汽车中的行星齿轮机构

行星齿轮机构，看似很复杂，其实在汽车中是很常用的齿轮机构。可以说在任何汽车上都能找到它的影子。我们常见的差速器就是一套典型的行星齿轮机构。因为行星齿轮的特性决定它的广泛用途。从我们对差速器的一些使用特性的了解，就能弄清行星齿轮的一部分功能。当汽车在直线行驶时，差速器中的行星齿轮不自转，而是绕半轴公转，左右半轴输出转速相同；当某根半轴受阻力较大时（汽车转弯时），行星齿轮产生自转，调节左右半轴的转速。正是因为行星齿轮机构在外力的作用下能改变它的运动状态，所以非常适合用来做自动变速器的变速齿轮。
行星齿轮在自动变速器中的运动就地球的运动一样，能自转能公转。一个最简单的行星齿轮组，由四个运动部件组成，分别是：若干个行星齿轮，一个中心齿轮，一个行星齿轮托架和一个外齿环。通常，行星齿轮本身是不输出动力的，只有其他三个部件才用来传递转动的力。当三个运动件都不被约束时（都可自由旋转时），外齿环，行星托架，中心齿轮都相对转动。那么这个行星齿轮组不输出力矩，此时可视为空档。当给以上三个部件的任意一个部件施加一个外力，让他无法运动（固定）的话，那么行星齿轮组就能产生一个固定的传动比。

      我们来看出它的运动状态。如果我们固定住外齿环，把太阳齿轮作为输入轴，把行星齿轮托架作为输出轴，那么此时就产生了一个传动比；如果我们固定住中心齿轮，把外齿环作为输入轴，行星齿轮托架仍然作为输出轴，那么就能获得另一个传动比。所以，一个简单的行星齿轮组，除了终止动力输出（空转）以外，还能产生不同的齿轮比，这就相当于两个挡位。如果再加一组行星齿轮组配合，就能产生4个传动比；如果设计三个行星齿轮组配合运转，就能产生6个传动比，依次类推理论上可以产生N个传动比。所以，无论是4挡变速器，5挡变速器还是6挡变速器，只要设计合适的行星齿轮组，就能实现。
自动变速器变速挡位的控制，需要让电脑做两件事。第一件是让电脑收集相关资料（比如车速，发动机转速，节气阀开度等）计算出最佳换档时间，也就是让电脑明白何时该换档；第二件就跟行星齿轮有关了，由电脑通过控制电磁阀来控制各个制动器（限制行星齿轮的运动）和离合器（接通和断开输入轴）来限制和接通行星齿轮组中各个运动部件的运动。从而达到自动控制变速比的目的。

      但作为一台自动变速器，光有行星齿轮组和控制机构是不够的，开过自动挡车的人都知道，配备了自动变速器的汽车是没有离合器踏板的。也就是说在换挡的过程中，发动机的动力并没有断开。我们可以想象，如果把发动机的动力与变速箱的输入轴直接相连，在变速时就会带来很强烈的换挡冲击，不但减低了乘坐舒适性，也使自动变速器的寿命大打折扣。这样的变速器是毫无意义的。所以在发动机与变速箱之间布置了一个液力变矩器。它通过液压来传递动力。我们知道液体是柔软的，而且能吸收一部分多余的能量。这正好能配合自动变速器的换挡动作，减小换挡冲击。这就是为什么，当我门挂入D挡以后，踩住刹车也不会熄火的原因。虽然此时仍然有档位，但在液力变矩器的作用下，待速时发动机转动的能量被液压油吸收，转换成了热量，所以保持这待速的平衡。话说回来，既然液压油能吸收待速能量，那就意味着也能吸收加速时发动机的能量。所以这也是装备了自动变速箱的汽车油耗比手波车高的原因之一。

      为了减少液力变矩器的能量损失，工程师们通常会把它加上一个锁死功能。当汽车保持一定速度匀速巡航，或保持一个不变的超速挡正常行驶时，电脑就会把液力变矩器锁死。此时视为发动机与变速箱刚性相连，液力变矩器不产生能量损耗。所以，驾驶员们在驾驶自动变速汽车时，应当尽量保持匀速行驶才是最省油的。

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