【圖】AT的秘密 解讀液力自動變速器(結構篇)

[汽車之家 技術講堂] 眼下，裝備液力自動變速器（以下簡稱AT）的車型比例越來越大，相比手動變速器（以下簡稱MT）車型，其便利性是非常突出的。在本文以及後續文章中，編輯會帶你詳細解讀AT的種種知識，而作為開頭的基礎篇，我們先來說說AT的基本結構及其工作原理。

通常我們稱之為AT的自動變速器，其核心部件為：液力變矩器、行星齒輪組、離合器/制動器及其控制機構（電磁閥、油路），外圍設備即為變速器殼體、傳動軸等。我們就從動力流向為順序，先從液力變矩器開始說起。

● 液力變矩器

曾有一種說法，AT上的液力變矩器相當於MT上的離合器，起到動力的連接和中斷的作用。其實這種說法是錯誤的。AT與發動機曲軸是直接連接的，不像MT有一個動力的開關：離合器。所以從點火的瞬間開始，液力變矩器便開始轉動了，對於動力的連接和中斷，仍由齒輪箱內部的離合器來完成，液力變矩器唯一與MT離合器相似的地方，也就是液力變矩器「軟連接」的特性，與MT離合器的「半聯動」工況相近。

液力變矩器的工作原理就像兩個風扇相對，一個風扇工作，然後將另一個不工作的風扇吹動。這個比喻可以很形象的解釋液力變矩器中泵輪和渦輪之間的工作關係。不過詳細解釋其工作原理，則有些複雜。

動力輸出之後，帶動與變矩器殼體相連的泵輪，泵輪攪動變矩器中的自動變速箱油（以下簡稱ATF），帶動渦輪轉動，ATF在殼體中是一個循環的動作，由於泵輪旋轉時的離心力，ATF會在泵輪的作用下，甩向外側，沖向前方的渦輪，再流向軸心位置，回到泵輪一側，如此周而復始的循環，將動力傳向與齒輪箱連接的渦輪。

不過只有該零部件和傳動方式，只能稱為液力耦合器，若想成為液力變矩器，必然要改變渦輪葉片的形狀，這樣一來，ATF在經過渦輪再循環回泵輪時，會與泵輪旋轉方向相反，因而造成衝擊，所以為了成為液力變矩器還需另一個部件：導輪。導輪是存在於泵輪和渦輪之間的一個部件，用於調節殼體中ATF液流方向，通過單向離合器與箱體固定。

有了導輪，才有了「變矩」的靈魂所在，在泵輪與渦輪轉速差較大時，動力輸出的扭矩也變大了，此時的變矩器想當一個無級變速器，通過轉速差來提升扭矩，此時導輪處於固定狀態，用以調節ATF迴流；而當轉速差降低，渦輪泵輪耦合或鎖止時，扭矩接近對等，無需增矩，導輪隨泵輪和渦輪同向轉動，避免自身攪動ATF，造成動力的損耗。

至此我們了解到了液力變矩器的最大特點——軟連接，而這種動力的傳輸方式起到了兩大功能：1、從靜止到低速時的平穩起步；2、在加速過程中，較大動力輸出時，起到增大扭矩的作用。如果與MT上的離合器相比較，則需注意的是，第一條起到了並優化了MT上離合器的功能，但第二條則是離合器無法實現的。

但液力變矩器這先天「軟連接」特點有一個弱點，動力不是直接輸出的，在扭矩輸出對等是，泵輪的轉速要大於渦輪這樣的話在傳輸動力時，ATF還在殼體中循環，浪費了動力，所以目前幾乎所有液力變矩器都有一個高效節能的部件：液力變矩器鎖止器。鎖止器的形式是一個多片離合器，其作用就是當變矩器處於耦合狀態，無需增矩時，將泵輪和渦輪鎖止，這樣的話動力傳遞即為「硬連接」，全部的無損（或者說有微量的動力流失）的將從曲軸傳遞到了下一站：變速箱。

簡單解釋一下上圖：i軸為轉速比，表示渦輪與泵輪轉速之比，左端泵輪轉速遠大於渦輪，右邊相等。起步或大腳油門時，轉速比較小，泵輪比渦輪快很多，此時泵輪輸出的扭矩要比渦輪輸入扭矩大很多，比較有力，但傳動效率較低；輕踩油門，轉速比增加，變矩比降低，傳動效率也相應提高，轉速比為60%時，效率最高；當穩定油門，速度較為穩定是，轉速比進一步上升，變矩比接近1，但此時傳動效率下降；為避免動力流失，變矩器用離合器鎖止，轉速比驟增至1，效率也達到最高。

● 液力變矩器並非AT的特徵

液力變矩器不是AT特有，一些CVT變速器也使用了液力變矩器作為優化動力的機構；AT也不是絕對使用液力變矩器來實現軟連接的，例如某些賓士AMG車型上用的Speedshift MCT自動變速器，就用一副多片離合器代替了液力變矩器。所以液力變矩器並不是AT最大的特點，與多組離合器/制動器協同工作的行星齒輪組，才是自動變速器的最大特點。

● 行星齒輪以及AT齒輪箱中的行星齒輪組

在MT上，每一個檔位都有一組兩個常嚙合齒輪副，更換檔位只需要將輸出軸與該檔位輸出齒輪的花鍵連接即可。而AT中，並不是這麼多的齒輪在工作，而是用一種非常獨特的方式來完成變換：行星齒輪組。我們先來看下，一個最基礎的三元行星齒輪有著怎樣的特性：

『行星齒輪組模型』

而行星齒輪的最大特性即為，在組合出不同的輸入輸出輪之後，齒比和輸入輸出的相對方向都會有變化，這種特性用作汽車變速器可是再適合不過了。而為了增加檔位，汽車上的行星齒輪升級成了齒輪組、齒輪排，再通過一系列執行器便可以完成換擋了。

● AT執行器：離合器、單向離合器、制動器

上面我們了解到，一組行星齒輪有著怎樣的變換形式，而負責變換，以及用來輸入輸出的元件，就是一系列的執行器：離合器、單向離合器、制動器。有了這些執行器，就可以將行星齒輪進行不同組合，從而配搭出不同的動力流，也有了不同的傳動比。而控制這些操作的，就是與其配套的油泵、滑閥、液壓活塞，以及複雜的液壓線路。

『圖為老別克君威4T65E自動變速器，空擋時各個部件位置以及工作情況』

『在多個執行器與行星齒輪的不同組合下，形成了不同的檔位』

至此，來自發動機的動力便完成了重組，將時刻變化的扭矩和轉速，傳遞給車輪。相比MT，便捷性提升，而內部結構和工作情況則複雜得多。AT的結構和原理介紹完了，在下一篇里，著重介紹一下AT上PRND檔位的使用方法。（文/汽車之家 任飛）