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摘要：自动变速器作为汽车动力传递核心机构，其工作情况将影响汽车的运行状态。目前搭载自动变速器的汽车成为消费者的购买主流，但大部分车主因对其换挡原理不了解，而对自动变速器产生误操作，造成自动变速器损坏或性能下降。本文以大众09G自动变速器为例，针对自动变速器各档位功能及换挡原理进行详细论述，为正确使用自动变速器及故障排查提供理论依据。
关键词：自动变速器;档位功能;换挡原理
一、自动变速器档位排列
当前各大汽车厂家对自动变速器档位排列基本统一为P-R-N-D形式，该形式被认定为最符合驾驶员操作习惯的位置排列。如图1所示，D档、S档为前进档。
S档为前进档中的动力模式，在S档位中，变速器的换挡点将被延后，点火提前角增大，汽车将长时间处于低档位行驶，配合液力变矩器，输出扭矩增大，提高动力性，但油耗也随之加大。D档为前进档常规模式，设计人员经计算，将动力与油耗进行合理匹配，满足驾驶员常规操作需求，是驾驶员最常使用的前进档位模式。
因驾驶员在行驶中绝大多数时间需要将档位挂入前进档，为保证驾驶员可快捷无误地完成该操作，厂家将前进档置于所有档位最下方。当驾驶员需要进行前进档操作时，仅需无脑下拉换挡杆至最下方即可，该操作就算出现误操作，也只是误入S档位，不会对车辆及人身安全造成任何威胁。如将其放置在其他位置，就很可能出现误挂档位情况。在行驶过程中会引发安全事故，危及车辆驾驶员以及乘坐车辆人的生命安全[1]。
当换挡杆处于D档位置，再将变速杆向右移动，便会进入手动模式，在更改模式之后，变速器不会自动增减档，只会在需要换挡时在仪表上进行提示，需要驾驶员向上或向下拉动换挡杆，进行升、降档操作，在仪表没有出现换挡提示前拉动换挡杆不会换挡。该功能主要应用于下坡情况下，因部分车型在D档自动模式中无法完成利用动力反传实现的发动机制动，在下坡时只能通过制动系统完成减速任务，无形中增加了驾驶员的劳动强度。该种情况下驾驶员可将换挡杆处于手动模式，变速器内相关制动器接入工作，实现动力反传，完成发动机制动，此时，车辆不但可实现非制动系统减速，还可将该状态下发动机燃油消耗量降到最低状态，达到一举两得的效果。
P档为驻车档，当车辆挂入P档后，锁止棘爪将变速器输出轴锁止，防止溜车。由于P档对变速器输出轴采用机械硬性锁止方式，汽车在挂入P档前一定要保证汽车完全静止，如汽车在运动过程中误挂P档，将因应力等原因嚴重损坏变速器，严重时可使变速器壳体破裂。因此设计人员将P档置于距离前进档最远的最上方。当需要挂入P当时，驾驶员确认汽车完全静止后，保持制动踏板为踩下状态，将换挡杆无脑推入最上方档位即可。
N档为空档，主要用来中断发动机与驱动桥间的动力传递，一般应用于暂时停车下的怠速工况。如图1所示，驾驶员在挂入D档过程中，务必经过R档（倒车档），当换挡杆到达R档位置时，相应电磁阀及液压阀便开始执行倒档工作任务，虽然只有短暂一瞬，但也有了倒向行驶趋势，此时如果没有N档的过度，直接挂入D档，便会出现“先后、后前”的动作，此动作对变速器冲击较大，多次冲击后，会使变速器损坏。因此，在D档与R档间加入N档非常必要，在R档后，经过N档缓冲，汽车倒向行驶趋势被耗尽，可平稳挂入D档。
R档为倒档，处于P档下方，N档上方，R档与P档一样，需要将车完全停稳后才能挂入该档位，否则会因冲击过大等原因损坏变速器。倒档在日常行驶中使用相对较少，并需要完全停稳状态下进行操作，因此驾驶员有充足时间观察其档位位置，不易出现误挂情况。一般情况下倒车完成后，直接挂入P档熄火，所以安排R档与P档相邻。
二、自动变速器换挡原理
自动变速器主要由电子控制机构、液压控制机构、换挡执行机构组成。电子控制机构主要由传感器、电脑、电磁阀等组成。液压控制机构主要由油泵、阀板、液压控制阀等组成。换挡执行元件主要由行星齿轮机构、离合器、制动器、单向离合器等组成。三大机构协同工作，共同完成档位转换工作。
自动变速器利用节气门位置信号确定换挡时刻，利用车速传感器信号确定所换档位，通过油温信号对自动变速器进行低温保护。液压控制系统根据电子控制系统的换挡信号结合液压阀提供的液压信号，打开、关闭相应油道，接通相应换挡活塞，使相应离合器、制动器进入工作，完成档位转换。
与手动变速器机械执行元件不同的是，自动变速器采用行星齿轮机构，该机构结构相对复杂，通过一组行星齿轮机构可完成多个档位转换，因此，变速器体积可有效缩小。不同车型，选用的行星齿轮机构类型也不尽相同。行星齿轮机构可分为单排行星齿轮机构（辛普森式行星齿轮机构）和双排行星齿轮机构（拉维纳式行星齿轮机构）。目前汽车档位普遍在6速及以上，一般都选择将两种行星齿轮机构进行混用，保证机械机构最简化的同时，实现多档位输出。
在上汽大众的车型中，09G系列手自一体自动变速器一直占有较大份额[2]。本文以大众09G自动变速器为例，阐述自动变速器不同档位时，换档执行元件的工作状态。09G自动变速器结构原理图如图2所示。
09G自动变速器是由一组单排行星齿轮机构及一组双排行星齿轮机构组成换挡机械机构，利用三个离合器，两个制动器及一个单向离合器与换挡机械机构共同组成换挡执行机构。该变速器可实现6个前进档及一个倒档。
D1档为起步档，应实现最大的传动比，当变速器换挡杆推入D时，改档位便开始执行工作。发动机动力由液力变矩器输入变速器收入轴，由图2可知，输入轴与单排行星齿轮机构齿圈固定连接，同排太阳轮与壳体相连，因此，齿圈作为主动元件，顺时针带动行星架同向减速旋转，实现减速增扭。此时，离合器K1受到液压控制系统控制，其活塞推动离合器片接合工作，将单排行星齿轮机构中的行星架与上牌行星齿轮机构中的小太阳轮相连，使小太阳轮成为双排行星齿轮机构的输入元件顺时针旋转。因小太阳轮为主动元件，行星架会出现逆时针旋转趋势，单向离合器F1将其单项固定，双排行星齿轮机构中的齿圈被小太阳轮顺时针带动，实现再次减速增扭，并将动力传递给输出轴进行输出。 当汽车下坡滑行时，动力由车轮开始反传递，双排行星齿轮机构中的行星架将顺时针旋转，此时单向离合器F1无法固定行星架，造成变速器无法将动力传回发动机进行发动机制动。該种情况下，应将换挡杆拉至手动模式处，手动模式下，制动器B2进入工作，将行星架强制固定，保证动力可回传至发动机，利用发动机制动使汽车减速，并提高燃油经济性。
随着驾驶员的操作，发动机转速与车速快速增高，变速器进入D2档位。该档单排行星齿轮机构中的传递关系与D1一致，行星架通过K1传至双排行星齿轮中的小太阳轮，此时，制动器B1被控制接合工作，使双排行星齿轮机构中的大太阳轮被强制固定，由小太阳轮带动齿圈减速增扭输出动力。该种情况下的双排行星齿轮机构可看成两个单排行星齿轮机构，两单排共用行星架及齿圈，如图3所示。
假设左侧单排行星齿轮机构中的小太阳轮为主动，因齿圈与输出轴连接，在换挡前瞬间与该排小太阳轮有较大转速差，可看为固定元件，行星架被小太阳轮带动旋转，将动力通过行星架传递至右侧排，由于大太阳轮被B1固定，因此右侧排为行星架带动齿圈旋转，由于右侧排中行星架带动齿圈的加速小于左侧排的太阳轮带行星架的减速，因此，整体看依然为减速增扭输出动力。
进入D3档后，离合器K1与K3同时进入工作，将双排行星齿轮机构中的小、大太阳轮同时与单排行星齿轮机构中的行星架相连接。根据行星齿轮机构特性：行星齿轮机构中任意两个元件同转速同转向共同旋转，第三个元件将与之连为一体，同向同转速旋转。因此，双排行星齿轮机构中齿圈随大、小太阳轮同转速，同转向旋转，形成直接档。
随着车速的升高，变速器将挂入D4档位。D4档K1离合器保持结合，同时K2离合器介入工作，将双排行星齿轮机构中的行星架与输入轴相连。因双排行星齿轮机构中小太阳轮的转速为经过单排行星齿轮机构减速后的转速，所以与输入轴的转速有着较大的转速差，可将小太阳轮视为固定元件，行星架作为主动元件带动齿圈加速输出。因被视为固定元件的小太阳轮有实际转速，因此齿圈受到的加速减扭程度较低。
D5档位时，K2离合器依然将双排行星齿轮机构中的行星架与输入轴相连，K3进入工作后，将单排行星齿轮机构中的行星架与双排行星齿轮机构中的大太阳轮相连接。因大太阳轮齿数大于小太阳轮齿数，其行星架与大行星齿轮间转速差被进一步拉大，使行星架对齿圈的增速效果增强，传动比下降，实现增速减扭。
D6档时K2离合器保持工作，依然连接输入轴及双排行星齿轮机构中的行星架，制动器B1接入工作，使双排行星齿轮机构中的大太阳轮被强制固定。此时双排行星齿轮机构不需要与单排行星齿轮机构连接，同时也没有了单排行星齿轮机构的减速作用，直接由双排行星齿轮结构中的行星架带动齿圈输出增速减扭动力。
当驾驶员将换挡杆置于R档位置时，K3离合器接合，将单排行星齿轮机构中的行星架与双排行星齿轮机构中的大太阳轮相连接。由于制动器B2工作，将双排行星齿轮机构中的行星架强制固定，实现双排行星齿轮机构中大太阳轮作为主动元件带动齿圈反方向运行的减速输出情况。换挡执行元件的工作特性直接影响变速器的换挡质量，决定了自动变速器的行驶平顺性、车辆的动力性以及经济性[3]。
09G自动变速器各档位执行元件执行情况如表1所示。
三、结语
本文通过对自动变速器各档位的功用、排列原理及动力传递原理的论述，维修人员可根据各档位时，执行元件的工作状态来对自动变速器故障点进行分析，达到提高检测效率，减小维修周期的目的。而驾驶员可将自动变速器的全部功能合理的应用，减小损耗，延长使用寿命。
参考文献：
[1]沈洪松.汽车机械故障成因及维修处理关键技术研究[J].电大理工，2017（03）：73-74.
[2]陈中泽.上汽大众车系诊断思路（34）[J].汽车与驾驶维修（维修版），2019（02）：19-22.
[3]李明清.09G自动变速器液压系统仿真分析[J].吉林：吉林大学，2018.
关键词：自动变速器;档位功能;换挡原理
一、自动变速器档位排列
当前各大汽车厂家对自动变速器档位排列基本统一为P-R-N-D形式，该形式被认定为最符合驾驶员操作习惯的位置排列。如图1所示，D档、S档为前进档。
S档为前进档中的动力模式，在S档位中，变速器的换挡点将被延后，点火提前角增大，汽车将长时间处于低档位行驶，配合液力变矩器，输出扭矩增大，提高动力性，但油耗也随之加大。D档为前进档常规模式，设计人员经计算，将动力与油耗进行合理匹配，满足驾驶员常规操作需求，是驾驶员最常使用的前进档位模式。
因驾驶员在行驶中绝大多数时间需要将档位挂入前进档，为保证驾驶员可快捷无误地完成该操作，厂家将前进档置于所有档位最下方。当驾驶员需要进行前进档操作时，仅需无脑下拉换挡杆至最下方即可，该操作就算出现误操作，也只是误入S档位，不会对车辆及人身安全造成任何威胁。如将其放置在其他位置，就很可能出现误挂档位情况。在行驶过程中会引发安全事故，危及车辆驾驶员以及乘坐车辆人的生命安全[1]。
当换挡杆处于D档位置，再将变速杆向右移动，便会进入手动模式，在更改模式之后，变速器不会自动增减档，只会在需要换挡时在仪表上进行提示，需要驾驶员向上或向下拉动换挡杆，进行升、降档操作，在仪表没有出现换挡提示前拉动换挡杆不会换挡。该功能主要应用于下坡情况下，因部分车型在D档自动模式中无法完成利用动力反传实现的发动机制动，在下坡时只能通过制动系统完成减速任务，无形中增加了驾驶员的劳动强度。该种情况下驾驶员可将换挡杆处于手动模式，变速器内相关制动器接入工作，实现动力反传，完成发动机制动，此时，车辆不但可实现非制动系统减速，还可将该状态下发动机燃油消耗量降到最低状态，达到一举两得的效果。
P档为驻车档，当车辆挂入P档后，锁止棘爪将变速器输出轴锁止，防止溜车。由于P档对变速器输出轴采用机械硬性锁止方式，汽车在挂入P档前一定要保证汽车完全静止，如汽车在运动过程中误挂P档，将因应力等原因嚴重损坏变速器，严重时可使变速器壳体破裂。因此设计人员将P档置于距离前进档最远的最上方。当需要挂入P当时，驾驶员确认汽车完全静止后，保持制动踏板为踩下状态，将换挡杆无脑推入最上方档位即可。
N档为空档，主要用来中断发动机与驱动桥间的动力传递，一般应用于暂时停车下的怠速工况。如图1所示，驾驶员在挂入D档过程中，务必经过R档（倒车档），当换挡杆到达R档位置时，相应电磁阀及液压阀便开始执行倒档工作任务，虽然只有短暂一瞬，但也有了倒向行驶趋势，此时如果没有N档的过度，直接挂入D档，便会出现“先后、后前”的动作，此动作对变速器冲击较大，多次冲击后，会使变速器损坏。因此，在D档与R档间加入N档非常必要，在R档后，经过N档缓冲，汽车倒向行驶趋势被耗尽，可平稳挂入D档。
R档为倒档，处于P档下方，N档上方，R档与P档一样，需要将车完全停稳后才能挂入该档位，否则会因冲击过大等原因损坏变速器。倒档在日常行驶中使用相对较少，并需要完全停稳状态下进行操作，因此驾驶员有充足时间观察其档位位置，不易出现误挂情况。一般情况下倒车完成后，直接挂入P档熄火，所以安排R档与P档相邻。
二、自动变速器换挡原理
自动变速器主要由电子控制机构、液压控制机构、换挡执行机构组成。电子控制机构主要由传感器、电脑、电磁阀等组成。液压控制机构主要由油泵、阀板、液压控制阀等组成。换挡执行元件主要由行星齿轮机构、离合器、制动器、单向离合器等组成。三大机构协同工作，共同完成档位转换工作。
自动变速器利用节气门位置信号确定换挡时刻，利用车速传感器信号确定所换档位，通过油温信号对自动变速器进行低温保护。液压控制系统根据电子控制系统的换挡信号结合液压阀提供的液压信号，打开、关闭相应油道，接通相应换挡活塞，使相应离合器、制动器进入工作，完成档位转换。
与手动变速器机械执行元件不同的是，自动变速器采用行星齿轮机构，该机构结构相对复杂，通过一组行星齿轮机构可完成多个档位转换，因此，变速器体积可有效缩小。不同车型，选用的行星齿轮机构类型也不尽相同。行星齿轮机构可分为单排行星齿轮机构（辛普森式行星齿轮机构）和双排行星齿轮机构（拉维纳式行星齿轮机构）。目前汽车档位普遍在6速及以上，一般都选择将两种行星齿轮机构进行混用，保证机械机构最简化的同时，实现多档位输出。
在上汽大众的车型中，09G系列手自一体自动变速器一直占有较大份额[2]。本文以大众09G自动变速器为例，阐述自动变速器不同档位时，换档执行元件的工作状态。09G自动变速器结构原理图如图2所示。
09G自动变速器是由一组单排行星齿轮机构及一组双排行星齿轮机构组成换挡机械机构，利用三个离合器，两个制动器及一个单向离合器与换挡机械机构共同组成换挡执行机构。该变速器可实现6个前进档及一个倒档。
D1档为起步档，应实现最大的传动比，当变速器换挡杆推入D时，改档位便开始执行工作。发动机动力由液力变矩器输入变速器收入轴，由图2可知，输入轴与单排行星齿轮机构齿圈固定连接，同排太阳轮与壳体相连，因此，齿圈作为主动元件，顺时针带动行星架同向减速旋转，实现减速增扭。此时，离合器K1受到液压控制系统控制，其活塞推动离合器片接合工作，将单排行星齿轮机构中的行星架与上牌行星齿轮机构中的小太阳轮相连，使小太阳轮成为双排行星齿轮机构的输入元件顺时针旋转。因小太阳轮为主动元件，行星架会出现逆时针旋转趋势，单向离合器F1将其单项固定，双排行星齿轮机构中的齿圈被小太阳轮顺时针带动，实现再次减速增扭，并将动力传递给输出轴进行输出。 当汽车下坡滑行时，动力由车轮开始反传递，双排行星齿轮机构中的行星架将顺时针旋转，此时单向离合器F1无法固定行星架，造成变速器无法将动力传回发动机进行发动机制动。該种情况下，应将换挡杆拉至手动模式处，手动模式下，制动器B2进入工作，将行星架强制固定，保证动力可回传至发动机，利用发动机制动使汽车减速，并提高燃油经济性。
随着驾驶员的操作，发动机转速与车速快速增高，变速器进入D2档位。该档单排行星齿轮机构中的传递关系与D1一致，行星架通过K1传至双排行星齿轮中的小太阳轮，此时，制动器B1被控制接合工作，使双排行星齿轮机构中的大太阳轮被强制固定，由小太阳轮带动齿圈减速增扭输出动力。该种情况下的双排行星齿轮机构可看成两个单排行星齿轮机构，两单排共用行星架及齿圈，如图3所示。
假设左侧单排行星齿轮机构中的小太阳轮为主动，因齿圈与输出轴连接，在换挡前瞬间与该排小太阳轮有较大转速差，可看为固定元件，行星架被小太阳轮带动旋转，将动力通过行星架传递至右侧排，由于大太阳轮被B1固定，因此右侧排为行星架带动齿圈旋转，由于右侧排中行星架带动齿圈的加速小于左侧排的太阳轮带行星架的减速，因此，整体看依然为减速增扭输出动力。
进入D3档后，离合器K1与K3同时进入工作，将双排行星齿轮机构中的小、大太阳轮同时与单排行星齿轮机构中的行星架相连接。根据行星齿轮机构特性：行星齿轮机构中任意两个元件同转速同转向共同旋转，第三个元件将与之连为一体，同向同转速旋转。因此，双排行星齿轮机构中齿圈随大、小太阳轮同转速，同转向旋转，形成直接档。
随着车速的升高，变速器将挂入D4档位。D4档K1离合器保持结合，同时K2离合器介入工作，将双排行星齿轮机构中的行星架与输入轴相连。因双排行星齿轮机构中小太阳轮的转速为经过单排行星齿轮机构减速后的转速，所以与输入轴的转速有着较大的转速差，可将小太阳轮视为固定元件，行星架作为主动元件带动齿圈加速输出。因被视为固定元件的小太阳轮有实际转速，因此齿圈受到的加速减扭程度较低。
D5档位时，K2离合器依然将双排行星齿轮机构中的行星架与输入轴相连，K3进入工作后，将单排行星齿轮机构中的行星架与双排行星齿轮机构中的大太阳轮相连接。因大太阳轮齿数大于小太阳轮齿数，其行星架与大行星齿轮间转速差被进一步拉大，使行星架对齿圈的增速效果增强，传动比下降，实现增速减扭。
D6档时K2离合器保持工作，依然连接输入轴及双排行星齿轮机构中的行星架，制动器B1接入工作，使双排行星齿轮机构中的大太阳轮被强制固定。此时双排行星齿轮机构不需要与单排行星齿轮机构连接，同时也没有了单排行星齿轮机构的减速作用，直接由双排行星齿轮结构中的行星架带动齿圈输出增速减扭动力。
当驾驶员将换挡杆置于R档位置时，K3离合器接合，将单排行星齿轮机构中的行星架与双排行星齿轮机构中的大太阳轮相连接。由于制动器B2工作，将双排行星齿轮机构中的行星架强制固定，实现双排行星齿轮机构中大太阳轮作为主动元件带动齿圈反方向运行的减速输出情况。换挡执行元件的工作特性直接影响变速器的换挡质量，决定了自动变速器的行驶平顺性、车辆的动力性以及经济性[3]。
09G自动变速器各档位执行元件执行情况如表1所示。
三、结语
本文通过对自动变速器各档位的功用、排列原理及动力传递原理的论述，维修人员可根据各档位时，执行元件的工作状态来对自动变速器故障点进行分析，达到提高检测效率，减小维修周期的目的。而驾驶员可将自动变速器的全部功能合理的应用，减小损耗，延长使用寿命。
参考文献：
[1]沈洪松.汽车机械故障成因及维修处理关键技术研究[J].电大理工，2017（03）：73-74.
[2]陈中泽.上汽大众车系诊断思路（34）[J].汽车与驾驶维修（维修版），2019（02）：19-22.
[3]李明清.09G自动变速器液压系统仿真分析[J].吉林：吉林大学，2018.