王樂，孫煒，高佩

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

自動變速器現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析

王樂，孫煒，高佩

（西安雙特智能傳動有限公司，陜西 西安 710119）

汽車自動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力研制自動變速器。汽車匹配自動變速器的比率正在逐年增加，文章對目前市場上幾種自動變速器分別做介紹，并簡單分析其發(fā)展前景。

自動變速器；舒適性；燃油經(jīng)濟性；發(fā)展前景

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

引言

自動變速器在汽車行駛過程中，可以根據(jù)發(fā)動機負荷和整車工況的變化自動變換傳動系統(tǒng)的傳動比，使汽車獲得良好的動力性和燃油經(jīng)濟性，同時有效減少發(fā)動機排放污染，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)的手動變速器相比，自動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，得到廣大消費者的喜愛，尤其是工作強度較大的卡車及客車用戶。

1、常用四種自動變速器簡介

常見的自動變速器根據(jù)結構和工作原理的不同，可以分為電控機械式自動變速器(AMT)、液力自動變速器(AT)、無級自動變速器（CVT）、雙離合器自動變速器（DCT），由于工作方式的差異，各種變速器有其獨特的性能。例如，AMT結構簡單，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變速器做詳細的介紹。

1.1 AMT變速器

AMT全稱為Automated Mechanical Transmission，即電控機械式自動變速器。它是在傳統(tǒng)的手動機械變速器的基礎上，應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、液壓或氣動執(zhí)行機構對選換擋機構、離合器進行操縱，來實現(xiàn)起步和換檔的自動操作。

AMT保留原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造的優(yōu)點。同時還有生產(chǎn)繼承性好，改造的投入費用少等優(yōu)點，更易被生產(chǎn)廠家接受等。AMT是硬連接傳動，因此傳動效率高，經(jīng)濟性好，動力損失小，特別適合經(jīng)

濟型轎車和小排量轎車的使用。

AMT的缺點主要是平順性差，換檔過程中動力中斷，起步和換檔不夠平穩(wěn)，沖擊較大。同時機械傳動很難阻隔發(fā)動機扭矩不均勻引起的振動，使得AMT車內振動和噪音較大，乘坐舒適性差。

AMT主要應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AMT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， 即自動變速器，實際上是液力自動變速器。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)動機的動力經(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合與分離進行擋位選擇。在變速器中，液力變矩器起到無級變速和動力緩沖的作用。汽車起步時，汽車需要高扭矩，此時液力變矩器就可以利用液力傳遞扭矩，實現(xiàn)減速增扭；當車速較高，路況較好時，電子控制單元控制液力變矩器閉鎖，實現(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)點是，它的行星齒輪組強度可以設計的非常高，可以承受很大的扭矩，轎車中扭矩可以達到400N·m以上，在商用車中，AT的傳遞扭矩可以達到3000N·m，甚至更高。所以AT變速器適應性好。作為目前最成熟有效的電控自動變速器，AT變速器傳動平穩(wěn)，舒適性高，具有較高的客戶滿意度。因為有液力變矩器的作用，它可以防止傳動系過載，能有效的衰減傳動系的扭轉振動，延長發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的壽命。

AT變速器的缺點是結構復雜，制造難度大，生產(chǎn)成本高，維修困難。因為有液力傳動系統(tǒng)，所以傳遞效率略低。

AT變速器是最常見的自動變速器，誕生時間也很長，一般有4AT、5AT、6AT、8AT，分別表示前進最高擋位為4、5、6、8，擋位越多，舒適性就越好，經(jīng)濟性也越好，同時成本也越高。其中8AT主要生產(chǎn)廠家有德國采埃孚集團、日本愛信公司、國內的盛瑞公司。圖2所示為德國采埃孚集團最新的的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，傳動比從最低到最高連續(xù)變化，因此動力傳輸持續(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、主動輪組、從動輪組和金屬帶構成。主動輪組和從動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現(xiàn)。壓盤由液壓控制，通過壓盤的移動，控制主動輪和從動輪的轉動半徑，從而改變整體的傳動比，實現(xiàn)無級變速。[2]

CVT具有無級變速的特點，在任何條件下都提供了使發(fā)動機在最經(jīng)濟工況下工作的可能性。通過發(fā)動機的最小燃油消耗特性來優(yōu)化CVT的調速特性可以控制發(fā)動機的轉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主要的變速機構是兩對錐盤，省去了大量的軸和齒輪，使得它的結構簡單，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70年代中后期，荷蘭的VDT公司就成功的研制了CVT變速器，進入90年代，CVT得到了廣泛的應用，尤其在日本，加特可（JATCO）的CVT得到了廣泛的應用，日產(chǎn)、三菱、豐田等公司都將CVT應用于各自的汽車上，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，即雙離合器自動變速器。大眾公司將其稱為DSG，其實是同一種變速器。DCT主要由電控系統(tǒng)，雙離合系統(tǒng)，兩套齒輪傳動系，以及換擋執(zhí)行機構組成。DCT工作時，雙離合系統(tǒng)中一套離合器及齒輪傳動系以某個擋位運行，同時電控系統(tǒng)根據(jù)車輛運行狀態(tài)將另一套離合器及齒輪傳動系預先掛入下一檔位，當滿足換擋條件時將正在工作的離合器分離，同時將另一套離合器結合，車輛進入下一檔位工作。在換擋過程中，發(fā)動機的動力不中斷地傳遞到車輪。

DCT的優(yōu)點是傳遞效率高，因為它全部由齒輪連接傳遞扭矩；換擋速度快，可以超越目前任何一種自動變速器和任何一位賽車手的換擋速度；換擋時動力不中斷，減少了能量損失。

DCT的缺點是由于沒有液力變矩器，又不能實現(xiàn)手動變速器“半聯(lián)動”的動作，對于小排量的發(fā)動機而言，低轉速下的扭矩不足的特性就會被完全暴露出來。此外由于結構復雜，DCT的成本也較高。

DCT變速器屬于新型的變速器，應用的時間較短，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、自動變速器的前景分析

迄今為止，對自動變速器的研究已有70 多年的歷史。變速器的任務就是傳遞動力，并在傳遞過程中改變傳動比以適應發(fā)動機的最佳特性，同時通過變速來適應不同路面條件的駕駛要求。隨著電子技術的不斷發(fā)展和進步，嵌入式系統(tǒng)控制功能的進一步增強，各種傳感器和執(zhí)行機構性能的逐步改善。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，促進其向以下幾個方向發(fā)展。

2.1 提高換檔品質

提高換檔品質，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)動機轉速及扭矩，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、自適應控制等智能控制技術，合理的調整各換擋執(zhí)行器的工作，保證在換擋過程中，改善過渡過程的平穩(wěn)性并減小結合元件熱負荷；另外優(yōu)化液壓系統(tǒng)設計，提高換擋執(zhí)行器響應精度，改進摩擦材料也有助于提高換擋品質，提升舒適性；終極目標是在各種工況下，均實現(xiàn)換擋平滑，無沖擊。

2.2 提高傳動效率

在扭矩和速度傳遞過程中，減少損耗，實現(xiàn)100%傳遞是理想目標，特別是在CVT中，由于采用帶傳動，減少摩擦損失，避免傳動過程中出現(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，減少動力損失，另外優(yōu)化液力變矩器葉片結構，可減小變矩器變矩工況功率損失，提高傳動效率。

2.3 提高檔位數(shù)

目前只有CVT具有無級變速能力，可以適應發(fā)動機及整車的要求，調整至最合適的傳動比，但受限于CVT的傳遞扭矩小的缺點。為提高動力輸出平順性及燃油經(jīng)濟性，AT，DCT，AMT等變速器通過提供更高的檔位數(shù)，減小檔位傳動比的變化來實現(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10速自動變速器的開發(fā)計劃。

2.4 智能化

電子信息技術的發(fā)展給自動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，正確地選擇換擋時刻，也能夠在換擋過程中對惡化的參數(shù)進行修正，同時也具備在線診斷系統(tǒng)，能夠自動識別故障，并對故障進行分級，有效處理故障，對整車或者動力系統(tǒng)進行保護，也可以將車輛運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變速器的主要特點是一機多參數(shù)、在線的自適應控制。多參數(shù)指輸入嵌入式系統(tǒng)的控制參數(shù)多元化，在線自適應指嵌入式系統(tǒng)控制時能夠自動識別路況，并考慮駕駛員的意向自動不間斷地調節(jié)換擋規(guī)律，更改換檔點。目前智能控制在自動變速器上的發(fā)展趨勢是，盡可能減少人為控制，讓自動變速器自己識別路況，

車速，扭矩等信息，綜合計算出最佳換檔點，進行不間斷換檔，目標是消耗最少量的燃油或者電能，達到最強勁的動力性能。[4]

2.5 工作介質提升

自動變速器油（Automatic Transmission Fluid）簡稱ATF，是指專用于自動變速器的油液。目前絕大多數(shù)自動變速器中都是使用變速器專用油作為工作介質，主要用作潤滑、冷卻和液壓傳動。不同自動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，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 集成混合動力系統(tǒng)

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

2.7 總成輕量化

總成的輕量化，可以極大地改善整車的動力性和經(jīng)濟性。得益于現(xiàn)代分析設計軟件的出現(xiàn)，通過計算分析，可以減少冗余部分，使變速器零件的設計更加合理，結構更加簡單實用。另外，新型復合材料的開發(fā)和使用也將大大減輕變速器重量。

2.8 基礎工藝水平提升

隨著工藝水平的不斷進步，不但變速器殼體的加工水平會有大幅提升，表面抗氧化，耐腐蝕等能力，也會有質的飛越，比如DACROMET技術的使用，使得自動變速器具有更加優(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步，使得控制器向體積小，重量輕，功能強方向發(fā)展。

3、結論

汽車自動變速器技術正突飛猛進的發(fā)展，無論是AT，AMT，CVT還是DCT匹配自動變速器已是大勢所趨。各汽車廠商紛紛投入精力與財力開發(fā)自動變速器，用戶對變速器的要求也越來越高。作為汽車四大核心技術之一，自主品牌的自動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)和技術人員繼續(xù)努力，攻克自動變速器的關鍵技術。相信不久，在汽車界精英的努力下，國內的自動變速器技術能夠達到國際先進水平，為更多國人所使用。

[1] 陳家瑞 汽車構造 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-結構與工作原理 重慶 機械工業(yè)出版社 2007年.

[3] 余志生 汽車理論 清華大學 機械工業(yè)出版社 2009年.

[4] 曹東冬 電控電執(zhí)行器自動變速器電執(zhí)行元件可行性研究 河南科技大學 碩士學位論文 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有限公司，主要從事汽車自動變速器研發(fā)及應用工作。