如何自动变速器工作

就像手动变速器一样，自动变速器的主要工作是允许引擎在较窄的速度范围内运行，同时提供较宽的输出速度范围。

如果没有变速器，汽车只能有一个变速器齿轮传动比，这个比例必须经过选择，才能使汽车以理想的最高速度行驶。如果你想要一个最高速度80英里每小时，那么齿轮比将类似于第三档在大多数手动变速器汽车。

你可能从来没有试过驾驶一辆只有三挡的手动变速器汽车。如果你这样做了，你很快就会发现你在起步时几乎没有加速度，而且在高速下，引擎会在红线附近呼啸而过。这样的车很快就会磨损，几乎无法驾驶。

因此，变速器使用齿轮，以更有效地利用发动机的转矩，并使发动机以适当的速度运转。当拖拽重物时，你的车辆变速器会变得足够热，从而燃烧变速器的液体。为了保护变速器不受严重损坏，拖车司机应购买配备的车辆传输冷却器．

手动和自动变速器的关键区别是，手动变速器锁定和解锁不同的组齿轮以输出轴来实现各种不同的齿轮比，而在自动变速器中，同一组齿轮产生各种不同的齿轮比。行星齿轮组是使这在自动变速器中成为可能的装置。

让我们看看行星齿轮组是如何工作的。

当你拆开并查看自动变速器内部时，你会发现在一个相当小的空间里有各种各样的零件。在其他方面，你可以看到:

注意力的中心是行星齿轮组．关于哈密瓜的大小，这一部分创造了传输可以产生的所有不同齿轮比。传输中的其他一切都在那里提供帮助行星齿轮组做它的事情。这款惊人的一件杠杆在Howstuffworks之前已经出现在Howstuffworks上。你可以从中认出来电动螺丝起子文章。自动变速器包含两个完整的行星齿轮，折叠在一个部件中。看齿轮传动比的原理介绍行星齿轮组。

任何行星齿轮组有三个主要组成部分:

这三个分量中的每一个都可以是输入，输出或者保持静止。选择哪个部件起哪个作用决定了齿轮组的传动比。让我们来看看单个行星齿轮组。

我们的变速器的一个行星齿轮装有一个带有72齿的齿圈和带有30齿的太阳齿轮。我们可以从这个齿轮集中获得许多不同的齿轮比。

此外，将三个组件中的任何两个一起锁定在一起将锁定在1：1齿轮上的整个装置。请注意，上面列出的第一齿轮比是一个减少——输出速度比输入速度慢。第二种是超速——输出速度比输入速度快。最后是再次减少，但输出方向相反。还有一些其他的比率可以从这个行星齿轮组中得到，但这些是与我们的自动变速器相关的。你可以在下面的动画中尝试一下:

与自动变速器相关的不同齿轮比的动画

单击上表中左侧的按钮。

所以这一组齿轮可以产生所有这些不同的传动比而不需要啮合或脱离任何其他齿轮。有两个这样的齿轮组在一排，我们可以得到我们需要的四个前进齿轮和一个倒车齿轮。下一节我们将把这两组齿轮放在一起。

这种自动变速器使用一组齿轮，称为复合行星齿轮组，它看起来像一个行星齿轮组，但实际上像两个行星齿轮组的组合。它有一个环形齿轮，一直是变速器的输出，但它有两个太阳齿轮和两组行星。

让我们看看其中的一些部分:

下图显示了行星载体中的行星。注意右边的行星是如何低于左边的行星的。右边的行星不啮合环形齿轮-它啮合另一个行星。只有左边的行星啮合环形齿轮。

接下来你可以看到行星载体的内部。较短的齿轮只与较小的太阳齿轮啮合。较长的行星被较大的太阳齿轮和较小的行星啮合。

下面的动画显示了在传输中所有的部分是如何连接的。

移动变速杆，看看动力是如何通过变速器传递的。

在第一个齿轮，较小的太阳齿轮由涡轮顺时针驱动变矩器．行星载体试图逆时针旋转，但仍然通过单向保持离合器(只允许顺时针方向旋转)和环形齿轮转动输出。小齿轮有30个齿，环齿轮有72个齿，因此传动比为:

比率= -r / s = - 72/30 = -2.4：1

所以旋转是- 2.4:1，这意味着输出方向是相反输入方向。但输出方向真的是相同作为输入方向，这就是两组行星的关键所在。所述第一组行星啮合所述第二组行星，所述第二组行星转动所述齿圈;这种组合逆转了方向。你可以看到，这也会导致更大的太阳齿轮旋转;但由于离合器被松开，较大的太阳齿轮可以自由地向涡轮机的相反方向旋转(逆时针)。

移动变速杆，看看动力是如何通过变速器传递的。

这个变速器做了一些非常整洁的事情，以获得所需的二档比率。它就像两个行星齿轮组，通过一个共同的行星载体相互连接。

行星载体的第一阶段实际上使用较大的太阳齿轮作为环形齿轮。所以第一阶段由太阳(较小的太阳齿轮)，行星载体和环(较大的太阳齿轮)组成。

输入是小太阳齿轮;环形齿轮(大太阳齿轮)被带固定，输出是行星载体。在此阶段，以太阳为输入，行星载体为输出，固定齿圈，公式为:

1 + r / s = 1 + 36/30 = 2.2:1

小太阳轮每转一圈，行星载体就转2.2圈。在第二阶段，行星载体作为第二行星齿轮组的输入，较大的太阳齿轮(保持静止)作为太阳，环形齿轮作为输出，因此传动比为:

1 / (1 + s / r) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1

为了得到二档的总减速器，我们将第一阶段乘以第二阶段，即2.2 x 0.67，得到1.47:1的减速器。这听起来可能很奇怪，但如果你看了视频，你就会知道它是如何工作的。

移动变速杆，看看动力是如何通过变速器传递的。

大多数自动变速箱具有第三档中的1：1。您将记住，从上一节中，我们必须做的一切以获得1：1输出是锁定行星齿轮三个部分中的任何两个。通过这种齿轮组中的布置，它更容易 - 我们所要做的就是将锁定每个太阳齿轮锁定到涡轮机的离合器。

如果两个太阳齿轮都在相同的方向上，行星齿轮锁定是因为它们只能旋转相反的方向。这将环形齿轮锁在行星上，并使一切旋转为单位，产生1：1的比例。

移动变速杆，看看动力是如何通过变速器传递的。

根据定义，超速驱动器的输出速度比输入速度快。这是一种速度的增加——与减速相反。在这种传输中，接通超速驱动器可以同时完成两件事。如果你读变矩器如何工作，您了解了锁紧式变矩器。为了提高效率，一些汽车有一种机制，锁住液力变矩器，以便发动机的输出直接进入变速器。

在这种变速器中，当超速啮合时，与液力变矩器外壳(用螺栓固定在发动机飞轮上)相连的轴通过离合器与行星载体相连。小太阳齿轮自由轮，和较大的太阳齿轮是由超速带持有。没有任何东西与涡轮机相连;唯一的输入来自转换器外壳。让我们再回到我们的图表，这次用行星载体作为输入，固定太阳齿轮和环形齿轮作为输出。

比率= 1 /（1 + S / R）= 1 /（1 + 36/72）= 0.67：1

所以发动机每旋转三分之二，输出就旋转一次。如果发动机转速为2000转/分，输出转速为3000转/分。这允许汽车在高速公路上行驶，同时引擎速度保持良好和缓慢。

移动变速杆，看看动力是如何通过变速器传递的。

倒车与第一个齿轮非常相似，除了小太阳齿轮不是由变矩器涡轮驱动，而是由大太阳齿轮驱动，小太阳齿轮在相反的方向自由转动。行星载体由反向带固定在外壳上。根据上一页的公式，我们有:

所以倒车的比率比这个变速器的第一个档位小一点。

齿轮比率

这个变速器有四个前进档和一个倒档。让我们总结一下齿轮传动比、输入和输出:

阅读这些部分后，您可能想知道不同的输入如何连接和断开连接。这是通过传输内部的一系列离合器和带进行的。在下一节中，我们将看到这些工作。

在最后一节中，我们讨论了每个齿轮传动比是如何由变速器产生的。例如，当我们讨论超速驾驶时，我们说:

在这种变速器中，当超速啮合时，与液力变矩器外壳(用螺栓固定在发动机飞轮上)相连的轴通过离合器与行星载体相连。小太阳齿轮自由轮，和较大的太阳齿轮是由超速带持有。没有任何东西与涡轮机相连;唯一的输入来自转换器外壳。

为了让变速器超速行驶，很多东西必须通过离合器和皮带连接和断开。行星载体通过离合器与液力变矩器壳体相连。小太阳通过离合器与涡轮机分离，这样它就可以飞轮了。大太阳齿轮被一根带子固定在外壳上，这样它就不能旋转。每一次换挡都会触发一系列类似的事件，不同的离合器和手环会接合或分离。让我们来看看一个乐队。

乐队

在这种传输中有两个波段。传动轴上的带，从字面上讲，是钢带，包裹着齿轮传动的部分，并连接到外壳上。它们由传动箱内的液压缸驱动。

在上图中，你可以看到一个带在变速箱的外壳上。齿轮系被拆除。金属棒与活塞相连，活塞带动皮带。

在上面你可以看到两个活塞驱动的皮带。液压通过一组阀门进入气缸，使活塞推动皮带，将齿轮传动的那部分锁在外壳上。

的离合器在传输中有点复杂。这个变速器有四个离合器。每个离合器由进入离合器内部活塞的加压液压油驱动。弹簧确保当压力降低时离合器松开。下面你可以看到活塞和离合器鼓。注意活塞上的橡胶密封——这是变速箱重建时要更换的部件之一。

下图显示了离合器摩擦材料和钢板的交替层。摩擦材料在内部花键，其中锁定到其中一个齿轮。钢板在外面花键镶嵌，在那里它锁定在离合器壳体上。当传输重建时，这些离合器板也被替换。

离合器的压力通过轴中的通道供给。液压系统控制离合器和带在任何给定时刻的通电。

锁住传动装置，防止它旋转，似乎是一件简单的事情，但实际上对这种机制有一些复杂的要求。首先，当汽车在山上时，你必须能够将它脱离(汽车的重量放在机械上)。第二，你必须能够接合机械，即使杠杆没有与齿轮对齐。第三，一旦接合，必须有东西防止杠杆弹出来和脱离。

这个机制非常简洁。让我们先来看一些部分。

停车制动机构与输出上的齿接合以保持汽车仍然存在。这是挂钩到驱动轴的变速器的部分 - 所以如果这部分不能旋转，则汽车无法移动。

上面你看到的停车机制突出到房屋的齿轮定位。注意它有锥形的侧面。当你停在山上时，这有助于松开驻车刹车——由于锥度的角度，来自汽车重量的力有助于把驻车机构推离位置。

这根杆连接到一根由汽车变速杆控制的电缆上。

当将换档杆放置在停车时，杆将弹簧推向小锥形衬套。如果公园机构被排列起来，以便它可以落入输出齿轮部分中的一个凹口中，锥形衬套将推动该机构。如果该机构在输出上的一个高点上排列，则弹簧将推动锥形衬套，但杠杆不会锁定到达，直到汽车稍微滚动牙齿正确。这就是为什么你的车在公园放置并释放制动踏板后你的车有时会移动一点点 - 它必须为牙齿滚动到牙齿上的牙齿，到达停车机制可以放入到位的地方。

一旦汽车安全停在泊位上，衬套就会压住控制杆，这样当汽车在山上时就不会弹出泊位。

液压

你车里的自动变速器要做许多工作。你可能没有意识到它有多少不同的运作方式。例如，以下是自动变速器的一些特点:

你可能见过类似的东西。它真的是自动变速器的大脑，管理所有这些功能和更多。你可以看到这些通道将流体输送到变速器的所有不同部件。金属中塑造的通道是输送流体的有效方式;如果没有它们，将需要许多软管来连接传输的各个部分。首先，我们将讨论液压系统的关键部件;然后我们再看看它们是如何协同工作的。

泵

自动变速箱有一个整洁的泵，叫一根齿轮泵．泵通常位于变速箱盖内。它从变速器底部的油槽中抽取液体，并将其输送到液压系统。它还为传输冷却器和变矩器．

泵的内齿轮钩在液力变矩器的外壳上，所以它以与发动机相同的速度旋转。外齿轮由内齿轮转动，当齿轮转动时，流体从新月状齿轮一侧的水槽中抽出，并被挤出到另一侧的液压系统中。

州长

的州长是一种巧妙的阀门，可以告诉变速器汽车行驶的速度。它连接到输出，所以汽车移动得越快，调速器旋转得越快。在调速器内部是一个弹簧负载的阀门，它打开的比例与调速器旋转的速度成正比——调速器旋转的越快，阀门打开的就越多。泵中的流体通过输出轴被输送到调速器。

汽车的速度越快，调速器阀门打开越多，它透过的流体的压力越高。

为了正确地换挡，自动变速器必须知道发动机的工作强度。这有两种不同的方式。一些汽车有一个简单的电缆连接到一个节流阀在传播。油门踏板越用力，油门上的压力就越大。其他汽车使用真空调制器对节流阀施加压力。调制器感知到歧管压力，当发动机承受较大负载时，歧管压力增加。

的手动阀是变速杆挂在上面的。根据选择的齿轮，手动阀的液压回路抑制某些齿轮。例如，如果变速杆在第三档，它就会给一个电路提供能量，防止超速驾驶。

改变阀门向离合器和皮带提供液压，使每个齿轮啮合。变速器的阀体上有几个换挡阀。换挡阀决定何时从一个档位换到下一个档位。例如，1到2换挡阀决定什么时候从一档换到二档。换挡阀是压力与流体从总督在一边，和节流阀在另一边。它们由泵提供液体，并将这些液体输送到两个回路中的一个，以控制汽车进入哪个档位。

如果汽车加速快，换挡阀会延迟换挡。如果汽车缓慢地加速，就会以较低的速度换挡。让我们讨论一下汽车缓慢加速时会发生什么。

随着汽车速度的增加，来自调速器的压力也在增加。这迫使换挡阀切换，直到第一个档位电路关闭，第二个档位电路打开。由于汽车是在轻油门加速，节流阀不会对换挡阀施加太多压力。

当汽车快速加速时，节流阀对换挡阀施加更大的压力。这意味着从调速器的压力必须更高(因此车辆速度必须更快)，在换挡阀移动到足够远，以啮合二档。

每个换挡阀响应一个特定的压力范围;所以当汽车开得更快时，2- 3换挡阀就会接管，因为调速器的压力高到足以触发那个阀。

一些新型汽车上出现的电子控制变速箱仍然使用液压来驱动离合器和皮带，但每个液压回路都是由电动控制的电磁．这简化了传输的管道，并允许更高级的控制方案。

在上一节中，我们看到了机械控制变速箱使用的一些控制策略。电子控制的传输有更复杂的控制方案。除了监测车辆速度和油门位置外，变速器控制器还可以监测发动机转速，是否踩下刹车踏板，甚至油门防抱死制动系统．

利用这些信息和一种基于模糊逻辑的高级控制策略——一种使用人类类型推理的编程控制系统的方法——电子控制传输可以做如下事情:

让我们来谈谈最后一个功能——在蜿蜒的道路上转弯时抑制上升。假设你在一条蜿蜒的上坡山路上开车。当你在直线路段行驶时，变速器会切换到二档，给你足够的加速度和爬坡动力。当你转弯时，你要减速，把脚从油门踏板上移开，可能还会踩刹车。当你不踩油门时，大多数变速器会升到三档，甚至超速行驶。然后当你加速离开弯道时，他们会再次减速。但如果你开的是手动变速器的车，你可能会让车一直保持在同一个档位。一些带有先进控制系统的自动变速器可以在你绕了几圈后检测到这种情况，并“学会”不再升档。

有关自动变速器和相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。

最初出版:2000年11月29日