自动变速器

自动变速器（Automatic Transmission，缩写：AT），又称自动挡，台湾称自排变速箱或自排，港澳称自动波箱或自动波，马新则称自动牙箱或自动牙。是一种可以在车辆行驶过程中自动改变齿轮传动比的汽车变速器，从而使驾驶员不必手动换档，也用于大型设备铁路机车。它与手排变速箱相对。另外，无段变速箱（CVT）、自动手排变速箱（AMT）与双离合器变速箱（DCT）等，也均属自动变速器的一种。

自1950年代以来，绝大部分在美国销售的汽车都是采用自动变速器的，但在欧洲和其他地区却并非如此。早期产品大幅降低燃油效率和功率，近年来自排变速器显著地提高燃油效率但是仍然低于手动变速器。

多数自动变速器有一组可选的变速范围，而无级变速器则能连续改变传动比。此种自动变速器在摩托车上已有数十年的应用，但因为能承受的引擎扭力较小在汽车上应用还比较有限。

## 液力式自动变速器

液力式自动变速器（Hydraulic Automatic Transmissions）是目前汽车自动变速器的主流，应用最为广泛，平时称AT（本应是各种自动变速器的总称）一般即指此种类型。液力机械式自动变速器通常使用液力耦合器或液力变矩器，再加上一套行星齿轮机构来传递动力。

### 系统组成

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- 液力传动系统：液力变矩器或液力耦合器连接发动机和齿轮变速系统，在功能上相当于机械式离合器。由于液力耦合器不能改变转矩的大小，且不能使发动机与传动系彻底分离，现在已基本被淘汰。
- 机械式齿轮变速系统：多数是行星齿轮机构，也有少数是固定轴线式齿轮机构。一般具有三、四个挡的自动变速器至少需要两排行星齿轮机构。
- 液压操纵系统：液压油在油泵的驱动下，推动各种离合器和制动器，使变速器自动地换入各个挡位。
- 电子控制系统：侦测器测出车速、发动机负荷等参数，转换为电子讯号。引擎控制单元根据这些信号做出是否需要换挡的判断。

### 发展历史

世界上第一台用于大规模生产的的全自动变速器是通用汽车公司在1940年代生产的Hydra-Matic，这台变速器使用液力耦合器（而不是液力变矩器）和三排行星齿轮提供四个前进挡和一个倒挡。Hydra-Matic最初被装于奥兹莫比尔汽车，而后凯迪拉克和庞蒂克也采用这种变速器。

自动变速器最重要的改进是在二战期间，别克汽车为坦克开发出液力变矩器，有助于避免坦克在战场上因换挡不慎而造成引擎熄火，到1948年，这种液力变矩器与其它部件结合成为液力变速器而定型成为现在通用的自动变速器。

1968年法国雷诺汽车公司率先在自动变速器上使用电子元件。

1970年代，美国每年生产的600万～800万辆轿车中，自动变速器的装备率已超过90%。2015年本田汽车率先发表十前速自排，2016年福特和雪佛兰车厂也先后推出十前速自排，挡位愈多每个挡位之间的齿轮比落差愈小，可减少换挡震动和减缓升挡时扭力衰退的时间，或在最后几个挡位使用更省油的齿轮比。

## 挡把与挡位模式

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驾驶装有自动变速器的汽车时，驾驶员需要通过操纵挡把来改变挡位模式。这个过程常俗称为“换挡”，但它并不同于手动变速器的换挡过程，因为操纵挡把并不选定特定的挡位，只选定挡位模式，而换挡过程是由自动变速器自动完成的。不同的自动变速器设定的挡位模式并不相同，但多数都会有以下几个挡位：P（驻车挡）、R（倒车挡）、N（空挡）、D（前进挡）、S（低速2挡）、L（低速1挡）。

### 基本档位

P（Park）：选择该挡位时，变速器中的驻车勾将齿轮锁住，汽车无法移动。此时应同时将手刹车拉紧，只有这样才能完全锁住轮胎稳固车身，可延长变速器和驻车装置的寿命。为防止变速器中的齿轮受损，应等汽车彻底停稳之后，再排入该挡。

R（Reverse）：选择该挡位时，变速器倒挡齿轮被结合，驱动汽车向后行。应等汽车彻底停稳之后，再排入该挡。

N（Neutral）：选择该挡位时，变速器中的齿轮分离，是为空档。除了发动引擎，在驾驶时通常不会用到空档，在停车时如使用空档，必须配合手刹以避免车子溜动，司机如要离开驾驶席则应使用P档。在拖车时，如驱动轮在地面上拖行，便要用N档，否则变速箱会损坏。

D（Drive）：D挡是最常用的行驶挡位，称为前进挡，汽车在该挡位下能在一定挡位范围内自动换挡，不同的自动变速器的挡位数会有所不同，其中以6个（尤其手自动）、8个挡位最为常见。从1990年代至今生产的汽车则主要以至少四个前进挡位为主。

### 附加档位

为了应付上坡、下坡及路况不佳的情形，大部分自排车都另外提供最少一个低档位的设定档，当使用这些档位时，自排变速箱会锁定最高的档位在1档或2档。汽车在持续下坡时应使用这些档位，减小刹车器的损耗。

2 或 S（Second）：属前进低挡，在该挡位下，变速器只能在1挡和2挡这两个低挡位间自动换挡。当汽车在不良路面（如冰雪覆盖路面等路面附着条件差的路面）上行驶或行驶缓升坡及缓降坡的时候可选择该挡位。

1 或 L（Low）：亦属前进低挡，在该挡位下，汽车只能以1挡行驶。该挡位同2速挡一样适用于不良路面和缓升坡及缓降坡时使用。

## 安全性设计

由于在D档时汽车会有前移的倾向，为了防止非预期加速发生，除了较早期出产的车辆外，现今大多数自排车具有安全设计：

- 发动引擎时，排挡杆要在P挡或N挡，其他档位不能启动引擎。
- 除非刹车踏板已被踏下，否则不能排入D挡。
- 为避免误触排挡杆或排入错误挡位，导致车辆移动，从P挡排至R挡、N挡等，需要按下挡位释放钮才可入挡。不过有部分自排车款，排挡杆的移动路径并非直线，要横移排挡杆才能够离开P档，如1980年代的奔驰汽车、丰田汽车的多数车款，因为档位杆的路径是锯齿式，要拐动换挡，则没有挡位释放钮。

## 控制开关

装有自动变速器的汽车通常还提供了许多控制开关，用以控制汽车的行驶状态。常见的控制开关如下：

- 超速传动（超比）挡开关（O/D）：自动变速器的最高挡通常是超比挡，该挡位齿轮比（减速比）低于一，也就是该挡位将引擎扭力放大倍数变成低于一倍，有助于省油，但不利于加速。超比开关关闭后，D挡行驶时，自动变速器将无法换入超比挡。通常在上坡及路面状况不良时应考虑将此开关关闭。
- 模式选择开关：目前多数自动变速器都会提供模式选择开关，在不同的模式下，自动变速器的换挡规律不同，因而其性能会有所差异。常见的模式有以下几种：
- 经济模式（ECONOMY MODE）：在此模式下，自动变速器具有较高的燃油经济性，节油性能佳。入此模式行驶变速箱会提早升挡。
- 动力模式（POWER MODE）：又称“运动模式”（SPORT MODE），在此模式下，发动机常在大功率范围内运转，使汽车具有较高的动力性能和爬坡能力。入此模式行驶变速箱会延后升挡。
- 标准模式（NORMAL MODE）：亦称普通模式。此模式兼顾经济性和动力性。
- 强制降挡（KICK-DOWN）开关：当加速踏板的位置超过节气门全开的位置时，此开关接通，变速器自动下降一个挡位，以提高汽车的加速性能。
- 保持开关，亦称挡位锁定开关或手动换挡开关。部分装有自动变速器的汽车提供此开关，选定后，变速器不能自动换挡，驾驶员通过操纵挡把（此时挡把成为换挡杆）手动选择挡位。

## 与手动变速器的比较

### 优点

- 免去离合器操作和频繁的换挡，使得操作简便。
- 能自动适应行驶阻力的变化，在一定范围内实现无级变速。
- 汽车在起步和加速时更加平稳。
- 可避免因外界负荷突然增加而造成发动机熄火的现象。
- 设计良好的自排变速箱，燃油效率不逊于手排变速箱。
- 由于变速原理采用行星齿轮减速的方式，所以制造技术精密的情况下，可不增加体积和质量来提升挡位数（目前已成功开发9速变速箱，体积和质量却与6速变速箱差异不大）。
- 现代城市的繁忙时间及路段经常出现塞车，自排车具有蠕动前进的功能，较容易应付需要断断续续慢速前进的行车情况。
- 商用车辆使用自排变速箱能够减少职业司机工作负担，例如巴士、货车及计程车等。
- 比手排变速箱容易兼容主动安全系统及辅助驾驶等新技术。

### 缺点

- 构造精密复杂，生产成本较高，维修较复杂。
- 变速箱内部涉及油压控制，需要定期维护保养。
- 传动效率较低，油耗较大，不过随技术改进，差距正不断缩小。
- 引擎刹车（档煞）的效果较差，但现今大多数自排车的变速箱具有减速功能，在持续踏刹车板及不踏油门时会自动降档，重型车则另外配备减速器。
- 对于汽车驾驶爱好者来说会减少操控所带来的快感。
- 电池电量耗尽时无法依靠推车来发动引擎。

## 无级变速器

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相对于液力式变速箱，CVT大都利用钢带及滚轮间的摩擦力传动。由于使用钢带与齿轮，所以能利用循序渐进的改变齿轮的半径，来达到接近无段控制齿轮比的目的。CVT的优点很多，例如由于使用钢带及滚轮传动，所以动力的传递比液力式变速箱直接，损失的动力也比较少；而舒适性也不在话下，因为能无段控制齿轮比，所以不会出现讨厌的顿挫感。过去由于驱动钢带强度问题，这种变速器只在少数动力较小的车辆上装配。现在，慢慢的也出现了强度不错的滚轮转盘式CVT变速箱，例如Audi的CVT变速箱，搭配电脑控制手排离合器，加上高强度钢带驱动，动力损失小；日本车的CVT如速霸陆和Nissan的CVT原本是使用电磁式磁粉离合器，但故障率较高，后来则大都采用CVT搭配传统扭力转换器，动力损失较多。意大利飞雅特的CVT如Selecta则采用油压驱动多片式摩擦离合器。速克达机车的CVT变速箱则采用离心式离合器，但能负荷的重量较轻。