汽車自動變速器研究現(xiàn)狀及展望

1、汽車自動變速器研究現(xiàn)狀及展望摘要:介紹了國外已有的和正在研究的六種自動變速器的結(jié)構(gòu)、原理、優(yōu)缺.級、現(xiàn)狀及發(fā)展前景后，分析了我國對自動變速器的研究基礎(chǔ)及現(xiàn)狀，并對我國自動變速器的研發(fā)進行了展望。關(guān)銳詞:汽車;自動變速器;研究;展望0引言汽車變速器的主要任務(wù)是傳遞動力，并在動力的傳遞過程中改變傳動比，以調(diào)節(jié)或變換發(fā)動機的特性，同時通過變速來適應(yīng)不同的駕駛要求。手動變速器必須根據(jù)汽車運行條件的變化，由駕駛員隨時變換擋位，要求駕駛員能對離合器踏板、油門踏板及變速操縱桿進行準確地協(xié)調(diào)配合，從而保證汽車具有良好的動力性和經(jīng)濟性，因此手動機械變速器換擋頻繁、勞動強度大、會分散駕駛員的注意力，增加了不安全因

2、素。自動變速器能根據(jù)路面狀況自動變速、變矩，具有更好的駕駛性能、行駛性能、安全性能及排放性能LlJ。歐美在20世紀4。年代就開始研制自動變速器，特別是20世紀90年代初，大量的電子技術(shù)應(yīng)用使得自動變速器得到了飛速發(fā)展。20世紀90年代在美國的新車型上已把自動變速器作為標準配置，其裝車率已經(jīng)超過90%，日本也達到73腸，歐洲為30%?，F(xiàn)在我國生產(chǎn)的轎車和豪華大客車安裝自動變速器也已呈普及之勢，由于我國對自動變速器的研究工作起源于20世紀80年代，同時還受到多方面條件的制約，因此目前主要依賴進口，2002年進口就已達3.07億美元。近年來隨著政府和企業(yè)對自動變速器的重視程度提高和支持力度的加大，我

3、國相關(guān)單位在自動變速器研發(fā)上取得了可喜的進展，本文將對其進行綜述并對下一步的研究工作進行展望。1液力自動變速器液力自動變速器(automatictransmissi。n，AT)是目前國內(nèi)外用得最多的自動變速器，主要由液力變矩器、輔助變速器和自動換擋控制系統(tǒng)組成。按輔助變速器的結(jié)構(gòu)，可分為行星齒輪式和平行軸式兩種形式。行星齒輪式是各大汽車公司常用的結(jié)構(gòu)形式，它的傳動部分主要由液力變矩器和多組行星齒輪組成，它實際上仍然是能實現(xiàn)局部無級變速的有級變速器。按照行星排的結(jié)構(gòu)它又可分為辛普森式、拉維娜式、CR一CR式、Wilson式等。辛普森式自動變速器的結(jié)構(gòu)特點是其輔助變速器動力傳遞部分由兩個完全相同的

4、行星排組成，由于齒輪種類少、加工量少、工藝好、強度大、效率高，因此一直廣泛采用。拉維娜式的輔助變速器動力傳遞部分是由一個單行星排與一個雙行星排組合而成的復(fù)合式行星機構(gòu)，它們共用一行星架、長行星輪和齒圈，故只有四個獨立元件，其特點是構(gòu)成元件少、轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)緊湊、軸向尺寸短、傳動比變化范圍大、靈活多變。CR一CR式是將兩組單行星排的行星架和齒圈分別組配的變速器，其特點是變速比大、效率高、元件軸轉(zhuǎn)速低。Wilson式是德國BMW公司和ZF公司共同設(shè)計的行星排變速器，主要用于五擋。平行軸式自動變速器是本田公司專用的結(jié)構(gòu)形式，它的傳動部分主要由液力變矩器和平行軸式的減速器構(gòu)成，和手動變速器一樣靠圓柱斜齒

5、輪傳動的，倒擋是手動和液動相結(jié)合，與行星齒輪式自動變速器不同的是平行軸式自動變速器里面沒有裝制動器。對于液力自動變速器，國外已有成熟技術(shù)，主要用在轎車、商務(wù)車等中高檔汽車上。其缺點主要包括:制造工藝復(fù)雜、制造成本高、投資規(guī)模大;油耗大、經(jīng)濟性差;結(jié)構(gòu)復(fù)雜、修理困難、維修成本高;必須使用指定的耐高溫液壓油。目前國內(nèi)的上海通用汽車公司在生產(chǎn)該自動變速器，但遠未達到真正意義上的生產(chǎn)，只是來料進行部分工序的加工并用進口件進行裝配，此外吉利汽車公司也開發(fā)出該自動變速器樣機。該變速器經(jīng)過60多年的發(fā)展，其性能和潛力已接近極限，且起動速度慢、工作效率低、油耗大的其缺點不易克服，因此國外一直未停止對液力自動變

6、速器的替代品的研制和開發(fā)，很多大公司都在加緊開發(fā)新型、高效自動變速器，并已取得明顯進展，因此該變速器發(fā)展趨勢將會減緩。成本遠低于AT，具有明顯的價格優(yōu)勢，特別適合經(jīng)濟型汽車使用;傳動效率高，油耗低，經(jīng)濟性好;可以方便實現(xiàn)手動/自動兩種模式轉(zhuǎn)換，可同時滿足追求駕駛樂趣和駕駛舒適性的車主的需求;結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕;工作可靠，故障率低，維修容易，維修費用低。其缺點主要包括:換擋過程中必須分離離合器、切斷動力傳遞，產(chǎn)生減速度且換擋時間長，從而給加速性和舒適性帶來不利，換擋效果不如電控?zé)o級變速器，因此AMT最好安裝在對此方面要求稍低的中低檔轎車和卡車上。由于AMT有其獨特的優(yōu)點，因此非常適合我國以

7、手動變速器為主的國情，現(xiàn)有手動變速器生產(chǎn)廠家掌握該項技術(shù)，只要生產(chǎn)線稍加改造即可生產(chǎn)AMT，因此國內(nèi)一些研究單位在20世紀90年代就對AMT進行研究，并開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的AMT。2電控機械式自動變速器電控機械式自動變速器(automatiemeehani-ealtransmission，AMT)是在傳統(tǒng)的手動變速器基礎(chǔ)上改進的。它結(jié)構(gòu)簡單，保留了干式離合器與手動變速器的絕大部分總成部件，只改變其中手動操作部分，即在總體傳動結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過加裝微機控制的自動操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)換擋的自動化，因此AMT實際上是由一個機器人系統(tǒng)來完成操作離合器和選換擋動作的.電控機械式自動變速器有電一液、電一

8、氣和全電三種控制方式，電一液式應(yīng)用較多，近年來全電式受到了廣泛的重視。AMT由電子控制單元根據(jù)行駛狀況，模擬優(yōu)秀駕駛員選換擋規(guī)律，驅(qū)動一套液壓系統(tǒng)或步進電機進行離合和換擋。這項技術(shù)的難度在于模擬司機換擋規(guī)律:包括離合器控制軟件的開發(fā)和電控單元、液壓驅(qū)動系統(tǒng)硬件的開發(fā)與可靠性圖。第一臺AMT是五十鈴公司于1984年最先推出并裝到轎車上，后來世界上許多汽車公司進行了研究，1998年德國LuPo轎車也安裝了AMT。目前歐洲的AMT市場正逐漸加大，戴克的Smart、寶馬的M3和大眾的路波等車型均用了AMT。國內(nèi)奇瑞汽車公司生產(chǎn)的QQ轎車也選裝了AMT。AMT集成了AT和MT的優(yōu)點:生產(chǎn)繼承性好，改造投

9、人費用少，易于被生產(chǎn)廠接受;生產(chǎn)3無極變速器無極變速器(eontinuouslyvariabletransmis-sion，CVT)主要部件是具有V形槽的主動錐輪、從動錐輪和傳動帶，傳動帶安裝在主動錐輪和從動錐輪的V形槽中內(nèi)，主動輪旋轉(zhuǎn)時通過傳動帶將主動輪的扭矩傳遞給從動輪。傳動帶有金屬帶、金屬鏈和橡膠帶之分，金屬帶是以推的形式傳遞轉(zhuǎn)矩，橡膠帶是以拉的形式傳遞扭矩。早先用的是V形橡膠帶，由于材料較差傳遞力矩小，效果不佳。1979年荷蘭DAF的工程師改用金屬帶進行研究，并于1983年推向市場。現(xiàn)在每個V形輪由一個固定錐盤和一個能沿軸向移動的可動錐盤組成，電控系統(tǒng)根據(jù)路況及駕駛員的意圖來改變液力的

10、大小，液力分別作用到主從錐輪的可動錐盤上，從而使主從錐輪傳遞扭矩的節(jié)圓半徑連續(xù)發(fā)生變化，達到無級改變傳動比的目的。CVT是真正的無級變速器，它重t輕、體積小、零部件少，與AT比較具有運行效率高、油耗低的優(yōu)點。主要缺點包括:技術(shù)含量高、國內(nèi)研究基礎(chǔ)較薄弱、制造復(fù)雜、投資規(guī)模大、傳動帶不能承受較大的載荷且壽命短易損壞、關(guān)鍵零部件必須完全依賴進口。富士、菲亞特、福特都先后把CVT用在自己的汽車上，奧迪A6型2.4L轎車也裝況了CVT。國內(nèi)近年來也加快了對CVT研發(fā)，并已取得成效，但離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。4自動離合手排變速箱自動離合手排變速箱(automati。一。lutehmanualtransmi

11、ssion，AeMT)是在手排變速箱基礎(chǔ)上加裝離合器執(zhí)行機構(gòu)及變速箱控制單元(transmissioncontroluni，TCU)而構(gòu)成的。Ac-MT的控制系統(tǒng)主要包括三個部分:一是車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油壓、剎車等信號的獲取;二是離合器結(jié)合控制;三是操作模式及離合器模態(tài)。該離合器執(zhí)行機構(gòu)的傳動部分是電機經(jīng)減速機構(gòu)減速，再轉(zhuǎn)換成直線運動，以推動離合器分離軸承的軸向移動，從而控制離合器的接合和分離。即系統(tǒng)啟動后先進行擋位、駕駛員意圖及車況判斷，以確定電機如何工作，從而使離合器產(chǎn)生所要的動作。該系統(tǒng)是在原換擋桿側(cè)面裝上傳感器，以感測駕駛者之換擋意圖，通知TCU下命令給離合器執(zhí)行機構(gòu)進行相關(guān)的動作，離

12、合器完全自動控制，因此無需離合器踏板.此外傳統(tǒng)變速器汽車通常隨著使用里程的增加，離合器會漸漸磨損，使得離合器踏板位置必須作調(diào)整。而AcMT的離合器的不僅結(jié)合與分離是自動完成的，而且還可隨時檢測離合器磨擦片的磨損狀況并自動調(diào)整至最佳起始點位置并具有自我診斷功能。自動離合手排變速箱優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、價格便宜(約為自動變速器的1/3)、適用于各種手動變速器的車輛，為駕駛提供方便。不足之處在于仍需手動換擋。5雙離合器式自動變速器雙離合器式自動變速器(dualelutehtrans-mission，DCT)是由平行軸式手動變速器發(fā)展而來的，它采用兩個離合器的結(jié)構(gòu)，將變速器的擋位按奇數(shù)和偶數(shù)分別布里

13、在與這兩個離合器相連的平行軸上，通過離合器的交替結(jié)合來完成換擋過程3。其結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中，一、3、5擋及倒擋與離合器Cl相連，2、4擋與離合器CZ相連，離合器Cl輸出軸是一個實心軸，離合器CZ輸出軸是一個空心軸，套在Cl輸出軸上，兩個輸出軸是同心的。停車時CI、CZ都是分離的，不傳遞動力。當起步時，因Cl分離，自動換擋機構(gòu)將擋位切換為1擋，然后離合器Cl接合，車輛開始起步運行。車輛換入l擋運行后，此時離合器CZ處于分離狀態(tài)，不傳遞動力，當車輛加速，達到接近2擋換擋點，自動換擋機構(gòu)可以將擋位提前換人2擋，離合器CI開始分離，同時離合器CZ開始接合，直到離合器Cl完全分離，整個換擋過程結(jié)束。其

14、換擋過程與目前自動變速器AT類似，其他擋位換擋過程也是如此。雙離合器式自動變速器繼承了手動變速器傳動效率高、燃油經(jīng)濟性好、安裝空間緊湊、質(zhì)量輕、價格低等優(yōu)點，此外在換擋過程中不存在動力中斷，所以換擋時沒有明顯的減速度產(chǎn)生，換擋迅速平穩(wěn)，不僅保證了車輛的加速性，而且極大地提高了換擋舒適性。6可無限變速的機械式無級變速器可無限變速的機械式無級變速器(infinitelyvariabletransmission，IVT)亦稱機械式數(shù)學(xué)超環(huán)面無級變速器，與其他自動變速器最顯著的差別之一是不使用變矩器，Torotrak公司開發(fā)的IVT使用了2套離合器，驅(qū)動力由一套稱為Variato的裝置傳遞，通過鎖止離

15、合器和行星齒輪機構(gòu)將動力傳遞至傳動軸。這種IVT變速器是基于數(shù)學(xué)超環(huán)面主動盤、超環(huán)面被動盤的簡單配置和在兩者間運動的滾子角度連續(xù)可變而實現(xiàn)無限的無級變速。IVT的核心部分由輸人傳動盤、輸出傳動盤和中間傳動盤組成。兩個輸人傳動盤分別位于兩端，輸出傳動盤只有l(wèi)個并位于中間位置，中間傳動盤則夾于輸入傳動盤和輸出傳動盤中問，它們之間的接觸點以潤滑油做介質(zhì)，金屬之間不接觸，通過改變中間傳動盤的角度從而實現(xiàn)傳動比的連續(xù)無限的變化，如圖2所示。IVT由于不使用變矩器，與其他自動變速器比較，IVT具有效率高、不易打滑、油耗低(據(jù)報道IVT要比現(xiàn)在的AT至少省油20%)、不需要工藝復(fù)雜造價昂貴的金屬傳動帶、結(jié)構(gòu)

16、簡單、成本較低等一系列優(yōu)點，加上傳遞扭矩大，長時間運轉(zhuǎn)也不會引起過度發(fā)熱，不但適用于轎車，也適用于越野車。IVT變速器結(jié)構(gòu)比CVT還簡單，制造成本會比CVT還低。結(jié)束語通過以上的分析，筆者認為AT已經(jīng)在國內(nèi)外汽車上大量使用，由于該變速器缺點較多，國外已不看好，特別是國內(nèi)無加工能力且對該變速器研究較少，因此也無需再花大力氣跟著別人后面進行研發(fā)。AMT已裝車使用，尤其在歐洲國家增長較快，國內(nèi)也已開始少量使用，特別是在當前我國汽車工業(yè)所需求的高燃油經(jīng)濟性、低排放和充分利用現(xiàn)有手動變速器生產(chǎn)線的形勢下，AMT理應(yīng)受到國內(nèi)各大汽車廠家的重視，因此一方面可以利用國內(nèi)技術(shù)力量加快產(chǎn)業(yè)化進程，另一方面也可以利用國際技術(shù)資源合作開發(fā)。CVT由于其獨特的特點，在輕型汽車如轎車上很有市場，已經(jīng)成功地裝配了一些轎車，但目前主要依賴進口，