变速的艺术,解读汽车变速箱技术!”聊车道“将图文并茂、通俗易懂的介绍汽车变速箱,从手动MT、到机械自动AMT、液力自动AT、双离合自动DCT、无级自动CVT、电子无级自动ECVT!体会变速的艺术。

关注”聊车道“!有趣、有料、有深度!

液力自动变速器AT,自20世纪40年代,在美国应用于轿车。独领风骚六十年,也使得AT成为自动变速器的代名词。进入21世纪,CVT和DCT的快速掘起,已呈三足鼎立之势。AT也在传承中不断的进步和创新。

如果选举汽车最复杂的零部件,AT将以绝对”优势“排名第一,它是现代机、电、液一体化控制的典型代表。本文将尽量能把AT的机械、液压和电子控制”剖析”给大家,体会自动变速箱的换档“艺术”之美!

AT的结构组成及相关的控制逻辑

AT从结构和控制角度看,分为四大部分比较合适:液力变矩器、行星齿轮变速装置、液压控制系统和电子控制系统。

提前声明:因为AT结构、控制太为复杂,本文在此也只能点到为止。如果想进一步了解AT,请关注”聊车道“系列文章:

从4AT到9AT,深入探究液力自动变速器的行星齿轮变速机构的工作之妙;

复杂与规律,深入探究液力自动变速器的液压控制系统;

大幕就此拉开,有请液力自动变速器的“成名代表作”--液力变矩器出场。

液力变矩器结构图

液力变矩器装在发动机后端,具备自适应变速变矩、自动离合的功能。主要结构包括泵轮、涡轮、导轮和锁止离合器;泵轮作为输入,由发动机驱动;涡轮作为输出,传力给齿轮变速装置;泵轮和涡轮内部均匀排列着叶片;导轮处于泵轮和涡轮中间;

液力变矩器的工作原理

变矩器内部充满压力ATF油;泵轮旋转时,在离心力作用下,ATF油从泵轮“甩出”去冲击涡轮叶片,推动涡轮输出动力。这被称为液力传动,涡轮与泵轮没有刚性连接,借助液体的冲力传递动力。

涡轮的转速和转矩能自适应变化,当外界负荷大时,如汽车要上坡了,涡轮转速自适应下降,相应的扭矩增大。液力传动另一个”成就“是相当于一个全自动离合器:试想,当我们踩制动、档杆从P推至R或D时,齿轮变速装置已经入档。在刹车作用下涡轮被”拖死“不转,所以汽车即不起步,发动机也不熄火。而当驾驶员松开制动,涡轮从0到1、2、3、n,汽车即可平稳起步。

手动档需要驾驶员熟练的控制离合、油门才能平稳起步;双离合变速器DCT基于手动变速器结构,借助现在精确的电子、液压控制技术,才能模拟出液力变矩器的效果:起步不踩油门、不熄火、还能平稳起步。而液力变矩器不需要任何控制系统、技术,即可实现汽车平稳起步,行车中平稳制动不熄火。

所以变矩器的液力传动,不但在名称上成就了AT,也在技术上成就了AT!

当然,液力传动相对机械传动效率低,所以在变矩器内设计了锁止离合器,在档位、车速上后,离合器锁止,实现机械传动。

与MT采用外啮合斜齿轮传动不同,AT采用是行星齿轮传动(本田已经放弃基于外啮合斜齿轮的平行轴式AT),典型的行星排包括中间的太阳轮、外围的齿圈,几个夹在中间的行星齿轮,和一个安装定位行星齿轮的行星架;行星齿轮即可以自身转动,也可以绕中间的太阳轮行走,从而带动行星架旋转。所以,太阳轮、行星架和齿圈这三个部件,就形成一个三角关系:A会同时带动B和C、B和C还相互影响、搅成一团,最后只有一个办法,让A输入,把B按住,或者让B也以某定速旋转,这样C才能”安生“的输出。

单级行星排结构及画法图

如此用多个行星排,让多个太阳轮、行星架和齿圈相互影响、制约、组合不同的传动档位。今天,两个行星排可以实现4AT;而6AT需要三个行星排;ZF的8AT、9AT则需要四个行星排。为了让这些乱动的太阳轮、齿圈、行星架”听话“,则需要多个离合器和制动器,来驱动某个件转或”按死“某个件。这些离合器、制动器被称为换档执行元件,在结构上采用湿式多片结构。

复杂的变速机构

多行星排结构图

湿式多片离合器结构图

这些湿式多片结构的离合器利用液压活塞控制接合或分离

对于行星齿轮变速机构的传动档位分析,需要一定的知识储备,也需要一定的方法技巧。在此,我放上一张经典的6AT传动图,本文暂不分析,让大家体会现里面的设计!

ZF的8AT传动分析图:四个行星排、三个离合器和两个制动器

如果你认为行星齿轮传动已经很复杂,那么接下来,当你看到液压系统时,你会如何想呢?

多层结构、数个滑阀和错综复杂的油道

在此自吹一下,十多年前,为了搞明白液压系统,拆解阀体,按滑阀尺寸画出原理图,在错综复杂的油道中来回”穿梭探索“,把每条油道的流向搞明白。以理清它们错综复杂的控制关系。

当年按滑阀作出的原理图

当你真正搞明白了,发现并没有想像中复杂,这么多滑阀、油道,总结起来就是几个调压阀(调节油压);几个换向阀(改变压力油的流向,最多的如换档阀);多个电磁阀去控制这些调压阀和换向阀;如多个换档电磁阀来控制换档阀,将油压导入不同的离合器、制动器,实现换档。

液压系统由油泵、调压阀、换向阀和电磁阀共同组成

最后,为了让大家体会液压换档操作,我从中理出一套最简单的换档液压系统。里面包括手动阀(换档手柄控制的);换档电磁阀(电脑控制);换档阀(由电磁阀控制);电磁阀压力调节阀(调节好一个稳定的油压,为电磁阀供油)

N位:红色油代表主油压;绿色油代表电磁阀用油压

三张图,分别是N位、D位低档和D位高档;红色油代表主油压;绿色油代表电磁阀用油压;当换档手柄处于D位后,主油压从手动阀输出至换档阀;再由换档阀输出至低档离合器或高档离合器;而换档阀芯的动作由电磁阀控制;电脑控制电磁阀通电、或断电,改变绿色的油压是否作用于换档阀芯;

D位低档工作

上图中,电磁阀被通电打开,导致绿色的油压被提前泄掉,换档阀芯在右端,红色主油压被换档阀导入低档离合器;

D位高档工作

上图中,电磁阀被断电封闭,导致绿色的油压作用于换档阀芯,换档阀芯左移,红色主油压被换档阀导入高档离合器;变速箱升入高档。

实际上,为了保证平顺换档、安全工作,我们的液压系统设计的相当复杂。而电控系统也要依据节气门开度、车速、驾驶员意图等控制电磁阀工作,保证整个变速箱的可可靠、智能的工作。

如果想进一步了解AT,请关注”聊车道“系列文章:

从4AT到9AT,深入探究液力自动变速器的行星齿轮变速机构的工作之妙;

复杂与规律,深入探究液力自动变速器的液压控制系统;

如果你说再难了,你可以关注:变速的艺术,解读汽车变速箱技术:更快更狠的双离合变速箱DCT。