自動(dòng)變速器現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析

王樂，孫煒，高佩

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

自動(dòng)變速器現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析

王樂，孫煒，高佩

（西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，陜西 西安 710119）

汽車自動(dòng)變速器逐漸受到用戶的青睞，各汽車生產(chǎn)廠商也紛紛投入大量精力與財(cái)力研制自動(dòng)變速器。汽車匹配自動(dòng)變速器的比率正在逐年增加，文章對目前市場上幾種自動(dòng)變速器分別做介紹，并簡單分析其發(fā)展前景。

自動(dòng)變速器；舒適性；燃油經(jīng)濟(jì)性；發(fā)展前景

CLC NO.:U463.2Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)11-04-04

引言

自動(dòng)變速器在汽車行駛過程中，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和整車工況的變化自動(dòng)變換傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比，使汽車獲得良好的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染，顯著提高車輛行駛的安全性、乘坐舒適性和操作輕便性。與傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器相比，自動(dòng)變速器具有操作容易、駕駛舒適、能減少駕駛者疲勞的優(yōu)點(diǎn)，得到廣大消費(fèi)者的喜愛，尤其是工作強(qiáng)度較大的卡車及客車用戶。

1、常用四種自動(dòng)變速器簡介

常見的自動(dòng)變速器根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，可以分為電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)、液力自動(dòng)變速器(AT)、無級自動(dòng)變速器（CVT）、雙離合器自動(dòng)變速器（DCT），由于工作方式的差異，各種變速器有其獨(dú)特的性能。例如，AMT結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但是舒適性較差；CVT的舒適性好，但是可靠性卻低于AMT；AT舒適性好，可靠性高，但成本較高。以下分別對此四種自動(dòng)變速器做詳細(xì)的介紹。

1.1 AMT變速器

AMT全稱為Automated Mechanical Transmission，即電控機(jī)械式自動(dòng)變速器。它是在傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)械變速器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用微電子駕駛和控制理論，以電子控制單元（ECU）為核心，通過電動(dòng)、液壓或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對選換擋機(jī)構(gòu)、離合器進(jìn)行操縱，來實(shí)現(xiàn)起步和換檔的自動(dòng)操作。

AMT保留原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易制造的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還有生產(chǎn)繼承性好，改造的投入費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，更易被生產(chǎn)廠家接受等。AMT是硬連接傳動(dòng)，因此傳動(dòng)效率高，經(jīng)濟(jì)性好，動(dòng)力損失小，特別適合經(jīng)

濟(jì)型轎車和小排量轎車的使用。

AMT的缺點(diǎn)主要是平順性差，換檔過程中動(dòng)力中斷，起步和換檔不夠平穩(wěn)，沖擊較大。同時(shí)機(jī)械傳動(dòng)很難阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩不均勻引起的振動(dòng)，使得AMT車內(nèi)振動(dòng)和噪音較大，乘坐舒適性差。

AMT主要應(yīng)用于小型車及部分高性能跑車，此外在卡車及客車等商用車上也有使用。轎車方面，意大利的AMT供應(yīng)商涅利·馬瑞利的產(chǎn)品較為優(yōu)越，圖1就是涅利·馬瑞利的一款A(yù)MT變速器。商用車方面，美國伊頓公司和德國采埃孚公司的產(chǎn)品使用較多。

1.2 AT變速器

AT的全稱為Automatic Transmission， 即自動(dòng)變速器，實(shí)際上是液力自動(dòng)變速器。主要由液力變矩器、行星齒輪變速系統(tǒng)、液壓操作系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)四部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)液力變矩器傳遞到行星齒輪變速系統(tǒng)輸出，通過液壓操作系統(tǒng)及電子控制系統(tǒng)控制換擋離合器的結(jié)合與分離進(jìn)行擋位選擇。在變速器中，液力變矩器起到無級變速和動(dòng)力緩沖的作用。汽車起步時(shí)，汽車需要高扭矩，此時(shí)液力變矩器就可以利用液力傳遞扭矩，實(shí)現(xiàn)減速增扭；當(dāng)車速較高，路況較好時(shí)，電子控制單元控制液力變矩器閉鎖，實(shí)現(xiàn)液力變矩器的剛性扭矩傳遞，減少能量損失。[1]

AT變速器的優(yōu)點(diǎn)是，它的行星齒輪組強(qiáng)度可以設(shè)計(jì)的非常高，可以承受很大的扭矩，轎車中扭矩可以達(dá)到400N·m以上，在商用車中，AT的傳遞扭矩可以達(dá)到3000N·m，甚至更高。所以AT變速器適應(yīng)性好。作為目前最成熟有效的電控自動(dòng)變速器，AT變速器傳動(dòng)平穩(wěn)，舒適性高，具有較高的客戶滿意度。因?yàn)橛幸毫ψ兙仄鞯淖饔茫梢苑乐箓鲃?dòng)系過載，能有效的衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，延長發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)的壽命。

AT變速器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，生產(chǎn)成本高，維修困難。因?yàn)橛幸毫鲃?dòng)系統(tǒng)，所以傳遞效率略低。

AT變速器是最常見的自動(dòng)變速器，誕生時(shí)間也很長，一般有4AT、5AT、6AT、8AT，分別表示前進(jìn)最高擋位為4、5、6、8，擋位越多，舒適性就越好，經(jīng)濟(jì)性也越好，同時(shí)成本也越高。其中8AT主要生產(chǎn)廠家有德國采埃孚集團(tuán)、日本愛信公司、國內(nèi)的盛瑞公司。圖2所示為德國采埃孚集團(tuán)最新的的9AT產(chǎn)品。

1.3 CVT變速器

CVT的全稱是Continuously Variable Transmission，即無級變速器。CVT沒有明確具體的擋位，傳動(dòng)比從最低到最高連續(xù)變化，因此動(dòng)力傳輸持續(xù)而順暢。CVT主要由電子控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、液力變矩器、主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組和金屬帶構(gòu)成。主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組分別有壓盤壓緊鋼帶，扭矩的傳遞就是靠壓盤與鋼帶之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)。壓盤由液壓控制，通過壓盤的移動(dòng)，控制主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，從而改變整體的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)無級變速。[2]

CVT具有無級變速的特點(diǎn)，在任何條件下都提供了使發(fā)動(dòng)機(jī)在最經(jīng)濟(jì)工況下工作的可能性。通過發(fā)動(dòng)機(jī)的最小燃油消耗特性來優(yōu)化CVT的調(diào)速特性可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與變速器速比的良好匹配，使之始終處于高效率區(qū)，具有更高的燃油經(jīng)濟(jì)性、更高的加速性能以及更低的排放。CVT可以連續(xù)平滑的變速，舒適性最好。CVT主要的變速機(jī)構(gòu)是兩對錐盤，省去了大量的軸和齒輪，使得它的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。[3]

由于CVT的傳遞扭矩主要依靠鋼帶與錐盤的摩擦，并且變速器存在液壓系統(tǒng)，因此造成了能量損失，使它的傳遞效率較低。另外，鋼帶與錐盤的摩擦力扭矩傳遞也存在瓶頸，目前CVT能夠傳遞的最大扭矩大約為400N·m。鋼帶的工藝水平要求很高，目前全球的的CVT鋼帶幾乎被博世公司壟斷。

早在20世紀(jì)70年代中后期，荷蘭的VDT公司就成功的研制了CVT變速器，進(jìn)入90年代，CVT得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在日本，加特可（JATCO）的CVT得到了廣泛的應(yīng)用，日產(chǎn)、三菱、豐田等公司都將CVT應(yīng)用于各自的汽車上，圖3就是在車展上展出的日本CVT。在2012年4月17日，

國內(nèi)的奇瑞汽車首款自主研發(fā)的CVT在蕪湖成功下線，目前奇瑞公司的A3、瑞虎、艾瑞澤7等主力車型上均搭載有擁有高技術(shù)含量的CVT變速器。

1.4 DCT變速器

DCT的全稱是Dual Clutch Transmission，即雙離合器自動(dòng)變速器。大眾公司將其稱為DSG，其實(shí)是同一種變速器。DCT主要由電控系統(tǒng)，雙離合系統(tǒng)，兩套齒輪傳動(dòng)系，以及換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。DCT工作時(shí)，雙離合系統(tǒng)中一套離合器及齒輪傳動(dòng)系以某個(gè)擋位運(yùn)行，同時(shí)電控系統(tǒng)根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)將另一套離合器及齒輪傳動(dòng)系預(yù)先掛入下一檔位，當(dāng)滿足換擋條件時(shí)將正在工作的離合器分離，同時(shí)將另一套離合器結(jié)合，車輛進(jìn)入下一檔位工作。在換擋過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力不中斷地傳遞到車輪。

DCT的優(yōu)點(diǎn)是傳遞效率高，因?yàn)樗坑升X輪連接傳遞扭矩；換擋速度快，可以超越目前任何一種自動(dòng)變速器和任何一位賽車手的換擋速度；換擋時(shí)動(dòng)力不中斷，減少了能量損失。

DCT的缺點(diǎn)是由于沒有液力變矩器，又不能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)變速器“半聯(lián)動(dòng)”的動(dòng)作，對于小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，低轉(zhuǎn)速下的扭矩不足的特性就會(huì)被完全暴露出來。此外由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，DCT的成本也較高。

DCT變速器屬于新型的變速器，應(yīng)用的時(shí)間較短，2003年首次在高爾夫轎車上使用。DCT模塊目前主要由博格華納和舍弗勒的LUK公司生產(chǎn)。隨著市場的開拓，目前DCT的應(yīng)用率正在逐年增加。大眾的大部分車型都已經(jīng)搭載了DCT，奧迪、沃爾沃、吉利、比亞迪等都推出了DCT車型。圖4為大眾的DSG。

2、自動(dòng)變速器的前景分析

迄今為止，對自動(dòng)變速器的研究已有70 多年的歷史。變速器的任務(wù)就是傳遞動(dòng)力，并在傳遞過程中改變傳動(dòng)比以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳特性，同時(shí)通過變速來適應(yīng)不同路面條件的駕駛要求。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)控制功能的進(jìn)一步增強(qiáng)，各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的逐步改善。用戶對汽車操縱性能、舒適性、安全性能等方面的要求也越來越高，促進(jìn)其向以下幾個(gè)方向發(fā)展。

2.1 提高換檔品質(zhì)

提高換檔品質(zhì)，需要對整車匹配及換擋控制策略做到最優(yōu)化。以車速，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩，油門開度為基本控制參數(shù)，以操縱意愿、燃油消耗等因素作為確定換擋規(guī)律的輔助條件，采用魯棒控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等智能控制技術(shù)，合理的調(diào)整各換擋執(zhí)行器的工作，保證在換擋過程中，改善過渡過程的平穩(wěn)性并減小結(jié)合元件熱負(fù)荷；另外優(yōu)化液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高換擋執(zhí)行器響應(yīng)精度，改進(jìn)摩擦材料也有助于提高換擋品質(zhì)，提升舒適性；終極目標(biāo)是在各種工況下，均實(shí)現(xiàn)換擋平滑，無沖擊。

2.2 提高傳動(dòng)效率

在扭矩和速度傳遞過程中，減少損耗，實(shí)現(xiàn)100%傳遞是理想目標(biāo)，特別是在CVT中，由于采用帶傳動(dòng)，減少摩擦損失，避免傳動(dòng)過程中出現(xiàn)打滑是提高效率的主要方法；在裝有液力變矩器的自動(dòng)變速器上安裝鎖止離合器也是提高效率的一種方法，通過鎖止離合器的接合，形成剛性連接，減少動(dòng)力損失，另外優(yōu)化液力變矩器葉片結(jié)構(gòu)，可減小變矩器變矩工況功率損失，提高傳動(dòng)效率。

2.3 提高檔位數(shù)

目前只有CVT具有無級變速能力，可以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)及整車的要求，調(diào)整至最合適的傳動(dòng)比，但受限于CVT的傳遞扭矩小的缺點(diǎn)。為提高動(dòng)力輸出平順性及燃油經(jīng)濟(jì)性，AT，DCT，AMT等變速器通過提供更高的檔位數(shù)，減小檔位傳動(dòng)比的變化來實(shí)現(xiàn)。采埃孚，愛信，艾里遜等主流AT生產(chǎn)廠商已經(jīng)有或正在開發(fā)9檔和10檔的產(chǎn)品；大眾集團(tuán)也已經(jīng)開始了新一代10速DCT的研發(fā)工作；通用，福特及現(xiàn)代等廠家也已經(jīng)啟動(dòng)10速自動(dòng)變速器的開發(fā)計(jì)劃。

2.4 智能化

電子信息技術(shù)的發(fā)展給自動(dòng)變速器增加了一股新的力量，智能控制能夠根據(jù)路況，車速，油門開度，扭矩等，正確地選擇換擋時(shí)刻，也能夠在換擋過程中對惡化的參數(shù)進(jìn)行修正，同時(shí)也具備在線診斷系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別故障，并對故障進(jìn)行分級，有效處理故障，對整車或者動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，也可以將車輛運(yùn)行中的故障記錄下來便于以后維修?，F(xiàn)代電子智能型控制自動(dòng)變速器的主要特點(diǎn)是一機(jī)多參數(shù)、在線的自適應(yīng)控制。多參數(shù)指輸入嵌入式系統(tǒng)的控制參數(shù)多元化，在線自適應(yīng)指嵌入式系統(tǒng)控制時(shí)能夠自動(dòng)識(shí)別路況，并考慮駕駛員的意向自動(dòng)不間斷地調(diào)節(jié)換擋規(guī)律，更改換檔點(diǎn)。目前智能控制在自動(dòng)變速器上的發(fā)展趨勢是，盡可能減少人為控制，讓自動(dòng)變速器自己識(shí)別路況，

車速，扭矩等信息，綜合計(jì)算出最佳換檔點(diǎn)，進(jìn)行不間斷換檔，目標(biāo)是消耗最少量的燃油或者電能，達(dá)到最強(qiáng)勁的動(dòng)力性能。[4]

2.5 工作介質(zhì)提升

自動(dòng)變速器油（Automatic Transmission Fluid）簡稱ATF，是指專用于自動(dòng)變速器的油液。目前絕大多數(shù)自動(dòng)變速器中都是使用變速器專用油作為工作介質(zhì)，主要用作潤滑、冷卻和液壓傳動(dòng)。不同自動(dòng)變速器對于油液有不同的性能要求，主要有抗氧化性，防腐防銹性，抗泡沫性，抗磨性，剪切穩(wěn)定性，低膨脹系數(shù)，高粘溫性等。目前，殼牌，嘉實(shí)多，美孚等石化公司都在研發(fā)性能更優(yōu)換油周期更長的新型ATF油液，但使用成本都較高；未來可行的解決方案是使用水基質(zhì)，通過添加防銹劑，潤滑劑，抗氧化劑等取代ATF油，可以降低使用成本，并且減少石化原料的使用，更加安全環(huán)保。

2.6 集成混合動(dòng)力系統(tǒng)

由于消費(fèi)者對于車輛燃油經(jīng)濟(jì)性及排放的要求越來越高，混合動(dòng)力技術(shù)的應(yīng)用也越來越多，作為輕度混合動(dòng)力解決方案之一，越來越多的廠家考慮將電機(jī)集成于變速器，以替代原有變矩器及離合器，通過電機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)整車也可以回收制動(dòng)能量。集成電機(jī)控制的自動(dòng)變速技術(shù)也已經(jīng)成為整車變速控制系統(tǒng)的前瞻性技術(shù)之一。

2.7 總成輕量化

總成的輕量化，可以極大地改善整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。得益于現(xiàn)代分析設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，通過計(jì)算分析，可以減少冗余部分，使變速器零件的設(shè)計(jì)更加合理，結(jié)構(gòu)更加簡單實(shí)用。另外，新型復(fù)合材料的開發(fā)和使用也將大大減輕變速器重量。

2.8 基礎(chǔ)工藝水平提升

隨著工藝水平的不斷進(jìn)步，不但變速器殼體的加工水平會(huì)有大幅提升，表面抗氧化，耐腐蝕等能力，也會(huì)有質(zhì)的飛越，比如DACROMET技術(shù)的使用，使得自動(dòng)變速器具有更加優(yōu)異的防腐性能；在變速器控制器的加工工藝上看，控制器PCB板的工藝水平的不斷進(jìn)步，使得控制器向體積小，重量輕，功能強(qiáng)方向發(fā)展。

3、結(jié)論

汽車自動(dòng)變速器技術(shù)正突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無論是AT，AMT，CVT還是DCT匹配自動(dòng)變速器已是大勢所趨。各汽車廠商紛紛投入精力與財(cái)力開發(fā)自動(dòng)變速器，用戶對變速器的要求也越來越高。作為汽車四大核心技術(shù)之一，自主品牌的自動(dòng)變速器能否為更多中國用戶所使用，還需要中國本土企業(yè)和技術(shù)人員繼續(xù)努力，攻克自動(dòng)變速器的關(guān)鍵技術(shù)。相信不久，在汽車界精英的努力下，國內(nèi)的自動(dòng)變速器技術(shù)能夠達(dá)到國際先進(jìn)水平，為更多國人所使用。

[1] 陳家瑞 汽車構(gòu)造 吉林 人民交通出版社 2006年.

[2] 程乃士 汽車金屬帶式無級變速器-結(jié)構(gòu)與工作原理 重慶 機(jī)械工業(yè)出版社 2007年.

[3] 余志生 汽車?yán)碚?清華大學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 2009年.

[4] 曹東冬 電控電執(zhí)行器自動(dòng)變速器電執(zhí)行元件可行性研究 河南科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 2010年.

Analyze Present Situation and Development Prospect of Automatic Transmission

Wang Le, Sun Wei, Gao Pei
（Xi’an FC intelligence transmission Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710119）

Automatic transmission increasingly favored by the users, various car manufacture have invested a lot of efforts and money to develop an automatic transmission，Car matching automatic transmission rate is increasing year by year. This paper, several automatic transmissions are introduced，also analyzed the development prospect of automatic transmissions.

Automatic transmission；Comfortable；Fuel economy；Development Prospect

U463.2

B

1671-7988(2014)11-04-04

王樂，就職于西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，主要從事汽車自動(dòng)變速器研發(fā)及應(yīng)用工作。