液力自動變速器的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李增輝 田華 劉富慶

摘 要：自動變速器是現(xiàn)代汽車的重要總成之一。本文首先介紹了自動變速器的類型，并根據(jù)中國輕型車變速器的市場份額預測，指出了液力自動變速器依舊占據(jù)市場主導地位的觀點。其次總結了國外主流供應商的技術現(xiàn)狀及其搭載車型情況，介紹了國內(nèi)液力自動變速器的研發(fā)、技術引進、產(chǎn)業(yè)化情況。最后重點探討了液力自動變速器的發(fā)展趨勢，指出了其將向多檔化、輕量化、模塊化等方向發(fā)展。

關鍵詞：液力自動變速器；多擋化；輕量化；模塊化

1 前言

變速器是汽車動力傳動系統(tǒng)的重要部件，變速器的性能對整車的動力性、經(jīng)濟性、舒適性等有著重要的影響 [1]。目前，市場上主要有以下四類自動變速器：傳統(tǒng)的液力自動變速器（ Hydraulic Automatic Transmission， AT）、電控機械式自動變速器（ Automatic Mechanical Transmission，AMT）、無級自動變速器（ Continuously Variable Transmission， CVT）和雙離合器自動變速器（ Dual Clutch Transmission，DCT）[2]。

在國內(nèi)， AMT目前只應用于一些銷量不高的低端車型，發(fā)展前景并不樂觀，因此市場上呈現(xiàn) AT、DCT和 CVT三分天下的局面。從圖 1中國輕型車變速器市場份額預測 [3]來看，DCT和 CVT將得到快速發(fā)展，而 AT具備技術成熟和成本低廉的優(yōu)勢，其在未來很長時間里都將是自動擋車型的主流技術，因此，本文主要圍繞 AT的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢展開討論。

2 AT技術現(xiàn)狀

液力自動變速器是由液力傳動系統(tǒng)、機械式齒輪變速系統(tǒng)、液壓操縱系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來進行變速變矩。

AT歷經(jīng) 70多年的發(fā)展，目前在自動變速器領域占據(jù)主導地位，尤其是在美國、日本和歐洲等汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)有著很高的市場占有率 [2]。

2.1 國外供應商現(xiàn)狀

2006年，日本愛信（ AISIN-AW）率先推出了 8速 AT，并應用于雷克薩斯 LS460，從而使其成為世界上第一款搭載 8AT的車型。 2008年，德國采埃孚（ ZF）開始投產(chǎn) 8HP系列 8速 AT，并于次年開始陸續(xù)為 BMW的大部分車型配套。 2011年，韓國現(xiàn)代旗下派沃泰（PowerTech）公司研發(fā)的 8速 AT也獲得成功 [4]。這三家供應商的 8AT在整車布置上均為縱置后驅型，多用于匹配大馬力發(fā)動機的豪華車型，應用范圍有限。

2012年，基于對變速器市場的分析， ZF發(fā)布全新的橫置 9HP系列 9速 AT，與 8HP系列不同的是，該變速器能兼顧不同檔次和定位的汽車產(chǎn)品，應用范圍更廣。 2014年 7月，愛信 AW的前置前驅 8速 AT裝備在沃爾沃 XC60車型上入市。橫置 8AT、9AT的推出，進一步拓展了多檔位 AT在轎車市場的應用，并有望得到更大規(guī)模的普及。

2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

在國內(nèi)，近些年各汽車公司在自主研發(fā)的同時，也在努力尋求和國外的技術合作。 2009年年初，吉利收購了澳大利亞 DSI自動變速器公司，使其具備了 6速及以上 AT的研發(fā)和生產(chǎn)技術。同年 6月，哈爾濱東安動力引進日本三菱 4AT和 5AT技術，產(chǎn)品投產(chǎn)后主要配套自主品牌汽車及三菱系列車型。 2009年，華泰汽車引進了德國 ZF的 4AT及 6AT自動變速器技術。

此外，盛瑞傳動在 2007 年引進了擁有完全自主知識產(chǎn)權、達到國際一流水平的乘用車 8AT項目，并于 2010年底成功試制 B1樣機 [5]，如圖 2所示。

盛瑞 8AT經(jīng)過幾年的概念設計、工程化實施、樣機試制改進以及整車搭載試驗，目前已具備 10萬套自動化裝配生產(chǎn)能力。配備該變速器的自主品牌汽車陸風 X5于 2014年 8月上市，具有里程碑意義的國產(chǎn) 8AT將面臨市場和用戶的進一步考驗。

3 AT發(fā)展趨勢

3.1 高速比多檔化

從技術層面講， AT多檔化可以提高從低檔速比到高檔速比的范圍，增大低檔速比可以提高車輛的起動性能，中間檔速比范圍變細可以改善換檔平順性，高檔速比變小可以降低車輛的噪聲及油耗 [6]。檔位數(shù)目的提高使傳動系統(tǒng)更加接近于無級傳動，從而使發(fā)動機在各種工況下均可處于最佳工作區(qū)域，給整車帶來了更好的動力性和經(jīng)濟性。

從市場層面來看，ZF的 9速 AT已經(jīng)搭載到陸虎極光及 Jeep自由光上上市。奔馳宣布，其自主開發(fā)的 9G-TRONIC將逐步取代目前的 7速 AT。而《美國汽車新聞》于 2012年年底報道，美國兩大巨頭通用汽車和福特汽車將展開合作，共同研發(fā) 9速和 10速自動變速器，用于推動改善旗下車型的燃油經(jīng)濟性 [7]。

由此看來，高速比、多檔位將是 AT近期發(fā)展的趨勢之一，匹配更多檔位的車型將陸續(xù)進入市場。

3.2 結構緊湊輕量化

AT小型輕量化不但可以降低油耗，還可擴大其裝車范圍 [6]，提高平臺使用率，降低整車成本。為了實現(xiàn)這一目的， AT供應商正從以下幾方面著手：

設計過程方面，通過線性和非線性的有限元分析，并與零部件疲勞壽命試驗有效結合，使殼體厚度和部件的徑向尺寸設計和構成更加合理和緊湊 [8]。

材料應用方面，高強度鋁鎂合金被越來越多的應用在殼體、離合器支架、行星輪支架等零部件上 [6，8]，進一步降低總成重量。

控制系統(tǒng)方面，將 AT的電控單元（ TCU）、液壓系統(tǒng)的電磁閥以及諸多傳感器等集成到一起，布置在變速器內(nèi)部。既節(jié)省了發(fā)動機艙安裝空間，又避免了機艙內(nèi)線束間信號的干擾。這種機電一體化的設計，正在被越來越多的供應商所采用。

3.3 傳動系統(tǒng)高效化

AT供應商為滿足整車廠日益嚴苛的油耗要求，除提供更高的檔位以外，還采取了以下技術和控制方法，如：

設計中盡可能減少換擋操縱元件，降低變速器內(nèi)部牽引損失，提高傳動效率。

液力變矩器中采用優(yōu)化設計的扭轉減震系統(tǒng)，配合先進的控制策略和標定技術，可以使車輛在更低檔位、更低車速范圍內(nèi)鎖止離合器，既提高了傳動效率，又滿足了整車駕駛性和 NVH的要求。

為實現(xiàn)發(fā)動機 Start-Stop功能，在 AT上設計成本低廉、安裝簡單的蓄能器，淘汰傳統(tǒng)的高功率油泵或電動液壓泵，進一步提升了傳動效率。

3.4 機械部件電子化

電子化是汽車發(fā)展的趨勢，也是自動變速器的發(fā)展必然，越來越多的機械部件逐漸被電子元件取代。典型代表是電子換擋桿，也就是通常說的線控換擋（ shift-by-wire）技術 [9]，它可以減少換擋操縱系統(tǒng)零部件數(shù)量，防止駕駛員誤操作，提高換擋速度等。如今，越來越多的車型都開始應用這一技術。

3.5 總成模塊化通用化

除了降低油耗和改善性能之外， AT供應商們更深遠的目標是實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的模塊化和通用性，從而可以用現(xiàn)有的和未來的技術來滿足各種各樣的需求，而不需要改變車內(nèi)的安裝空間和其他模塊，這種理念將是一個重要的發(fā)展趨勢。

今后的自動變速器可以與混合動力系統(tǒng)完美匹配。目前，業(yè)內(nèi)已經(jīng)推出把電機集成到變速器中的相關技術，從而實現(xiàn)相對低成本的輕度混合動力車。而 ZF公司為應用于強混電動汽車而設計的 8速自動變速器，已將電機、離合器、扭轉減振器和液壓系統(tǒng)集成在一個模塊包內(nèi)，既節(jié)約了空間又提高了效率。

4 結束語

為了滿足消費者對汽車性能需求的提高，世界各汽車廠家對于自動變速器的投入將不斷加大。雖然有咨詢機構預測， DCT和 CVT的市場份額會持續(xù)增加，但筆者認為，在未來的很長一段時間內(nèi)， AT變速器依然將呈現(xiàn)出穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢，各種新的傳動方式和控制技術將會不斷地出現(xiàn)，使其綜合性能不斷提高，從而進一步穩(wěn)固 AT車型的市場份額。

參考文獻：

[1]吳光強，孫賢安 . 汽車自動變速器發(fā)展綜述 [J]. 同濟大學學報，2010，（10）： 1478～1483.

[2]趙強，謝峰，余天明 .汽車自動變速器的發(fā)展現(xiàn)狀及其技術趨勢 [J].機械 . 2010，12（31）： 1～5 .

[3] Ian Riches. 中國變速器市場預測 [J]. 汽車與配件，2010，40（10）： 12～13.

[4]唐朝 . 后來者居上主流 8速自動變速箱盤點 [OL].[2012-11-19]. http：//www. autohome.com.cn/tech/201211/42344 5.html

[5]唐朝 .三國四地合力完成揭秘盛瑞 8AT開發(fā)歷程 [OL].[2013-08-23]. http：//www. autohome.com.cn/tech/201308/6 00530.html

[6]李向聰，李戎 .自動變速器技術發(fā)展與市場分析（二）[J]. 汽車與配件，2011，31（8）： 20～21.