第1章 自动变速器概述
1.1 自动变速器的发展历程
1.1.1 国外汽车自动变速器的发展历程
自动变速器能够根据车速和发动机负荷状况自动完成换档，减轻了驾驶人劳动强度，提高了汽车运行安全性，因此自汽车发明以来针对自动变速器的研究和开发一直没有止步。
1904年，波士顿的斯图凡德兄弟发明了第一个自动变速器，这个变速器有两个前进档，通过离心力的作用使齿轮啮合或脱开，无需踩离合器踏板。当发动机转速低时，离心力较小、变速器啮合在低速段。随着发动机转速提高，低速段会退出啮合、高速段进入啮合。这种换档装置常因离心力产生啮合弹跳而失效。1904年凯迪拉克汽车第一次采用行星齿轮变速器。1907年福特车上大量使用行星齿轮变速器，它的出现实现了不切断动力的“动力换档”，并解决了固定轴式变速器中的“同步问题”。而液力耦合器的出现为自动操纵的实现提供了可能。1914年，由德国奔驰公司最先推出第一个自动齿轮变速器，当时装在少数为高级官员制造的汽车上。
1938年至1941年，美国通用（GM）和克莱斯勒（Chrysler）公司推出了装有液力耦合器、省去了离合器踏板的变速器。它依据车速和节气门两个参数信号，采用液压油路控制换档，这就是早期的液力自动变速器。耦合器的运用，使发动机在变速器挂有档位的情况下还能保持怠速运转。
从1939年的通用Oldsmobile车上的Hydromantic开始，液力自动变速器得到迅速发展和应用。这个阶段的液力自动变速器由液力变矩器和行星齿轮变速器所组成，控制是通过液压系统来实现的，控制信号的产生，主要是通过反映节气门开度大小的节气门阀和反映车速高低的速控阀来实现，其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统，按照设定的换档规律，控制换档执行机构的动作，从而实现自动换档。代表性的产品有丰田A40系列自动变速器、通用的CHPE9等系列自动变速器。由于液压系统的控制精度较低，难以适应车辆行驶状况的变化，无法按使用者愿望实现精确的换档品质控制，因此这种液控自动变速器迫切需要改进。
自动变速器最重要的技术突破是别克公司为坦克开发了液力变矩器。1948年，这种液力变矩器与变速机构结合成为最早的相对成熟的自动变速器。
1949年，帕卡德的超自动传动装置（ULTRAMATIC）采用了锁止液力变矩器。但该变矩器具有工作冲击性，遂于1957年被弃置，直到20世纪70年代才又被重新采用。
1952年，美国47%的轻型汽车使用了自动变速器。同时德国、英国及一些东欧国家也大量应用自动变速器。
20世纪50年代末期，日本从西方引进并开发自动变速器，很快便投入成批生产，其发展速度之快，超出人们想象。
1956年，克莱斯勒汽车公司投产了陶克福利特变速器（TORQUEFLITE），这种变速器是带有变矩器的3速自动变速器，它最先采用辛普森（SIMPSON）复合行星齿轮机构。
1968年法国雷诺公司率先在自动变速器上使用了电子元件。
1969年法国的雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器，与全液压自动变速器的区别在于自动换档的控制是由电脑来实现的，但当时电子技术不成熟，应用范围较窄。
1977年美国克莱斯勒公司首先开发出了带锁止离合器的液力变矩器。锁止离合器锁止时，变矩器主被动部分连为一体，这就提高了传动效率，改善了燃料的经济性，降低了变速器的温度。到1978年，城市运输车辆的自动变速器装车率在美国为80%，在西欧为50%。
20世纪70年代，美国每年生产的600万～800万辆轿车中，AT的装备率已超过90%。这种趋势很快也波及欧洲、日本等汽车工业大国，各大汽车公司竞相开发自己的自动变速器产品。
1982年丰田汽车公司生产了A140E型自动变速驱动桥，这是第一种相对成熟的电控换档自动变速器，这种自动变速器代表着电控自动变速器的发展方向。1983年德国成功地研制出电控发动机和电控自动变速器共用的电控单元。
到20世纪80年代末，电子控制技术的发展日趋成熟，越来越多的自动变速器采用了电子控制。电控液力自动变速器（AT）被普遍采用。此类自动变速器的控制系统包括电控和液控两部分，电控系统由电脑、各种传感器、电磁阀及控制电路等组成，它将控制换档的参数（如车速和节气门开度等）通过传感器转换为电信号输送给电脑，电脑通过处理这些换档的信号，最终将换档指令传给换档电磁阀，换档电磁阀控制液压换档执行机构实现自动换档。由于电脑能存储和处理多种换档规律，在改善换档品质方面，体现出明显的优越性，并且与整车的其他控制系统的兼容性好，可以实现车辆电子控制系统一体化。
在日本，20世纪80年代后期对AT的需求已经超过65%，并且仍在不断提高。AT不仅在小轿车上得到了最广泛的应用，同样在城市公共汽车、各种城市用汽车、矿用汽车以及越野军用车辆中也迅速得到应用。装用自动变速器的比例越来越高，各大汽车公司都已建成了大规模生产AT的专业化工厂。
自动变速驱动桥就是将自动变速器、主减速器和差速器集成，安装在同一个外壳（常称为变速器壳）之内的总成部件。这样的设计可以有效地简化结构，减小体积，提高传动效率。由于取消了传动轴，可以使汽车自重减轻。自动变速驱动桥广泛应用于发动机前置、前轮驱动的轿车上。从1990年起，大部分轿车自动变速器都采用了电控自动变速器，特别是美国国内的各汽车制造厂，至少各推出了一种电控自动变速器（ECT）。如1991年通用汽车公司在前轮驱动的豪华型轿车上，装用了4T60-E型自动变速器，福特汽车公司也在其生产的林肯轿车上装用了AXOD-E型4速电控自动变速驱动桥。
无级变速一直以来是人们的梦想。随着汽车技术的进步，无级变速器也得到了发展。近年来，福特、菲亚特、奥迪等汽车公司纷纷推出了能够匹配大排量发动机的无级变速器。目前国内装车的自动变速器以液力自动变速器为主。无级自动变速器（CVT）装车率虽少，但发展速度不可小视。奥迪A6、广本飞度、日产天籁等轿车均配装无级变速器。无级变速器比传统的自动变速器重量轻、结构更简单而紧凑。
汽车电子化的发展，使自动变速器性能产生了质的飞跃。智能型的电子控制自动变速器的电子系统可以在汽车行驶过程中，对汽车的运行参数进行控制，合理地选择换档点，并且在换档过程中对恶化的参数进行修正。当今自动变速器具有强大的自诊断功能，这为高效排除自动变速器故障创造了条件。为实现平顺换档，在换档瞬间，电控单元使发动机转矩降低，与此同时，使进入工作状态的执行元件供油压力线性增长。
随着汽车技术和自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能实现，车辆自动变速技术已经进入智能化阶段，控制策略的不断改进成为自动变速技术发展的主要特点。德国的宝马公司从1992年起，陆续推出的用于四速和五速自动变速器的自适应控制系统，能够自动识别驾驶人的类型、环境条件和行驶状况，并依此对换档规律做出适当调整。日产的E4N71B自动变速器，采用模糊推理对高速公路坡道进行识别，采取禁止升档的措施消除循环换档。
1.1.2 我国汽车自动变速器的发展历程
我国从20世纪60年代起，就在红旗770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器，1975年又研制出具有3个前进档的CA774液力自动变速器。随着中国的改革开放，大量国外轿车进入我国市场，使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。
1998年上海通用汽车公司（SGM）生产的用于别克轿车上的4T65E电子控制自动变速器正式下线，1999年开始批量生产并投放市场，率先在国内将AT作为标准配置装于轿车。1999年中日合资生产的本田雅阁轿车也正式投产，其AT为本田PAX型，它弃用行星齿轮，而选择常啮合平行轴式结构，零件少、易制造是其长处。与此同时，上海大众的帕萨特B5、一汽大众的捷达都市先锋都装备了AG4-95自动变速器。近几年，国产轿车自动变速器装车率明显提高，但总体装车率发展空间仍很大。
城市客车（即公共汽车）频繁起步换档，劳动强度极大，更适合配装自动变速器。国外几乎是100%装用，我国1995年首次在国产公共汽车上装备了Allison自动变速器。
近年来，机械自动变速器（AMT）在货车上也得到了推广和应用。2008年以来，中国重汽、一汽、二汽、福田欧曼等都推出了自己的AMT产品。