自動變速器的新生 傳統(tǒng)步進式AT自動變速器的超越

衛(wèi)東

面對10擋雙離合變速器的叫囂，傳統(tǒng)AT步進式自動變速器正在實現(xiàn)全面突圍。

1987年寶馬推出的第一款匹配220kW V12發(fā)動機的750i時，匹配了當時最先進的4AT變速器，斗轉(zhuǎn)星移，時隔20多年之后，BMW從新7系開始逐步普及了8AT變速器，變速器的擋位數(shù)實現(xiàn)了翻倍?；叵?0多年前，匹配3AT的家轎對于普通家庭來說都是奢侈之選，而今天，寶馬已經(jīng)把8AT變速器推廣到國產(chǎn)寶馬X1上，國產(chǎn)奔馳新C級也采用了7AT，使平民也有了貴族體驗。放眼世界，通用和福特已經(jīng)簽約聯(lián)手開發(fā)10AT，再回到國內(nèi)，已經(jīng)開發(fā)出8AT的盛瑞也已經(jīng)放出豪言要推出13AT，難道步進式自動變速器的“大躍進”時代已經(jīng)來臨？那將是消費者的福音。

AT擋位和功能逐漸增多

步進式AT變速器的產(chǎn)生比手動變速器晚了19年的時間，1908年福特T型汽車最早應用了一種只有兩個速率比的AT變速器，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速和改變扭矩。福特T型車可謂改寫汽車歷史的一款車型，不但使汽車走向了普及，還使汽車更容易駕駛了。而真正意義上的AT變速器是在1940年由美國通用開發(fā)生產(chǎn)，這種AT變速器使用液力耦合器和三排行星齒輪提供四個前進擋和一個倒擋。

隨著發(fā)動機燃油噴射與點火裝置的不斷完善，AT變速器也有新的花樣，如設置了“運動模式”或“雪地行駛模式”等不同的操控方式。當按下?lián)Q擋桿附近的“S”按鍵（運動模式）后，就可以使加速時變得格外迅捷；當在冰雪路面行駛時，就可以按下印有雪花圖案的按鍵，以采用雪地駕駛模式，可避免在冰雪路面起步時打滑。更有甚者，新一代“隨機應變式”AT變速器還可以學習駕駛者的駕駛習慣，以達到更快的反應，使駕駛變得更加得心應手。

在1990年，德國保時捷公司率先在911車型上使用了Tiptronic手自一體變速器。這種變速器實際上是以AT變速器為基礎增加了手動換擋程序，結(jié)果以既保持了輕松駕駛又能保證一定的駕駛樂趣使之逐步發(fā)展成了主流，幾乎成了今天AT變速器的標配。而此時在節(jié)能減排和提高駕駛舒適性的要求下，4個前進擋的AT變速器已經(jīng)不能再滿足消費者需求。到了1989年奔馳6缸發(fā)動機車型才用上了5擋自動變速器，1995年新一代5AT才用在V12、V8發(fā)動機上。在1999年ZF公司終于推出了帶6個前進擋的6AT變速器并將其安裝在寶馬7系轎車上，隨之也引發(fā)了豪華轎車的擋位之爭，在之后的幾年里，先有奔馳在2003年推出了世界第一款7擋7G-TRONIC自動變速器，接著是雷克薩斯宣布在LS460h豪華轎車上裝備8AT變速器，使AT變速器正式進入“8”的年代。隨之寶馬也加入到“8擋”行列，奧迪也以配8AT的新A8入隊，就連推崇DSG的大眾也在混合動力途銳上采用了8擋變速器，還有克萊斯勒，一時間8AT已經(jīng)滿天飛。

步進AT變速器的工作原理

AT通常由液力變扭器、行星齒輪組、換擋執(zhí)行機構(gòu)、控制閥體和控制電腦等主要部件組成。發(fā)動機的動力通過與飛輪相連的液力變扭器將動力傳遞到變速器的輸入軸，再通過一系列的行星齒輪機構(gòu)、離合器單元、差速器將所需求的動力傳遞到車輪。

AT變速器的具體換擋又是怎樣來完成的呢？原來是由電子控制單元收集車輛行駛速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等各種信息，加以分析后再向變速器控制閥體發(fā)出指令，通過閥體單元的各種電磁閥實現(xiàn)相應部位油壓的變化以控制換擋執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)指令的實行。各控制閥不同的工作狀態(tài)將控制變速齒輪機構(gòu)中離合器的分離與結(jié)合和制動器的制動與釋放，并改變變速齒輪機構(gòu)的動力傳遞路線，實現(xiàn)變速器擋位的變換。

8AT具有更強大優(yōu)勢

想當年ZF推出的全球首款8AT對它原有的6AT進行了大量的改進，以便提升它在發(fā)動機加速過程中的燃油經(jīng)濟性和效率，并降低它的制造成本。寶馬這臺8AT科技含量更高，可以快速加速和減速，其過渡如天鵝絨般平滑，相較于雙離合變速器，這款8AT的特點是更輕的質(zhì)量、更高的效率、更低廉的成本。全新的8AT配合汽油發(fā)動機在同樣的路況條件下可以比目前6AT提高3%的燃油經(jīng)濟性，工作效率提升8%；而配合柴油發(fā)動機則燃油經(jīng)濟性提高了7%。雖然增加了2個更低的傳動比，但它的體積仍然很緊湊，因此它所占用的車內(nèi)空間與原來的6AT相當，但8AT可以傳遞出更大的扭矩。在提高經(jīng)濟性和環(huán)保性的同時，新的8AT更多的擋位、更加合理的齒比、更快的換擋時間、更平順的擋位切換和更先進的電子管理系統(tǒng)將進一步提高車輛的舒適性和運動能力，這些變化對于頂級豪華車來說至關重要。

7AT、8AT成為了新起點

2013年成都車展上，新一代E級車在華上市，其4MATIC系統(tǒng)與7G-TRONIC PLUS完美結(jié)合使駕駛者在各種路況下得到了最充分的駕馭感。2014年上市的國產(chǎn)全新C180 L同樣搭載了7G-TRONIC PLUS，7個前進擋的各擋位之間可以在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速增量下實現(xiàn)范圍較廣的傳動比，從而以輕松平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)具有快速響應性和燃油經(jīng)濟性的換擋操作。7G-TRONIC PLUS可以達到驚人的燃油效率，全新上市的C 180L的百公里油耗僅為6.1L，較前代車型大為降低。從2003年到2014年這10年間，7AT在奔馳得到了普及。

對于BMW來說，寶馬為所有2012年發(fā)布的新7系車型配備了新一代8擋自動變速器，通過智能控制技術，這款8擋變速器可以實現(xiàn)快速換擋，并且反應時間極短，還可以直接減擋。電子變速器控制器還能根據(jù)要求改變換擋特性，選擇更具運動感的模式或更舒適經(jīng)濟的模式。盡管整體速比范圍跨距較大，但8個擋位的設置使得各擋傳動比之間的距離較小，因此能夠在各種情況下確保最佳傳動比。密齒比能夠以平順、省油的低轉(zhuǎn)速方式配合精確和強勁的加速?？傊?，新款8擋自動變速器既能提供凌厲的動態(tài)加速和順暢換擋，還能讓駕駛者獲得非常經(jīng)濟的油耗。

對于北美生產(chǎn)廠家來說，在2014年初，通用發(fā)布的2015款Corvette Stingray和Corvette Z06上搭載了通用自己設計的全新8L90 8擋自動變速器。通用表示其換擋速度完全可以媲美最出色的雙離合變速器，變速器控制單元以每秒160次的速度分析并執(zhí)行換擋指令。全油門時，比保時捷911上的雙離合變速器的升擋速度要快8/100s。比起上一代的6AT來雖然齒輪更小了，可傳遞的扭矩和效率都更高了，通過方向盤上的手動換擋撥片帶來了完全手動控制的駕駛快感。采用了4組齒輪和5套離合器，緊湊的結(jié)構(gòu)使其在體積上只相當于上代6AT。更多鋁制材料的應用使其重量比6AT還要輕了4kg。降低摩擦設計使其比前一代6AT的效率提升了5%。全新高性能8擋自動變速器也使科爾維特車型的卓越性能拉升到了全新的高度。

奔馳9AT走上前臺

2014年3月，梅賽德斯一奔馳宣布了E 350BlueTEC將匹配全新一代9G-TRONIC 9擋變速器，并在2014年4月，舉行了一個小型的慶祝會，以慶祝9G-TRONIC 9擋自動變速器的誕生。這是汽車界的第一款9擋步進式變速器，使E 350 BlueTEC成為同級別6缸柴油發(fā)動機車輛中燃油效率最高的車型，在歐洲NEDC循環(huán)下，185kW柴油發(fā)動機每100km油耗只有5.3L。而這款9AT帶來的駕駛平順性是超出想象的，其中噪聲要下降4dB。從1擋到9擋的傳動比變化范圍達到了9.15，可以使發(fā)動機的工作轉(zhuǎn)速降到更低，使能力效率更高，駕駛更舒適。在手動模式和運動S模式下，帶來了更顯著的駕駛激情。如掛9擋在120km/h行駛時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速只有1350rpm。盡管增加了兩套齒輪，且最大傳遞扭矩可以達到1000Nm，可變速器體積并沒有增加，重量反而比7G-TRONIC還要輕。在結(jié)構(gòu)上也采取了最簡化，只有4組行星齒輪和6組換擋單元。3個轉(zhuǎn)速傳感器在監(jiān)視著變速器的運轉(zhuǎn)以提升變速器效率。

為了適應新能源車型的發(fā)展，變速器配備了兩個油泵，一個很小的機械式高效葉輪主油泵，就在主軸附近，并采取鏈條驅(qū)動，還有一個電子輔助油泵，使這款9AT也適合于起/停系統(tǒng)和滑行功能。當?shù)燃t燈，發(fā)動機停止時電子油泵就會啟動，以保證變速器內(nèi)的基本油壓和必要的潤滑。當變速器溫度過高時電子油泵也會啟動以增加降溫效果。相比于上一代始于2003年的7G-TRONIC的變扭器效率只有85%，9AT高效的變扭器效率達到了92%，對提升效率起了很大幫助。第二代低阻力潤滑油的采用使這款9AT即使是在北極圈內(nèi)也可順利啟動工作。高效油泵和低阻潤滑油大大提升了效率。扭振阻尼器和變扭器鎖止離合器提升了舒適性。電磁閥直接驅(qū)動液壓換擋，速度更快、效率更高，奔馳強調(diào)9G-TRONIC的換擋速度完全可以與DCT雙離合變速器匹敵。在這款堪稱完美的9G-TRONIC變速器身后也蘊藏著舍弗勒工程師們的汗水，變速器中的液力變扭器減振器和軸承都是舍弗勒的杰作。

在2015年6月，這款9G-TRONIC 9擋自動變速器首先安裝在了針對BMW X6的GLE跨界跑車上，190kW柴油發(fā)動機（GLE 350d 4MATIC）和245kW汽油發(fā)動機（GLE 4004MATIC）與9G-TRONIC相配合帶來了更靈敏的響應。這款9G-TRONIC 9擋自動變速器還適合于后輪驅(qū)動和四輪驅(qū)動的混合動力、插電混合動力系統(tǒng)，必將成為今后幾年奔馳的主力。近兩年除了奔馳外，變速器主機廠ZF推出的9AT變速器也已經(jīng)應用在攬勝極光和JEEP自由光上。

通用與福特聯(lián)手打造10AT

早在2013年，通用和福特簽署協(xié)議，將聯(lián)合開發(fā)新系列節(jié)油傳動系統(tǒng)，包括9擋和10擋自動變速器，提高旗下車型的燃油經(jīng)濟性和動力性能。在協(xié)議下，通用和福特將共同研發(fā)新一代先進技術9擋和10擋自動變速器。根據(jù)福特和通用的產(chǎn)能預測，到2018年通用和福特合作開發(fā)的9擋與10擋變速器將各自達到100萬臺的年產(chǎn)銷量。在2013年底通用汽車宣布向美國五家工廠投資近13億美元，其中部分資金為投產(chǎn)全新10擋自動變速器準備。在2015年，福特向世人宣布申請了11AT變速器的專利，眼看變速器的競爭已經(jīng)進入白熱化。

面對未來的AT

在2012年底中國上市的第二代BMW高效混合動力7系（ActiveHybrid7）以雙渦管單渦輪增壓直列6缸汽油發(fā)動機加40kW同步電機，配8擋Steptronic自動變速器形成了高效動力系統(tǒng)。混合動力7系提供了出色的動態(tài)特性，并且出色地平衡了高性能和低油耗。電動機通過助力功能為6缸發(fā)動機額外提供210Nm的扭矩，使其從靜止加速到100km/h僅需5.7s。在2014年，BMW又推出了插電混合動力版X5，在2015年上海國際車展上這款BMW X5 xDrive 40e也來到了國內(nèi)消費者面前。像混合動力7系一樣，同步電機集成于8擋自動變速器中。插電混動X5的0～100km/h加速時間僅為6.8s，其最高時速由電子限速限制在210km/h，而在純電動模式下，車輛的最高時速為120km/h，可行駛31km。

在2010年奔馳開發(fā)的第六代變速器7G-TRONIC PLUS在2013年被安裝在了E300 BlueTEC HYBRID上，20kW電機被安裝在變扭器殼內(nèi)開啟了傳統(tǒng)變速器的新能源之旅。在2015年上海車展上我們也看到了奔馳展出的S500eL插電式混合動力轎車，以6缸汽油發(fā)動機（245kW/480Nm）匹配傳統(tǒng)7G-TRONIC PLUS變速器，85kW/340Nm電機協(xié)助發(fā)力，使系統(tǒng)扭矩達到650Nm，從靜止加速到100km/h只用時5.2s。在電機的轉(zhuǎn)子中心裝有一個濕式離合器，在純電動行駛或剎車狀態(tài)下，濕式離合器能切斷汽油發(fā)動機和傳動系統(tǒng)之間的拖拽效應。在純電動行駛模式和高速公路滑行時，離合器的切斷是很有必要的，在這種情況下，車輛幾乎沒有傳動系統(tǒng)阻力，只有電動機偶爾短促的推動作用。電機內(nèi)部還包含一個線控停車鎖和一個電子輔助油泵，電子輔助油泵在起/停模式下和電動運行狀態(tài)下為變速器提供油壓。

在2015年，伴隨著新一代奧迪Q7的面世，Q7 e-tron quattro也走上了市場，它是奧迪第一款帶quattro四驅(qū)系統(tǒng)柴油發(fā)動機的插電式混合動力SUV，3.0L TDI柴油發(fā)動機在8擋Tiptronic和電機的配合下，也就是說275kW和700Nm扭矩的系統(tǒng)輸出在8AT配合下，在6s內(nèi)完成0～100km/h的沖刺，最高車速達到225km/h。當電池充滿電后可以純電動行駛56km。純電動行駛時，從靜止加速到60km/h用時6.1s。對于大馬力豪華轎車來說，發(fā)展混合動力系統(tǒng)依然需要大馬力變速器的配合，于是步進式自動變速器同樣在混合動力車型中扮演著重要角色。

2014年中國的盛瑞公司宣布了在盛瑞8AT的技術基礎上將開發(fā)橫置布局的13AT計劃，讓人們深深感到步進式自動變速器的“大躍進”時代已經(jīng)來臨。