第三节 自动变速器控制系统的结构与工作原理
（一） 液压控制系统
自动变速器的自动控制是靠液压系统来完成的。液压系统由动力源、控制机构、执行机构三部分组成。
动力源是被液力变距器驱动的油泵，它除了向控制器提供冷却补偿油液，并使其内部具有一定压力，除此之外还向行星齿轮变速器供润滑油。
控制机构大体包括主油系统、换档信号系统，换档阀系统和缓冲安全系统。根据其换档信号系统和换档阀系统采用的是全液压元件还是电子控制元件可将控制机构分为液控式和电控式两种。
执行机构包括各离合器制动器的液压缸。
1、 油泵
自动变速器中油泵是重要总成之一，它技术状况的好坏，对自变器的性能及使用寿命有很大影响。油泵通常装在变距器的后端，有的是在变速器的后端，但是不管何位都 是变距器的泵通过轴套或轴来驱动，转速与发动机相同。
常见泵的型式有内啮合轮泵，摆线转子泵，和叶片泵等定量泵，也有少数车型采用变量泵（叶片）。
1） 内啮合齿轮
内啮合齿轮在自动变速器应最为普遍，它具有尺寸小、重量轻、流量脉动小、噪声低特点。内啮合齿轮主要由起主动作用的小齿轮，从动的内齿轮、月牙隔板、泵壳、泵盖等组成。如图所示：
当小齿轮被 发动机到动旋转时，与其啮合的内齿轮也一起转动月牙隔板将工作腔分开成吸油腔和出油腔，在下端的吸油腔，随着齿轮退出啮合，容积增大，形成局部真空，将油液带到上端的出油腔；出油腔则由于齿轮进入啮合，工作容积减少，压力增加而将油液排出。
决定液压泵使用性能的主要是齿轮的工作见间隙，特别是齿轮端面间隙影响最大，在这些间隙处，总有一定的油液泄漏如果，如果因装配成磨损的原因使得工作间隙过大，油液泄漏量就会增加，严重时会造成输出 油液压力过低而影响系统正常工作。
2）摆线转子泵摆线转子泵具有结构简单、尺寸紧凑、噪声小，运转平稳高速性能良好等优点；其缺点是流量脉冲大，加工精度要求高。它是由一对内啮合的转子及泵壳、泵盖等组成。如图所示：
内转子不同心，有一定的偏心距，且外转子比内转子多一个齿，发动机运转时，带动油泵内外转子朝同向旋转，但内转子的转速大于外转子。从而在工作腔的容积随着转子的旋转而不断变化，当转子顺转时，内外转子中心线右侧的各个工作腔的容积由小变大，形成真空吸油；中心线左侧的各个工作腔的熔剂由大变小，将液油压出。
2） 叶片泵
叶片泵具有运转平稳、噪声小、泵油流量均匀、容积效率高等优点；但它结构复杂，对液压油的污染比较敏感。叶片泵是由定子、转子、叶片及、壳体组成。如图所示：
转子绕中心转动，定子固定不动，二者不同心，有一定的偏心距，当转子旋转时，叶片在离心力及叶片底部的油压作用下向外张开，紧贴在定子表面上，并随转子的转动，在转子叶片槽内作往复运动，这样相邻叶片之间形成密封腔，转子转动工作腔由大变小把油压出。
2.主油路系统
自动变速器油从油泵泵出，既进入主油路系统。由于油泵是发动机直接驱动的，因此它的输出流量和压力都受到发动机运转状况的影响。发动机运行过程中，转速从1000r/min变化，从而使得油泵的输出流量和压力变化很大。当主油路压力过高时，会引起换档冲击和增加功率消耗，当主油路压力太低时，又会引起离合器制动器的打滑，二者都会影响液压系统的工作，因此在主油路系统中必须设置主油路调压阀。
主油路调压阀：作用是将油泵输出压力精确调节到所需的油压后再输入主油路，多余的油返回油底壳。是系统压力稳定在一定范围内。
主油调压阀还应能满足主油路系统在不同工况，不同档位时，具有不同油压的功能要求：
1）节气门开度小时，自变器所传距较小，离合器制动器不易打滑，主油路压力可以降低一些与之相反，应使油压升高。
2）自变器处于抵挡行驶，所需转距较大，主油压要高而在高档时，自变器所传距小，可降低主油压。
3）倒档使用时间较少，为减少自变器尺寸，倒档执行机构做得较小，为避免打滑应提高油压。
主油主油器调节阀一般采用阶梯形润滑， 如图所示：
它由上面是阀芯，下部分的柱塞套筒及调节弹簧组成，在阀门是上端A处，受到来自油泵的压力作用；下端则受到柱塞下部C处的来自节气门所控制节气门阀的压力作用，以及调压弹簧弹力A、C两端压力的平衡决定阀体所处位置。
如果油泵压力升高，作用在A 处压力大，使阀体下移，出油口打开，泄油，使油压到规定值，当踩下加速踏板使，发动机转速增加，油泵转速随之加快，油泵油压升高，在A处向下的压力增大，但这时，加速踏板控制的节气阀的油压也升高，使C处向上的压力增大，于是主调压继续保持平稳，满足功率增加油压增大的要求。
倒挡时，手动阀打开另一条油路，将压力进入主调压阀柱塞的B腔，使 得向上推阀体的压力增加，阀芯上移，卸油口关小，主油压升高，从而获得，“D”、“2”、“L”等前进档管路压力。
3.换档信号系统
给自变器提供换档操纵的有两个信号，就是所谓的两发控制参数：发动机的负荷和离心速控阀提供信号。
1） 节气门阀
节气门阀反应节气门开度大小变化时的油压。根据输入方式的不同可分为机械式节气门哈真空式节气门阀两种。
（1） 机械式节气门阀（如图2.24所示）
为一种常见的机械式节气门阀，它由上部是节气门阀体、回位弹簧、下部的强制低档柱塞和调压弹簧等组成。节气门阀和强制低档柱塞并不直接接触，而是通过调压弹簧联系在一起，强制低档柱塞下装有滚轮，与节气门阀凸轮接触。节气门阀凸轮经钢丝绳与加速踏板相连。
来自油泵的压力油由节气门阀的进油口进入，需经阀口后方能从出油口接至换档阀。另外节气门上还有两个控制油口，分别与来自断流阀的油压及出油口油压相通，使阀体在A、B处受到向下的油压作用力。当发动机怠速运行时，阀上进油口处的节流口开度很小，输出的油压很低。
当踩下加速踏板时，节气门缆绳被拉动，将强制低档柱塞上推，压阀压弹簧，调压弹簧则推动节气门阀体向上，使节流口开大，从节气门输出的油压增高。加速踏板往下踩，就是节气门开度越大，节气门阀凸轮转动角度也越大，强制低档柱塞上移越多，节气门阀体向上移动也就越多，节流口也就越大，使得节气门的开度大小与自变器节气门阀输出的油压有了对应关系。
(2) 真空式节气门阀 （如图2.25所示）
真空式节气门由真空气室、推杆和润滑等组成。
上部被膜片隔开的真空气室通过软管与发动机节气门后的进气管相通，与膜片相连的推杆则在膜片弹簧力作用下将润滑的阀芯往下推，阀上有三个油道：与主油路相通的进油道A，输出油道B、卸油道C，从出油道B引出控制油流通至饭芯底部，其油压使阀芯上移，与膜片弹簧力平衡，油从进油口A到出油口B或泄油口C，均要给阀口的节流作用。当阀体A通至B的阀芯在新的位置平衡。
而当阀芯的油压小于膜片推力时，阀芯下移，A通B的阀口加大，通泄油C的阀口关小，节气门阀输出油压，阀芯下部的油压也随之增加使阀芯在新是位置平衡。
膜片作用在推杆的力即与膜片的弹簧力大小有关，也与真空度有关。
当节气门开度较小时进气管真空度较大，真空气室膜片对阀芯的推力减小，节气门阀输出油压较低；当节气门开度较大时，进气管真空度小，真空气室膜片对阀芯推力变大，节气门阀输出油压较高。也就是说，真空节气门阀所产生的控制信号油压随负荷大小而变化。
2）离心式速控阀
也叫离心调速阀或离心调速器 其作用：为自变器换档阀提供一个随车速变化的控制油压。原理是利用轴旋转时，重块所产生的离心力来控制润滑阀芯的位置故称离心式速控阀和中间传动复合式双级速控阀.
(1) 普通复合式双级速控阀 结构如图2.26
来自油泵的主油路压力油由速控阀盖左端面上的小孔A，经盖上的轴向油道,速控阀外壳左端面上油道,从阀入口P进入速控阀内,再由阀出口O经外壳左端面油道,盖上轴向油道及轴颈外槽中的经向小孔B输出.
离心速控阀输出油压的大小由主油路压力油入口P的开度即滑阀的轴向位置决定.变速器输出轴旋转时,滑阀自身的离心力及油压使滑阀向外移动(甩开);而另一侧重块组件的离心力却通过速控阀轴力使滑阀向内(内收)移动.当变速器输出轴转速很低时,离心力很小,不足以平衡油压作用力,于是滑阀外移,并通过速控阀轴把另一侧的重块组件往内拉,入口P开度减小,输出油压相应减小.当输出转速逐渐生高时,重块组件的离心力迅速增大,拉动滑阀内移,使主油压入口P开度增大,阀输出油压随车速的提高而内急剧增大.
(2)中间传动复合式双级速控阀
如图2.27
前驱变速器,普通复合式双级速控阀难以布置,而中间传动复合式双级速空阀因其体积小,可放开在变速器的轴管内,由装在变速器输出轴上的齿轮间接驱动.因此在自动驱动桥中较多采用中间传动复合式双级速控阀.
当来自主油路的压力油由进油口A进入后,经阀芯左端,将阀芯向右推,使A口关小,泄压口C增大,速控阀输出压力减消.当从动齿轮带动阀芯,阀体及保持架旋转时，重块组件在离心力的作用下可绕销孔向外摆动。
在输出轴转速低时，重块所受离心力小，阀芯在油压的作用下处于较右的位置A D开度减小，速控输出油压速随之降低，输出轴转速越高，重块组件所受离心力越低阀芯被向左推移得越，速控阀输出油压就越高。从而使速控输出油压能随着输出轴转速的增大而增高。
4 .换档阀系统
换档阀组根据换档信号系统提供的信号，控制自动变速器中液压操纵油路的方向，由此决定所处不同档位。换档阀组主要由手动阀、换档阀组成。
1)手动阀
手动阀是安装于控制系统阀板总成中的多路换向阀，由驾驶室内的自动变速器操纵受柄控制。操纵手柄的作用与普通手动变速器的换档手柄不同。
手动变速器换档手柄的工作位置就是变速器的档位。变速器有几个档位，手柄就有几个工作位置。而自动变速器操纵手柄的位置是自动变速器的工作方式，与档位数并不对应。如手柄置于前进档（D）位置时，对三档自动变速器而言，变速器可根据换档信号在1至3档之间自动变换；对四档自动变速器而言，变速器则可根据换档信号在1至4档之间自动换档。当手柄置于前进低档2位（或S位）时自动变速器只能在1至2档间自动变换。当手柄置于前进低档1位（或L位）时，自动变速器被限制在1档工作。手动阀还提供倒档（R）、空挡（N）、停车档（P）等功能。
手动阀结构简图如下：
在阀体上有多条油路，一条进油道与液压泵主油路相连，其余为出油道，分别通至“D”、“2”、“P”、和“R”档位相应的滑阀或直接通往换档执行元件。
2）换档阀
换档阀是弹簧液压作用式的方向控制阀，它有两个工作位置，可以实现升档或降档的自动变换。如图2.30所示：
为一自动变速器换档阀的结构示意。来自节气门阀的油压作用在换档阀阀芯右部，连同弹簧作用力使阀芯向左；离心速控阀油压则作用在阀芯左部，其作用力使阀芯向右。
当车速较低而发动机节气门开度较大时，换档阀阀芯右端的节气门阀油压较高，作用力大；左端的速控阀油压较小，作用力小，阀芯被推至左位如图b主油路油压只能通往低档的执行元件，自动变速器在低档工作。
当车速增大时，阀芯左端的速控阀油压随之升高，作用力增大，当油压增之某一值时，阀芯被推至左位，如图a主油路油压接通与高档相应的执行元件，自动变速器自动换至高档工作。如车速下降，离心速控阀油压也会降低，换档阀阀芯在节气门阀油压和弹簧力作用下左移，自动变速器又回到低档工作。即自动变速器的升档和降档完全是由节气门阀和速控阀产生的油压大小来控制的。
当节气门阀输出油压高（即发动机负荷大）而离心速控阀输出油压低（即车速低）时，自动变速器在低档工作，而随着车速的增加，变速器逐渐自动升档。因每个换档阀只有两个工作位置，只能在两个档之间变换，故对三档自动变速器而言，要设置两个换档阀，对四档变速器而言，要有三个换档阀。它们的工作原理完全一样，只是控制的档位不同而已。
如图2.30所示：
为一具有辛普森式的三档行星排的自动变速器2—3换档档阀。节气门阀油压和弹簧的作用力使得换档阀阀芯向下；而作用于阀芯下部，来自离心调速的油压则使得换档阀芯向上。由上节的操纵元件与档位关系表2-3可知、2档于3挡操纵元件的区别就是到档及高档离合器（后离合器）C2.。；离合器分离时，变速器挂2档；而该离合器接合时则挂上3档。当车速不高时，作用在换档阀阀芯下部的离心速控阀压力低，阀芯在上部节气门阀油压和弹簧力的作用下处于下位，通往到档及高档离合器C2的油路被切断（图a）
自动变速器在2档工作。而当车速增大时，离心速控阀输出油压增高，换档阀阀芯被推至上位，主油路与离合器C2相通（图b），变速器自动换入3档。
由此也可看出：升档时，作用在换档阀阀芯上的离心调速的压力需克服节气门阀油压和弹簧力，方能换档；而降档时，离心速控阀油压作用力只须小于弹簧力即可进行。所以2档升到3档和3档降到2档的车速是有差别的，即2档升到3档时的车速比3档降至2档时的车速要高，这被称为“换档迟滞”。迟滞的作用是：当车辆以在换档阀动作点附近的车速行驶时，使升档和降档车速保持一定距离，避免由于换档阀频繁动作造成自动变速器频繁换档。
3)强制低档阀
通常，只有车速降低一定数值时，自动变速器才能正常的回低档。但在绝大多数自动变速器中都装有强制低档阀，其作用是：当汽车已在较高车速下行驶，而此时把发动机油门踩到底仍觉加速不够强烈，则将自动变速器瞬时强制性的降低一档，即“强制低档”。由于此时的车速较高，液压变矩器已在偶合器工况或者闭锁工况工作，变矩比为1，无增矩作用，而发动机油门几乎已踩到底，功率输出接近最大。若将自动变速器降低一档，则由于传动比增加，输出转矩增大，在短暂的时间内，能起到极其强烈的加速作用，这是在非常情况下的迅速加速时所必需的。结合低一档后，车速的下降可通过发动机转速的增加得到弥补，因此可用于短时的超车。当加速的要求得到满足后，应立即松开油门踏板，否则在加速到接近发动机最大转速时再松油门升档，会对高档摩擦元件工作不利。
强制低档阀的工作原理是，从阀输出来自主油路的压力油，作用于各换档阀的与节气门阀油压作用相同的一端，其共同作用结果是将换档阀阀芯向降档方向移动，从而使自动变速器降档。
常用的强制低档阀有滚轮式和电磁式两种。如图2.33：
所示为丰田轿车自动变速器上所使用的一种滚轮式强制低档阀，它与节气们阀安装在同一阀体内，上部以弹簧与节气门相连，下部通过滚轮与节气门凸轮接触。与强制低档阀配合的阀体上有两条油路，分别和锁止调节阀及换档阀相通，作为输入及输出。当油门踏板踩下不多时，节气门凸轮将强制低档阀顶起不多，输入油路与输出油路不通。如油门踏板接近被完全踩下（节气门开度大于85%）时，油路开启，来自锁止调节阀的压力油（与主油路压力相当）经强制低档阀阀芯通至换档阀的节气门阀油压作用端，迫使换档阀阀芯向降档方向移动，自动变速器降档。从原理上说，经强制低档阀阀芯输出的压力油通向所有换档阀阀芯的一端，可使自动变速器降至最低档。但实际上由于在换档阀的另一端作用着来自离心速控阀的油压，故不可能立刻使高速行使的汽车从高档降至最低档，而只会在低一档的位置上工作。当短时间急加速的工作完成后，稍松开油门踏板，强制低档阀油路关闭，自动变速器便会重新回到高档位置。
日产公司L4N71B型自动变速器采用的是一种电磁式强制低档阀，如图2.32：
所示，它由电磁阀、强制降档开关等组成。强制降档开关安装在节气门踏板下，当油门踏板快踩到底时，强制降档开关闭合，电磁阀通电，阀芯在电磁力的作用下移动，打开油路，压力又由阀芯通至换档阀的节气门阀油压作用端，使换档阀阀芯向降档方向移动，自动变速器在低一档的位置上工作。
5、缓冲安全系统
为防止自动变速器在换档时出现冲击，装有许多起缓冲和安全作用的液压阀和减振器。这类装置统称为缓冲安全系统。
1）缓冲阀
下面先从一个两档的自动变速器看缓冲阀的工作原理。该变速器在高档时需结合离合器，松开制动器；而低档时则制动器工作，离合器分离。如图2.33
所示缓冲阀由滑阀、阀座及弹簧组成。由离心速控阀来的压力油经通道P3作用在滑阀左端面上，自节气门阀来的压力油经通道P2作用于滑阀的又端面上。在汽车以高档行驶过程中，如欲强制挂上低速档，为防止车速突然变化，希望低档制动器动作的速度与车速成反比，即车速越高，低档制动器起作用的速度就要越慢，反之就要快些。这就由缓冲阀来保证。强制挂低速档时，通往低速制动器液压缸的油液包括两部分：一部分来自低档阀，另一部分通过缓冲阀进出口P1与Q1之间的通道(如图a)此通道面积决定于滑阀的位置.当车速高,速控阀油压高时,通道面积小,油液流速低;反之流速高.故可调节进入低档制动器液压缸压力油的流速,改善换档平稳性.
当驾驶员用松开加速踏板的方法由低速档提前换高速档时,为了保证换档平稳,希望迅速松开低档制动器并使高档离合器结合.此要求也由缓冲阀满足.驾驶员突然松开加速踏板时,阀座右端节气门阀压力突然降低,阀座迅速右移,使Q1与Q2两相通,(如图b)对低档制动器液压缸的压力油供给立即中断,而主油路压力油则通过缓冲阀很快流向高档离合器结合高速档.
2)蓄压减振器
自动变速器中也常用蓄压减振器来缓冲换档冲击.蓄压减振器也称蓄能减振器或减振器,一般由减振活塞和弹簧组成,
如图 图2.34
它与离合器或制动器并联安装.压力由进入离合器或制动器活塞工作腔A的同时也进入减振器,将减振器活塞B压下,以次方式降低A腔的压力,防止离合器片或制动器片快速结合时引起的冲击。下图所示：
为一自动变速器中所备有地3个蓄压减振器，分别与三个前进档换档执行元件的油路通，对应于各档动作时起作用。当变速器换挡时，主油路在进入离合器等换档执行元件的同时也进入减振器的活塞下部。在压力油进入执行元件的初期，油压不是很高，主要作用是消除离合器、制动器这些执行元件摩擦片间的间隙，使其开始结合。此后，压力迅速增大，若没有减振器的话，摩擦片将在瞬间结合并被加载，从而造成较大的换档冲击。有减振器以后，情况就不一样了；油压的升高使减振器活塞克服弹簧力上升，容积增大，油路中部分压力油进入减振器工作腔，延长了换档执行元件液压缸的充油时间，油压的增长速度减缓，摩擦片逐渐结合，因而减小了换档冲击。
3)倒档离合器顺序阀
在一些自动变速器中装有倒档离合器顺序阀，它用于自动变速器换倒档时减小换档冲击。如图
所示为一自动变速器在倒档工作时需结合的倒档离合器（后离合器）。此时，变速器手动阀置于倒档位置，主油路压力油经倒档离合器顺序阀作用在后离合器的内活塞上，同时克服顺序阀的弹簧力，使阀芯左移，B油口与通往离合器外活塞的管路A相通，即外活塞在内活塞工作后才开始工作，从而有助于减少换档冲击。
4)调整阀
换档阀动作时，如主油路压力被立即加至执行元件，将会产生较大的冲击。为进行缓冲，油路中设置了一些调整阀，如中间调整阀、滑行调整阀等。其工作原理大体上相同。如图
所示的强制低档调整阀，来自液压泵的压力油并不直接去强制低档阀，而是先进入调整阀，待克服弹簧预紧力，将调整阀阀芯左移后，才打开去强制低档阀的油路，从而起到缓冲作用。
6. 液力变距器控制装置
自动变速器在液力工况下工作时，其内部的工作油液要传递发动机的大部分功率，而由于液力变矩器效率不够高，损失的功率转化成热的形式，使得油液的温度升高，过高的油温会加速油液的老化变质，破坏密封，甚至产生沸腾，影响正常工作。另外，变矩器工作轮中有些区域，工作液体的流速高，压力低，往往出现气蚀，使得传递的转矩减小。因此，液力变矩器控制装置的作用就是把变矩器中的高温油引出加以冷却，然后加压送回到变矩器进行补偿，如果是闭锁式液力变矩器，控制装置则还要控制变矩器中的闭锁离合器。
液力变矩器控制装置有压力调节阀、锁止信号阀、锁止继动阀（也称锁止中继阀）等阀及响应的油路组成。
1）.压力调节阀
变矩器压力调节阀的作用是将主油路的压力减压后送人变矩器，因为油泵输出的油压较高，而变矩器的补偿油压只需要0.2Mpa~0.5Mpa。不少自动变速器的压力调节阀与主油路调压阀做为一体，直接调节由主油路输出的压力油，然后送往变矩器。液力变矩器内的热油从导轮与泵轮之间或导轮与涡轮之间的通道引出，经冷却器冷却后用于行星齿轮变速器齿轮和轴承的润滑，然后流回油底壳。如图
即为一变矩器压力调节阀的工作示意。
2）锁止信号阀及锁止继动阀
液力变矩器中闭锁离合器的工作是由锁止信号阀和锁止继动阀共同控制。如图
所示，锁止信号阀阀芯上方作用着速控阀压力，下方与超速档换档阀油路相通。当车速较低时，速控阀油压也低，锁止信号阀在弹簧的作用下保持在上方位置，从而将通往锁止继动阀下端的主油路切断，使锁止继动阀在上方弹簧力和油压力的作用下保持在下方位置，变矩器的闭锁离合器压盘左侧与变矩器阀进油道相通，闭锁离合器处于分离状态，自动变速器为液力传动工况，发动机动力全部经变矩器传递。如图a
当汽车以超速档行驶，且达到一定的车速时，速控阀油压的作用离增大，将锁止信号阀推至下位，来自超速档油路的压力油经锁止信号阀中部进入锁止继动阀下端，锁止继动阀阀芯升至上位，闭锁离合器左侧油腔与泄油口相通，离合器结合，自动变速器成为机械传动工况，发动机动力经闭锁离合器直接传至行星齿轮变速器输入轴。如图b闭锁离合器闭锁时对应的车速，即称为锁止工作点。若自动变速器带有多功能开关，且功能开关未置于超速档状态，则锁止继动阀保持在下方位置。
如车速下降，离心速控阀油压降低，锁止信号阀在其回位弹簧的作用下回到上位，锁止继动阀阀芯也回至下位，闭锁离合器左侧油腔通压力油，离合器解锁，即又处分离状态。
为防止闭锁离合器因车速在锁止点附近变化而出现反复的闭锁、解锁工作，必须使锁止点与解锁点的车速不同，即有一个滞后。滞后是这样实现的：锁止信号阀阀芯中段上部直径较下部为小，设上部的面积为A，下部面积为B，则B>A。作用在锁止信号阀的上端的速控阀油压大于弹簧力，锁止信号阀下降，闭锁离合器闭锁。由于此时锁止信号阀中部作用着来自超档换档阀的油压，作用力大小等于（B—A）Xpc（pc为超速档油压），方向朝下。正因为有此油压力的作用，即使车速较锁止点略低，锁止信号阀的回位弹簧也不能使阀芯推至上位。只有当回位弹簧能克服其阀芯中部超速档油压力和上端的速控阀油压力时，锁止信号阀才会在上位工作，此时的车速较锁止点低的多，从而避免了闭锁离合器频繁的闭锁和解锁。
