传动系统演进(3/3)：自排变速箱

3. 自排

自动排档变速 (automatic transmission、automatic transaxle A/T)，其历史可以追朔到20世纪初，1904年 Sturtevant brothers的两段变速箱，透过随著引擎运转而转动的飞锤“flyweights”，搭配机械连杆作用，达到传动减速比的改变，因为当时的冶金技术无法完成常态齿轮对切换所需强度，所以变速箱常常在无预警情况下故障。另一个重要的发展是在1908年美国Ford Model T，这款标榜经济且实用的车款，拥有二段变速及倒档的行星齿轮变速系统，不过驾驶却必须使用踏板控制其离合，1932年由巴西的两名工程师José BrazAraripe and Fernando LehlyLemos开发出第一台使用液压自动变速箱，同一时期美国Chrysler汽车公司发展了液压结合器，1939年美国通用汽车推出结合行星齿轮变速与液压结合器的Hydra-Matic变速传动系统，成为世界上第一个批量生产的自动变速器。

图：Hydra-Matic

3.1自排变速箱动力输出

自排变速箱变速发展至今将近百年，现今的自排变速系统便是一个庞大的油路系统与多个行星齿轮组的结合。其中系统内部的油泵供应扭力转换器、行星齿轮组制动带、离合器以及油压控制系统所需要的自动变速箱液 (Automatic Transmission Fluid ,ATF)，提供各零件所需液压及润滑。传统自排变速箱油压控制系统的控制压力可以分为三种形式，主管路压力、节气门压力、速控器压力。主管路压力又称为主油压或管路压力，用来控制离合器与制动带作用；节气压力正是因为其随引擎负荷、节气门开度约成正比变化之特性，用来控制油压系统各个阀门作动；速控器则是一个变速箱输出速度感知装置，随变速箱输出速度提高进而增加其输出至各油路的压力，三种压力随著车速以及引擎的状态不同而发生压力变化，导致变速系统依据档位不同来控制位置阀门打开或关闭而影响到离合器或制动带状态，间接控制行星齿轮组运动模式，选择当下操作条件最佳的传动比，不过现代的自动变速器中，阀门都已经改用电子机械伺服机构控制，较不需要如此复杂的管路设计。

(1)自动变速箱传动

Allison 算段变速自动变速箱，其共具有五个多片式离合器，如图，从引擎承接的动力透过C1、C2两个离合器将有可能借由层层套筒结构直接传到C4、C5位置的太阳齿轮；亦可能直接传输至C4位置的行星齿轮架，而剩下三个C3、C4、C5离合器则是用来使各对应位置之环形齿轮制动，接下来将讲述Allison如何借由操作这五个离合器来完成六段的齿轮变速。

图：Allison变速箱平切面结构图

图：行星齿轮系

C1、C5离合器，将离合器片压制住，当C1离合器被液压油压缩时，输入轴带动的蓝色轴将会与P1行星齿轮相连接且同向旋转；再将C5离合器片压住，P1的环形齿轮将会被固定住，P1行星齿轮因此被太阳齿轮单独驱动，进行同方向绕轴公转，并带动红色输出轴。

图：一档

离合器松开且液压油压制C4离合器，即切换到二档，蓝色轴与轴上P2太阳齿轮随输入轴运转，P2环形齿轮因C4离合器被制动，故P2行星齿轮被太阳齿轮单独驱动。且P2的行星齿轮架与P1环形齿轮为相连物件，因此P2行星齿轮并不是直接输出，而是将动力传到P1的环形齿轮。P1的行星齿轮系此时呈现环形齿轮与太阳齿轮同方向运转一同带动P1行星齿轮。相比一档，输出轴多了P1环形齿轮旋转的效应，因此转速些微提升。

图：二档

三档及五档的传动比都是借由P3第三组行星齿轮系进行调整而得到，P3行星齿轮系中的太阳齿轮为连接在输入轴罩状结构上，故P3太阳齿轮的转速等同于输入轴转速。三档动力传输与二档接近，由C1、C4离合器作用改为C1、C3作用。三档的动力传输，三组行星齿轮系皆有参与，P3行星齿轮系动力由太阳齿轮传输至行星齿轮，这个过程是减速作用，但P3太阳齿轮与行星齿轮的尺寸较接近，因此减速效果幅度较小。而P3行星齿轮架与P2环形齿轮为一体，造成P3行星齿轮系的作动提供了P2环形齿轮一个较慢的转速，P2环齿轮与太阳齿轮皆转动，使P2行星齿轮架转速加快，带动P2行星齿轮架加速连带的P1环齿轮转速跟著变快，最后P1环齿轮与太阳齿轮一同带动P1行星齿轮与输出轴。相比二档的运动原理，三档便是多了P2环形齿轮转动带来的加速效应。

图：三档

Allison变速箱中，四档状态为引擎与变速箱的直接传递，为了使输出跟输入等速度运转，Allison变速系统必须使P1的环形齿轮与太阳齿轮的旋转速度、方向等同于输入轴，如图所示，C1离合器作用即可使P1太阳齿轮速度等于输入轴，C2离合器片相连著一体式机构且与P1环形齿轮、P2行星齿轮为连动关系，当液压油压制C2离合器片时，便将引擎动力由同步旋转的罩状结构直接导引至P1环齿轮。因为P1环齿轮与太阳齿轮等速旋转，整个行星齿轮系就有如一个整体，并不会有加速或是减速作用。

图：四档

C2，C3离合器，P3齿轮系运动状态为太阳齿轮输入行星齿轮输出，带有减速作用，P3行星齿轮系运动提供了一个较慢的速度予P2环形齿轮；C2作用而C1分开，在P2行星齿轮系中可以看出行星齿轮带动太阳齿轮，效应为加速，不过因为P2环形齿轮的转动使加速效应降低，(可以想像环形齿轮转速越来越快，与行星齿轮架等速，整体行星齿轮系便可视为一体，传动比为1，从环形齿轮加速的过程中可以观察到整个行星齿轮系加速效果降低的趋势)；P1位置行星齿轮系环形齿轮与太阳齿轮皆转动，运动效应虽为减速，却因为P1环形齿轮的转动而减速效应降低。相比四档，五档P2行星齿轮系带有加速效应，因此齿轮箱输出五档较快；而相比六档，则差异在于P3行星齿轮系造成P2加速效应降低，所以相比之下又以六档三组行星齿轮的搭配能提供变速箱更高的速度输出。

图：五档

OD(overdrive)档，输出转速要高于输入转速，扭力降低，应用于汽车高速巡航，六档时油压压住C2、C4离合器。此时虽然P1行星齿轮系依然带有减速效应，C2离合器的作用将带动P1环形齿轮正向旋转，如此可以降低P1行星齿轮的减速比。C4离合器制动住P2环形齿轮，而且C1离合器分离，造成P2的行星齿轮系处于"行星齿轮带动太阳齿轮”的运动模式，而此运动模式也是带来加速效应。

图：六档

C3、C5离合器片，P3行星齿轮系依然提供了较低的转速给P2环形齿轮，此时因为C5离合器的作用使P2的行星齿轮只能自转而无法公转，这时环形齿轮的转动不是用来调整其他行星齿轮系的转速比，而是透过P2行星齿轮驱动太阳齿轮反向旋转。P2行星齿轮系提供了逆转减速作用，P1行星齿轮系则是再作一次减速，这样的设计非常合理，实际上倒档的速度并不需要太快。

图：倒档

(2)自排变速系统构成

自动变速箱以輪系机构为主体，并搭配液压结合器、離合器、制动器 (Brake)，以及油压控制系统所组成，液压结合器又被称作自动变速箱的自动离合器，比起手排变速系统中的离合器，其优势在于，即使将整台车煞停，引擎也不会熄火，这是因为引擎动力是透过ATF进行传递，变速箱即使完全停下，引擎的输出端依然可以在ATF中缓速运转，故液压结合器并不需要一个将引擎与变速箱之间动力完全切断的动作，不过动力经过ATF传递，效率并无法达到手排离合器固态接合的传递效率；液压结合器除了作为自动离合器，有时也充当油泵的驱动器，随著液压结合器外壳旋转，油泵运转并将ATF传输到油压系统各处；油压系统则是依据自动变速箱随著汽车运行状况自动操作行星齿轮机构的重要角色。

图：自排变速系统构成

A.液压结合器

自动变速系统内的液压结合器取代了传统倚靠摩擦传递动能的离合器。液压结合器同属于液压设备，比起传统离合器更适合安装在以液压驱动的自排变速系统内；现代的液压结合器又称为为 ”自动离合器”，除了可以平滑地传递引擎到变速箱之间的动力，还可以在汽车到达巡航速度时，自动调整机构的些微变化，改变结合器内ATF流动方式来达到变速箱的高转速。虽然液压结合器无法直接切断引擎与变速箱之间的动力传递，但并不影响变速系统提供临时空档的功能，只要借由油压系统释放所有离合器及制动机构，即可形成空档。液压结合器随时代演进，大致上可以分为两种，液体接合器(Fluid Coupler)及扭力转换器(Torque Converter)。

液体接合器，是由主动叶轮(Drive Tours)及被动叶轮(Driven Tours)组成，分别又被称作泵轮(Pump Impeller)与涡轮(Turbine)，两者安装在密封的容器内，泵轮固定于驱动板上连接引擎飞轮；涡轮则与变速箱输入轴相连。液体接合器利用流体传输原理作用，其密闭空间内会充入85～90%的ATF 。

图： Fluid Coupler

当引擎运转时，随著飞轮旋转泵轮也会一起转动，泵轮内的 ATF受到旋转离心力作用，沿著叶片流向泵轮外缘，且以一定的角度流到涡轮外缘，涡轮因为受到ATF的摩擦力而被带动旋转，ATF随后顺著涡轮叶片流向涡轮内侧，再回到泵轮中心。当泵轮转速越快，离心力越强，加压在涡轮的冲击力越大，则涡轮速度也会跟著加快，ATF带动涡轮旋转时的流动形式，称之为”涡流”，涡流对液体接合器来说是一种能量损耗，如果泵轮的速度与涡轮差距太大，涡流增强便会增加能量损耗，为了减少涡流造成的能量损失，两叶轮的中央会加装半圆管以减少涡流发生，这两个半圆形管被称为”导环”。随著引擎加速，涡轮转速会越来快，ATF加压在涡轮的力量越小，直到涡轮的速度趋近于泵轮转速，泵轮与涡轮视为一个整体，ATF便不再于两者之间循环，只循著涡轮及泵轮旋转方向一起旋转，这种流动方式称之为”回流”。涡轮的转速不断提升，却始终不会超过泵轮的转速，两者的转速差比值，称为”滑差”(Slip)，滑差计算如下：

图： Fluid Coupling

扭力转换器其实跟液体接合器差异不大，传动原理也相同，相比之下，扭力转换器在其涡轮与泵轮之间多增加了一只定子 (Stator)。定子是一个固定的叶轮，叶片呈现特定的弧度，定子的正面反弹从涡轮回流的ATF，反射后的ATF冲击泵轮增强泵轮扭力，此效应称为”扭矩增强作用”。涡轮起步时泵轮与涡轮转速差较大，撞击涡轮壁回流的ATF能量较强，扭矩增强作用也最强；当涡轮转速越来越快，则ATF撞击涡轮反弹的力道会越来越小，扭矩增强作用也降低；当汽车处于巡航状态或是换档点，涡轮速度接近泵轮，这时的泵轮、涡轮、ATF转速接近，定子反而成为了整个结合器运转的阻碍，导致ATF撞击定子背面而损失能量。

图：增加单向离合器的扭力转换器

后来则改良定子的设计，在定子下方安装单向离合器，当泵轮速度比涡轮快时单向离合器锁住，如同固定的定子一般；当泵轮速度等于涡轮， ATF冲击定子背面，释放定子锁定让定子一同旋转，这时候扭力转换器的作用就有如液体接合器。汽车高速运转时涡轮转速会渐渐追上泵轮转速，但恒不相等，当汽车处于巡航状态时，涡轮与泵轮依然会有4～5%的滑差，为了弥补这部分滑差造成的能量损失，自排车发展出了"锁定离合器(Lock-up)”装置，在涡轮与扭力转换器外壳间设有离合器，离合器片与涡轮一端连为一体，在高速运转时，离合器片作用，自动接合外壳与涡轮，扭力转换器此时的作用就如同固态接触的摩擦式离合器，传动效率接近1：1。较早的Lock-up是由外部油压系统自动控制，现在都自排车则是改用电子式控制。

图：Lock-up

综合以上叙述，可以对液压结合器绘制出不同转速比下，扭矩比与传递效率的变化，其中扭矩比为转换器输出扭矩 /输入扭矩，转速比为转换器输出转速/输入转速，传递效率则是扭矩比转速比，定子释放时间点称之为接合点。

图：扭力转换器转速与扭力比、传递效率图

B.行星齿轮传动

自排变速箱传动比是依靠不同的行星齿轮系互相结合调配出输出所需要的传动比，行星齿轮系是以一个环形齿轮、一个太阳齿轮、以及数个行星齿轮组合而成，行星齿轮架固定每只行星齿轮间的位置关系，其自转速度即代表了行星齿轮的公转速度，也可以视为行星齿轮作为输出的桥梁。

图：行星齿轮系

行星齿轮系的减速比计算并不同于手排变速，因为行星齿轮并不单纯作自转运动，而是齿轮会绕著固定轴公转，较难直接从齿数关系看出其速度的转变，故必须先重新定义减速比为输入转速/输出转速(此定义于手排变速箱依然适用)。令太阳齿轮、行星齿轮、环形齿轮齿数分别为Z_s、Z_p、Z_r；半径R_s 、R_p 、R_r各个转速情形的减速比公式皆可以以三个齿轮的齿数表示，推算如下：
令环形齿轮固定，行星齿轮运转带动太阳齿轮，行星齿轮转速ω_p、太阳齿轮转速ω_s、行星齿轮中心切线速度V_p，ω_p=V_p/(R_s+R_p )，行星齿轮与太阳齿轮箱接触点之切线速度根据平移旋转定律得知为2V_p，则ω_s=(2V_p)/R_s ，减速比根据定义ω_p/ω_s =R_r/(〖2R〗_s+〖2R〗_p )=R_r/(R_r+R_s )=T_r/(T_r+T_s )。

图：行星齿轮

令环形齿轮固定，太阳齿轮运转带动行星齿轮，太阳齿轮端点切线速度令为V_s，则ω_s=V_s/R_s ，根据平移旋转定律得知行星齿轮中心速度为1/2 V_s，如此可求得行星齿轮架转速ω_p=(1/2 V_s)/(R_s+R_p )，减速比根据定义ω_s/ω_p =(〖2R〗_s+〖2R〗_p)/R_r =(R_r+R_s)/R_r =(T_r+T_s)/T_r 。
若欲使用行星齿轮系提供相反转向，只需要将行星齿轮架固定，让行星齿轮只能原地自转，则环形齿轮和太阳齿轮两者与行星齿轮的接触点将拥有相同量值方向相反的切线速度。已知环形齿轮为输入，令环形齿轮与行星齿轮接点切线速度为V_r，则ω_r=V_r/R_r ，又V_r=V_s，得到ω_s=V_s/R_s =V_r/R_s ，减速比根据定义ω_r/ω_s =R_s/R_r =T_s/T_r 。

C.油压系统

油压系统基本功能在于提供扭矩变换器ATF、导引油压至多片式离合器、润滑A/T内部零件，以及供油以去除扭矩变换器以及其他运动零件产生的热。油压系统构成包括了储油室(油盆)、油泵、油道(阀体)、控制阀。系统内有三道压力同时作用在换档阀进行换档，其分别为主油路压力、节气压力、速控器压力。主油路压力又称为管路压力，泛指驱动所有机械装置与伺服的油压，主油路ATF经油泵吸起，送入压力调节阀，压力进行调节之后经手动阀导入各换档阀，换档阀内柱塞位置决定主油压将要驱动哪个机械装置。经压力调节阀调整过的油压还会送至节气阀，并经由节气阀调整为节气压力导入各个换档阀。节气压力与速控器压力分别在换档阀不同位置推动柱塞。不同换档阀内弹簧张力并不相同，高档位的换档阀内弹簧张力较大，必须以较高的节气压力与速控器压力才能推动柱塞足够的行程，使主油路孔口开启。机械端通常是一个活塞结构以接受主油路油压。制动环形齿轮的多片式离合器旁连结著活塞机构，当主油路ATF注入而推动活塞，活塞施加力量于离合器钢片，将钢片与摩擦片紧贴，一同运动；当换档阀切换油压于其他机械装置，原本作用于离合器活塞的ATF会被释放，活塞被回位弹簧推回原来位置。油泵送出的ATF除了用来操作换档机构，经过调节的油压也会被运送到扭矩变换器做为其操作流体。

图：3A/T D1档位示意图

图：多片式离合器作动

油泵供应了整个油压系统所有的动力，其可分为可变位移量式以及固定位移量式，两者差在位移量可否变化，而”位移量”在油压系统内被定义为油泵每一循环所传递的油液容积，只要油泵运转速度相同，每次运转会有相同的输出，一般常见的四段变速A/T，其所使用的齿轮式油泵(Gear Pump)是属于固定位移量式。齿轮式油泵由泵体、内齿轮、外齿轮、固定新月片组成。油泵被安装在液压结合器旁，液压结合器旋转直接驱动油泵内齿轮，内齿轮作为转子带动外齿轮转动，两齿轮于新月片处开始分开产生真空，将ATF从油盆吸入，ATF便会随著内外齿轮的运转被输送到油泵的出油孔。

图：齿轮式油泵

A/T油压系统使用的阀门多为线轴阀(Spool Valve)，线轴安装于阀体各处，线轴上较宽处称为阀环，用来打开或关闭阀体上的孔口；窄处称为阀谷；阀环平面称之为阀面，末端阀面为尖端状以免线轴移至末段被吸住。线轴阀依照其功能可以分为三类，单向阀、平衡阀、开关阀。

图：线轴阀构造

单向阀作用在于使流经该阀门的ATF只能单一方向流动，阶级孔与钢珠便能组成简单的单向阀；平衡阀是一种由弹簧张力、油压共同控制的线轴阀，两种压力互相对抗平衡，推动线轴阀于阀体内移动，阀环移动产生限孔或调整泄油孔开度，以此调节该阀输出的油压；开关阀则是借由阀环的移动，控制阀体上孔洞开闭，导引ATF流入不同的油道。油压系统内基本控制阀中，压力调节阀、节气阀、速控阀皆属于平衡阀；换档阀、踢低阀(Kick-Down)则是属于开关阀。

因为输出ATF的油泵是由引擎驱动，输出容积与引擎转速约成正比，此容积的变化无法完全符合不同车速及负荷时离合器及制动带的需要，压力调节阀的作用便是调整油泵出油量及压力。下图是油压及弹簧合并作用压力调整阀，弹簧是有泄油孔。引擎加速使油泵满单位时间于主油管注入更多的ATF，主油路油压增加使调整阀线轴向左推进抵抗组侧弹簧张力，当线轴左移一定程度时，最左侧阀环移动并打开泄油孔，降低主油管压力。

图：压力调整阀

经过压力调整阀后的ATF将会被送往手动阀、节气阀以及速控器阀，这些柱阀皆有特殊的机构设计得以感知汽车行驶状况，并即时做出反应，提供正确大小的油压给换档阀。
节气阀分为机械式与真空式，机械式节气阀透过机械连杆机构或钢绳直接感知油门踏板踩踏力度进而移动阀内柱塞调整输出油压，真空式节气阀则是将阀内一端以管路接通至进气歧管感知其管内真空度，节气门开度小，真空度大，节气阀总成内膜片连带膜片杆接受歧管负压，被向外吸以抵抗膜片外弹簧张力，节气阀内柱塞随膜片杆移动打开排泄位置孔口，降低节气阀压力；反之，节气门开度大则柱塞反方向移动堵住排泄口位置，则节气压力较高。

图：真空节气阀

速控器阀由变速箱输出轴带动旋转，离心力使阀内机构动作，进一步影响阀内泄油孔开度，决定速控器阀输出压力。速控阀拥有主、副两门柱塞阀垂直安装于速控器旋转轴顶端两侧，速控器末端衔接输出轴驱动齿轮以感知变速箱输出转速。输出轴转速低时离心力作用小，主、副两阀柱塞皆靠近轴心，主阀柱塞关闭速控器阀输出孔口，因此速控器阀没有输出油压；输出轴转速高则离心力作用大，主、副两阀柱塞皆远离轴心，主阀开启油压输出孔，而副阀随转速提高渐渐降低泄油孔开度，使输出油压提升。

图：柱塞离心式速控阀

图：柱塞离心式速控器压力与转速关系

传统A/T的系统控制要借由繁多的控制阀来达成控制目的，维修与调整都非常麻烦，而现代的A/T使用电磁阀代替诸多的压力调整阀，并且统一由引擎控制模组(ECM)与变速箱控制模组(TCM)控制。电子控制A/T拥有许多的优点，能更精确的拿捏换档时机，并且在每个换档点锁定扭矩变换器，增加其传输效率以减少油耗；取代了传统A/T的压力调节阀、速控器阀与节气阀，除了油压供应较精准外，还能监测各油路运作状况，若侦测到异常能即时做出油压补偿；另外ECU可以进行程式编译，只要更改其基准参数，单一自动变速箱可以适应多种车款。

3.2自排变速系统演进
与手排变速箱相较之下，自排变速箱优势在于简便的操作、加速及起步较平稳、其因变速原理采用行星齿轮减速，在制造技术精密的情况下，体积相同的自排变速箱能提供比变速箱更多的档位数。相对的，自排变速箱换档反应较慢、传动效率较差，而对驾车爱好者来说，自排车减少了驾驶快感也是一大问题。为了弥补这些缺憾，传统自排变速箱被推往革新之路，进而发展出能提升传动效率的电子控制式自排，以及能提供手排模式，增加驾驶乐趣的手自排。

(1)电子控制式自排与手自排
电子控制式自动变速箱即使用电脑控制变速箱作用的A/T，电脑需要配合感知器及作动器，才能精确控制变速箱。自排电子控制系统基本包含两个电子控制单元(Electrical Control Unit ,ECU)，一个控制引擎；一个控制变速箱。ECU接收的讯号多来自于安装在汽车各处的感知器，如速度感知器、节气门位置感知器等，而部分讯号则是由A/T本身送出，如换档讯号、模式选择讯号，ATF温度感知器信号等。作动器则是电磁阀，用来控制换档、锁定、管路压力，一般的A/T，电磁阀会安装在阀体上，隐匿在A/T内部。

图：电子控制式自动变速箱组成概念图

A.电磁阀在A/T中的应用
电磁阀的应用是传统自排变速箱与电子控制式变速箱间最大的差异。A/T中使用的电磁阀分为直接控制油压式与间接控制油压式，直接控制式电磁阀通电即电磁阀针阀上升，开启泄油孔使主油压产生压降；间接控制油压式则是以电磁阀枢轴堆动控制阀柱塞以控制ATF流向。ECU控制电磁阀的方式除了基本的On/Off型固定行程控制电磁阀；而需要精确控制油压的”管路压力”油路，必须使用可以控制行程的比例电磁阀以PWM形式控制，此种电磁阀称为工作周期(Duty Cycle)型电磁阀。如图是一个间接控制油压型电磁阀，当引擎怠速时ECU以PWM信号控制流经线圈的电流量维持最大，线圈产生最大磁场将枢轴向右吸抵抗枢轴弹簧张力，随枢轴向右泄油孔达到最大开度而油压降低；当节气门打开时，ECU则控制流经线圈的电流减少，线圈磁场减弱而枢轴被弹簧张力推向左，挡住泄油孔使油压增加。

图：间接控制油压型式电磁阀

管路压力之外的油路使用操作简单的On/Off型电磁阀。Toyota早期3 A/T的锁定作用电磁阀包含了On/Off型电磁阀。ECU输入On信号给予电磁阀，针阀向下封闭泄油孔，1-2换档阀油压作用在锁定控制阀上端将其柱塞向下堆，开启扭矩变换器锁定离合器施压侧油路，因此锁定离合器结合；当ECU输入Off信号给予电磁阀，针向上开启泄油孔，1-2 换档阀油压作用于控制阀柱塞上方的油压降低，柱塞被况制阀弹簧推回，使ATF流向扭矩变换器锁定离合器释放侧油路，因此锁定离合器释放。

图：电子控制式A/T锁定功能作用

换档电磁阀的作用原理与锁定作用电磁阀相同，结合油压系统控制阀原理与On/Off电磁阀。如下图，一档时1-2换档电磁阀状态为Off，控制阀上端油压较强，将控制阀柱塞向下推，管路压力被阀环阻挡而无压力传输至行星齿轮锁定离合器；将1-2换档电磁阀切换为On，控制阀端油压降低，柱塞向上开启管路压力，使行星齿轮离合器作用，档位切换至二档。观察文章中所提及的锁定及换档功能，可以发现电磁阀可能被设计为常开试或常闭式。

图：电子控制式A/T换档控制阀(未制动)

图：电子控制式A/T换档控制阀(制动状态)

B.行使模式选择开关
汽车在不同路况下或是随著驾驶者操控变化，相对需求的换档点时机并不相同，因此驾驶可以在汽车仪表板上找到行车模式选择开关，一般常见的行车模式有”经济模式”，ECU将较高引擎档位配合低引擎转速，以降低油耗为目的；”运动模式”，当驾驶人想以较激烈方式驱动汽车可以切换此模式，ECU会提供较晚的换档时机，因此汽车在同样车速拥有较高的扭力，同时也会更耗油；”雪地模式”则是让汽车以较高档位起步，避免汽车在磨擦系数低的路面上因扭力过大造成汽车打滑。另外在汽车排档杆上设有OD开关，如4档A/T汽车，开关未开启时，变速箱并不会切换到超速档，只会在1-2-3档切换；若OD开关启动，则可以1-2-3-4档切换。

图：Infiniti M25行车模式切换旋钮

C.手自排
除了前述的行车换档模式可供驾驶人选择，另外还有些许车款提供手自排（Manumatic）自动变速箱，手自排自动变速箱设计理念就是提供让驾驶人随意换档的手排模式，虽然只有升档及降档操作，手自排的出现都已经让自排车的乐趣大幅提升。这类的电子控制变速箱出现在各家汽车大厂，而各自拥有不同的名字，好比Porsche的Tiptronic、Volvo 的Geartronic、Benz的Touchshift、Mitsubishi的Sportronic。手自排的手排模式会设计在排档杆D档位置旁边，将排档杆排往手排模式，即可手动操作A/T升降档。虽然手自排提供了驾驶换档的自由，如驾驶者将引擎转速拉高至超过当前档位红线转速而未切换档位， ECU依然会自动升档防止变速箱损坏。

图：Ｍanumatic

(2)无段变速箱
无段变速箱(Continuously Variable Transmission,CVT)没有固定的齿数比，可以连续无断变化，使引擎输出能达到最高效益，比起行星齿轮式的自排变速箱及永啮齿轮式变速箱，CVT更加省油、换档更平稳，比起一般自排变速箱其动力损耗也较低。CVT以两组带轮及V型钢带取代一般变速箱的齿轮组，V型钢带斜面与两带轮椎面重合，以摩擦力传递旋转动力。轴上两带轮可以油压控制距离，当带轮距离拉远，V型钢带便会下滑至带轮中心处，此段钢带的作用好比套在小齿轮上；当带轮距离缩减，V型钢带会被推挤至椎面外缘，此段钢带的作用就像是套在大齿轮上。

图：CVT传动机构

图：CVT作用概念

低档位时输入轴上两带轮距离较远，而输出轴上两带轮距离较近，动力传输效果如小齿轮传输至大齿轮，输出轴转速将会被降低；高档位时输入轴两带轮距离近，而输出轴带轮距离远，动力传输要果如大齿轮传至小齿轮，输出轴转速被提高。而两组带轮之间的距离可以随意控制，CVT可以任意调配想要的减速比。

图：CVT传动比

无段变速箱因为不需要许多的齿轮来搭配减速比，因此结构比起手排及自排变速箱都来的简单。CVT变速箱包含有电磁离合器、前进与后退切换机构、输入及输出钢带、带轮与油压控制系统。前进与后退切换机构是由两圈行星齿轮的行星齿轮系配合内外两组多片式离合器组成，而外圈行星齿轮设计与输入轴带轮连动。当CVT于前进档位，内离合器作用锁定太阳齿轮与环形齿轮，则输入轴与带轮同向直接传动；当CVT需要切换倒档模式，内离合器松开同时作用外离合器，锁定环形齿轮，则太阳齿轮自转带动内圈行星齿轮反向自转，内圈行星齿轮带动外圈行星齿轮同向自转，依平移旋转法可以得知外圈行星齿轮中心速度必定与最接近的太阳齿轮外缘切线速度向相反，即行星齿轮带动带轮反向旋转。

图：CVT前进与倒退切换机构

CVT因为换档的连续性，升降档并不需要离合器，不过汽车临停以及从空档排入倒车档时依然需要离合器暂时切断引擎动力。日本自动变速器公司----JATCO所产的N-CVT，其离合器采用适合于远程操作的电磁粉离合器，因为不需要机械连接来控制它们的啮合，从而提供快速、平稳的操作，电磁粉离合器主要零件为主动件、从动件、从动弹簧，及电线接头等，电磁粉则包含在主动件与从动件之间。主动件中心内含线圈，当线线圈通电，金属粉于主从动件之间产生链状连结，电流强度与离合器扭矩传输能力约成正比。缺点是当离合器接合时，激活能量作为电磁制动器中的热量消散，存在过热的风险。

图：电磁式离合器