現(xiàn)代轎車自動變速器應用發(fā)展趨勢

現(xiàn)代轎車自動變速器的應用發(fā)展趨勢1.自動變速器概述??車用自動變速器作為一種新型的傳動器，最早是由1939年通用公司奧茲莫比爾部開發(fā)的，目前已經(jīng)經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，而且其形式也多種多樣。1977年美國克菜斯勒公司首先開發(fā)出了帶鎖止離合器的液力變矩器。這種鎖止裝置實際上是全自動離合器。鎖止離合器時，變矩器將不起作用。這對改善燃料的經(jīng)濟性和降低變速器的溫度有益處。??在現(xiàn)代轎車上，常見的是采用電控的液力自動變速器，主要是由自動離合器和自動變速器兩大部分組成。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的變化，自動地進行換檔。與無級變速器相比，液力自動變速器最大的不同是在結(jié)構(gòu)上，它是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成。因此，液力自動變速器并不是真正的無級變速，還是有檔位的。其所能實現(xiàn)的是在兩擋之間的無級變速。而無級變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的，因此，其比傳統(tǒng)自動變速器結(jié)構(gòu)簡單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動比，從而實現(xiàn)全程無級變速，使汽車的車速變化平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換檔時那種“頓”的感覺。??無級變速器的無級變速原理的關(guān)鍵，是二個傳動滑輪和聯(lián)接此二個滑輪的傳動帶，每個滑輪都由一對彼此合成V形槽的錐體組成，通過傳動帶聯(lián)接二滑輪，利用液壓操縱機構(gòu)移動錐體的開合，使傳動帶離滑輪軸心的徑向位置發(fā)生變化，從而獲得二滑輪之間的傳動比(一般最大范圍可達5：1)。自動變速器多擋化雖能擴大自動變速的范圍，但它并非安全迅速，只在有級變速與無級變速之間，理想的無級變速器是在整個傳動范圍內(nèi)能連續(xù)的、無擋比的切換變速比，使變速器始終按最佳換擋規(guī)律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求。??現(xiàn)代無級變速器傳動效率提高，油門反應快、油耗低，隨著汽車技術(shù)的進步，已經(jīng)越來越不滿足于液力自動變速器，希望徹底改進無級變速器，從實現(xiàn)汽車從有級變速階段向無級變速階段的飛躍。福特、菲亞特、奧迪等企業(yè)紛紛推出了能夠匹配大排量發(fā)動機的無級變速器。目前國內(nèi)的自動檔基本上全是液力自動變速器，只有奧迪采用了無級變速器。奧迪無級/手動一體式變速器，其就在原有的無級變速器基礎(chǔ)上，進行多項技術(shù)上的創(chuàng)新、改進和提高。無極變速裝備有自動控制裝置，行車中可根據(jù)車速自動調(diào)整檔位，無需人工操作，省去許多換檔及踏踩離合的工作。??2.自動變速器的結(jié)構(gòu)分類??一般車用變速器可分為手動變速器和自動變速器兩大類。自動變速器是指不依*人的手力，而能自動實現(xiàn)換擋功能的變速器。目前汽車上常用的自動變速器的類型有：液力自動變速器、液壓傳動自動變速器、電力傳動自動變速器、有級式機械自動變速器和無級式機械自動變速器等。??自動變速器按照汽車驅(qū)動方式的不同，可分為后驅(qū)動自動變速器和前驅(qū)動自動變速器即自動驅(qū)動橋。后驅(qū)動自動變速器的變矩器和齒輪變速器的輸入軸及輸出軸在同一軸線上，發(fā)動機的動力經(jīng)變矩器、變速器、傳動軸、后驅(qū)動橋的主減速器、差速器和半軸傳給左右兩個后輪。??前驅(qū)動自動變速器在自動變速器的殼體內(nèi)還裝有主減速器和差速器?？v置發(fā)動機前驅(qū)動變速器的結(jié)構(gòu)和布置與后驅(qū)動自動變速器基本相同；橫置發(fā)動機前驅(qū)動變速器由于汽車橫向尺寸的限制，要求有較小的軸向尺寸，通常將輸入軸和輸出軸設(shè)計成兩個軸線的方式，變矩器和齒輪變速器輸入軸布置在上方，輸出軸布置在下方，減少了變速器總體的軸向尺寸，但增加了它的高度。??自動變速器按前進擋的擋位數(shù)不同，可分為2個前進擋、3個前進擋、4個前進擋、5個前進擋。新型轎車裝用的自動變速器基本上都是4個前進擋，沒有超速檔。目前己經(jīng)開發(fā)出裝有5個前進擋自動變速器的轎車。

無級變速器是自動變速器的一種手動變速器，結(jié)構(gòu)簡單、準確有效，但是，也存在操縱復雜、長期使用容易疲勞，換檔時沖擊較大等不足之處。自動檔(又稱無極變速)裝備有自動控制裝置，行車中可根據(jù)車速自動調(diào)整檔位，無需人工操作，省去了許多換檔及踏踩離合的工作。??無級變速器可以從一種扭矩(或轉(zhuǎn)速)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N扭矩(或轉(zhuǎn)速)，在變化過程中不是一級一級(或一擋一擋)地躍變，而是穩(wěn)定、緩和地漸變。無級變速器有液力式無級變速器(亦稱液力變扭器)和機械式無級變速器等兩種。??電控自動變速器主要由液力變矩器、行星齒輪機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)和電控系統(tǒng)四大部分組成。??機械式無級變速器按其作用又可分為沖擊式和摩擦式兩種。沖擊式為一種斷續(xù)的傳動，即跳動式的，構(gòu)造非常復雜，且工作時要產(chǎn)生很大的沖擊載荷，應用在汽車上尚有很多困難。摩擦式則為一種連續(xù)的傳動，發(fā)動機的扭力系借摩擦扭矩的變化而勻順地傳到后面，其構(gòu)造比較簡單，目前已經(jīng)應用在汽車上。??3.自動變速器的特點??自動變速器能進行繁復的加速、減速變速器換擋等功能，具有變速平滑、駕駛輕便等優(yōu)點。汽車自動變速器一般和變矩器一起使用，帶有液力傳動的特點，可以彌補機械變速器的一些缺點。它可以根據(jù)發(fā)動機的工況和車速情況，自動選擇擋位，而且具有下列顯著特點：??(1)整車具有更好的駕駛性能：汽車駕駛性能的好壞，除與汽車本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于正確的控制和操縱。自動變速器能通過系統(tǒng)的設(shè)計，使整車自動去完成這些使用要求，以獲得最佳的燃油經(jīng)濟性和動力性，使得駕駛性能與駕駛員的技術(shù)水平關(guān)系不大，因而特別適用于非職業(yè)駕駛。??(2)良好的行駛性能：自動變速裝置的擋位變換不但快而且平穩(wěn)，提高了汽車的乘坐舒適性。通過液體傳動和微電腦控制換擋，可以消除或降低動力傳遞系統(tǒng)中的沖擊和動載，這對在地形復雜、路面惡劣條件下作業(yè)的工程車輛、軍用車輛尤為重要。試驗表明，在壞路段行駛時，自動變速器的車輛傳動軸上，最大動載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的20%～40%。原地起步時最大動載轉(zhuǎn)矩的峰值只有手動變速器的50%～70%，且能大幅度延長發(fā)動機和傳動系零部件的壽命。??(3)高行車安全性：在車輛行駛過程中，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)。以城市大客車為例，平均每分鐘換擋3～5次，而每次換擋有4～6個手腳協(xié)同動作。正是由于這種連續(xù)不斷的頻繁操作，使駕駛員的注意力被分散，而且容易產(chǎn)生疲勞，造成交通事故增加；或者是減少換擋，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。自動變速的車輛，取消了離合器踏板和變速操縱桿，只要控制油門踏板，就能自動變速，從而減輕了駕駛員的疲勞強度，使行車事故率降低，平均車速提高。??(4)降低廢氣排放：發(fā)動機在怠速和高速運行時，排放的廢氣中，CO或CH化合物的濃度較高，而自動變速器的應用，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)速范圍內(nèi)工作，從而降低了排氣污染。??(5)可以延長發(fā)動機和傳動系的使用壽命：因為自動變速器采用液力變矩器和發(fā)動機“彈性”連接，外界的沖擊負荷可以通過藕合器緩沖，有過載保護的功能。在汽車起步換擋、制動時能吸收振動，相應減小了發(fā)動機和傳動系的動載荷。

(6)操縱簡單：只需設(shè)置液壓工作閥的位置，自動變速器就可以根據(jù)需要進行自動加擋和減擋，省去了起步和換擋時踏離合器、更換變速桿位置和放松油門等復雜的操作規(guī)程，大大減小了駕駛員的勞動強度。??(7)提高了汽車的平順性：因采用液力變矩器在汽車起步時，車輪上的牽引力逐步增加，無振動并減少車輪滑動，使起步容易平穩(wěn)。汽車在行駛中的穩(wěn)定車速也可以降到最低，甚至為零。行駛阻力增大時，發(fā)動機也不會出現(xiàn)熄火。??(8)提高生產(chǎn)率：換擋時功率基本沒有間斷，可保證汽車有良好的加速性和較高的平均車速，使發(fā)動機的磨損減少，延長了大修間隔里程，提高了出車率。??但自動變速器缺點是：與手動變速器相比，其結(jié)構(gòu)較復雜，零件加工難度大，生產(chǎn)成本較高，修理也較麻煩。另外自動變速器的傳動效率不夠高，當然，通過與發(fā)動機的匹配優(yōu)化、液力變矩器鎖止、增加擋位數(shù)等措施，可使自動變速器的傳動效率效率接近手動變速器的水平。??4.自動變速器的應用形式??現(xiàn)代車用自動變速器的應用，主要有以下兩種形式：??(1)液壓控制式自動變速器：這是一種利用車速和加速踏板踏入量之間的關(guān)系所決定的傳動比，通過油壓控制機構(gòu)進行自動控制的變速器。常用的液壓控制式自動變速器一般由液力藕合器或變矩器、液壓操縱系統(tǒng)和行星齒可以節(jié)約燃油，使汽車單位油耗的行駛里程提高30%。通過選擇最佳傳動比，能夠使發(fā)動機保持在很窄的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，從而獲得最有利的功率輸出，無級變速器傳動比傳統(tǒng)的自動變速器輕，結(jié)構(gòu)更簡單而緊湊。自90年代以來，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以及用戶對它的操縱性能、舒適性、安全性能等方面的苛刻要求，世界上許多汽車生產(chǎn)廠家不斷投入人力和財力，大力加強自動變速器的技術(shù)研究，促進其不斷的向前發(fā)展。

近年來，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制自動變速器的問世，給汽車帶來了更理想的傳動系統(tǒng)。機電一體化技術(shù)進入汽車領(lǐng)域，推動了汽車變速裝置的重大變革。自動變速器裝置均出現(xiàn)了電子化的趨勢?，F(xiàn)代轎車自動變速器的發(fā)展方向是：??(1)電子控制全域鎖止離合器及液力緩速裝置：為了提高傳動效率，改善經(jīng)濟性能，轎車用自動變速器普遍采用了變矩器鎖止離合器，并進行電子控制以保持其換檔的平順性。鎖止式液力變矩器其功能特點所決定了自動變速器由液力藕合器--液力變矩器--鎖止式液力變矩器的過程。液力變矩器除了能傳遞轉(zhuǎn)矩外，還能增大發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，以吸收扭轉(zhuǎn)振動的作用，液力藕合器卻不能。帶鎖止離合器的液力變矩器，克服了液力變矩器輸出軸與輸入軸之間存在滑動而使液力變矩器傳動效率降低的缺點，這種鎖止裝置實際上是全自動離合器。鎖止離合器時，變矩器將不起作用。這對改善燃料的經(jīng)濟性和降低變速器的溫度有益處。如日產(chǎn)汽車公司的公爵牌及榮光牌轎車。在一些重型汽車及公共汽車上裝有液力緩速裝置將得到大多數(shù)駕駛員的擁護，它可以大大提高行車安全性及制動系統(tǒng)零件的壽命。??(2)適合于整車驅(qū)動系統(tǒng)的電子控制智能型自動變速器：智能型的電子控制自動變速器的電子系統(tǒng)可以在汽車行駛過程中，對汽車的運行參數(shù)進行控制，合理地選擇換檔點，而且在換檔過程中對惡化的參數(shù)進行修正。如：摩擦片的摩擦系數(shù)、油的粘度、車輛的負荷變化等。同時具有自動診斷系統(tǒng)，可以將汽車運行中的故障記錄下來，便于維護。??電子控制技術(shù)利用微機控制變速器，不僅使換擋程序更加符合駕駛員的意愿，而且還能利用模糊控制理論，解決特殊情況下變速程序的復雜問題，使自動變速器的控制能力及可*性大幅度提高?，F(xiàn)代電子控制自動變速器的主要特點是一機(微機)多參數(shù)、多規(guī)律性的控制。多參數(shù)指輸入微機的控制參數(shù)多元化，即控制參數(shù)不僅有發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度等信號，而且又反映發(fā)動機、變速器工作環(huán)境和行駛等信號。可見控制參數(shù)多元化，更能全面的反映發(fā)動機和變速器的實際工況；多規(guī)律是指控制微機中間時存儲多種不同的換擋規(guī)律，如最佳經(jīng)濟性、動力性，各種加速行駛時的最佳經(jīng)濟性、最佳排放量等，駕駛員可按需要調(diào)用相應的規(guī)律實現(xiàn)最佳控制。總之電子控制能實現(xiàn)多參數(shù)、多規(guī)律性的控制，使發(fā)動機和變速器在在不同油門開度和各種行駛環(huán)境下都能處于最佳工作狀態(tài)。??日本豐田凌志牌高級轎車應用了智能型發(fā)動機一變速器綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用計算機控制系統(tǒng)進行綜合控制。在變速時，使發(fā)動機扭矩臨時降低，與此同時，控制離合系統(tǒng)油壓，使變速平穩(wěn)。在離合系統(tǒng)油壓控制中，檢測與預計最優(yōu)化值的偏差，并利用新開發(fā)的線性電磁閥進行修正反饋控制。??(3)電子控制無級變速器(ECVT)：無級變速器能夠自由改變速比，故能進行理想的變速控制，比多檔位齒輪傳動機構(gòu)更優(yōu)越。自動變速器多擋化雖能擴大自動變速的范圍，但它并非安全迅速，只在有級變速與無級變速之間，理想的無級變速器是在整個傳動范圍內(nèi)能連續(xù)的、無擋比的切換變速比，使變速器始終按最佳換擋規(guī)律自動變速。無級化是對自動變速器的理想追求。??但是無級變速器存在著體積大、笨重和傳動效率低的問題，而且也缺少解決耐久性問題的相應措施。但隨著電子技術(shù)的應用，電子控制的V型金屬帶型無級變速器在西歐及日本得到重視，正在積極開發(fā)市場，以希望其一步到位。目前研制開發(fā)并在微型轎車上采用此類變速器約有日本富士重工公司及荷蘭VDT公司等。??由于電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，特別是微機控制功能的進一步增加，各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)性能的改善，所以在自動變速器上也開始大量采用。1969年出現(xiàn)的程序式變速器是電子技術(shù)在自動變速器中的首次應用。進入80年代后，大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得由微機控制發(fā)動機和變速器自動換擋成為可能。在我國，上海通用公司在其生產(chǎn)的別克轎車上裝備了4T65-E電控自動變速器，這是我國第一家汽車公司將自動變速器作為標準裝置裝于轎車，該變速器于1998年10月份正式下線生產(chǎn)。4)自動預選式換檔系統(tǒng)：近來ZF公司又開發(fā)了一種自動預選式換檔系統(tǒng)，它可以使駕駛員體會到駕駛車輛的快感，又不需要緊張費力的操作。這種自動預選式換檔裝置，是全自動換檔系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它的性能包括：電子控制自動選檔，換檔時刻由駕駛員確定；駕駛員不需要手操作換檔。主動和被動保護裝置；診斷屏幕實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)督。??自動變速器除采用無級變速作用的變矩器外，其齒輪數(shù)也在不斷增多，從而使變速范圍不斷加寬。這有助于改善發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和動力性，使發(fā)動機工況進一步向最佳化逼近。??(5)小型化：減輕重量、縮短動力傳遞路線，能使汽車節(jié)油，自動變速器的小型化正起著這種作用。70年代以來(FI置發(fā)動機前輪驅(qū)動)微型車急劇增多，從而為自動變速器小型化提供了前提條件。此外，自動驅(qū)動橋(即把變速器與驅(qū)動橋合為一個整體)