汽車自動變速器在中國的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

1、綜述汽車自動變速器在中國的發(fā)展現(xiàn)狀及前景華中理工大學(xué)交通學(xué)院過學(xué)迅吳濤【摘要對目材汽車常用的3種自動變速器的歷史進行回碩.介紹其特點綜合分析國內(nèi)外自動變速器的現(xiàn)狀和發(fā)展趁 妙.并根據(jù)國內(nèi)汽車工業(yè)的氷平和市場需求等具體悄況.預(yù)測自動變速駕在我國汽車上的應(yīng)用前景。敘詞：轎車自動變速器發(fā)展£8】994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.綜述£8】994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House

2、. All rights reserved.綜述1引言汽車變速器是為解決發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與 車輛驅(qū)動所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的矛丹而設(shè)立的O車輛 行駛性能的好壞，不僅収決于發(fā)動機而且在很大程度 上還依賴于變速器以及變速器與發(fā)動機的匹配。在汽車10()多年的發(fā)展歷史中大部分汽車使川的 是具有多個檔位可變換的手動齒輪變速器。1906年出 現(xiàn)的液力變矩器，是船舶I業(yè)發(fā)展過程中的產(chǎn)物。由于 其具冇對外負叔的f I動適應(yīng)性更適合T-地面行駛車輛 的要求,30年代.山瑞典的里斯豪姆與英國利蘭汽車公 司的史密斯介作，創(chuàng)立了三級液力變矩器，應(yīng)用于公共 汽車上，隨后又用于英它車輛。然而，液力變矩器存在著 效率

3、不夠崗、變矩范用有限的問題使得單個液力變矩 器并沒有很大的實川意義而需串聯(lián)或并聯(lián)一個定軸式 或者旋轉(zhuǎn)軸式機械變速器，以擴大變速和變矩范I札同 時在效率方面得到-定補償。這就成為一個較實用的口 動變速器。它眾早是在1940年彼奧茲莫比；j；()l(lsmo- bile)汽車采用，但那時上要是用于軍用車輛和客車上。 隨著電獷技術(shù)和門動控制技術(shù)的迅速發(fā)展.門動變速器 技術(shù)越來越完善，形式也多樣化，在越來越多的車輛上 得到應(yīng)用，成為現(xiàn)代汽車與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。2自動變速器的特點I動變速器的上耍特點表現(xiàn)在以下兒方而： 2.1更好的駕駛性能汽車駕駛性能的好壞除與汽車木身的結(jié)構(gòu)冇關(guān) 外.還取決于止確的

4、控制和操縱。鬥動變速系統(tǒng)能使於 車白動去完成這些使用要求.即H動變速器可以按照預(yù) 先設(shè)定的最佳規(guī)律變換檔位，使汽車在每一種負載、路 況下都能同時兼顧發(fā)動機的最低油耗和變速器的最厲 效率。因而特別適合于非職業(yè)駕駛。2.2貝好的行駛性能I動變速器的檔位變換快且平穩(wěn)提高了汽車的乘 坐舒適性。通過液體傳動或微電腦控制換檔，可消除或 降低動力傳動系統(tǒng)中的沖擊和動載。試驗結(jié)果表明，在 壞路段行駛時，F(xiàn)l動變速的車輛傳動軸上最大動載轉(zhuǎn) 矩的蜂值只有手動變速器的20%40%原地起步時 垠大動載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的50%：70% o 從而能人幅度延長發(fā)動機和傳動系統(tǒng)零部件的殍命。 2.3更高的行車安全性在

5、行駛過程中.駕駛員必須根據(jù)道路、交通條件的 變化，對車輛的行駛方向和速度進行改變和調(diào)節(jié)。據(jù)統(tǒng) 計，在城市行駛的車輛，平均每公里要換檔10多次。這 使得駕駛員的注意力被分散，而H易產(chǎn)生疲勞,造成交 通乍故增加;要么是終駛員減少換檔；欠數(shù).以操縱油門 大小代替變速，即以犧牲燃油經(jīng)濟性來減輕疲勞強度。 裝備自動變速器的汽車，只要控制油f J踏板，就能自動 變速，從而改善了駕駛員的苦動強度.使行4 %故率降 低，平均車速提高。2.4更低的廢氣排放發(fā)動機在怠速和拓速運行時,排放的廢氣中一氧化 碳或碳氫化合物的濃度較簡。而白動變速器，可使發(fā)動 機經(jīng)常處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)也就是在較小污染排 放的轉(zhuǎn)速范用內(nèi)

6、工作，從而降低了排氣污染。2.5并不遜色的使用經(jīng)濟性因液力變矩器在低轉(zhuǎn)速比時效率較低故與于動機 械變速器相比，液力I動變速器的效率要略低一些，因 此發(fā)動機燃油消耗顯得稍拓一些。不過.從國內(nèi)外對同 一種轎車選用液力H動變速湍和手動機械變速器所進 行的油耗比較來看.裝備三檔H動變速器時崗速行駛 的白公里油耗大于裝備五檔手動機械變速器但城市行 駛百公里油耗則小于裝備五檔r-動機械變速器。而汽4 裝備四檔Fl動變速器時，不僅城市行駛門公電油耗小于 同車裝備五檔于動機械變速器而H.崗速行駛時的厲公 里油耗與同車裝備五檔T-動機械變速器相比兒乎沒佇 差別。通過與發(fā)動機的匹配優(yōu)化、液力變矩器閉鎖、增加 檔位

7、數(shù)、電f控制等措施，是能夠使液力口動變速器接 近于動機械變速器的總體油耗水平的。而裝備AMT和 CVT的汽車，英經(jīng)濟性絕不低于裝備于動機械變速器 的汽車。'勺然，與于動變速器相比.白動變速器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 寒件加工難度大牛產(chǎn)成本較臥此外變速器的維護和 修理也較麻煩、對汽車修理人員的水平要求較島，需具 冇機、電、液等方面的知識。但與其對汽車性能的改善相 比還是值得的。3自動變速器的分類11詢轎車所使用的自動變速器大致可分為3種:液 力自動變速器、機械自動變速器和機械無級變速器。 3.1液力自動變速器Jt英文名稱為 Automatic Transmission 或 Auto- matic T

8、ransaxle(自動變速驅(qū)動橋)，簡稱AT。其基本 形式是液力變矩器與動力換檔的旋轉(zhuǎn)軸式機械變速器 宙聯(lián)。液力變矩器是通過液體動就矩的變化來改變轉(zhuǎn)矩 的一種傳動元件，它除了起離合器的作用外.還具有無 級連續(xù)變速和改變轉(zhuǎn)矩的能力對外負載有良好的A動 調(diào)節(jié)和適應(yīng)性。液力變矩器除町與旋轉(zhuǎn)軸式變速器申聯(lián)、傳遞全部 發(fā)動機功率外，還可以打旋轉(zhuǎn)軸式變速器冇多種并聯(lián)方 式，實現(xiàn)內(nèi)分流、外分流、混介分流等多相II動變速。從50年代起裝備液力門動變速器的轎車開始增 多但半時H動變速器的效率明顯低于機械變速器，使 得裝備H動變速器的汽乍存在燃油經(jīng)濟性較耒的問題； 同時.自動變速器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,成本島，從而限制了

9、它 的發(fā)展。為解決液力口動變速器效率低的問題,汽車界 的工程技術(shù)人員做了人鼠的工作。60年代的研究巫點 是采用多元件工作輪提拓液力變矩器的效率。70年代 是使用閉鎖離介器,提高液力門動變速器在拓速時的效 率。80年代則采取增加行星齒輪變速器檔位的方法以 及使用電子控制。90年代,大量電子技術(shù)的應(yīng)用，使液 力自動變速器的發(fā)展進入了一個新的時期.綜合經(jīng)濟性 能也得到了提高。電子控制的液力自動變速器也稱為 E(T ( Elect ronic Co nt rollnl Automat ic T runs mission) o 實際匕傳統(tǒng)的液控式液力白動變速器已不再工產(chǎn)，因 而現(xiàn)在的AT也就是ECT。3

10、.2電子控制機械式自動變速器這是一種山普通齒輪式機械變速器組成的有級式 機械I動變速器，英文名稱為Automatic Mechanical Transmission,簡稱AMTo這種自動變速器主要包括3 個部分：門動離合器、齒輪式機械變速器和電(控制系 統(tǒng)。由于液力自動變速器存在著效率較低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 成本高等缺點，I対I何人們嘗試在效率島、結(jié)構(gòu)簡單的固 定式F動變速器上實現(xiàn)口動化。從6()年代起，開始出現(xiàn) 了對傳統(tǒng)的離介器和動機械變速器的半11動操縱，如 美國伊頓公司的半自動變速器SAMT ”、徳國ZF公司 的半自動變速器Semishifto但這些變速器仍未能 實現(xiàn)控制過程中最困難的起步過程

11、白動化.即還沒冇達 到全自動變速。其中的關(guān)鍵技術(shù)是對離合器的控制。1983年，H本五十鈴公司在世界上率先研制成功 電丁控制全機械式有級自動變速器NAVI-5",并裝于 ASKA轎車上，在車速為60km/h時，可比液力自動變 速器節(jié)汕10%30%左右。U野的藍帯大客車也丁同 時期安裝了這種類型的變速器。伊頓公司在1983年也 宣布成功地將幣:吃貨車的手動變速器實現(xiàn)了自動化。 ZF公司對它的一種16檔的變速器也實現(xiàn)r自動換檔, 于1988年將這種稱之為Autoshift 變速裝置裝備 在Geneva貨車上。這種采用現(xiàn)代電f技術(shù)改造傳統(tǒng)T-動變速器而得 到的機械式門動變速器，既冇液力I動變

12、速器能門動變 速的優(yōu)點，又冇普通齒輪變速器傳動效率拓、價格低的 優(yōu)點。3.3機械無級變速器前面提到的兩種自動變速器都是有級或分段無級 自動變速。卜面所談的機械無級變速器一般稱為無級 變速器,其英文名稱是Continuously Variable T rans- mission.簡稱CVT。它克服了詢而兩種口動變速器固 冇的齒輪傳動比不連續(xù)和零件數(shù)鼠過多的缺點，貝冇傳 動比連續(xù)、傳遞動力平穩(wěn)、操縱方便等特點，真正實現(xiàn)了 無級變速。早期的機械無級變速器是通過兩個錐體改變 接觸半徑而實現(xiàn)傳動比連續(xù)變化但由于接觸部分擠壓 應(yīng)力太高難以進入實用化。1955年，荷蘭DA F公司在 汽車上試裝采用V ”形橡

13、膠帶的CVT.但因該傳動機 £8】994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.綜述構(gòu)體積過大，傳動比太小，乂受皮帶壽命的影響,無法滿 足汽車行駛的要求。徳國PIV公司從1956年起，開始 研究鏈傳動的CVT德國大眾汽車公司等公司也曾在 轎車上裝用過這種變速器。到8（）年代，出現(xiàn)了技術(shù)上的突破橡膠皮帶被由許 多薄鋼片穿成的鋼帶代替，使其與兩個錐輪的槽在不同 半徑上咬合”來改變傳動比。這種CVT的某本結(jié)構(gòu)和 匸作原理如圖1所示。兩個帶輪.3為主動輪，1為從動 輪。侮個帶輪

14、均由可以相對滑動的兩部分構(gòu)成鋼帶2 位于兩部分間的凹榊內(nèi)。'”1帶輪兩部分緊徐時，凹槽較 窄.鋼帶位于帶輪外緣.帶輪的I：作直於最大。隨著帶輪 兩部分間的相對滑動分離凹榊越來越寬鋼帶逐漸靠 近帶輪中心，匸作直徑變小，帶輪的滑移采用液壓控制。 這樣一來傳動比明顯捉拓，具備了在汽車上廣泛應(yīng)用 的前提。Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righid. kiji硏究 q 丿| 發(fā)綜述Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House.

15、All righid. kiji硏究 q 丿| 發(fā)綜述3圖1I.從動輪2.V形鋼帶3.主動輪Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righid. kiji硏究 q 丿| 發(fā)綜述II. Van Doorne f#士的VDT公司研制金屬帶式 的無級變速器并使之進入商品化階段。1987年，福特汽 車公司首次在市場上推出裝用這種鋼帶的（:rVo H本 富士重也于同年研制成功裝備于Jusly車上（排最1 1.2L）的電子控制CVT,它在傳統(tǒng)的CVT基礎(chǔ)上增 加了電f控制系統(tǒng)，當(dāng)時被稱為ECVT o這種CVT可 根據(jù)

16、汽車的行駛狀態(tài).控制磁粉式離合器中金屬粉末的 磁化程度，將發(fā)動機的動力平穩(wěn)地傳遞給丄動輪；再就 是根據(jù)實際需要，調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓九控制帶輪兩部分 間的相對滑移程度，從而改變變速器傳動比。在此之后， 菲亞特、福特、日產(chǎn)等汽車公司都在兀生產(chǎn)的一些1. 2 1. 6L排量的轎車上裝備這種變速器。由于C V T可以使發(fā)動機始終在其經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)域 內(nèi)運行，從而人人改善燃汕經(jīng)濟性。但因CVT是摩擦 傳動，與齒輪傳動相比效率并不臥從口詢的悄況來看, 大約能節(jié)省燃汕10%左右。此外,CVT在加速時無須 切斷動力，因此，裝備CVT的汽車乘坐舒適，超車加速 性能好。從成本來看，冇叫能低于液力H動變速器，據(jù)卅 亞特公司

17、稱，它們開發(fā)的CVT價格可比AT低30% o4自動變速器的發(fā)展趨勢最近兒年，傳統(tǒng)的液力鬥動變速器通過采用CAD/ CAM技術(shù)來提高液力變矩器效率，增加行星齒輪變速 器的檔位（四、五檔）以及電子技術(shù)的應(yīng)用，液力自動變 速器的性能已相當(dāng)完善。每年還仃兒十項專利申請，主 耍是金電了控制方面的，如消除汽車爬坡時因牽引力不 足產(chǎn)生急劇減速造成的重復(fù)換檔；防止汽車轉(zhuǎn)彎時因短 時間速度下降產(chǎn)生重復(fù)換檔.冇效地減小離介器和制動 器的使用頻率；因海拔烏度變化引起發(fā)動機轉(zhuǎn)矩下降而 對換檔時刻進行修止;通過控制液壓系統(tǒng)用力和發(fā)動機 輸出轉(zhuǎn)矩以抑制換檔沖擊等?，F(xiàn)在的液力自動變速器已能通過微電腦對整個動 力一傳動系統(tǒng)進

18、行控制，可稱得上是全電了控制的智能 化產(chǎn)品。山各種電r傳感器和微電腦組成的電控單元可 根據(jù)路況、駕駛方式等倍息控制發(fā)動機的噴汕最，決定 換檔時機和液力變矩器鎖定時刻，使動力輸出達到最 佳，既降低汕耗.乂減小換檔時的撇動。三菱公司新的H 動變速車Fuzzy Shift 4AT”在自動變速系統(tǒng)中加入f 殺糊盜制”的概念變速器內(nèi)的微電腦會根據(jù)收集到的 行駛狀況信息通過模糊邏輯判斷后，白動選擇最適、"| 的換檔方式。該公司的INVECS-H自動速器,控制鄉(xiāng) 擴大到車輛的全部匸作范I札相關(guān)信息數(shù)鼠高達21() 個其電腦有記憶駕駛員的愛好和習(xí)慣的能力可據(jù)此 修改換檔程序。液力門動變速器的應(yīng)用范圍

19、非常廣，與之匹配的發(fā) 動機排鼠小至1L,大至10L以上;傳遞功率可從幾十千 瓦到兒百千瓦;可以裝備轎車、客車、貨車、越野車等并 種車型。僅就液力鬥動變速器在轎車上的裝備率而言， 目前美國為90%左右,H本接近80%。因此，液力自動 變速器在汽車口動變速器行業(yè)占方匸導(dǎo)地位.據(jù)預(yù)測， 到20(X)年后，U本口動變速器的總裝車率將達到 40%, M國將達到35%,不過在這當(dāng)中,AMT和CVT 將要擠占部分份額。進入80年代五十鈴、伊頓、ZF等公司研制電子控 制機械自動變速器并裝車成功后福特公司、大眾公司、 菲亞特公司、雷諾公司和豐出公司等也相繼開展A M T 的研究和開發(fā)。1995年本田的部分Civ

20、ic轎車裝用了 AMT。1996年寶馬"3轎車所采川的M序列式變速 器”就足在原來的M 3型6檔于動機械變速器加礎(chǔ)上作 了人幅度的改進，以全新的電液控制系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的 機械式變速器的操縱系統(tǒng)并可選擇門動變速和于動變 速兩種模式。ZF公司也推出了其電控機械自動變速器 新產(chǎn)品ASTRON IC系列。由于機械式自動變速器 是采川現(xiàn)代電(技術(shù)改造傳統(tǒng)手動變速器而得到的，其 研究時的一個初衷就是考慮機械變速器部分可以借丿IJ 原有的結(jié)構(gòu)，內(nèi)而新增生產(chǎn)設(shè)備較少。但這也限制了為 改善I動變速器性能所要求的些結(jié)構(gòu)上的變化。據(jù)統(tǒng)計，截至1996年底,裝備金屈帶式CVT的僑 車就已達120多萬輛。最近

21、日本本田汽車公司和荷蘭 的 DT(Van Doorne's Transmissie V)變速器公司 共同研制的新型無級變速器已裝備在了本出1996 Civic HX型轎車上。VDT公司計劃到2000年累計生 產(chǎn)4(X)萬套CVT,到2005年達1 000萬套。日產(chǎn)汽車公 同原定在21世紀(jì)進入CVT的實用化階段，但因該公 司近幾年經(jīng)營情況不理想，為仃利丁搶占市場，現(xiàn)已明 顯加快了 CVT實用化步伐，電了控制的哈依帕CVT 已裝在雑鳥等排量2L的轎年上。據(jù)統(tǒng)計，到1996年， 裝有CVT的轎車約120萬輛，發(fā)動機排最大多在0. 6 3. 3L。預(yù)計到2000年，無級變速器的裝車率,H本將

22、達到15%,而美國將達到38%o這主要集中在中小排 量的轎車上，用于大功率傳遞時仍冇一些問題需要解 決。另外.美國一些高校的研究機構(gòu)以及裝備液力自動 變速器量最大的通用汽車公司也正在加緊CVT的研 制和試裝車。由此可看出國外汽車企業(yè)對CVT的態(tài)度 已由舉棋不定轉(zhuǎn)向了加速發(fā)展。5自動變速器在中國的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景我國從60年代起就在呀旗”770轎車上使用了 具有2個前進檔的液力自動變速器，1975年又研制出 有3個詢進檔的CA774液力自動變速器。80年代 初.老紅旗”轎車因汕耗高而停止生產(chǎn)。汕耗禹的原因 除液力I動變速器效率問題外更上要的要歸因于其拓 達5. 6L排暈的發(fā)動機。此外.除在部分軍用

23、車輛上使用了液力fl動變速器 外倒內(nèi)汽車行業(yè)兒乎與自動變速器無緣。其至有人認 為.中國在2000年以而不需要自動變速器。隨著中國的改革開放大量國外轎車進入我國市 場中許多中高檔轎車是帶冇口動變速器的，而其類 別兒丁全部足液力I動變速器。這也使一大批汽車修理 企業(yè)對液力口動變速器的維修變得十分熟悉。由于對自動變速器良好性能的逐漸認識，用戶的需 求最越來越大，使國內(nèi)汽車企業(yè)加快了門動變速器的發(fā) 展步伐。1998年,一汽大眾公司生產(chǎn)的徙達王”已將自 動變速器列為選裝件。神龍汽車公司也在其匍康” 1.6L的車型上推出了電控式液力自動變速器。上海通 用汽車公同在所生產(chǎn)的別克琵紀(jì)”轎車上裝備了口詢 最為先

24、進的-種液力門動變速器一4T65E型四檔電 控門動變速驅(qū)動橋。而廣州本山雅閣”轎車，門動變速 器幾乎是標(biāo)準(zhǔn)配置。因此,在國產(chǎn)車上選裝液力門動變 速器已成為必然之勢。從研究與生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看,CA 770液力自動變速器 生產(chǎn)過近2 (XX)臺，加之匸程機械、軍用車輛采用動力 換檔的行星齒輪變速器已仃10多年的歷史近兒年，國 內(nèi)也為人功率車輛研制成功電控門動變速器，因此可以 說.在液力I動變速器的硏究、生產(chǎn)以及修理方面均冇 一定的取礎(chǔ)o但目前國產(chǎn)轎車所裝用的液力自動變速器 全部都依嘗進口。不過通用汽車公司在上海的合資企業(yè) 已開始試I產(chǎn)4T65E世四檔電控門動變速驅(qū)動橋。半 然完全國產(chǎn)化還有一段路要走。

25、(下轉(zhuǎn)第13頁)Qp42011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All righid. kiji硏究 q 丿| 發(fā)產(chǎn)品開發(fā)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其它為保證本公司產(chǎn)品的通川性和互換性，在電氣系統(tǒng)

26、 設(shè)計時除點火系統(tǒng)采川12V電用供電外，其余部分仍 采用24V電壓供電,12V電壓通過24/12V電源轉(zhuǎn)換器 獲彼輸出電流35A;點火系統(tǒng)控制元件均安裝在蓄電 池倉中，使英匸作環(huán)境改善。在襄樊國家汽車試驗場進 行的可當(dāng)性試驗中，該車能滿足各種不同路況的考驗。為了溝通駕駛員與乘客之間的信息，車內(nèi)扶手桿上 配有下乍按鈕;車內(nèi)信息屏與報站器同步顯示和廣播. 系統(tǒng)內(nèi)存帛大.內(nèi)容更換方便：發(fā)動機倉內(nèi)設(shè)有檢修開 關(guān)“1駕駛員在發(fā)動機倉檢修車輛時將檢修開關(guān)扳到 檢修位置，可利用另邊的副起動開關(guān)赴動發(fā)動機，其他 人在駕駛員的位芒不能起動發(fā)動機，從而充分保證了后 置發(fā)動機車輛維修時的安全性和操作方便。發(fā)動機倉內(nèi)

27、 裝冇滅火器，自動感應(yīng)溫度，實現(xiàn)滅火杜絕一切隱患。需電池架為活動式，維修時町方便地將希電池從倉 內(nèi)抽出。4排放性能經(jīng)過對XMQ6100兩用燃料城市客車的怠速污染 物排放及發(fā)動機排氣污染物排放屋測試，結(jié)果見表1。表II.P(;汽油標(biāo)準(zhǔn)檢臉項目C()(%)1. 0204. 0總速污染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軸排放*由以上數(shù)據(jù)可見，燃氣系統(tǒng)排放物與燃油系統(tǒng)排放 物相比均大幅度降低.符合國家新頒布的排放法規(guī)。5結(jié)束語XMQ6100兩用燃料城市客車投向市場后，以其烏 貴典雅的外形、可旅的性能和周到的服務(wù)設(shè)施深受公 交公司的歡迎，現(xiàn)已任風(fēng)景名勝區(qū)四川九寨溝、北京市 區(qū)批帚投入運行。