自動變速器

自動變速器（Automatic Transmission，縮寫：AT），簡稱自排，中國大陸稱自動變速器或自動擋，港澳稱自動波箱或自動波，馬新則稱自動牙箱或自動牙。是一種可以在車輛行駛過程中自動改變齒輪傳動比的汽車變速器，從而使駕駛員不必手動換檔，也用於大型設備鐵路機車。它與手排變速箱相對。另外，無段變速箱（CVT）、自動手排變速箱（AMT）與雙離合器變速箱（DCT）等，也均屬自動變速器的一種。

自1950年代以來，絕大部分在美國銷售的汽車都是採用自動變速器的，但在歐洲和其他地區卻並非如此。早期產品大幅降低燃油效率和功率，近年來自排變速器顯著地提高燃油效率但是仍然低於手動變速器。

多數自動變速器有一組可選的變速範圍，而無級變速器則能連續改變傳動比。此種自動變速器在摩托車上已有數十年的應用，但因為能承受的引擎扭力較小在汽車上應用還比較有限。

## 液力式自動變速器

液力式自動變速器（Hydraulic Automatic Transmissions）是目前汽車自動變速器的主流，應用最為廣泛，平時稱AT（本應是各種自動變速器的總稱）一般即指此種類型。液力機械式自動變速器通常使用液力耦合器或液力變矩器，再加上一套行星齒輪機構來傳遞動力。

### 系統組成

- 液力傳動系統：液力變矩器或液力耦合器連接發動機和齒輪變速系統，在功能上相當於機械式離合器。由於液力耦合器不能改變轉矩的大小，且不能使發動機與傳動系徹底分離，現在已基本被淘汰。
- 機械式齒輪變速系統：多數是行星齒輪機構，也有少數是固定軸線式齒輪機構。一般具有三、四個擋的自動變速器至少需要兩排行星齒輪機構。
- 液壓操縱系統：液壓油在油泵的驅動下，推動各種離合器和制動器，使變速器自動地換入各個擋位。
- 電子控制系統：偵測器測出車速、發動機負荷等參數，轉換為電子訊號。引擎控制單元根據這些信號做出是否需要換擋的判斷。

### 發展歷史

世界上第一台用於大規模生產的的全自動變速器是通用汽車公司在1940年代生產的Hydra-Matic，這台變速器使用液力耦合器（而不是液力變矩器）和三排行星齒輪提供四個前進擋和一個倒擋。Hydra-Matic最初被裝於奧茲莫比爾汽車，而後凱迪拉克和龐蒂克也採用這種變速器。

自動變速器最重要的改進是在二戰期間，別克汽車為坦克開發出液力變矩器，有助於避免坦克在戰場上因換擋不慎而造成引擎熄火，到1948年，這種液力變矩器與其它部件結合成為液力變速器而定型成為現在通用的自動變速器。

1968年法國雷諾汽車公司率先在自動變速器上使用電子元件。

1970年代，美國每年生產的600萬～800萬輛轎車中，自動變速器的裝備率已超過90%。2015年本田汽車率先發表十前速自排，2016年福特和雪佛蘭車廠也先後推出十前速自排，擋位愈多每個擋位之間的齒輪比落差愈小，可減少換擋震動和減緩升擋時扭力衰退的時間，或在最後幾個擋位使用更省油的齒輪比。

## 擋把與擋位模式

駕駛裝有自動變速器的汽車時，駕駛員需要通過操縱擋把來改變擋位模式。這個過程常俗稱為「換擋」，但它並不同於手動變速器的換擋過程，因為操縱擋把並不選定特定的擋位，只選定擋位模式，而換擋過程是由自動變速器自動完成的。不同的自動變速器設定的擋位模式並不相同，但多數都會有以下幾個擋位：P（駐車擋）、R（倒車擋）、N（空擋）、D（前進擋）、S（低速2擋）、L（低速1擋）。

### 基本檔位

P（Park）：選擇該擋位時，變速器中的駐車勾將齒輪鎖住，汽車無法移動。此時應同時將手煞車拉緊，只有這樣才能完全鎖住輪胎穩固車身，可延長變速器和駐車裝置的壽命。為防止變速器中的齒輪受損，應等汽車徹底停穩之後，再排入該擋。

R（Reverse）：選擇該擋位時，變速器倒擋齒輪被結合，驅動汽車向後行。應等汽車徹底停穩之後，再排入該擋。

N（Neutral）：選擇該擋位時，變速器中的齒輪分離，是為空檔。除了發動引擎，在駕駛時通常不會用到空檔，在停車時如使用空檔，必須配合手剎以避免車子溜動，司機如要離開駕駛席則應使用P檔。在拖車時，如驅動輪在地面上拖行，便要用N檔，否則變速箱會損壞。

D（Drive）：D擋是最常用的行駛擋位，稱為前進擋，汽車在該擋位下能在一定擋位範圍內自動換擋，不同的自動變速器的擋位數會有所不同，其中以6個（尤其手自動）、8個擋位最為常見。從1990年代至今生產的汽車則主要以至少四個前進擋位為主。

### 附加檔位

為了應付上坡、下坡及路況不佳的情形，大部分自排車都另外提供最少一個低檔位的設定檔，當使用這些檔位時，自排變速箱會鎖定最高的檔位在1檔或2檔。汽車在持續下坡時應使用這些檔位，減小剎車器的損耗。

2 或 S（Second）：屬前進低擋，在該擋位下，變速器只能在1擋和2擋這兩個低擋位間自動換擋。當汽車在不良路面（如冰雪覆蓋路面等路面附著條件差的路面）上行駛或行駛緩升坡及緩降坡的時候可選擇該擋位。

1 或 L（Low）：亦屬前進低擋，在該擋位下，汽車只能以1擋行駛。該擋位同2速擋一樣適用於不良路面和緩升坡及緩降坡時使用。

## 安全性設計

由於在D檔時汽車會有前移的傾向，為了防止非預期加速發生，除了較早期出產的車輛外，現今大多數自排車具有安全設計：

- 發動引擎時，排擋桿要在P擋或N擋，其他檔位不能啟動引擎。
- 除非煞車踏板已被踏下，否則不能排入D擋。
- 為避免誤觸排擋桿或排入錯誤擋位，導致車輛移動，從P擋排至R擋、N擋等，需要按下擋位釋放鈕才可入擋。不過有部分自排車款，排擋桿的移動路徑並非直線，要橫移排擋桿才能夠離開P檔，如1980年代的賓士汽車、豐田汽車的多數車款，因為檔位桿的路徑是鋸齒式，要拐動換擋，則沒有擋位釋放鈕。

## 控制開關

裝有自動變速器的汽車通常還提供了許多控制開關，用以控制汽車的行駛狀態。常見的控制開關如下：

- 超速傳動（超比）擋開關（O/D）：自動變速器的最高擋通常是超比擋，該擋位齒輪比（減速比）低於一，也就是該擋位將引擎扭力放大倍數變成低於一倍，有助於省油，但不利於加速。超比開關關閉後，D擋行駛時，自動變速器將無法換入超比擋。通常在上坡及路面狀況不良時應考慮將此開關關閉。
- 模式選擇開關：目前多數自動變速器都會提供模式選擇開關，在不同的模式下，自動變速器的換擋規律不同，因而其性能會有所差異。常見的模式有以下幾種：
- 經濟模式（ECONOMY MODE）：在此模式下，自動變速器具有較高的燃油經濟性，節油性能佳。入此模式行駛變速箱會提早升擋。
- 動力模式（POWER MODE）：又稱「運動模式」（SPORT MODE），在此模式下，發動機常在大功率範圍內運轉，使汽車具有較高的動力性能和爬坡能力。入此模式行駛變速箱會延後升擋。
- 標準模式（NORMAL MODE）：亦稱普通模式。此模式兼顧經濟性和動力性。
- 強制降擋（KICK-DOWN）開關：當加速踏板的位置超過節氣門全開的位置時，此開關接通，變速器自動下降一個擋位，以提高汽車的加速性能。
- 保持開關，亦稱擋位鎖定開關或手動換擋開關。部分裝有自動變速器的汽車提供此開關，選定後，變速器不能自動換擋，駕駛員通過操縱擋把（此時擋把成為換擋杆）手動選擇擋位。

## 與手動變速器的比較

### 優點

- 免去離合器操作和頻繁的換擋，使得操作簡便。
- 能自動適應行駛阻力的變化，在一定範圍內實現無級變速。
- 汽車在起步和加速時更加平穩。
- 可避免因外界負荷突然增加而造成發動機熄火的現象。
- 設計良好的自排變速箱，燃油效率不遜於手排變速箱。
- 由於變速原理採用行星齒輪減速的方式，所以製造技術精密的情況下，可不增加體積和質量來提升擋位數（目前已成功開發9速變速箱，體積和質量卻與6速變速箱差異不大）。
- 現代城市的繁忙時間及路段經常出現塞車，自排車具有蠕動前進的功能，較容易應付需要斷斷續續慢速前進的行車情況。
- 商用車輛使用自排變速箱能夠減少職業司機工作負擔，例如巴士、貨車及計程車等。
- 比手排變速箱容易兼容主動安全系統及輔助駕駛等新技術。

### 缺點

- 構造精密複雜，生產成本較高，維修較複雜。
- 變速箱內部涉及油壓控制，需要定期維護保養。
- 傳動效率較低，油耗較大，不過隨技術改進，差距正不斷縮小。
- 引擎煞車（檔煞）的效果較差，但現今大多數自排車的變速箱具有減速功能，在持續踏剎車板及不踏油門時會自動降檔，重型車則另外配備減速器。
- 對於汽車駕駛愛好者來說會減少操控所帶來的快感。
- 電池電量耗盡時無法依靠推車來發動引擎。

## 無級變速器

相對於液力式變速箱，CVT大都利用鋼帶及滾輪間的摩擦力傳動。由於使用鋼帶與齒輪，所以能利用循序漸進的改變齒輪的半徑，來達到接近無段控制齒輪比的目的。CVT的優點很多，例如由於使用鋼帶及滾輪傳動，所以動力的傳遞比液力式變速箱直接，損失的動力也比較少；而舒適性也不在話下，因為能無段控制齒輪比，所以不會出現討厭的頓挫感。過去由於驅動鋼帶強度問題，這種變速器只在少數動力較小的車輛上裝配。現在，慢慢的也出現了強度不錯的滾輪轉盤式CVT變速箱，例如Audi的CVT變速箱，搭配電腦控制手排離合器，加上高強度鋼帶驅動，動力損失小；日本車的CVT如速霸陸和Nissan的CVT原本是使用電磁式磁粉離合器，但故障率較高，後來則大都採用CVT搭配傳統扭力轉換器，動力損失較多。義大利飛雅特的CVT如Selecta則採用油壓驅動多片式摩擦離合器。速克達機車的CVT變速箱則採用離心式離合器，但能負荷的重量較輕。