自动变速器

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自动变速器

从手动到智能的跨越

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自动变速器

从手动到智能的跨越

自动变速器
从手动到智能的跨越
1第 1 页 · 自动变速器

变速器类型对比

AT与DCT都能自动换挡,但一个靠液力变矩器滑摩,一个靠两套离合器交替预选——结构差异决定了平顺性与响应速度的天平怎么摆。

AT 液力自动变速器
  • 结构:液力变矩器 + 行星齿轮组
  • 换挡:变矩器滑摩软接,平顺但有迟滞
  • 效率:液力传动损耗约5–10%
  • 场景:舒适巡航、拥堵跟车
DCT 双离合变速器
  • 结构:双离合器 + 奇偶挡预选
  • 换挡:预选挡位瞬切,毫秒级响应
  • 效率:硬连接近机械效率,>95%
  • 场景:运动驾驶、追求响应速度
追求舒适平顺选AT,追求换挡速度与传动效率选DCT。低速拥堵顿挫是DCT的结构特征,不是故障。
2第 2 页 · 变速器类型对比

液力自动变速器（AT）定位

AT在自动变速器中的地位

液力自动变速器（AT）定位
AT在自动变速器中的地位
3第 3 页 · 液力自动变速器（AT）定位

变矩器基本原理

上一页我们说 AT 的核心是「液力」——但液体不像齿轮能咬合，它究竟怎么把发动机的力传到变速箱？答案藏在 AT 最特殊的部件——变矩器里。

三大核心部件
泵轮连发动机主动甩油，涡轮连变速箱受油冲击，导轮夹在中间、由单向离合器固定
导轮单向离合器
涡轮慢转时把油反向甩回泵轮；单向导轮挡住油流、改向再推泵轮，输出扭矩可放大 1.7~2.5 倍
滑差的两面性
泵轮和涡轮转速永远不同步；低速它是缓冲垫保护发动机，高速却白白把动能变成油液热量
锁止离合器
高速时锁止机构把泵轮和涡轮硬连成一体，消除滑差，传动效率从 ~85% 提到 ~98%
两台面对面的小风扇对应 →变矩器三大部件 + 锁止

吹风端是泵轮，受风端是涡轮；挡风板把漏掉的气流兜回的就是导轮；锁止则相当于同步后把两轴直接绑死

kstall=ToutTin≈1.7∼2.5k_{stall} = \frac{T_{out}}{T_{in}} \approx 1.7 \sim 2.5
4第 4 页 · 变矩器基本原理

变矩器结构组成

沿箭头方向看液压油如何循环，三元件协同完成能量传递。

图解渲染中…
F：允许导轮单向旋转，锁住时改向，回流冲时打滑A：原动力输入端，与泵轮刚性连接B：泵出液压油的叶轮，甩出高速油流C：被油液冲击后旋转，把动能传给传动轴
5第 5 页 · 变矩器结构组成

动力传递过程

发动机动力经液流依次完成耦合、变矩与增扭，接近同步时增扭作用逐渐退出。

1
液流耦合
泵轮由发动机驱动并推动液流，液流冲击涡轮，实现无机械接触的动力传递。
2
涡轮变矩
叶片改变液流方向和动量矩，转速差使涡轮输出转矩不再与泵轮输入一一相等。
3
定子增扭
低速时定子被锁住并导正回流；接近同步时定子自由，增扭增益趋近于1。
6第 6 页 · 动力传递过程

锁止离合器作用

上一页讲过变矩器靠油液传力，但你有没有想过——高速巡航时泵轮转得比涡轮快那么一点点？这「一点点滑转」正在悄悄烧掉你的油。

滑转损耗
液体传动的天生缺陷：泵轮与涡轮间总有 2%~10% 转速差，能量以热形式白白流失，高速巡航时尤甚
锁止原理
在变矩器壳体与涡轮之间装湿式摩擦片，油压推动压紧，泵轮涡轮「硬连接」，转为纯机械传动
切换时机
高速稳态巡航时锁止省油，低速大负荷、换挡、减速时解锁避冲击，ECU 综合车速、油门、挡位判断
滑移锁止
现代方案：不彻底压紧，允许 50~100 r/min 微小滑转，兼顾效率与平顺，切换几乎无感
皮带传动对应 →锁止离合器

皮带靠摩擦总有滑转耗能；锁止压紧后泵轮涡轮硬连接，类似齿轮直连，效率飙升

7第 7 页 · 锁止离合器作用

行星齿轮基本构造

中央四件是结构主体，右侧三条出口对应「锁住任一元件」的三大经典工况。

图解渲染中…
a1：中心齿轮，常作主动或固定a2：三颗成组，同时自转和公转a3：内齿外圈，常作主动或固定a4：承载行星轮轴心的总成
8第 8 页 · 行星齿轮基本构造

行星齿轮变速原理

行星齿轮组的奥秘：制动不同元件，就能切换不同速比与方向——自动变速器换挡的核心机制。

1
识别三元件
太阳轮S、行星架C、齿圈R，行星轮挂在C上同时啮合S与R
2
制动齿圈
R锁止，S主动驱动行星轮，C输出 → 大减速比前进挡
3
制动太阳轮
S锁止，R主动，C输出 → 小减速比前进挡（高速挡）
4
制动行星架
C锁止后行星轮只能自转，S与R反向 → 倒挡
5
全不制动
三元件皆自由，动力无法传出 → 空挡N
9第 9 页 · 行星齿轮变速原理

辛普森机构

沿实线箭头看动力流向；两条虚线是辛普森机构的两处关键设计巧思。

图解渲染中…
B：后排架=后排行星架,接受变矩器输入F：前排架=前排行星架,与后齿圈固连E：共轴:两排太阳轮装在同一根轴上D：复合:齿圈与另一排行星架做成一体
10第 10 页 · 辛普森机构

拉维奈机构

六个旋转元件靠啮合与刚性连接，构成另一种双排行星方案。读连线关系就读懂了。

图解渲染中…
rg：前后排共用一个齿圈，是拉维奈的核心特征lp：长行星同时跨接前太阳轮与齿圈sp：短行星夹在后太阳轮与长行星之间pc：行星架只与长行星刚性连接
11第 11 页 · 拉维奈机构

传动机构小结

认识行星齿轮传动体系

传动机构小结
认识行星齿轮传动体系
12第 12 页 · 传动机构小结

离合器与制动器

左右并列对比离合器与制动器：结构几乎相同，仅主动片连接对象不同——离合器接旋转轴，制动器接壳体。

图解渲染中…
C2：钢片与摩擦片交替叠装，靠摩擦传递扭矩，多片结构可大幅提升扭矩容量B1：壳体即变速箱体本身，固定不动，相当于“地”
13第 13 页 · 离合器与制动器

单向离合器原理

上页离合器和制动器要靠油压才能锁止。本页看一种「不用油、纯机械」就能自动单向锁止的元件——单向离合器。

结构组成
内圈、外圈、滚柱（或楔块）三件套
楔紧锁止原理
反向旋转时滚柱被挤入楔形槽，摩擦力把内外圈卡死
免液压自锁
纯靠机械楔紧自动锁止，不依赖油压，响应快
换挡贡献
替代部分离合器/制动器，减少液压元件，提升平顺性
自行车飞轮对应 →单向离合器

踩踏板驱动后轮时锁止；下坡后轮比踏板快时自由滑行

tan⁡α<μ（楔角小于摩擦角则卡死）\tan \alpha < \mu \text{（楔角小于摩擦角则卡死）}
14第 14 页 · 单向离合器原理

执行机构小结

  • ✓三类元件本质都是改变行星排的约束条件
  • ✓离合器连通，制动器锚定，单向离合器限定方向
  • ✓每个挡位由多类元件协同作用而成
  • ✓单向离合器无需电控/油压，是被动平顺元件
延伸主题：换挡控制逻辑各挡动力流图电控液压协同原理
15第 15 页 · 执行机构小结

液压系统基本组成

看油从油箱出发、被泵加压、被阀体调度、再由油路送达执行器——读懂这个闭环，就抓住了液压系统的核心。

图解渲染中…
VR：阀体内部三件套：调压阀稳压，换挡阀决定方向，手动阀决定P/R/N/DLR：主油路传动力，润滑油路冷却齿轮，控制油路精准驱动MR：换挡的执行者，靠油压推动活塞压紧或松开摩擦片
16第 16 页 · 液压系统基本组成

换挡控制流程

换挡是一个闭环流程：传感器送信号，TCU做判断，液压去执行，最后还要回头校验。

1
信号采集
车速、油门、负荷等工况信号汇总到TCU
2
换挡判断
TCU按预设程序决定升挡、降挡或维持
3
液压执行
电控阀调油压，推动离合器和制动器动作
4
齿轮切换
行星机构在执行件作用下锁定新传动比
5
反馈校验
对比实际挡位与目标挡位，异常则进入修正
17第 17 页 · 换挡控制流程

钢带式CVT结构

AT靠几组固定齿轮比切换档位，CVT换思路：不要固定比，让传动比在区间内连续可调。靠什么实现？两只『可变直径的轮子』加一条特制钢带。

主/从动锥轮
两只V形槽轮，由固定锥盘和可动锥盘组成，液压推动可动盘改变V槽宽度
传动比改变原理
V槽变窄时钢带被挤向外圈，有效半径增大；另一侧反向变化，两轮此消彼长
钢带组成结构
由多层钢环叠成带芯，上面串着数百片V形钢块，并非一体皮带
推力传扭原理
钢块两侧被锥盘斜面夹紧，靠挤压力传扭，不是普通皮带靠摩擦传力
无级变速实现
液压连续调节两轮半径比，传动比在范围内任意取值，没有换挡冲击
两根筷子夹花生米对应 →锥轮夹紧钢带

筷子夹得越靠尖端，花生米的活动半径越大；锥盘靠拢同理把钢带挤向外圈

i=r从r主=n主n从i = \frac{r_{从}}{r_{主}} = \frac{n_{主}}{n_{从}}
18第 18 页 · 钢带式CVT结构

链式CVT结构

上一节钢带式CVT像一根扁橡皮筋，能扛的力有限。要拖动2.0T甚至更大马力的发动机，传动件必须升级——钢链登场。它看着像自行车链条，但承受的力要大得多。

双锥形轮结构
主动锥轮与从动锥轮各由两个可轴向滑动的锥盘组成，中间形成V型槽
钢链传动件
由多层薄钢片叠压、销轴铰接而成，靠链节与锥盘的啮合传递扭矩
连续变径原理
锥盘轴向移动改变夹紧半径，钢链在两轮上的工作半径此消彼长
液压驱动控制
油压推动锥盘滑动，改变传动比；主从动轮油压配合保证钢链张力恒定
高扭矩承载力
钢链啮合传力，传递能力远超钢带，能匹配大排量涡轮增压发动机
自行车变速飞轮对应 →锥轮变径机构

自行车后拨让链条落在不同齿盘上改变速比；CVT让钢链连续落在锥盘不同位置，无级变速

i=n1n2=R2R1i = \frac{n_1}{n_2} = \frac{R_2}{R_1}
19第 19 页 · 链式CVT结构

AT与CVT对比

结构、传动、体验的全面对比

AT与CVT对比
结构、传动、体验的全面对比
20第 20 页 · AT与CVT对比

P410结构解析

P410动力分流结构：发动机入行星架，MG1接太阳轮、MG2接齿圈，行星轮是功率汇合点

图解渲染中…
P：行星轮同时与太阳轮、齿圈啮合，由行星架承载CAR：行星架接发动机，是机械功率输入端MG1：可作发电机或电动机，通过调速太阳轮控制分流比RING：齿圈与MG2同轴，是电功率与机械功率汇合输出端
21第 21 页 · P410结构解析

动力流向分析

三条能量主线 + 一条回收回路：看清发动机、电机、电池各自的来去路径。

图解渲染中…
GBX：变速机构：机械能与电能的汇合输出节点MG：电机：既能驱动，也能发电BAT：动力电池：电能的储存站
22第 22 页 · 动力流向分析

能量流动总览

混合动力系统全景图

能量流动总览
混合动力系统全景图
23第 23 页 · 能量流动总览

实景教学内容

看懂了动力流向，下一步把能量路径逐件落到手上：按“标识—拆解—检查—回装—验证”还原变速器。

工位安全
先按规定收集旧油，再将变速器稳固在专用支架上，工具与量具分区摆放。
拆前标识
对壳体结合面、轴承座、调整垫片及油路拍照、编号，避免错位。
分类检查
摩擦片、钢片、离合器弹簧、单向离合器、轴承、密封件和阀体分别检测并记录。
受控回装
零件清洗后按标记就位，涂规定润滑液，按规定扭矩复查轴向间隙。
装后验证
核对规定油品与油量，测试压力、换挡响应、噪声、渗漏和温升。
拆装精密机械表对应 →自动变速器拆装

表针与齿轮先定位再复位；变速器同样靠标记、顺序和复测保证动作准确。

24第 24 页 · 实景教学内容

双擎系统视频

卡罗拉和雷凌双擎混合动力组成

双擎系统视频
卡罗拉和雷凌双擎混合动力组成
25第 25 页 · 双擎系统视频

镍氢电池包视频

上一节视频定位了双擎系统的能量中枢——高压电池包。这次拆解要回答：这块电池包里到底是什么？凭什么能驱动电机？

电池包整体结构
金属外壳把单体电池、冷却风扇、电池ECU、线束封装成一个总成，便于整车布置与碰撞防护
D型镍氢单体
每节是D型圆柱镍氢电池，标称1.2V、容量约6.5Ah，外形类似加大号干电池
模块化串联升压
若干单体串联成一个模块，多个模块再串联成电池包，整体电压在200V以上
强制风冷系统
电池包内有专用离心风扇，从进气口把冷风吹向每节电池，带走工作时产生的热量
高压安全设计
维修插头（Service Plug）拔下后串联回路断开，是拆装前必须先操作的安全装置
服务器机柜对应 →高压电池包

一格格模块整齐插在标准框架里，强制风冷像机房空调，维修插头就是机柜的总电源开关

Vpack=n×VcellV_{pack} = n \times V_{cell}
26第 26 页 · 镍氢电池包视频

逆变器总成视频

逆变器-变换器拆解分析

逆变器总成视频
逆变器-变换器拆解分析
27第 27 页 · 逆变器总成视频

P410变速器视频

上一页实景教学带你认识了混动系统总成，今天是其中的重头戏——P410变速器专属拆装。视频里技师把外壳撬开，行星排、两台电机、液压模块逐一亮相，真实位置关系一眼看清。

拆解顺序
由外向内：外壳→油底壳→阀体→行星排→电机
核心部件位置
MG1与发动机同轴，MG2经齿轮链驱动输出轴
装配逻辑
单向离合器、制动器、太阳轮/齿圈按特定顺序回装
观看重点
注意油道走向、密封圈位置、各零件配合间隙
拆修瑞士机械表对应 →P410拆装实操

拆开看齿轮、弹簧怎么咬合，装回去每个零件都有它必须在的位置

28第 28 页 · P410变速器视频

课后思考

先盖住参考答案独自思考，再对照答案检验思路——问题的价值不在答案本身。

1锁止离合器为什么不能全程锁止？它锁止与解锁的判定依据是什么？

参考答案起步、低速大负荷时需要变矩器滑差增扭；锁止条件是涡轮与泵轮转速接近且负荷稳定。判定依赖车速、油门、转速差等信号综合决策。

2CVT号称无级变速，为什么扭矩上限反而比AT低？钢带与链条的物理瓶颈在哪里？

参考答案钢带靠金属片与带轮间的摩擦+楔形挤压传扭，接触应力有极限；链条靠链节啮合，销轴磨损是短板。两者都不如AT齿轮啮合传扭可靠。

3双擎系统里既然有电机可以单独驱动，P410行星齿轮排的真实角色是什么？纯电模式下它能被完全'跳过'吗？

参考答案行星排是发动机与电机的扭矩耦合器，负责混动模式无缝切换和能量回收时的转速匹配。纯电时MG2仍通过它驱动车轮，并需协调MG1状态，不能简单跳过。

29第 29 页 · 课后思考

自动变速器要点回顾

  • ✓动力经变矩器软连接起步，锁止后变硬连接以提效
  • ✓行星齿轮靠元件固定与旋转组合实现档位切换
  • ✓离合器与制动器选档，单向离合器防逆转
  • ✓液压系统按ECU指令控油，实现换挡自动化
  • ✓CVT用摩擦传动替代齿轮组，无级但限扭
延伸主题：DCT双离合变速器原理混动能量管理策略变速器NVH优化
30第 30 页 · 自动变速器要点回顾