汽车自动变速器的结构有哪些？
一.导言
汽车自动变速器是指自动改变传动比，调节或改变发动机动力输出性能，经济方便地传递动力，更好地适应外界载荷和路况的需要。自1939年美国通用汽车公司首次在汽车上使用自动变速器以来，自动变速器发展迅速。尤其是电子技术和微处理器应用于换挡之后，人们追求已久的自动变速技术进入了一个全新的快速发展时期。从1981开始，美国和日本的一些汽车公司相继开发了各种微机控制的自动变速系统，如电控液压变矩自动变速器、电控多级齿轮变速器等。日本丰田公司生产的电控变速器(ECT)首次应用于豪华皇冠轿车。这种微电脑控制的四速变速器的优点是:能保证最佳的换挡规律、良好的换挡精度、良好的燃油经济性和满意的动力性能，减少污染；换挡灵活，换挡过程平稳，无冲击和振动，换挡品质好，驾驶舒适，换挡动作准确及时；控制系统工作稳定可靠，能在高低温、大颠簸、冲击振动、强磁场、电子干扰下正常工作；驾驶员可以干预自动换挡，以适应复杂的交通状况和地形条件；控制系统具有自校正换挡和高灵敏度的自诊断功能；操作简单，在交通拥堵时能大大提高车辆的安全性和可靠性。由于上述原因，自动变速器在轿车、客车、大型客车、越野车和重型拖拉机上得到了广泛应用，装载率迅速提高，特别是在美国、日本、德国等国家生产的轿车中，电控变速器的比例越来越高。当然，电控自动变速器也有一些缺点，如结构复杂、零件精度要求高、制造难度大、成本高、相应维修技术复杂、传动效率低于手动挡变速器等。
目前电控自动变速器发展的主要特点是实现一机多参数多规则控制，并在此基础上将控制变速器的微机和控制发动机的微机融合在一起，实现其综合控制。一机一控，多参数多样化，即控制参数不仅包括发动机转速、车速、节气门开度等信号，还包括反映发动机和变速器工作环境以及车辆行驶环境的信号，能够全面反映发动机和变速器的实际工作状况。多规律是指在控制微机中同时存储多个换挡规律，如最佳经济换挡规律和最佳动态换挡规律等。驾驶员可以根据需要调用相应的规律来实现最佳的换挡控制。所谓综合控制，就是在发动机和变速器的微机处理信号的同时，延迟发动机的点火时间，使发动机的输出扭矩略有降低，传动过程中的冲击现象大大减少，传动性能明显提高。综合控制的框图如图1-1所示。
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图1-1综合控制框图
1-发动机；2-自动变速器；3-发动机控制信号；4-变速控制信号；5-用于发动机控制的微型计算机6-发动机控制信号；7-发动机速度状态控制信号；8-用于变速控制的微型计算机；9-发动机和变速控制单元ECU；10-节气门位置传感器；11-转速传感器(变速器内)；12-速度传感器(在车速表中)；13-水温开关；14-变速模式选择开关；15-空档启动开关；16-刹车灯开关；17-变速控制开关
其次，为了提高传动效率和燃油经济性，电控自动变速器一般采用锁止式液力变矩器。在前置发动机前轮驱动汽车(FF)中，为了减轻重量和缩短动力传递路线，通常将自动变速器与驱动桥组合成自动驱动桥。为了拓宽速度范围，缩小传动比区间，自动变速器正在向多速发展，四速变速器已经普遍成为轿车的标准结构，五速自动变速器也早已投放市场。为了方便使用和维护，控制系统的诊断功能不断增强。此外，世界各大汽车公司对无级变速器的研究非常积极，估计电控无级自动变速器将在短时间内应用于现代汽车。
二、电控自动变速器的组成
电控自动变速器通常由五部分组成:液力变矩器、行星齿轮传动系统、换档执行器、液力自动控制系统和电子控制系统。图2-1是典型的四速自动变速器的结构图。
1.液压扭矩变换器
液力变矩器是电控自动变速器不可缺少的核心部件，能够连续自动地将输入轴的扭矩传递到输出轴，是典型的液力传动装置。目前汽车上广泛使用的是由泵轮、涡轮和导轮组成的单级集成式液力变矩器(图2-2)，它具有结构简单、工作可靠、性能良好等优点。液力变矩器实际上是一种可以自动连续改变扭矩的液力自动变速器。除了上述三个主要部件之外，一些变矩器还具有锁止离合器。锁止离合器位于涡轮前端，是一个由液压直接控制的全自动离合器。其工作由计算机控制系统控制，即计算机控制系统根据发动机转速传感器和车速传感器输入的信号控制电磁阀，电磁阀通过控制通向变矩器的油路中工作液(ATF)的流向来锁止或分离锁止离合器。
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图2-2液力变矩器的组成
变矩器加注自动变速器油，自动变速器油由供油泵提供。供油泵还恒压定量地为自动变速器各系统提供工作液，完成扭矩传递、控制、润滑、冷却等任务。供油泵通常由变矩器泵轮套的卡爪驱动。
液力变矩器具有自动适应和变矩能力，其主要特点是变矩比K(K=涡轮输出转矩/泵轮输入转矩)随涡轮和泵轮的相对转速(泵轮转速等于发动机转速)而变化，即随转速比i(i=涡轮转速/泵轮转速)自动无级变化。当车速较低时，液力变矩器可以输出较大的扭矩，当车速较高时，可以利用液力偶合器的高效率，所以它结合了液压元件的双重优点，被称为综合型液力变矩器，正好适合车辆行驶阻力变化的特点。
2.齿轮变速系统
液力变矩器虽然能传递和增大发动机扭矩，但扭矩比不大，转速范围不宽，远远不能满足汽车的需要。所以在液力变矩器后面安装一个辅助变速装置——齿轮变速系统，多为行星齿轮变速系统或平行轴(定轴)齿轮变速系统，以进一步增大扭矩，扩大其变速范围，提高汽车的适应性。行星齿轮传动系统是一种常啮合传动，其传动比可以很容易地通过离合器或制动器的分离和组合来实现，特别有利于动力换挡或自动换挡。电控自动变速器的行星齿轮传动系统一般由两排星或三排星组成，广泛采用三自由度传动。图2-3是双排行星齿轮变速器的示意图，它在同一根轴上有两个单排行星齿轮。两排行星齿轮通过中空的太阳轮连接，太阳轮与两个行星齿轮的行星齿轮啮合。这种双排行星齿轮变速器有一个前进档和一个倒档，通常安装在由前置发动机驱动的(FR)汽车上。
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图2-3三速行星齿轮变速器示意图
C1-前离合器；C2-后离合器；B3 B2 b 1-刹车；F1，F2-单向离合器
如果在上述三速自动变速器上增加一个超速行星排，就可以组成一个四速自动变速器，可以超速行驶使传动比小于1。在FR车辆中，超速行星齿轮系安装在液力变矩器和三速行星齿轮变速器之间，在前置发动机的FF车辆中，超速行星齿轮系安装在三速行星齿轮变速器之后。超速行星排主要由一个行星排组成，用来夹紧太阳轮的超速制动器Bo和连接太阳轮和行星架的超速离合器C。和超速单向离合器Fo，动力由超速行星排中的齿圈输入，传递给超速行星架。图2-4是四速行星齿轮变速器的原理。
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图2-4四速行星齿轮变速器的传动原理
C0-超速离合器；B0-超速制动器；F0-超速单向离合器
3.换档执行器
行星齿轮变速器的换档执行机构包括换档离合器、换档制动器和单向离合器。
换档离合器是一种湿式多片离合器，由液压控制，通常由几片交错排列的主从式离合器片组成。
换挡制动是将行星齿轮传动中的一个元件(太阳轮、行星架或齿圈)固定，使其不能转动，形成新的动力传递路线，换上新的档位，获得新的传动比。它像换档离合器一样是液压操作的。换挡制动器通常有两种:一种是湿式多片制动器，其结构与上述湿式多片离合器相同，但不同的是离合器连接两个转动部件并传递动力，而其中一个制动器与转动部件相连，另一个是固定的变速器壳体，用于停止转动部件，使其无法驱动。另一种形式的换档制动器是带式制动器。
单向离合器在行星齿轮变速器中的作用是保证换挡平稳无冲击。它与液力变矩器中的单向离合器结构相同，由内外圈和它们之间的一个楔块组成。
4.液压自动控制系统
液压自动控制系统通常由供油、手动档位选择、参数调整、换档时机控制和换档质量控制组成。供油部分包括供油泵、滤油器、主油路调压阀、第二调压阀、油冷却器等。供油泵和主油路调压阀是液压自动控制系统的动力源，第二调压阀也叫变矩器补偿调压阀。
手动档位选择部分包括手动控制阀和手动控制阀转盘。手动控制阀由变速杆控制，其作用是利用滑阀的运动实现控制油路的转换，即液压油根据变速杆设定的档位转换到“P”、“R”、“N”、“D”、“2”或“L”的油路。
参数调整部分主要包括两个方面:一是利用节气门调压阀(简称节气门)根据节气门开度产生油门踏板控制液压，这个控制液压加到1-2、2-3、3-4三个换挡阀(变速器阀)的一端，当节气门开度变大时，油门踏板控制液压会增加；第二个是调速调压阀(也叫调速器)，用来根据车速产生车速控制的液压，并将这个调速液压加到每个换挡阀的另一端。当车速增加时，速度控制液压增加。换档阀根据以上两个参数改变档位。在电控自动变速器中，节气门开度和车速分别被节气门位置传感器和车速传感器采集成电信号，送入计算机，计算机通过电磁阀控制换挡阀自动换挡。
换档正时控制部分主要是换档阀。在电控自动变速器中，换挡阀根据电子控制器确定的换挡点和换挡信号工作，自动换挡。
换挡品质控制机构的作用是控制换挡过程，使换挡更加平稳、柔和、无冲击，防止大动载荷的产生。一般有储能减震器、缓冲阀、定时阀、执行控制阀等。被添加到液压通道中。