前期回顧：

汽車變速器，是一套用於來協調發動機的轉速和車輪的實際行駛速度的變速裝置，用於發揮發動機的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過程中，在發動機和車輪之間產生不同的變速比。

手動變速器

手動變速器就是必須用手撥動變速器杆，才能改變傳動比的變速器。手動變速器主要由殼體、傳動組件（輸入輸出軸、齒輪、同步器等）、操縱組件（換擋拉桿、撥叉等）。

手動變速器構造

變速器原理

變速器為什麼可以調整發動機輸出的轉矩和轉速呢？其實這裡蘊含了齒輪和槓桿的原理。變速器內有多個不同的齒輪，通過不同大小的齒輪組合在一起，就能實現對發動機轉矩和轉速的調整。用低轉矩可以換來高轉速，用低轉速則可以換來高轉矩。

變速器原理

變速器的作用主要表現在三方面：第一，改變傳動比，擴大驅動輪的轉矩和轉速的變化範圍；第二，在發動機轉向不變的情況下，實現汽車倒退行駛；第三，利用空擋，可以中斷髮動機動力傳遞，使得發動機可以啟動、怠速。

手動變速器原理

手動變速器的工作原理，就是通過撥動變速桿，切換中間軸上的主動齒輪，通過大小不同的齒輪組合與動力輸出軸結合，從而改變驅動輪的轉矩和轉速。

發動機的動力輸入軸是通過一根中間軸，間接與動力輸出軸連接的。如圖3-5-3所示，中間軸的兩個齒輪（紅色）與動力輸出軸上的兩個齒輪（藍色）是隨著發動機輸出一起轉動的。但是如果沒有同步器（紫色）的接合，兩個齒輪（藍色）只能在動力輸出軸上空轉（即不會帶動輸出軸轉動）。圖中同步器位於中間狀態，相當於變速器掛了空擋。

簡單變速器結構

5擋手動變速器

5擋手動變速器原理

5擋手動變速器剖面圖

5擋手動變速器組成

換擋機構不僅增強駕駛員換擋感覺，而且可以防止同時掛入兩個擋位。

換擋機構

同步器

變速器在進行換擋操作時，尤其是從高擋向低擋的換擋很容易產生輪齒或花鍵齒間的衝擊。為了避免齒間衝擊，在換擋裝置中都設置同步器。同步器有常壓式和慣性式兩種，目前大部分同步式變速器上採用的是慣性同步器，它主要由接合套、同步鎖環等組成，主要是依靠摩擦作用實現同步。

同步器結構

• 同步器工作原理

當同步鎖環內錐面與待接合齒輪齒圈外錐面接觸後，在摩擦力矩的作用下齒輪轉速迅速降低（或升高）到與同步鎖環轉速相等，兩者同步旋轉，齒輪相對於同步鎖環的轉速為零，因而慣性力矩也同時消失，這時在作用力的推動下，接合套不受阻礙地與同步鎖環齒圈接合，並進一步與待接合齒輪的齒圈接合而完成換擋過程。

同步器工作原理

同步器部件

自動變速器

汽車自動變速器常見的有四種形式，分別是液力自動變速器（hydraulic automatic transmissions，AT）、無級變速器（continuously variable transmission，CVT）、電控機械式自動變速器（automated mechanical transmission，AMT）、雙離合自動變速器（dual clutch transmission，DCT）。

轎車普遍使用的是液力自動變速器，本章中的自動變速器指的也是液力自動變速器（AT）。自動變速器主要由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。

自動變速器主要部件

液力變矩器

液力變矩器一般是由泵輪、導輪、渦輪以及鎖止離合器組成。動力傳遞路徑：殼體→泵輪→渦輪→變速器。

液力變矩器的結構

• 液力變矩器的工作原理

液力變矩器的作用是將發動機的動力輸出傳遞到變速機構，它裡面充滿了傳動油，當與動力輸入軸相連接的泵輪轉動時，它會通過傳動油帶動與輸出軸相連的渦輪一起轉動，從而將發動機動力傳遞出去，其原理就像一把插電的風扇能夠帶動一把不插電的風扇的葉片轉動一樣。

液力變矩器的工作原理

液力變矩器組成部件

行星齒輪傳動

行星齒輪組包括行星架、齒圈以及太陽輪，當這三個部件中的一個被固定後，動力便會在其他兩個部件之間傳遞。

行星齒輪傳動

行星齒輪變速器原理

自動變速器換擋執行機構

換擋執行機構主要是用來改變行星齒輪中的主動元件或限制某個元件的運動，改變動力傳遞的方向和速比，主要由離合器、制動器和單向離合器等組成。離合器的作用是把動力傳給行星齒輪機構的某個元件使之成為主動件。

離合器原理

• 多片離合器

離合器的摩擦片是在變速器油中工作，且用油壓推動活塞進行工作。壓力油進入離合器殼體，對離合器活塞施加作用力。離合器活塞迫使鋼片和摩擦片擠壓在一起，完成換擋。

多片離合器

• 制動帶

制動帶的作用是將行星齒輪機構中的某個元件抱住，使之不動。

制動帶

自動變速器換擋控制

變速器控制電腦通過電信號控制電磁閥的動作，從而改變變速器油在閥體油道的走向。當作用在多片式離合片上的油壓達到制動壓力時，多片式離合片接合從而促使相應的行星齒輪組輸出動力。

變速器換擋控制

液壓自動操縱系統通常由供油、手動選擋、參數調節、換擋時刻控制、換擋品質控制等部分組成。供油部分根據節氣門開度和選擋杆位置的變化，將油泵輸出油壓調節至規定值，形成穩定的工作液壓。

在液控液動自動變速器中，參數調節部分主要有節氣門壓力調節閥（簡稱節氣門閥）和速控調壓閥（又稱調速器）。節氣門壓力調節閥使輸出液壓的大小能夠反映節氣門開度；速控調壓閥使輸出液壓的大小能夠反映車速的大小。換擋時刻控制部分用於轉換通向各換擋執行機構（離合器和制動器）的油路，從而實現換擋控制。鎖定信號閥受電磁閥的控制，使液力變矩器內的鎖止離合器適時地接合與分離。

自動變速器採用閥體內的各種電子閥來控制管路壓力，開啟和關閉閥體內的油道，實現換擋。

閥體部件

無級變速器

CVT（continuously variable transmission），直接翻譯就是連續可變傳動，也就是我們常說的無級變速器，顧名思義就是沒有明確具體的擋位，操作上類似自動變速器，但是速比的變化卻不同於自動變速器的跳擋過程，而是連續的，因此動力傳輸持續而順暢。

無級變速器

CVT原理

CVT傳動系統裡，傳統的齒輪被一對滑輪和一隻鋼製皮帶所取代，每個滑輪其實是由兩個錐形盤組成的V形結構，發動機軸連接小滑輪，透過鋼製皮帶帶動大滑輪。CVT的傳動滑輪構造比較奇怪，分成活動的左右兩半，可以相對接近或分離。錐形盤可在液壓的推力作用下收緊或張開，擠壓鋼片鏈條以此來調節V形槽的寬度。當錐形盤向內側移動收緊時，鋼片鏈條在錐盤的擠壓下向圓心以外的方向（離心方向）運動，相反會向圓心以內運動。這樣，鋼片鏈條帶動的圓盤直徑增大，傳動比也就發生了變化。

CVT變速器系統簡圖

CVT滑輪控制機構

汽車開始起步時，主動滑輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，從而保證驅動橋能夠有足夠的扭矩來保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動滑輪的工作半徑逐漸增大，從動滑輪的工作半徑相應減小，CVT的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。

CVT滑輪控制機構

雙離合器變速器

雙離合器變速器原理

• 雙離合器變速器基本結構

雙離合器變速器有兩組離合器，分別由電子控制並由液壓系統推動，而兩組離合器分別對應兩組齒輪，這樣傳動軸也相應複雜地被分為兩部分，實心傳動軸負責一組齒輪，而空心傳動軸負責另一組。

6速變速器結構

• 雙離合器變速器佈置形式

離合器1負責2擋、3擋，離合器2負責1擋、3擋和5擋；掛上奇數擋時，離合器2結合，內輸入軸工作，離合器1分離，外輸入軸不工作，即在變速器的工作過程中總是有2個擋位是結合的，一個正在工作，另一個則為下一步做好準備。

雙離合器變速器佈置形式

• 多片溼式離合器

離合器有乾式和溼式兩種，乾式離合器內是空氣，溼式離合器內是液壓油。溼式多片離合器和變矩器一樣，都是使用液壓來驅動齒輪。

多片溼式離合器

大眾DSG變速器

• 大眾6速DSG變速器原理

DSG（direct shift gearbox）中文字面意思為“直接換擋變速器”，DSG只是大眾對自己買斷的雙離合技術專有的稱謂而已。兩個離合器與變速器裝配在同一機構內，其中離合器1負責掛1、3、5擋和倒擋，離合器2負責掛2、4、6擋。當駕駛員掛上1擋起步時，換擋撥叉同時掛上1擋和2擋，但離合器1結合，離合器2分離，動力通過1擋的齒輪輸出動力，2擋齒輪空轉。當駕駛員換到2擋時，換擋撥叉同時掛上2擋和3擋，離合器1分離的同時離合器2結合，動力通過2擋齒輪輸出，3擋齒輪空轉。其餘各擋位的切換方式均與此類似。這樣就解決了換擋過程中動力傳輸中斷的問題。

大眾6速DSG變速器原理

大眾6速DSG變速器結構

• 大眾7速DSG變速器

大眾7速DSG雙離合變速器的工作原理與6速類似。離合器1負責控制1擋、3擋、5擋、7擋，離合器2負責控制2擋、4擋、6擋和倒擋。

大眾7速DSG變速器

1. 張金柱，《圖解汽車原理與構造》化學工業出版社2016

2. HOW A CAR WORKS https://www.howacarworks.com

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