變速器的發(fā)展歷史

1、變速器的發(fā)展歷史了解汽車的人都知道，汽車的動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的。而發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力通過離合器、變速器、傳動(dòng)軸等傳遞到車輪。變速器的重要性由此可見，所以，了解變速器的發(fā)展歷史是每個(gè)愛車人所必需的。變速器的基本作用是：1） 改動(dòng)傳動(dòng)比，降速增扭。2） 利用倒檔實(shí)現(xiàn)汽車的倒向行駛。3） 在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下，利用空檔中斷動(dòng)力傳遞，且便于汽車起動(dòng)、怠速、換擋和動(dòng)力輸出。近百年，變速器經(jīng)歷了用變速桿改變鏈條的傳動(dòng)比手動(dòng)變速器有級(jí)變速器無級(jí)變速器的發(fā)展歷史。1、早起汽車傳動(dòng)系統(tǒng)早期的汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，從發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪之間的動(dòng)力形式很簡(jiǎn)單。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一組錐齒減速齒輪，再傳動(dòng)到一根軸和皮帶輪。皮帶輪和驅(qū)動(dòng)橋上的內(nèi)齒

2、輪嚙合，使汽車行駛，大齒輪用來加速，能使汽車達(dá)到32 kmh的速度。如果遇到上坡，而爬坡能力不夠時(shí)，駕駛員就停下車子，把小鏈輪嚙合后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。世界上第一輛汽油汽車由德國工程師卡爾·本茨和戈特利布·戴姆勒于1886年同時(shí)宣告制成，卡爾·本茨制造的是三輪汽車，后者制造的是四輪汽車。在三輪汽車中，汽油機(jī)發(fā)動(dòng)以后，動(dòng)力經(jīng)齒輪和鏈條傳至后軸，后軸系兩個(gè)半軸，中間裝有差速器，有利于車輛轉(zhuǎn)彎。前輪架位于一個(gè)叉形結(jié)構(gòu)架上，類似現(xiàn)代自行車的前叉裝置，上面有轉(zhuǎn)向手柄，用來操縱車輛轉(zhuǎn)彎。這輛車上還裝有變速桿，用來改變鏈條的傳動(dòng)比，使車速快慢自如.2、 手動(dòng)變速器手動(dòng)變速器是靠駕駛員直接

3、操縱換擋手柄換擋，為汽車最初普遍采用。在20世紀(jì)60年代，大部分的汽車變速器只有3個(gè)檔位，只有高速檔具備同步器。當(dāng)時(shí)駕駛員駕駛車輛時(shí)，必須有很好的技術(shù)，才能平順地?fù)Q檔。發(fā)展至今，大多數(shù)手動(dòng)變速器也搭載有5檔，甚至6檔速率。低檔速率對(duì)節(jié)約燃料有好處，加快速度需要變高速檔。手動(dòng)變速器(MT)主要采用齒輪傳動(dòng)的降速增扭原理，變速器內(nèi)有多組傳動(dòng)比不同的齒輪副，一對(duì)齒數(shù)不同的齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，若小齒動(dòng)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速就增高。汽車行駛時(shí)的換擋就是通過操縱機(jī)構(gòu)使變速器內(nèi)不同的齒輪副工作。z1，n1，M1，主動(dòng)齒輪的參數(shù);z2，n2，M2為從動(dòng)齒輪的參數(shù)。如圖1所示： 圖1 工作原理圖2 換擋原理 換檔原理圖3 變

4、速原理3、自動(dòng)變速器 裝有手動(dòng)變速器的汽車在行車過程中，駕駛員通常需要頻繁換檔，這加重了駕駛員的負(fù)擔(dān)，分散了駕駛員的注意力，不利于行車安全。并且換檔品質(zhì)的好壞，很大程度上取決于駕駛員的熟練程度，而新手很難把握。自動(dòng)變速器可以使換檔過程自動(dòng)完成，減輕了駕駛員的負(fù)擔(dān)，并且消除了駕駛員操作水平的影響，保證了汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，提高了行車舒適性和安全性。圖4 自動(dòng)變速器的原理圖3.1、自動(dòng)變速器的發(fā)展歷史1930年，戴姆勒公司將液力耦合器應(yīng)用于汽車，改變了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式。1950年代，開發(fā)出了由液力變矩器和行星齒輪構(gòu)成的自動(dòng)變速器。1958年，荷蘭的DAF公司H.Van Doorne博士研制成功

5、了名為Variomatic的雙V型橡膠帶式CVT，并裝備于DAF公司制造的Daffodil轎車上，其銷量超過了100萬輛 。 1960年代，應(yīng)用較多，但是效率很低，開發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了更高效率的液力變矩器。1960年代出現(xiàn)了半自動(dòng)的SAMT，只能控制離 合器，選換檔需要駕駛員完成。六十年代中期，荷蘭的VDT公司用金屬帶取代之前的橡膠帶，研制出了能傳遞功率容量大，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊的無級(jí)變速器。 1970年代，出現(xiàn)了帶有閉鎖離合器的液力變矩器，提高了液力自動(dòng)變速器在高速時(shí)的效率。 1970年代SAMT發(fā)展成熟 1980年代增加了行星齒輪檔位和駐車鎖止（P）系統(tǒng)，并采用電子控制。 1983年，日本五十鈴公

6、司研制出全自動(dòng)AMT，離合器和選換檔都自動(dòng)完成。 1987年，日本富士重工公司從VDT公司購買了金屬帶，并得到了VDT公司的技術(shù)指導(dǎo)，生產(chǎn)了面向1.0L轎車的CVT，并裝在Subaru Justy轎車上，采用液壓控制。 1990年代出現(xiàn)了智能化AMT，將AMT的控制同 ECU、ABS、ASR的控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)一體化控制 。1995年9月，Honda公司開發(fā)了新一代金屬帶式CVT即Honda Multi Matic，實(shí)現(xiàn)了離合器、換擋和夾緊力的全電子控制 1999年德國奧迪公司聯(lián)合LUK公司和Temic公司，開發(fā)完成了FF縱置金屬鏈?zhǔn)紺VTMultitronic，成功地裝在輸出轉(zhuǎn)矩3

7、10Nm、排量2.8L的奧迪A6/A4和保時(shí)捷跑車上，并于2002年11月投放到中國市場(chǎng)。 2003年，Damler-Benz公司開發(fā)了7速AT3.2、自動(dòng)變速器的特點(diǎn)1、汽車起步平穩(wěn)，減小振動(dòng)與沖擊，提高乘坐舒適性；2、汽車能以較低速穩(wěn)定行駛，提高通過性；3、自動(dòng)適應(yīng)道路阻力變化，提高平均速度和動(dòng)力性；4、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋、減輕駕駛員體力，提高安全性；5、減輕空氣污染；6、減小換擋沖擊，消除動(dòng)力傳動(dòng)動(dòng)載荷，延長(zhǎng)使用壽命；7、但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度和成本高；傳動(dòng)效率低；使用、維修及故障排除難度大，技術(shù)水平要求高。3.3、自動(dòng)變速器的分類1、AT 液力自動(dòng)變速器 2、CVT 無級(jí)自動(dòng)變速器 3、A

8、MT 電控機(jī)械自動(dòng)變速器4、DCT 雙離合自動(dòng)變速器3.4、AT 液力自動(dòng)變速器 圖5 前置前驅(qū)AT 圖6 前置后驅(qū)AT 典型的AT主要由液力變矩器、行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成。液力變矩器一般由泵輪、渦輪、導(dǎo)輪和鎖止離合器組成。由于液力變矩器具有增扭作用，裝有AT的汽車起步性能較好。由于液力變矩器具有無級(jí)變速的特性，因此AT具有分段無級(jí)變速的特性，換檔的平順性較好。以上兩個(gè)特點(diǎn)使得AT得到了廣泛的應(yīng)用。但是液力變矩器低速時(shí)的效率較低，使得裝有AT的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性較差。圖7 液力自動(dòng)變速器的組成 AT的檔位經(jīng)歷了2AT、3AT、4AT、5AT、6AT、7AT幾個(gè)階段。其中4AT和5AT是目前

9、汽車市場(chǎng)上自動(dòng)檔車型的主流配置。由于燃油經(jīng)濟(jì)性的原因，目前2AT、3AT已經(jīng)基本遭到淘汰， 4AT也將面臨淘汰。隨著AT檔位的增多，其成本也隨之升高，并且當(dāng)檔位超過5檔以后，其經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性改善的潛力也將很有限。故可以預(yù)見， 8AT、9AT等出現(xiàn)的可能性微乎其微。在美國和日本，AT已經(jīng)發(fā)展地相當(dāng)成熟，而且性能也日益提高，故在這兩個(gè)國家，尤其是美國，AT的裝車率相當(dāng)高。 但同時(shí)AT的發(fā)展?jié)摿σ呀?jīng)不大。3.5、CVT 無級(jí)自動(dòng)變速器無級(jí)變速齒輪傳動(dòng)裝置，是在上世紀(jì)中葉出現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，由于沒有合適的自動(dòng)化控制操縱裝置，在電子時(shí)代之前，所有的機(jī)械控制裝置，最終都沒有能夠成功地安裝在汽車上。這時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的

10、效率及行車條件都由駕駛者的行車能力來決定。直到上世紀(jì)80年代術(shù)期，CVT才首次運(yùn)用在批量生產(chǎn)的汽車中。一直以來，由于結(jié)構(gòu)方面的因素，人們普遍認(rèn)為：金屬帶式CVT在傳動(dòng)帶壽命、工作可靠性、傳動(dòng)效率及運(yùn)轉(zhuǎn)噪音等方面均優(yōu)于金屬鏈?zhǔn)紺VT 。但是Audi Multitronic金屬鏈?zhǔn)紺VT做得相當(dāng)成功，某些性能指標(biāo)優(yōu)于金屬帶式。 金屬帶式CVT（如圖7）的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了液壓控制、半電子控制和全電子控制三個(gè)階段。金屬帶在VDT公司也發(fā)展到了第七代。 圖8 金屬鏈?zhǔn)紺VT 圖9 金屬帶式CVTCVT真正實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速，具有傳動(dòng)比連續(xù)、動(dòng)力傳遞平穩(wěn)、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。并在大多數(shù)情況下使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)

11、，從而保證了較高的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并降低汽車的排放。CVT的應(yīng)用越來越多，在日本的裝車率較高，發(fā)展?jié)摿薮?。國?nèi)廣本Fit、南京飛亞特Palio和Siena、一汽大眾Audi A6、奇瑞旗云、東風(fēng)本田Civic等都裝備了CVT。圖10 裝在Honda Civicn轎車上的Multi Matic CVT 但是大多數(shù)CVT的扭矩傳遞能力有限，并且靠摩擦傳動(dòng)，本身效率不高（87%94%）。如果能夠進(jìn)一步提高扭矩傳遞能力和傳動(dòng)效率，成本能夠進(jìn)一步控制，無級(jí)變速將成為汽車?yán)硐氲淖兯賯鲃?dòng)裝置。 3. 6、AMT 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT既有液力自動(dòng)變速器能自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn),又有普通齒輪變速器傳動(dòng)效率高

12、、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。 但是AMT在換檔過程中存在動(dòng)力中斷，換檔品質(zhì)較差，舒適性較差。這種先天缺陷使得多數(shù)用戶無法接受，這嚴(yán)重制約了AMT的發(fā)展。目前AMT的市場(chǎng)主要分布在歐洲，主要應(yīng)用在貨車、城市客車、越野車以及一些經(jīng)濟(jì)性轎車和賽車上。 圖11 Marelli和GIF的AMT3.7、DCT 雙離合式變速 為了克服AMT換檔過程動(dòng)力中斷、換檔品質(zhì)差的缺陷，近年來開發(fā)出了DCT。DCT既可以充分利用AMT所具有的優(yōu)點(diǎn)，又可以消除其換擋過程中動(dòng)力中斷的缺點(diǎn)。它可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換檔，并且舒適性相當(dāng)好。這種自動(dòng)變速器已成為許多汽車廠家所關(guān)注的熱點(diǎn)。圖11 DCT的變速原理 DCT是在原手動(dòng)變速器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，具有良好的生產(chǎn)繼承性；換檔平順，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性好，動(dòng)力性好，是目前比較完美的變速傳動(dòng)。 但是DCT的結(jié)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，目前主要應(yīng)用于高級(jí)轎車上。4、參考文獻(xiàn)1胡朝峰，過學(xué)迅，汪斌汽車變速器技術(shù)的發(fā)展與展望J汽車研究與開發(fā)，2005(5)2肖永清，楊忠敏汽車的發(fā)展與未來M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20043臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造（下冊(cè)）.機(jī)械工業(yè)出版社，2011.4余志生.汽車構(gòu)造北京：機(jī)械工