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1、汽车自动变速器早在 1940 年已经应用在美国通用的奥兹莫比尔汽车上，这是一台串联式行星齿轮结构的液控变速器。时距 60 多年的今天，汽车自动变速器已经发生了重大的变化。这种变化主要体现在以下几个方面。一是汽车自动变速器向多档位方向发展，5 档或者 6 档自动变速器将逐步取代 4 档自动变速器的主导地位。档位多使变速器具有更大的速比范围和更细密的档位之间的速比分配，从而改善汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性。例如宝马 7 系或奥迪 A8 装配 ZF 产的 6 档自动变速器（ZF6H26） ，齿数比分别是 1 档 4.7、2 档 2.34、3 档 1.52、4 档 1.14、5 档 0.87、
2、6 档 0.69。某款 3.0 升高级轿车的 4 档自动变速器齿轮比分别是 1 档 2.78、2 档 1.54、3 档 1.00、4 档 0.69。两者对比，显然 ZF6 档自动变速器具有更大的速比和更小的速比级差，因此变速时也就更加平顺。但是，档位越多意味着变速器越复杂，执行元件和齿轮数目会随之增加，不但成本增加，体积和重量也会增大，对于前轮驱动的汽车而言还会增加动力传动系统布置的困难。因此，为了缩小体积和减轻重量，要采用紧凑化设计，简化内部结构，引入电子控制系统，采用轻质材料。例如 ZF6H26 变速器设计基于一种名为 Lepetler 的齿轮设计，使 6 个档位之间的齿轮大为减少，简化了
3、内部结构，齿轮重量减少了 11 公斤。整个操作界面改为线控技术，由电子信息操纵换档。用塑料材料做油底壳及铝合金变速器箱体，进一步减轻重量。二是采用多电磁阀方式控制换档，明显改善换档质量。以前的自动变速器的执行器只有一两个电磁阀，现在许多自动变速器已有多个电磁阀。尤其是换档电磁阀数量的增加使得换档电磁阀完全取替了节气门油压和速度油压对 D 档位升降档的控制。变速器上各种新的电磁阀相继出现，例如正时电磁阀、倒档电磁阀、扭力转换电磁阀、扭力缓冲电磁阀、强制降档电磁阀等大量涌现使得电控系统对变速器的控制范围进一步扩大。现在，一些变速器的换档电磁阀完全负责了对 D 档、手动模式、倒档的控制，被称为全电子
4、控制自动变速器。模糊控制技术的设置使变速器电脑可以学习、模拟驾驶者的驾驶习惯，自动修正控制指令，使汽车进一步体现人性化。例如在 ZF6 档自动变速器中，为了控制系统压力实现换档，设置了 6 个具有高流量特点的脉宽调制电磁阀，一个可变力(VFS)电磁阀等。中央电脑中还附加了一个名为 Adaptive Shift Strategy(自适应式换档)，这个系统持续不断地收集行车数据，例如档位、行驶状态、驾驶者驾驶习惯等，通过变速器电脑学习模拟并建立起相关的行车程式，以最佳效果满足驾驶者的需求。三是通过改造油泵、优化液压控制系统提高变速器传动效率。自动变速器在结构上主要由液力变矩器、油泵和机械齿轮传动机
5、构组成。由于液力变矩器通过液力使泵轮、涡轮和导轮工作，油泵运转会消耗能量，加之换档执行元件的摩擦又会消耗能量，使得自动变速器的传动效率低于手动变速器，因此耗油也会高于手动变速器。采用现代控制理论的电控技术，自动变速器的机械效率已经大大提高。通过降低油泵的轴向和径向泄漏来提高油泵效率，同时对整个油泵系统设计进行改进，可以进一步提高油泵高转速时的传动效率。另外，通过传动机构类型多样化设计，结构细部的设计改进，多排行星齿轮组合机构，优化齿轮特性参数和支承结构等技术改进，今天的自动变速器技术已有重大发展，但是从整体看自动变速器的传动效率与手动变速器相比仍存在近 10%的差距。一些自动变速器中用到的重锤
6、调节原理就是通常说的“机械调节器“或“离心调节器“的基本原理。明白了它的原理，对其它类似机械的原理也就清楚了，正所谓“一理通百理明“。图示一个利用重锤的离心作用来控制阀门开闭的机械装置示意图。两个蓝色的圆球是具有较大质量的重锤，红色的轴是旋转轴，整个机械是根据它的转速来进行控制的；黑色的小圆圈是允许相对转动的连接，就像眼镜框与眼镜脚之间的连接，是可以相对转动的；浅绿色的是滑块，它随旋转轴转动，同时可以相对旋转轴上下移动；滑块里面有条槽，嵌着一个滚子（橘黄色） ；阀门可以沿黑色的管道横截面方向上下移动，从而控制通过管道的流体的流量，阀门的位置受与滚子连接的几根橘黄色的连杆控制；水平连杆上有小黑圈
7、与黑色三角形相连，表示在那个地方与固定的机壳连接。 三角形折线代表弹簧，当旋转轴高速转动时，两个重锤在离心力作用下克服弹簧力向外运动，带动滑块向上运动，整个机械装置处于浅灰色位置，原来处于水平的连杆现在左边上升右边下降，驱动阀门向下移动，管道内的通道就被关小或完全封闭了。当旋转轴速度变慢时，两个重锤在弹簧力的作用下向内回动，阀门可以再次打开。有了这套装置，就可以利用速度来控制阀门的移动了。自动变速器液压自动换档系统的结构虽然与图示不同，但有关重锤的调节作用原理是相同的。以奥迪 A6 为例，环型锥盘滚轮牵引式无级变速器目前生产的无级变速器 CVT（Continuously Variable Tr
8、ansmission）大多数采用金属带形式。例如奥迪 A6 的 multitronic 无级手动一体式变速器，核心组件是两组带轮，通过改变驱动轮与从动轮金属带的接触半径进行变速。无级变速器的传动效率高且稳定，传动效率可高达 95%，变速范围可达56。还有一种已经投入使用的无级变速器 IVT(Infinitely Variable Transmission)，核心部分由输入传动盘、输出传动盘和 Variator 传动盘组成。两个输入传动盘分别位于两端，输出传动盘只有 1 个位于中间位置，Variato 传动盘则夹于输入传动盘和输出传动盘中间，它们之间的接触点以润滑油做介质，金属之间不接触，通过改
9、变 Variato 装置的角度变化而实现传动比的连续而无限的变化。环型锥盘滚轮牵引式无级变速器与金属带式无级变速器相比可以传递更大的功率，适合较大排量的车辆。由变速传动机构、调速机构及加压装置三个主要部分组成，核心部分是变速传动机构。如示意图所示，变速传动机构包含三个主要零件（已经拆开）：输入锥盘、输出锥盘和动力滚子。输入输出锥盘与动力滚子接触的工作面是回转曲面，母线是一段圆弧。动力滚子是一个截球台，可以绕自身轴线转动。变速传动机构的工作原理如右下图（只画出上半部分） ，动力滚子球台（黑色）两侧球面部分分别与输入、输出锥盘的环面接触，运动和动力通过锥盘和滚子间润滑油膜中的牵引力进行传递。输入输
10、出锥盘的轴线在同一直线上，从左往右看，如果输入锥盘顺时针转动（如图箭头所示） ，动力滚子受驱动绕自身轴线逆时针转动（从上往下看） ，动力滚子带动输出锥盘逆时针转动。所以两锥盘工作时的旋转方向相反。 变速传动机构是通过改变接触半径进行变速的。在图示位置上，输入锥盘与动力滚子接触处的回转半径为 R1，输出锥盘与动力滚子接触处的回转半径为 R2，而动力滚子的速度在两处相同。如果动力滚子与主、从动锥盘之间的滑动率没有太大的差异，接触半径小的锥盘转动角速度就大，反之就小。因此，图示位置正处于减速运行状态。通过调速机构可以使动力滚子的轴线摆动，通过改变图中夹角 B 改变主、从动锥盘的接触半径，从而改变传动
11、比。 要可靠地传递运动和动力，需要设置一个加压装置，给输入输出锥盘施加轴线方向的力，使两锥盘与动力滚子间保持所需要的压力，从而产生足够的牵引力。金属带无极变途器的优点很多，如：变速没有冲击，不用变换啮合齿轮，处形尺寸小。现在已经在一定范围内克服了传送带打滑的问题，改用金属链代替金属带，可以在一定条件下实现在大排量轿车上的使用。现代无级变速器开发技术水平最高的是采用金属链带机械式无极变速器，例如奥迪 A6multitronic 无级变速器就采用了金属链条这一形式。目前除了奥迪以外，福特和通用也投入上亿美元巨资研制了从 1.3 升-2.0 升汽车发动机所配用的无极变速器。以荷兰生产的无极变速器著名
12、厂家 VDT 公司为例，目前按照发动机排量主要有以下类型：采用电磁离合器作为起动装置，机械液压传动或电控液压传动系统，以外啮合齿轮泵作为液压源，适用于发动机排量 1.3 升以下的小型轿车。采用湿式多片离合器作为起动装置，机械液压传动，动力传送采用金属链条，适用于发动机排量 1.8 升以下的中型轿车。还有采用新型金属链条，液力变矩器与无极变速器结合，全电子控制，适用于 3.0 升以下较大排量的豪华轿车。世界最大的变速器制造企业德国 ZF 公司也采用 VDT 技术，生产用于 1.5 升-2.5 升中排量轿车的无极变速器系列，计有 CFT 系列，适用于前轮驱动发动机横置的轿车；CTT 系列，适用于前
13、轮驱动发动机纵置的轿车；CRT 系列，适用于各轮驱动发动机纵置的轿车。据荷兰 VDT 公司介绍，现在新的设计和技术已经解决了无极变速器过去存在的主要问题，因 V 型带损坏而出现的故障发生率只有千分之 2.5，比例很低。如果不考虑所用传送带的差异，各种型号无极变速器的主要差别集中在发动机动力传递到主动带轮的过程以及带轮半径和夹紧力的控制方法上。目前，无极变速器的控制一般都采用电子控制模式，既可以在自动状态下运行，也可以选择单独的控制程序，增加驾驶的便利性。除了标准档位位置外，操纵手柄也可以移至另一个平行的档位，在“+”或“-”之间变换。以富士无极变速器为例，其电子控制系统由电磁离合器系统、电子控制单元(ECU)、传感元件和电磁阀等组成。传感元件包括档位操纵手柄位置传感器、节气门开度位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器、制动踏板位置传感器，它们为 ECU 提供汽车行驶的信号。ECU 根据传感器的信号做出判断，并将控制信号送至电磁阀，控制电磁阀与液压系统的工作。
