自动变速器现状及发展前景分析

王乐，孙炜，高佩

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

自动变速器现状及发展前景分析

王乐，孙炜，高佩

（西安双特智能传动有限公司，陕西 西安 710119）

汽车自动变速器逐渐受到用户的青睐，各汽车生产厂商也纷纷投入大量精力与财力研制自动变速器。汽车匹配自动变速器的比率正在逐年增加，文章对目前市场上几种自动变速器分别做介绍，并简单分析其发展前景。

自动变速器；舒适性；燃油经济性；发展前景

CLC NO.:U463.2Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)11-04-04

引言

自动变速器在汽车行驶过程中，可以根据发动机负荷和整车工况的变化自动变换传动系统的传动比，使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，同时有效减少发动机排放污染，显著提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操作轻便性。与传统的手动变速器相比，自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，得到广大消费者的喜爱，尤其是工作强度较大的卡车及客车用户。

1、常用四种自动变速器简介

常见的自动变速器根据结构和工作原理的不同，可以分为电控机械式自动变速器(AMT)、液力自动变速器(AT)、无级自动变速器（CVT）、双离合器自动变速器（DCT），由于工作方式的差异，各种变速器有其独特的性能。例如，AMT结构简单，成本较低，但是舒适性较差；CVT的舒适性好，但是可靠性却低于AMT；AT舒适性好，可靠性高，但成本较高。以下分别对此四种自动变速器做详细的介绍。

1.1 AMT变速器

AMT全称为Automated Mechanical Transmission，即电控机械式自动变速器。它是在传统的手动机械变速器的基础上，应用微电子驾驶和控制理论，以电子控制单元（ECU）为核心，通过电动、液压或气动执行机构对选换挡机构、离合器进行操纵，来实现起步和换档的自动操作。

AMT保留原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的优点。同时还有生产继承性好，改造的投入费用少等优点，更易被生产厂家接受等。AMT是硬连接传动，因此传动效率高，经济性好，动力损失小，特别适合经

济型轿车和小排量轿车的使用。

AMT的缺点主要是平顺性差，换档过程中动力中断，起步和换档不够平稳，冲击较大。同时机械传动很难阻隔发动机扭矩不均匀引起的振动，使得AMT车内振动和噪音较大，乘坐舒适性差。

AMT主要应用于小型车及部分高性能跑车，此外在卡车及客车等商用车上也有使用。轿车方面，意大利的AMT供应商涅利·马瑞利的产品较为优越，图1就是涅利·马瑞利的一款AMT变速器。商用车方面，美国伊顿公司和德国采埃孚公司的产品使用较多。

1.2 AT变速器

AT的全称为Automatic Transmission， 即自动变速器，实际上是液力自动变速器。主要由液力变矩器、行星齿轮变速系统、液压操作系统、电子控制系统四部分组成。发动机的动力经液力变矩器传递到行星齿轮变速系统输出，通过液压操作系统及电子控制系统控制换挡离合器的结合与分离进行挡位选择。在变速器中，液力变矩器起到无级变速和动力缓冲的作用。汽车起步时，汽车需要高扭矩，此时液力变矩器就可以利用液力传递扭矩，实现减速增扭；当车速较高，路况较好时，电子控制单元控制液力变矩器闭锁，实现液力变矩器的刚性扭矩传递，减少能量损失。[1]

AT变速器的优点是，它的行星齿轮组强度可以设计的非常高，可以承受很大的扭矩，轿车中扭矩可以达到400N·m以上，在商用车中，AT的传递扭矩可以达到3000N·m，甚至更高。所以AT变速器适应性好。作为目前最成熟有效的电控自动变速器，AT变速器传动平稳，舒适性高，具有较高的客户满意度。因为有液力变矩器的作用，它可以防止传动系过载，能有效的衰减传动系的扭转振动，延长发动机和传动系统的寿命。

AT变速器的缺点是结构复杂，制造难度大，生产成本高，维修困难。因为有液力传动系统，所以传递效率略低。

AT变速器是最常见的自动变速器，诞生时间也很长，一般有4AT、5AT、6AT、8AT，分别表示前进最高挡位为4、5、6、8，挡位越多，舒适性就越好，经济性也越好，同时成本也越高。其中8AT主要生产厂家有德国采埃孚集团、日本爱信公司、国内的盛瑞公司。图2所示为德国采埃孚集团最新的的9AT产品。

1.3 CVT变速器

CVT的全称是Continuously Variable Transmission，即无级变速器。CVT没有明确具体的挡位，传动比从最低到最高连续变化，因此动力传输持续而顺畅。CVT主要由电子控制系统、液压控制系统、液力变矩器、主动轮组、从动轮组和金属带构成。主动轮组和从动轮组分别有压盘压紧钢带，扭矩的传递就是靠压盘与钢带之间的摩擦力实现。压盘由液压控制，通过压盘的移动，控制主动轮和从动轮的转动半径，从而改变整体的传动比，实现无级变速。[2]

CVT具有无级变速的特点，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性。通过发动机的最小燃油消耗特性来优化CVT的调速特性可以控制发动机的转速与变速器速比的良好匹配，使之始终处于高效率区，具有更高的燃油经济性、更高的加速性能以及更低的排放。CVT可以连续平滑的变速，舒适性最好。CVT主要的变速机构是两对锥盘，省去了大量的轴和齿轮，使得它的结构简单，体积小，重量轻。[3]

由于CVT的传递扭矩主要依靠钢带与锥盘的摩擦，并且变速器存在液压系统，因此造成了能量损失，使它的传递效率较低。另外，钢带与锥盘的摩擦力扭矩传递也存在瓶颈，目前CVT能够传递的最大扭矩大约为400N·m。钢带的工艺水平要求很高，目前全球的的CVT钢带几乎被博世公司垄断。

早在20世纪70年代中后期，荷兰的VDT公司就成功的研制了CVT变速器，进入90年代，CVT得到了广泛的应用，尤其在日本，加特可（JATCO）的CVT得到了广泛的应用，日产、三菱、丰田等公司都将CVT应用于各自的汽车上，图3就是在车展上展出的日本CVT。在2012年4月17日，

国内的奇瑞汽车首款自主研发的CVT在芜湖成功下线，目前奇瑞公司的A3、瑞虎、艾瑞泽7等主力车型上均搭载有拥有高技术含量的CVT变速器。

1.4 DCT变速器

DCT的全称是Dual Clutch Transmission，即双离合器自动变速器。大众公司将其称为DSG，其实是同一种变速器。DCT主要由电控系统，双离合系统，两套齿轮传动系，以及换挡执行机构组成。DCT工作时，双离合系统中一套离合器及齿轮传动系以某个挡位运行，同时电控系统根据车辆运行状态将另一套离合器及齿轮传动系预先挂入下一档位，当满足换挡条件时将正在工作的离合器分离，同时将另一套离合器结合，车辆进入下一档位工作。在换挡过程中，发动机的动力不中断地传递到车轮。

DCT的优点是传递效率高，因为它全部由齿轮连接传递扭矩；换挡速度快，可以超越目前任何一种自动变速器和任何一位赛车手的换挡速度；换挡时动力不中断，减少了能量损失。

DCT的缺点是由于没有液力变矩器，又不能实现手动变速器“半联动”的动作，对于小排量的发动机而言，低转速下的扭矩不足的特性就会被完全暴露出来。此外由于结构复杂，DCT的成本也较高。

DCT变速器属于新型的变速器，应用的时间较短，2003年首次在高尔夫轿车上使用。DCT模块目前主要由博格华纳和舍弗勒的LUK公司生产。随着市场的开拓，目前DCT的应用率正在逐年增加。大众的大部分车型都已经搭载了DCT，奥迪、沃尔沃、吉利、比亚迪等都推出了DCT车型。图4为大众的DSG。

2、自动变速器的前景分析

迄今为止，对自动变速器的研究已有70 多年的历史。变速器的任务就是传递动力，并在传递过程中改变传动比以适应发动机的最佳特性，同时通过变速来适应不同路面条件的驾驶要求。随着电子技术的不断发展和进步，嵌入式系统控制功能的进一步增强，各种传感器和执行机构性能的逐步改善。用户对汽车操纵性能、舒适性、安全性能等方面的要求也越来越高，促进其向以下几个方向发展。

2.1 提高换档品质

提高换档品质，需要对整车匹配及换挡控制策略做到最优化。以车速，发动机转速及扭矩，油门开度为基本控制参数，以操纵意愿、燃油消耗等因素作为确定换挡规律的辅助条件，采用鲁棒控制、模糊控制、自适应控制等智能控制技术，合理的调整各换挡执行器的工作，保证在换挡过程中，改善过渡过程的平稳性并减小结合元件热负荷；另外优化液压系统设计，提高换挡执行器响应精度，改进摩擦材料也有助于提高换挡品质，提升舒适性；终极目标是在各种工况下，均实现换挡平滑，无冲击。

2.2 提高传动效率

在扭矩和速度传递过程中，减少损耗，实现100%传递是理想目标，特别是在CVT中，由于采用带传动，减少摩擦损失，避免传动过程中出现打滑是提高效率的主要方法；在装有液力变矩器的自动变速器上安装锁止离合器也是提高效率的一种方法，通过锁止离合器的接合，形成刚性连接，减少动力损失，另外优化液力变矩器叶片结构，可减小变矩器变矩工况功率损失，提高传动效率。

2.3 提高档位数

目前只有CVT具有无级变速能力，可以适应发动机及整车的要求，调整至最合适的传动比，但受限于CVT的传递扭矩小的缺点。为提高动力输出平顺性及燃油经济性，AT，DCT，AMT等变速器通过提供更高的档位数，减小档位传动比的变化来实现。采埃孚，爱信，艾里逊等主流AT生产厂商已经有或正在开发9档和10档的产品；大众集团也已经开始了新一代10速DCT的研发工作；通用，福特及现代等厂家也已经启动10速自动变速器的开发计划。

2.4 智能化

电子信息技术的发展给自动变速器增加了一股新的力量，智能控制能够根据路况，车速，油门开度，扭矩等，正确地选择换挡时刻，也能够在换挡过程中对恶化的参数进行修正，同时也具备在线诊断系统，能够自动识别故障，并对故障进行分级，有效处理故障，对整车或者动力系统进行保护，也可以将车辆运行中的故障记录下来便于以后维修。现代电子智能型控制自动变速器的主要特点是一机多参数、在线的自适应控制。多参数指输入嵌入式系统的控制参数多元化，在线自适应指嵌入式系统控制时能够自动识别路况，并考虑驾驶员的意向自动不间断地调节换挡规律，更改换档点。目前智能控制在自动变速器上的发展趋势是，尽可能减少人为控制，让自动变速器自己识别路况，

车速，扭矩等信息，综合计算出最佳换档点，进行不间断换档，目标是消耗最少量的燃油或者电能，达到最强劲的动力性能。[4]

2.5 工作介质提升

自动变速器油（Automatic Transmission Fluid）简称ATF，是指专用于自动变速器的油液。目前绝大多数自动变速器中都是使用变速器专用油作为工作介质，主要用作润滑、冷却和液压传动。不同自动变速器对于油液有不同的性能要求，主要有抗氧化性，防腐防锈性，抗泡沫性，抗磨性，剪切稳定性，低膨胀系数，高粘温性等。目前，壳牌，嘉实多，美孚等石化公司都在研发性能更优换油周期更长的新型ATF油液，但使用成本都较高；未来可行的解决方案是使用水基质，通过添加防锈剂，润滑剂，抗氧化剂等取代ATF油，可以降低使用成本，并且减少石化原料的使用，更加安全环保。

2.6 集成混合动力系统

由于消费者对于车辆燃油经济性及排放的要求越来越高，混合动力技术的应用也越来越多，作为轻度混合动力解决方案之一，越来越多的厂家考虑将电机集成于变速器，以替代原有变矩器及离合器，通过电机可以直接驱动整车也可以回收制动能量。集成电机控制的自动变速技术也已经成为整车变速控制系统的前瞻性技术之一。

2.7 总成轻量化

总成的轻量化，可以极大地改善整车的动力性和经济性。得益于现代分析设计软件的出现，通过计算分析，可以减少冗余部分，使变速器零件的设计更加合理，结构更加简单实用。另外，新型复合材料的开发和使用也将大大减轻变速器重量。

2.8 基础工艺水平提升

随着工艺水平的不断进步，不但变速器壳体的加工水平会有大幅提升，表面抗氧化，耐腐蚀等能力，也会有质的飞越，比如DACROMET技术的使用，使得自动变速器具有更加优异的防腐性能；在变速器控制器的加工工艺上看，控制器PCB板的工艺水平的不断进步，使得控制器向体积小，重量轻，功能强方向发展。

3、结论

汽车自动变速器技术正突飞猛进的发展，无论是AT，AMT，CVT还是DCT匹配自动变速器已是大势所趋。各汽车厂商纷纷投入精力与财力开发自动变速器，用户对变速器的要求也越来越高。作为汽车四大核心技术之一，自主品牌的自动变速器能否为更多中国用户所使用，还需要中国本土企业和技术人员继续努力，攻克自动变速器的关键技术。相信不久，在汽车界精英的努力下，国内的自动变速器技术能够达到国际先进水平，为更多国人所使用。

[1] 陈家瑞 汽车构造 吉林 人民交通出版社 2006年.

[2] 程乃士 汽车金属带式无级变速器-结构与工作原理 重庆 机械工业出版社 2007年.

[3] 余志生 汽车理论 清华大学 机械工业出版社 2009年.

[4] 曹东冬 电控电执行器自动变速器电执行元件可行性研究 河南科技大学 硕士学位论文 2010年.

Analyze Present Situation and Development Prospect of Automatic Transmission

Wang Le, Sun Wei, Gao Pei
（Xi’an FC intelligence transmission Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710119）

Automatic transmission increasingly favored by the users, various car manufacture have invested a lot of efforts and money to develop an automatic transmission，Car matching automatic transmission rate is increasing year by year. This paper, several automatic transmissions are introduced，also analyzed the development prospect of automatic transmissions.

Automatic transmission；Comfortable；Fuel economy；Development Prospect

U463.2

B

1671-7988(2014)11-04-04

王乐，就职于西安双特智能传动有限公司，主要从事汽车自动变速器研发及应用工作。