液压泵
3．无级变速传动的工作特性
无级变速传动的工作特性如图 6.99所示。当换挡控制器在“D”的位置，发动机处于怠速工况，
前进挡离合器刚刚接合产生较小的牵引力（1 点）,汽车处于蠕动状态。轻轻使油门开启，离合器全部接合，汽车开始以较小的速度向前行使（2 点） 。如果进一步踩下油门踏板，电子控制系统根据发动机的转速、车速和驾驶员的选择，控制带轮得到不同的转速比使汽车加速。最低的发动机固定油门开度时传动比最大（低挡）,对应与发动机转速约 1700r/min（3 点）,车速约为 65km/h。如果油门开度再增大时（4 点）,发动机转速增高，传动比减小。若全部踩下油门，可以快速加速，发动机转速达到约 4500r/min（5 点）,并保持该发动机转速直到获得较高的车速。如果发动机转速仍然增加，变速系统将继续减小传动比（升挡）到最高挡直到获得最大车速（6 点）,此时发动机转速约
5000r/min，车速约 140km/h。部分地减小油门开度，传动比变化到小于 1，发动机转速有所下降，
接近与汽车巡航行使时的转速（7 点） 。再进一步减小油门时，控制系统使传动比达到最小，可使发动机处于制动状态（8 点）再次增大油门则引起降挡（9 点）,以便得到更多的牵引力来加速，实现超车。当行使在下坡或弯曲道路上时，通过控制传动比可以最大地利用发动机进行制动（10点）此时发动机的转速变化范围为 3000 r/min ～4000r/m in，而车速约在 25km/h～135km/h范围内变化。
- 81 -
如图示的电控无级变速传动系统具有理想的恒功率输出，输出转矩与车速成反比。
图6.99 无级变速传动转速与转矩特性
小结
本章主要介绍了自动变速器的类型、组成、结构、工作原理和工作过程。其中自动变速器的组成包括液力变矩器、行星齿轮机构、液压控制系统、换挡操纵机构、电子控制系统；行星齿轮机构制系统主要介绍了辛普森式行星齿轮机构、拉威娜式行星齿轮机构；典型自动变速器主要介绍了宝来轿车 01M 自动变速器、丰田 A340E 电子控制自动变速器、东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器，
分别介绍了它们的组成、结构、动力传动路线和系统控制原理；本章最后一节介绍了无级变速传动系统的组成、优点、工作特性、变速传动原理及控制方法。
习题
6.1 自动变速器由哪几部分组成？
6.2 自动变速器的变速齿轮机构有哪些形式？
6.3 自动变速器有哪些类型？
6.4 液力偶合器和液力变矩器有什么区别？
6.5 简要说明液力变矩器中导轮、单向离合器和锁止离合器的作用。
6.6 自动变速器所采用的双排行星齿轮机构有哪两种形式？传动比怎样计算？
6.7 换挡执行元件制动器有哪些形式？简要说明其工作原理。
6.8 自动变速器供油系统所采用的油泵有哪些类型？各有何特点？
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6.9 自动变速器供油系统的油压调节装置包括哪些调压阀？
6.10 简要说明节气门调压阀和速控调压阀的作用和工作原理。
6.11 强制降挡阀有何作用？
6.12 空挡起动开关有何作用？
6.13 自动变速器换档杆上,P”,R”,N”,D”,2”,L”分别表示什么含义？
6.14 分析宝来轿车 01M 自动变速器的特点和各挡动力传递路线。
6.15 分析丰田 A340E 电子控制自动变速器的特点和各挡动力传递路线。
6.16 分析东风标致 307 轿车 AL4 自动变速器的特点和各挡动力传递路线。
6.17 无级变速器有什么优点？
6.18 简要说明 V 带无级变速器的工作原理。
6.19 对自动变速器使用的传动液(ATF)有什么要求？
