汽车自动变速器在中国的发展现状及前景

1、综述汽车自动变速器在中国的发展现状及前景华中理工大学交通学院过学迅吴涛【摘要对目材汽车常用的3种自动变速器的历史进行回硕.介绍其特点综合分析国内外自动变速器的现状和发展趁 妙.并根据国内汽车工业的氷平和市场需求等具体悄况.预测自动变速駕在我国汽车上的应用前景。叙词：轿车自动变速器发展£8】994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.综述£8】994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House

2、. All rights reserved.综述1引言汽车变速器是为解决发动机输出的转速和转矩与 车辆驱动所需的转速和转矩之间的矛丹而设立的O车辆 行驶性能的好坏，不仅収决于发动机而且在很大程度 上还依赖于变速器以及变速器与发动机的匹配。在汽车10()多年的发展历史中大部分汽车使川的 是具有多个档位可变换的手动齿轮变速器。1906年出 现的液力变矩器，是船舶I业发展过程中的产物。由于 其具冇对外负叔的f I动适应性更适合T-地面行驶车辆 的要求,30年代.山瑞典的里斯豪姆与英国利兰汽车公 司的史密斯介作，创立了三级液力变矩器，应用于公共 汽车上，随后又用于英它车辆。然而，液力变矩器存在着 效率

3、不够崗、变矩范用有限的问题使得单个液力变矩 器并没有很大的实川意义而需串联或并联一个定轴式 或者旋转轴式机械变速器，以扩大变速和变矩范I札同 时在效率方面得到-定补偿。这就成为一个较实用的口 动变速器。它眾早是在1940年彼奥兹莫比；j；()l(lsmo- bile)汽车采用，但那时上要是用于军用车辆和客车上。 随着电犷技术和门动控制技术的迅速发展.门动变速器 技术越来越完善，形式也多样化，在越來越多的车辆上 得到应用，成为现代汽车与现代工业发展的标志之一。2自动变速器的特点I动变速器的上耍特点表现在以下儿方而： 2.1更好的驾驶性能汽车驾驶性能的好坏除与汽车木身的结构冇关 外.还取决于止确的

4、控制和操纵。鬥动变速系统能使於 车白动去完成这些使用要求.即H动变速器可以按照预 先设定的最佳规律变换档位，使汽车在每一种负载、路 况下都能同时兼顾发动机的最低油耗和变速器的最厲 效率。因而特别适合于非职业驾驶。2.2貝好的行驶性能I动变速器的档位变换快且平稳提高了汽车的乘 坐舒适性。通过液体传动或微电脑控制换档，可消除或 降低动力传动系统中的冲击和动载。试验结果表明，在 坏路段行驶时，Fl动变速的车辆传动轴上最大动载转 矩的蜂值只有手动变速器的20%40%原地起步时 垠大动载转矩的峰值只有手动变速器的50%：70% o 从而能人幅度延长发动机和传动系统零部件的殍命。 2.3更高的行车安全性在

5、行驶过程中.驾驶员必须根据道路、交通条件的 变化，对车辆的行驶方向和速度进行改变和调节。据统 计，在城市行驶的车辆，平均每公里要换档10多次。这 使得驾驶员的注意力被分散，而H易产生疲劳,造成交 通乍故增加;要么是终驶员减少换档；欠数.以操纵油门 大小代替变速，即以牺牲燃油经济性来减轻疲劳强度。 装备自动变速器的汽车，只要控制油f J踏板，就能自动 变速，从而改善了驾驶员的苦动强度.使行4 %故率降 低，平均车速提高。2.4更低的废气排放发动机在怠速和拓速运行时,排放的废气中一氧化 碳或碳氢化合物的浓度较简。而白动变速器，可使发动 机经常处于经济转速区域内运转也就是在较小污染排 放的转速范用内

6、工作，从而降低了排气污染。2.5并不逊色的使用经济性因液力变矩器在低转速比时效率较低故与于动机 械变速器相比，液力I动变速器的效率要略低一些，因 此发动机燃油消耗显得稍拓一些。不过.从国内外对同 一种轿车选用液力H动变速湍和手动机械变速器所进 行的油耗比较来看.装备三档H动变速器时崗速行驶 的白公里油耗大于装备五档手动机械变速器但城市行 驶百公里油耗则小于装备五档r-动机械变速器。而汽4 装备四档Fl动变速器时，不仅城市行驶门公电油耗小于 同车装备五档于动机械变速器而H.崗速行驶时的厲公 里油耗与同车装备五档T-动机械变速器相比儿乎没佇 差别。通过与发动机的匹配优化、液力变矩器闭锁、增加 档位

7、数、电f控制等措施，是能够使液力口动变速器接 近于动机械变速器的总体油耗水平的。而装备AMT和 CVT的汽车，英经济性绝不低于装备于动机械变速器 的汽车。'勺然，与于动变速器相比.白动变速器结构较复杂, 寒件加工难度大牛产成本较臥此外变速器的维护和 修理也较麻烦、对汽车修理人员的水平要求较岛，需具 冇机、电、液等方面的知识。但与其对汽车性能的改善相 比还是值得的。3自动变速器的分类11询轿车所使用的自动变速器大致可分为3种:液 力自动变速器、机械自动变速器和机械无级变速器。 3.1液力自动变速器Jt英文名称为 Automatic Transmission 或 Auto- matic T

8、ransaxle(自动变速驱动桥)，简称AT。其基本 形式是液力变矩器与动力换档的旋转轴式机械变速器 宙联。液力变矩器是通过液体动就矩的变化來改变转矩 的一种传动元件，它除了起离合器的作用外.还具有无 级连续变速和改变转矩的能力对外负载有良好的A动 调节和适应性。液力变矩器除町与旋转轴式变速器申联、传递全部 发动机功率外，还可以打旋转轴式变速器冇多种并联方 式，实现内分流、外分流、混介分流等多相II动变速。从50年代起裝备液力门动变速器的轿车开始增 多但半时H动变速器的效率明显低于机械变速器，使 得装备H动变速器的汽乍存在燃油经济性较耒的问题； 同时.自动变速器的结构较复杂,成本岛，从而限制了

9、它 的发展。为解决液力口动变速器效率低的问题,汽车界 的工程技术人员做了人鼠的工作。60年代的研究巫点 是采用多元件工作轮提拓液力变矩器的效率。70年代 是使用闭锁离介器,提高液力门动变速器在拓速时的效 率。80年代则采取增加行星齿轮变速器档位的方法以 及使用电子控制。90年代,大量电子技术的应用，使液 力自动变速器的发展进入了一个新的时期.综合经济性 能也得到了提高。电子控制的液力自动变速器也称为 E(T ( Elect ronic Co nt rollnl Automat ic T runs mission) o 实际匕传统的液控式液力白动变速器已不再工产，因 而现在的AT也就是ECT。3

10、.2电子控制机械式自动变速器这是一种山普通齿轮式机械变速器组成的有级式 机械I动变速器，英文名称为Automatic Mechanical Transmission,简称AMTo这种自动变速器主要包括3 个部分：门动离合器、齿轮式机械变速器和电(控制系 统。由于液力自动变速器存在着效率较低、结构复杂、 成本高等缺点，I対I何人们尝试在效率岛、结构简单的固 定式F动变速器上实现口动化。从6()年代起，开始出现 了对传统的离介器和动机械变速器的半11动操纵，如 美国伊顿公司的半自动变速器SAMT ”、徳国ZF公司 的半自动变速器Semishifto但这些变速器仍未能 实现控制过程中最困难的起步过程

11、白动化.即还没冇达 到全自动变速。其中的关键技术是对离合器的控制。1983年，H本五十铃公司在世界上率先研制成功 电丁控制全机械式有级自动变速器NAVI-5",并装于 ASKA轿车上，在车速为60km/h时，可比液力自动变 速器节汕10%30%左右。U野的蓝帯大客车也丁同 时期安装了这种类型的变速器。伊顿公司在1983年也 宣布成功地将币:吃货车的手动变速器实现了自动化。 ZF公司对它的一种16档的变速器也实现r自动换档, 于1988年将这种称之为Autoshift 变速装置装备 在Geneva货车上。这种采用现代电f技术改造传统T-动变速器而得 到的机械式门动变速器，既冇液力I动变

12、速器能门动变 速的优点，又冇普通齿轮变速器传动效率拓、价格低的 优点。3.3机械无级变速器前面提到的两种自动变速器都是有级或分段无级 自动变速。卜面所谈的机械无级变速器一般称为无级 变速器,其英文名称是Continuously Variable T rans- mission.简称CVT。它克服了询而两种口动变速器固 冇的齿轮传动比不连续和零件数鼠过多的缺点，貝冇传 动比连续、传递动力平稳、操纵方便等特点，真正实现了 无级变速。早期的机械无级变速器是通过两个锥体改变 接触半径而实现传动比连续变化但由于接触部分挤压 应力太高难以进入实用化。1955年，荷兰DA F公司在 汽车上试装采用V ”形橡

13、胶带的CVT.但因该传动机 £8】994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.综述构体积过大，传动比太小，乂受皮带寿命的影响,无法满 足汽车行驶的要求。徳国PIV公司从1956年起，开始 研究链传动的CVT德国大众汽车公司等公司也曾在 轿车上装用过这种变速器。到8（）年代，出现了技术上的突破橡胶皮带被由许 多薄钢片穿成的钢带代替，使其与两个锥轮的槽在不同 半径上咬合”來改变传动比。这种CVT的某本结构和 匸作原理如图1所示。两个带轮.3为主动轮，1为从动 轮。侮个带轮

14、均由可以相对滑动的两部分构成钢带2 位于两部分间的凹榊内。'”1带轮两部分紧徐时，凹槽较 窄.钢带位于带轮外缘.带轮的I：作直於最大。随着带轮 两部分间的相对滑动分离凹榊越來越宽钢带逐渐靠 近带轮中心，匸作直径变小，带轮的滑移采用液压控制。 这样一来传动比明显捉拓，具备了在汽车上广泛应用 的前提。Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righid. kiji硏究 q 丿| 发综述Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House.

15、All righid. kiji硏究 q 丿| 发综述3图1I.从动轮2.V形钢带3.主动轮Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righid. kiji硏究 q 丿| 发综述II. Van Doorne f#士的VDT公司研制金属带式 的无级变速器并使之进入商品化阶段。1987年，福特汽 车公司首次在市场上推出装用这种钢带的（:rVo H本 富士重也于同年研制成功装备于Jusly车上（排最1 1.2L）的电子控制CVT,它在传统的CVT基础上增 加了电f控制系统，当时被称为ECVT o这种CVT可 根据

16、汽车的行驶状态.控制磁粉式离合器中金属粉末的 磁化程度，将发动机的动力平稳地传递给丄动轮；再就 是根据实际需要，调节液压系统压九控制带轮两部分 间的相对滑移程度，从而改变变速器传动比。在此之后， 菲亚特、福特、日产等汽车公司都在兀生产的一些1. 2 1. 6L排量的轿车上装备这种变速器。由于C V T可以使发动机始终在其经济转速区域 内运行，从而人人改善燃汕经济性。但因CVT是摩擦 传动，与齿轮传动相比效率并不臥从口询的悄况來看, 大约能节省燃汕10%左右。此外,CVT在加速时无须 切断动力，因此，装备CVT的汽车乘坐舒适，超车加速 性能好。从成本来看，冇叫能低于液力H动变速器，据卅 亚特公司

17、称，它们开发的CVT价格可比AT低30% o4自动变速器的发展趋势最近儿年，传统的液力鬥动变速器通过采用CAD/ CAM技术来提高液力变矩器效率，增加行星齿轮变速 器的档位（四、五档）以及电子技术的应用，液力自动变 速器的性能已相当完善。每年还仃儿十项专利申请，主 耍是金电了控制方面的，如消除汽车爬坡时因牵引力不 足产生急剧减速造成的重复换档；防止汽车转弯时因短 时间速度下降产生重复换档.冇效地减小离介器和制动 器的使用频率；因海拔烏度变化引起发动机转矩下降而 对换档时刻进行修止;通过控制液压系统用力和发动机 输出转矩以抑制换档冲击等。现在的液力自动变速器已能通过微电脑对整个动 力一传动系统进

18、行控制，可称得上是全电了控制的智能 化产品。山各种电r传感器和微电脑组成的电控单元可 根据路况、驾驶方式等倍息控制发动机的喷汕最，决定 换档时机和液力变矩器锁定时刻，使动力输出达到最 佳，既降低汕耗.乂减小换档时的撇动。三菱公司新的H 动变速车Fuzzy Shift 4AT”在自动变速系统中加入f 殺糊盗制”的概念变速器内的微电脑会根据收集到的 行驶状况信息通过模糊逻辑判断后，白动选择最适、"| 的换档方式。该公司的INVECS-H自动速器,控制乡 扩大到车辆的全部匸作范I札相关信息数鼠高达21() 个其电脑有记忆驾驶员的爱好和习惯的能力可据此 修改换档程序。液力门动变速器的应用范围

19、非常广，与之匹配的发 动机排鼠小至1L,大至10L以上;传递功率可从几十千 瓦到儿百千瓦;可以装备轿车、客车、货车、越野车等并 种车型。仅就液力鬥动变速器在轿车上的装备率而言， 目前美国为90%左右,H本接近80%。因此，液力自动 变速器在汽车口动变速器行业占方匸导地位.据预测， 到20(X)年后，U本口动变速器的总装车率将达到 40%, M国将达到35%,不过在这当中,AMT和CVT 将要挤占部分份额。进入80年代五十铃、伊顿、ZF等公司研制电子控 制机械自动变速器并装车成功后福特公司、大众公司、 菲亚特公司、雷诺公司和丰出公司等也相继开展A M T 的研究和开发。1995年本田的部分Civ

20、ic轿车装用了 AMT。1996年宝马"3轿车所采川的M序列式变速 器”就足在原來的M 3型6档于动机械变速器加础上作 了人幅度的改进，以全新的电液控制系统代替了传统的 机械式变速器的操纵系统并可选择门动变速和于动变 速两种模式。ZF公司也推出了其电控机械自动变速器 新产品ASTRON IC系列。由于机械式自动变速器 是采川现代电(技术改造传统手动变速器而得到的，其 研究时的一个初衷就是考虑机械变速器部分可以借丿IJ 原有的结构，内而新增生产设备较少。但这也限制了为 改善I动变速器性能所要求的些结构上的变化。据统计，截至1996年底,装备金屈带式CVT的侨 车就已达120多万辆。最近

21、日本本田汽车公司和荷兰 的 DT(Van Doorne's Transmissie V)变速器公司 共同研制的新型无级变速器已装备在了本出1996 Civic HX型轿车上。VDT公司计划到2000年累计生 产4(X)万套CVT,到2005年达1 000万套。日产汽车公 同原定在21世纪进入CVT的实用化阶段，但因该公 司近几年经营情况不理想，为仃利丁抢占市场，现已明 显加快了 CVT实用化步伐，电了控制的哈依帕CVT 已装在雑鸟等排量2L的轿年上。据统计，到1996年， 装有CVT的轿车约120万辆，发动机排最大多在0. 6 3. 3L。预计到2000年，无级变速器的装车率,H本将

22、达到15%,而美国将达到38%o这主要集中在中小排 量的轿车上，用于大功率传递时仍冇一些问题需要解 决。另外.美国一些高校的研究机构以及装备液力自动 变速器量最大的通用汽车公司也正在加紧CVT的研 制和试装车。由此可看出国外汽车企业对CVT的态度 已由举棋不定转向了加速发展。5自动变速器在中国的应用现状和前景我国从60年代起就在呀旗”770轿车上使用了 具有2个前进档的液力自动变速器，1975年又研制出 有3个询进档的CA774液力自动变速器。80年代 初.老红旗”轿车因汕耗高而停止生产。汕耗禹的原因 除液力I动变速器效率问题外更上要的要归因于其拓 达5. 6L排暈的发动机。此外.除在部分军用

23、车辆上使用了液力fl动变速器 外倒内汽车行业儿乎与自动变速器无缘。其至有人认 为.中国在2000年以而不需要自动变速器。随着中国的改革开放大量国外轿车进入我国市 场中许多中高档轿车是带冇口动变速器的，而其类 别儿丁全部足液力I动变速器。这也使一大批汽车修理 企业对液力口动变速器的维修变得十分熟悉。由于对自动变速器良好性能的逐渐认识，用户的需 求最越来越大，使国内汽车企业加快了门动变速器的发 展步伐。1998年,一汽大众公司生产的徙达王”已将自 动变速器列为选装件。神龙汽车公司也在其匍康” 1.6L的车型上推出了电控式液力自动变速器。上海通 用汽车公同在所生产的别克琵纪”轿车上装备了口询 最为先

24、进的-种液力门动变速器一4T65E型四档电 控门动变速驱动桥。而广州本山雅阁”轿车，门动变速 器几乎是标准配置。因此,在国产车上选装液力门动变 速器已成为必然之势。从研究与生产环节来看,CA 770液力自动变速器 生产过近2 (XX)台，加之匸程机械、军用车辆采用动力 换档的行星齿轮变速器已仃10多年的历史近儿年，国 内也为人功率车辆研制成功电控门动变速器，因此可以 说.在液力I动变速器的硏究、生产以及修理方面均冇 一定的取础o但目前国产轿车所装用的液力自动变速器 全部都依嘗进口。不过通用汽车公司在上海的合资企业 已开始试I产4T65E世四档电控门动变速驱动桥。半 然完全国产化还有一段路要走。

25、(下转第13页)Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righid. kiji硏究 q 丿| 发产品开发如耳嘯011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nci 口 如耳嘯011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, ki.nci 口 3其它为保证本公司产品的通川性和互换性，在电气系统

26、 设计时除点火系统采川12V电用供电外，其余部分仍 采用24V电压供电,12V电压通过24/12V电源转换器 获彼输出电流35A;点火系统控制元件均安装在蓄电 池仓中，使英匸作环境改善。在襄樊国家汽车试验场进 行的可當性试验中，该车能满足各种不同路况的考验。为了沟通駕驶员与乘客之间的信息，车内扶手杆上 配有下乍按钮;车内信息屏与报站器同步显示和广播. 系统内存帛大.内容更换方便：发动机仓内设有检修开 关“1驾驶员在发动机仓检修车辆时将检修开关扳到 检修位置，可利用另边的副起动开关赴动发动机，其他 人在驾驶员的位芒不能起动发动机，从而充分保证了后 置发动机车辆维修时的安全性和操作方便。发动机仓内

27、 装冇灭火器，自动感应温度，实现灭火杜绝一切隐患。需电池架为活动式，维修时町方便地将希电池从仓 内抽出。4排放性能经过对XMQ6100两用燃料城市客车的怠速污染 物排放及发动机排气污染物排放屋测试，结果见表1。表II.P(;汽油标准检脸项目C()(%)1. 0204. 0总速污染HC( ppm)12()240900物排放量C()(g/kW>li)18. 912Z4O54.0排污染HC+ N()%(g/kW-h)15. 4319. 7822.0轴排放*由以上数据可见，燃气系统排放物与燃油系统排放 物相比均大幅度降低.符合国家新颁布的排放法规。5结束语XMQ6100两用燃料城市客车投向市场后，以其烏 贵典雅的外形、可旅的性能和周到的服务设施深受公 交公司的欢迎，现已任风景名胜区四川九寨沟、北京市 区批帚投入运行。