AT自動變速箱是怎麼工作的？傳動原理講解 How Automatic Transmission works?

Hello大家好 我是小老虎 歡迎來到我的頻道 之前我講過一次各類變速箱的淺析 對於傳統AT變速箱 我是簡單的用行星齒輪給介紹了一下 主要是和其他類型的變速箱做一個對比 並沒有展開講 那麼今天我就來和大家詳細的聊一聊 這套AT變速箱具體是怎麼實現變速的 用到的例子就是這臺既經典又相對簡單的 克萊斯勒41TE四速自動變速箱 大家如果能把這個簡單的給看明白的話 那麼複雜的9速10速變速箱 大家其實也都可以想象了 那麼正式開始之前先和大家打一個招呼 需要理解這個變速箱 其實對基礎知識的要求真的是比較高的 所以今天比較大的篇幅 會花在這個齒筆和行星齒輪的上面 如果對這兩個知識點 自己已經很熟悉的朋友 可以直接跳到這裏看變速箱的部分 好 那咱們從頭說起 這個變速箱中的變速 它的根其實就是在這裏了 就是兩個尺寸不同的齒輪 小齒輪如果帶着大齒輪上的話 那麼大齒輪的轉速就一定會減小 但是同時它會變得更加有力氣 如果反過來是大齒輪帶小齒輪的話 它的速度肯定會變大 但是力氣就會變小 大家都見過這種帶變擋機構的山地自行車 你用最高的擋位去騎的時候 實際上就是一種小帶大的情況 你踩的踏板相當於就是這個齒輪 你這個自行車的車輪相當於是這個大的齒輪 那麼你騎的時候就不需要很用力 非常輕鬆的就可以踩踏板 但問題就是你看起來好像踩的風生水起 自行車前進的速度卻還是很慢 其實這就是說明我們的速度減小了 道理很簡單 因爲小帶大的時候 我這個小齒輪要轉上好幾圈纔夠得上大齒輪轉一圈的 那麼咱們再看力的變化 你踩踏板的時候非常輕鬆 根本就沒花掉多少力氣 但是傳遞到車輪上的時候 力就被放大到足夠足以驅動自行車 這就是所謂的這種情況下的力變大的解釋 那麼咱們還是來拿山地自行車來說 現在我用它的低檔位去騎 也就是這種大帶小的情況 現在換成你踩大齒輪了 車輪就變成小齒輪了 那麼相信大家也都經歷過 這種齒比的檔位你踩起來是非常喫力的 你這邊咬着牙站起來去騎 喫奶的力氣都使出來了 但是好像車子的提速還是不緊不慢的 感覺使出來那麼大的力氣 等到它傳到車輪上的時候就好像沒剩下多少了 這就是這種大帶小的力變小的這麼一個特點 當然如果你的力氣足夠大 中午的飯喫的足夠多 你這個踩低檔位如果能夠踩出剛纔這種 踩高檔位時候那麼快的頻率的話 那麼這個自行車它的速度肯定是非常嚇人的 因爲你踩的是這一個大齒輪 大齒輪踩上一圈 連接車輪的小齒輪要轉上好多圈 那麼這也就反過來驗證了大帶小的時候 速度變大的這麼一個特點 而大家平時經常聽說的齒比或者說是傳動比 其實指的就是從動輪和驅動輪的尺寸的比值 那麼由於齒輪的尺寸一般就是和它有幾個尺是直接掛鉤的 所以傳動比我也可以拿從動輪的尺數比上驅動輪的尺數 實際上也是一樣的 所以傳動比也叫做齒比 比如現在我是小帶大的情況 那麼它就是從動的輪 從動的齒輪數我數一下總共有20個齒 這個是驅動的輪子數了一下總共有10個齒 那麼這一組齒輪的齒比就是從動比上驅動2比1 也就是說經過這一組齒輪這麼一傳遞 力就放大乘以兩倍 而速度就減小要除以兩倍 實際上對這兩句話的理解是搞懂任何形式變速箱的一個理論中基礎的基礎 那麼大家都知道上坡的時候騎自行車比較累 我掛到高檔位的話雖然車速好像慢下來了 但是腿能省力一點 如果我想要迅速提速的話我就換到低檔位 雖然最後到輪子上的力會變小 也就是說你在踩踏板的時候要更用力纔行 但是低檔位的時候你的速度可以上來的非常快 這就是爲什麼自行車需要變速 就是爲了應對不同的體力和路況 那麼汽車實際上也是一樣的 只不過驅動自行車的是你的腿 而驅動汽車的換成了這一個發動機了 但是這裏有一點要注意 汽車的低檔位是小帶大 高檔位是大帶小 這一點正好和自行車是相反的 原因其實也很好理解 因爲你是人嘛 人有感覺的你會知道累 所以自行車的變檔機構主要是爲了救活你的感受 而發動機是不會累的 你只要給它有汽油就行 它就能源源不斷的輸送動力 不會感覺累 所以汽車的變檔機構就是爲了救活車輪的感受 那麼在汽車的變速箱中 它的一檔肯定是小帶大的 發動機要轉上好幾圈 我這個車輪才能轉上這麼一圈 這就是爲什麼掛着一檔油門踩到六七千轉 發動機感覺都要炸了 一看車速也才五六十 但是這個時候好像這個車開起來特別有力氣 你輕輕的點一下油門 瞬間就有這個頹廢感了 但是大家也知道 你這個車不可能就一直轟着這麼高的轉速 卻開的很慢 你要是這麼開的話可能幾個小時你的發動機就掛了 所以就一定需要變速 或者說是一定需要變檔 那麼我這個一檔的齒比一般在3.5比1左右 也就是說我這個力放大3.5倍 速度可能我就縮小3.5倍 換到二檔以後齒比就會變到2比1左右 力只放大兩倍了 沒有一檔那麼強的頹廢感 但是速度我也只降兩倍 所以同樣我這個發動機如果是踩到六七千轉的話 現在掛二檔的話就可以開到90左右的時速 那麼三檔四檔五檔六檔我一直這麼接着往上升 越往上驅動的齒輪就會越來越大 被驅動的齒輪就會越來越小 到輪子上的力感覺發力越來越小 但是速度卻越來越快了 這就是爲什麼咱們高速巡航的時候 都是正常的話都是用高檔位的 但是你想要發力迅速超車的時候 一般都是降檔用低檔位 那麼像這種一對外齒輪負責一個檔位的設計 就是比較典型的手動變速箱的結構 那麼我們今天要講的AT自動變速箱 它採用的結構就更加的巧妙 佔的體積也更小 那麼這種巧妙的結構實際上就是行星齒輪了 簡單的來介紹一下 中間的這一個粉色的就是太陽齒輪了 它在最中心的位置 大家都圍繞着它來轉 綠色的這三個就是行星齒輪 它們像行星一樣繞着太陽轉 這個橘黃色的三角形就是行星架 靠它把這幾個行星架起來 最外面的這一個褐色的部分叫做外齒圈 它也是和綠色的行星齒輪互相涅合的 相當於行星齒輪是被外齒圈和太陽齒輪給夾在了中間 而比較有意思的是 雖然這整個結構叫做行星齒輪組 但是真正運行起來以後主要看的是這三個部件 就是不用看這一個行星齒輪 它的結構的特點就是 這三樣東西其中任意一樣我把它給固定住 摁住不讓它動 剩下的兩樣我隨便轉動哪一個 另外一個剩下的哪一個就會被驅動起來 舉個例子 比如說我現在摁住這個太陽輪不讓它轉動 然後我來順時針的轉動這一個行星架 那大家很容易想象 橘黃色的行星架轉動起來 那麼這一個綠色的行星齒輪 爲了能夠跟着行星架一起這麼公轉起來 它自身肯定會產生一個順時針旋轉的一個自轉 而就是這個順時針旋轉的自轉 就會帶動着外齒圈也順時針的這麼轉起來 所以這種情況就相當於是行星架在驅動外齒圈 那麼再舉一個例子 現在我摁住這個行星架我讓行星架不動 然後我順時針轉動這個太陽齒輪 那由於行星架現在不能動 所以這三個行星齒輪就不能公轉了 只能原地自己跟自己玩自轉 於是順時針轉動的太陽輪 一定會讓這個行星齒輪逆時針的這麼轉起來 然後逆時針的行星齒輪 再帶動這個外齒圈也逆時針的轉起來 這樣就變成了這個太陽齒輪驅動着外齒圈反轉了 那這個要是拿來做倒擋可能就再合適不過了 再多我就不細說了 後面反正都會講到 總之一組行星齒輪主要看的是這三個部件 其中一樣固定住一樣接輸入端 剩下的那一個自然就是輸出端 而這三樣東西之間大家也都看到了 各自之間也都是有齒比的 其中很明顯太陽齒輪的齒數最少 所以它的尺寸是最小的 而這一個行星架本身雖然它不帶齒 它是間接的通過行星齒輪和太陽輪和外齒圈進行連接的 但其實換算下來 這一個行星架的等效齒數反而是最多的 也就是說如果我把這個三角形的行星架看作一個普通的外齒輪 那麼它的尺寸就是最大的 這一點其實有一點不好理解 但是沒有關係大家現在只要先記住就可以了 這裏我就先不展開講了 最後就是這一個外齒圈了 它看起來好像是最大的 但實際上它的這個齒數是排在行星架和太陽齒輪中間的 它算是一箇中等的尺寸 好了那麼這三樣之間它們的尺寸都清楚了 那麼我們在知道誰驅動誰之後 還能夠具體的知道到底是大帶小還是小帶大 好了那麼到這裏該鋪墊的終於都鋪墊完了 咱們正式進入主題 發動機的動力通過這根曲軸轉動的形式怎麼傳輸出來 然後在這個地方會通過一個液濾變矩器 再傳遞到這一個變速箱上面的紅色的輸入軸 那麼關於這個液濾變矩器感興趣的朋友可以去我的頻道翻一下 我專門有出過一期講解液濾變矩器的 好了那麼這一根永遠都是在轉動的紅軸實際上就是輸入端了 輸出端在這裏 它最終是會連接到車輪上面的 那麼它們兩個中間這一大坨就是變速箱了 今天要講的這臺4ETE四速自動變速箱 主要結構是有這一前一後兩組行星齒輪組 和這邊的五組離合片 1、2、3、4、5 五組離合器片 那麼爲了簡化視覺效果 我把這兩組行星齒輪都是隻畫了上面的一半 實際上下面還有對稱的一半 我就沒有畫出來在這邊省略了 顏色方面和這邊也都是一樣的一一對應 粉色的是太陽輪 綠色的是行星齒輪 褐色的是外齒圈 而這邊這個橘黃色的行星架 我在這邊就沒有畫出來了 大家只要知道 這兩個是這一個和這一個連接在行星齒輪上面的藍色軸 實際上就是這一個行星架了 而離合器這邊的三組分別是對應的低檔位 高檔位和倒檔的離合器片 這三組離合器片哪一組給它連上了 那麼它下面對應的哪一根藍軸 就和紅色的輸入軸給它連接到一起 然後一起轉動了 右邊這裏還有兩組離合片 這兩組離合片哪一組如果連上了的話 那麼它們對應的這兩根藍軸就和這個殼體固定在一起了 就不能動了 相當於就被鎖住了 所以這邊的離合也叫鎖止離合 好 那麼咱們先看一檔 一檔的時候 這一組低檔位的離合和這一組低倒檔的離合 它們這兩組離合是咬上的 我把這邊給它咬上 這邊一咬上 本來這三根都是待著不動的 現在它倆還是待著不動 但是它就帶着這一個粉紅色的後太陽齒輪和這個輸入軸 相當於就一連接連接到一起 然後一起轉動起來 也就是說現在這一個後太陽輪就變成了輸入端了 然後這邊的離合又把這一根藍軸上面的所有東西都給它鎖住了 不能動了 那麼這根藍軸上一共有兩樣東西分別是它和它 那麼它咱們就先不管了 因爲它本來也就不參加一檔的工作 關鍵是後面的這個後外齒輪 它現在被鎖住不能動了 我把它放在這邊 那麼這樣一來一檔就已經形成了 只需要這個後行星齒輪組工作就可以了 三個需要看的東西 其中外齒圈現在被鎖住不能動 太陽輪通過這一組離合直接變成輸入端 那麼剩下的這個行星架就變成輸出了 也就是後太陽輪驅動後行星架 尺寸最小的太陽輪驅動尺寸最大的行星架 最小帶最大 那麼結果出來肯定就是速度最小發力最大 這就是一檔的特點 好接下來咱們升二檔 這邊的離合還是老樣子不變 只連接這一組離合切片 輸入依然是後太陽輪 這邊的低導檔離合我給它鬆掉 然後把二四檔的鎖定離合給它鎖上 所以現在被鎖住的在這根藍軸上被鎖住的 就變成了前太陽輪了 前太陽輪現在給鎖住不能動了 那麼關鍵的地方就是在這裏 大家來看 這一個前外齒圈是不是和後行星架 它倆好像是一體的 而這個後行星架實際上它就是一個輸出軸了 直接就輸出了 那麼現在的情況我是二檔 那麼車子就已經走起來了 所以說這個和輸入軸連着一體的前外齒圈 實際上一直是在轉動的 那麼在這個前行星齒輪組裏面 它就相當於是輸入 這個太陽齒輪現在又被鎖住了 那麼剩下的這個前行星架相當於就是輸出了 也就是這個前行星架被前外齒圈驅動了起來 而這個前行星架正好又和後外齒圈是一體的 它被驅動了起來相當於就是它被驅動了起來 所以這個時候如果我們再看這個後行星齒輪組的話 現在的情況實際上就是在一檔 太陽輪驅動行星架的基礎之上 這個外齒圈不再是待著鎖定不動了 而是也加入進來 幫着太陽輪一起驅動中間的這個行星架 那麼自然而然後行星架的轉速肯定就會更快一點 速度就起來了 那麼出力自然就會變小一點 這就是二檔的情況 再接下來是三檔 三檔就比較簡單了 這邊負責鎖定的離合全都給它撤掉 不要了 這邊低檔位和高檔位的兩組離合 我給它同時鎖上 兩組都鎖上 也就是說現在這兩根藍軸上面連着的東西 都是和輸入軸硬連接一起轉了 那麼第一根已經很熟悉了 就不用說了它依然驅動着後太陽輪 而第二根上面實際上有兩個東西 第一個是前行星架 第二個是後外齒圈 前行星架這裏咱們完全可以不管 爲什麼呢? 因爲前太陽輪不管是這一組離合 還是往上走的這一組離合都沒有鎖定 所以它現在是完全自由的狀態 它不連接任何東西 那麼它倆不管你再怎麼折騰 把轉速傳到太陽輪上的時候 它都是在做無用功的 所以這個不用看 也就是說第二根藍軸上面實際上它在驅動的 就是這一個後外齒圈 那麼現在相當於就是它和它兩個都連接的輸入軸 以同樣的速度同樣的方向一起這麼旋轉 那麼這種情況就比較特殊了 綠色的行星齒輪被夾在它倆中間 它倆是一個速度在轉 那它被夾在中間就沒有辦法自轉了 它如果不能自轉 那麼整個行星齒輪組相當於就是一個整體在旋轉 這一二三四四個東西互相之間沒有任何的相對運動 動力這邊進來這邊出去 就是一個1比1的傳動比 速度和出力既不變大也不縮小 這就是三擋 好 最後再看四擋 在輸入端這邊我就只要和這一個高擋離合了 而鎖定這邊我現在需要鎖定這個二四擋離合 把它給鎖上 那麼它一鎖上相當於就是把這個前太陽輪給它鎖死了 這個太陽輪就不能動了 那這邊輸入端的這一根藍軸輸入進來 實際上它驅動了這一個前行星架和這一個後外齒圈 那麼現在的情況下這個後外齒圈可以不用看了 爲什麼 因爲這一個後太陽輪它現在大家看處於一個完全自由的狀態 所以你不管怎麼折騰 到它這邊所有的力都卸掉了變成無用功 所以這個四擋其實我只要看這個前行星齒輪組就足夠了 那麼現在它我給它hold住不能動了 它這個行星架是輸入那麼非常自然它這個外齒圈就是輸出 那麼前外齒圈是輸出 它又正好和後行星架相連 後行星架又正好和輪子相連 所以這個四擋其實就是前行星架驅動前外齒圈 大的驅動中的實際上就是這邊的大帶小的情況了 速度會放大 出力會變小 非常典型的高檔位特徵 好了 那麼到這裏這一臺四速變速箱四個前進就都講完了 接下來自然就是倒擋了 也很簡單 咱們把這一個輸入端的這個倒擋離合給它連上 鎖定端的這一個低倒擋離合給它鎖上 這個一鎖上以後相當於就是把這一個前行星架給鎖上了 這個行星架動不了了 輸入端這邊這一組離合搖死以後相當於驅動的話 就是驅動這一個前太陽齒輪 那麼太陽輪是驅動中間的這一個行星架又被hold住不能動 所以輸出很自然肯定就是這一個外齒輪圈 然後通過這一條道路完成動力的傳遞 那麼關鍵大家是否還記得 我剛剛在介紹這個行星齒輪組的時候是這麼說的 行星架不動 我現在行星架就是不動 太陽輪如果是順時針的話 那麼就會帶動行星輪逆時針的轉動 逆時針的行星輪又會帶動這一個外齒圈逆時針的轉 那麼這種情況實際上就是我們現在所看到的情況 這個輸入和輸出正好方向是相反的 在這裏正好就用到了倒擋上面 另外還有兩個擋位分別是空擋和P擋 它倆其實都一樣 都是隻咬合這一組離合 因爲如果你在P擋或者在空擋的話 那麼你下一步的動作要麼就是一擋起步 要麼就是倒擋去倒車 沒有第三種可能 而一擋和倒擋的運行都需要這一組離合咬合 所以這個設置相當於就好像在待命一樣 等待你下一步的指示 而P擋和空擋唯一的區別就在於後方的這裏 它這個齒輪機構裏面會設置一個鎖止的機構 防止在P擋的時候溜車的 而在空擋的時候就是不需要用到這個機構 好了 如果你現在到現在還在看的話 那你就絕對配得上一個短短的課間休息了 去冰箱裏面開一瓶可樂或者去煮一杯咖啡 好好的放空一下 之所以這一個AT變速箱相比其他的不好理解 就是因爲它這一個行星齒輪組的結構 別說這種兩組放在一起然後孩子們互相糾結纏繞 就是把它單獨拿出來給你看 你想要徹底的去理解它其實也是挺費腦子的 但其實當你真的把它搞懂了之後 雖然可能覺得對你的實際生活好像也沒有什麼實質的作用 但我總覺得搞懂一個美妙的事物 總能給人帶來一些說不清楚的快樂 能把這種大家本來可能沒什麼機會體驗得到的美妙和快樂 帶給更多的人 這也是我做視頻的初衷和動力 雖然好像還是沒什麼實質性的作用 好了那麼到現在如果你還堅持看下來的話 那麼你現在這一個4速AT變速箱基本就搞明白了 那麼更復雜的8速、9速、10速 雖然你可能還是搞不懂 但至少大家現在可以去想象它們工作的本質了 它們無非複雜在哪呢? 就是用了更多的行星齒輪組唄 它的控制系統可能就會比較複雜一點 然後每一組行星齒輪本身也會變得更復雜一點 比如說大家看這裏 這種行星齒輪組叫做辛普森齒輪組 它實際上是兩組行星齒輪配合在一起 然後是共用一個行星架 大家看兩組行星齒輪共用一個行星架 那它運行起來可操作性就更多 再看右邊這個 這個齒輪組叫做拉維尼奧齒輪組 其實它還是兩組行星齒輪變成了一組 然後我給它共用一個太陽齒輪 那不管現在的AT變速箱它搞得多麼的複雜 其實原理的根依然就是它 它運行起來的根依然還是它 你能把它倆搞懂了 8速、9速、10速你就一定也能搞懂 至於你要不要去搞懂 那就看你覺得有沒有必要這樣去做了 好了 那麼到這裏AT自動變速箱咱們就算是講完了 但是這裏我只講了這個傳動的機構 傳動的部分 控制的部分我沒有講 也就是說這些離合的這些東西 它是什麼時候控制的開關 它們又是怎麼控制開合關的 是誰控制的 通過什麼東西控制的 這些東西都沒有講 一是怕這個視頻太長 二是怕一下子信息量太大 大家可能也不好接受 那麼如果這一期視頻出來之後 大家覺得挺好 覺得有必要的話 那麼下一期我會和松枝自動變速箱 我們兩個人合作 再出一期自動變速箱控制原理的講解 我還是負責理論和繪圖 他負責給大家看實物的展示和演示 配合着一起來 好了 那麼今天的視頻就到這裏了 你們走之前記得給我點一個關注 也點一個贊 我是小老虎 那麼咱們下次再見 拜拜