汽车自动变速器研究现状及展望

1、汽车自动变速器研究现状及展望摘要:介绍了国外已有的和正在研究的六种自动变速器的结构、原理、优缺.级、现状及发展前景后，分析了我国对自动变速器的研究基础及现状，并对我国自动变速器的研发进行了展望。关锐词:汽车;自动变速器;研究;展望0引言汽车变速器的主要任务是传递动力，并在动力的传递过程中改变传动比，以调节或变换发动机的特性，同时通过变速来适应不同的驾驶要求。手动变速器必须根据汽车运行条件的变化，由驾驶员随时变换挡位，要求驾驶员能对离合器踏板、油门踏板及变速操纵杆进行准确地协调配合，从而保证汽车具有良好的动力性和经济性，因此手动机械变速器换挡频繁、劳动强度大、会分散驾驶员的注意力，增加了不安全因

2、素。自动变速器能根据路面状况自动变速、变矩，具有更好的驾驶性能、行驶性能、安全性能及排放性能LlJ。欧美在20世纪4。年代就开始研制自动变速器，特别是20世纪90年代初，大量的电子技术应用使得自动变速器得到了飞速发展。20世纪90年代在美国的新车型上已把自动变速器作为标准配置，其装车率已经超过90%，日本也达到73肠，欧洲为30%。现在我国生产的轿车和豪华大客车安装自动变速器也已呈普及之势，由于我国对自动变速器的研究工作起源于20世纪80年代，同时还受到多方面条件的制约，因此目前主要依赖进口，2002年进口就已达3.07亿美元。近年来随着政府和企业对自动变速器的重视程度提高和支持力度的加大，我

3、国相关单位在自动变速器研发上取得了可喜的进展，本文将对其进行综述并对下一步的研究工作进行展望。1液力自动变速器液力自动变速器(automatictransmissi。n，AT)是目前国内外用得最多的自动变速器，主要由液力变矩器、辅助变速器和自动换挡控制系统组成。按辅助变速器的结构，可分为行星齿轮式和平行轴式两种形式。行星齿轮式是各大汽车公司常用的结构形式，它的传动部分主要由液力变矩器和多组行星齿轮组成，它实际上仍然是能实现局部无级变速的有级变速器。按照行星排的结构它又可分为辛普森式、拉维娜式、CR一CR式、Wilson式等。辛普森式自动变速器的结构特点是其辅助变速器动力传递部分由两个完全相同的

4、行星排组成，由于齿轮种类少、加工量少、工艺好、强度大、效率高，因此一直广泛采用。拉维娜式的辅助变速器动力传递部分是由一个单行星排与一个双行星排组合而成的复合式行星机构，它们共用一行星架、长行星轮和齿圈，故只有四个独立元件，其特点是构成元件少、转速低、结构紧凑、轴向尺寸短、传动比变化范围大、灵活多变。CR一CR式是将两组单行星排的行星架和齿圈分别组配的变速器，其特点是变速比大、效率高、元件轴转速低。Wilson式是德国BMW公司和ZF公司共同设计的行星排变速器，主要用于五挡。平行轴式自动变速器是本田公司专用的结构形式，它的传动部分主要由液力变矩器和平行轴式的减速器构成，和手动变速器一样靠圆柱斜齿

5、轮传动的，倒挡是手动和液动相结合，与行星齿轮式自动变速器不同的是平行轴式自动变速器里面没有装制动器。对于液力自动变速器，国外已有成熟技术，主要用在轿车、商务车等中高档汽车上。其缺点主要包括:制造工艺复杂、制造成本高、投资规模大;油耗大、经济性差;结构复杂、修理困难、维修成本高;必须使用指定的耐高温液压油。目前国内的上海通用汽车公司在生产该自动变速器，但远未达到真正意义上的生产，只是来料进行部分工序的加工并用进口件进行装配，此外吉利汽车公司也开发出该自动变速器样机。该变速器经过60多年的发展，其性能和潜力已接近极限，且起动速度慢、工作效率低、油耗大的其缺点不易克服，因此国外一直未停止对液力自动变

6、速器的替代品的研制和开发，很多大公司都在加紧开发新型、高效自动变速器，并已取得明显进展，因此该变速器发展趋势将会减缓。成本远低于AT，具有明显的价格优势，特别适合经济型汽车使用;传动效率高，油耗低，经济性好;可以方便实现手动/自动两种模式转换，可同时满足追求驾驶乐趣和驾驶舒适性的车主的需求;结构简单，体积小，重量轻;工作可靠，故障率低，维修容易，维修费用低。其缺点主要包括:换挡过程中必须分离离合器、切断动力传递，产生减速度且换挡时间长，从而给加速性和舒适性带来不利，换挡效果不如电控无级变速器，因此AMT最好安装在对此方面要求稍低的中低档轿车和卡车上。由于AMT有其独特的优点，因此非常适合我国以

7、手动变速器为主的国情，现有手动变速器生产厂家掌握该项技术，只要生产线稍加改造即可生产AMT，因此国内一些研究单位在20世纪90年代就对AMT进行研究，并开发出拥有自主知识产权的AMT。2电控机械式自动变速器电控机械式自动变速器(automatiemeehani-ealtransmission，AMT)是在传统的手动变速器基础上改进的。它结构简单，保留了干式离合器与手动变速器的绝大部分总成部件，只改变其中手动操作部分，即在总体传动结构不变的情况下，通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换挡的自动化，因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选换挡动作的.电控机械式自动变速器有电一液、电一

8、气和全电三种控制方式，电一液式应用较多，近年来全电式受到了广泛的重视。AMT由电子控制单元根据行驶状况，模拟优秀驾驶员选换挡规律，驱动一套液压系统或步进电机进行离合和换挡。这项技术的难度在于模拟司机换挡规律:包括离合器控制软件的开发和电控单元、液压驱动系统硬件的开发与可靠性图。第一台AMT是五十铃公司于1984年最先推出并装到轿车上，后来世界上许多汽车公司进行了研究，1998年德国LuPo轿车也安装了AMT。目前欧洲的AMT市场正逐渐加大，戴克的Smart、宝马的M3和大众的路波等车型均用了AMT。国内奇瑞汽车公司生产的QQ轿车也选装了AMT。AMT集成了AT和MT的优点:生产继承性好，改造投

9、人费用少，易于被生产厂接受;生产3无极变速器无极变速器(eontinuouslyvariabletransmis-sion，CVT)主要部件是具有V形槽的主动锥轮、从动锥轮和传动带，传动带安装在主动锥轮和从动锥轮的V形槽中内，主动轮旋转时通过传动带将主动轮的扭矩传递给从动轮。传动带有金属带、金属链和橡胶带之分，金属带是以推的形式传递转矩，橡胶带是以拉的形式传递扭矩。早先用的是V形橡胶带，由于材料较差传递力矩小，效果不佳。1979年荷兰DAF的工程师改用金属带进行研究，并于1983年推向市场。现在每个V形轮由一个固定锥盘和一个能沿轴向移动的可动锥盘组成，电控系统根据路况及驾驶员的意图来改变液力的

10、大小，液力分别作用到主从锥轮的可动锥盘上，从而使主从锥轮传递扭矩的节圆半径连续发生变化，达到无级改变传动比的目的。CVT是真正的无级变速器，它重t轻、体积小、零部件少，与AT比较具有运行效率高、油耗低的优点。主要缺点包括:技术含量高、国内研究基础较薄弱、制造复杂、投资规模大、传动带不能承受较大的载荷且寿命短易损坏、关键零部件必须完全依赖进口。富士、菲亚特、福特都先后把CVT用在自己的汽车上，奥迪A6型2.4L轿车也装况了CVT。国内近年来也加快了对CVT研发，并已取得成效，但离产业化还有一段距离。4自动离合手排变速箱自动离合手排变速箱(automati。一。lutehmanualtransmi

11、ssion，AeMT)是在手排变速箱基础上加装离合器执行机构及变速箱控制单元(transmissioncontroluni，TCU)而构成的。Ac-MT的控制系统主要包括三个部分:一是车速、发动机转速、油压、刹车等信号的获取;二是离合器结合控制;三是操作模式及离合器模态。该离合器执行机构的传动部分是电机经减速机构减速，再转换成直线运动，以推动离合器分离轴承的轴向移动，从而控制离合器的接合和分离。即系统启动后先进行挡位、驾驶员意图及车况判断，以确定电机如何工作，从而使离合器产生所要的动作。该系统是在原换挡杆侧面装上传感器，以感测驾驶者之换挡意图，通知TCU下命令给离合器执行机构进行相关的动作，离

12、合器完全自动控制，因此无需离合器踏板.此外传统变速器汽车通常随着使用里程的增加，离合器会渐渐磨损，使得离合器踏板位置必须作调整。而AcMT的离合器的不仅结合与分离是自动完成的，而且还可随时检测离合器磨擦片的磨损状况并自动调整至最佳起始点位置并具有自我诊断功能。自动离合手排变速箱优点是结构简单、成本低、价格便宜(约为自动变速器的1/3)、适用于各种手动变速器的车辆，为驾驶提供方便。不足之处在于仍需手动换挡。5双离合器式自动变速器双离合器式自动变速器(dualelutehtrans-mission，DCT)是由平行轴式手动变速器发展而来的，它采用两个离合器的结构，将变速器的挡位按奇数和偶数分别布里

13、在与这两个离合器相连的平行轴上，通过离合器的交替结合来完成换挡过程3。其结构如图l所示，其中，一、3、5挡及倒挡与离合器Cl相连，2、4挡与离合器CZ相连，离合器Cl输出轴是一个实心轴，离合器CZ输出轴是一个空心轴，套在Cl输出轴上，两个输出轴是同心的。停车时CI、CZ都是分离的，不传递动力。当起步时，因Cl分离，自动换挡机构将挡位切换为1挡，然后离合器Cl接合，车辆开始起步运行。车辆换入l挡运行后，此时离合器CZ处于分离状态，不传递动力，当车辆加速，达到接近2挡换挡点，自动换挡机构可以将挡位提前换人2挡，离合器CI开始分离，同时离合器CZ开始接合，直到离合器Cl完全分离，整个换挡过程结束。其

14、换挡过程与目前自动变速器AT类似，其他挡位换挡过程也是如此。双离合器式自动变速器继承了手动变速器传动效率高、燃油经济性好、安装空间紧凑、质量轻、价格低等优点，此外在换挡过程中不存在动力中断，所以换挡时没有明显的减速度产生，换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且极大地提高了换挡舒适性。6可无限变速的机械式无级变速器可无限变速的机械式无级变速器(infinitelyvariabletransmission，IVT)亦称机械式数学超环面无级变速器，与其他自动变速器最显著的差别之一是不使用变矩器，Torotrak公司开发的IVT使用了2套离合器，驱动力由一套称为Variato的装置传递，通过锁止离

15、合器和行星齿轮机构将动力传递至传动轴。这种IVT变速器是基于数学超环面主动盘、超环面被动盘的简单配置和在两者间运动的滚子角度连续可变而实现无限的无级变速。IVT的核心部分由输人传动盘、输出传动盘和中间传动盘组成。两个输人传动盘分别位于两端，输出传动盘只有l个并位于中间位置，中间传动盘则夹于输入传动盘和输出传动盘中问，它们之间的接触点以润滑油做介质，金属之间不接触，通过改变中间传动盘的角度从而实现传动比的连续无限的变化，如图2所示。IVT由于不使用变矩器，与其他自动变速器比较，IVT具有效率高、不易打滑、油耗低(据报道IVT要比现在的AT至少省油20%)、不需要工艺复杂造价昂贵的金属传动带、结构

16、简单、成本较低等一系列优点，加上传递扭矩大，长时间运转也不会引起过度发热，不但适用于轿车，也适用于越野车。IVT变速器结构比CVT还简单，制造成本会比CVT还低。结束语通过以上的分析，笔者认为AT已经在国内外汽车上大量使用，由于该变速器缺点较多，国外已不看好，特别是国内无加工能力且对该变速器研究较少，因此也无需再花大力气跟着别人后面进行研发。AMT已装车使用，尤其在欧洲国家增长较快，国内也已开始少量使用，特别是在当前我国汽车工业所需求的高燃油经济性、低排放和充分利用现有手动变速器生产线的形势下，AMT理应受到国内各大汽车厂家的重视，因此一方面可以利用国内技术力量加快产业化进程，另一方面也可以利用国际技术资源合作开发。CVT由于其独特的特点，在轻型汽车如轿车上很有市场，已经成功地装配了一些轿车，但目前主要依赖进口，