液力自动变速器的发展现状和趋势研究

赵阳春，朱新明，周明，郑谋

（1.深圳市通达艾力生实业有限公司，广东 深圳 518004；2.比亚迪汽车工业有限公司，广东 深圳 518118；3.重庆长安股份有限公司，重庆 江北 400020）

引言

相较于手动变速器MT(Manual Transmission)，广义的自动变速器包括：基于液力变矩器和行星齿轮机构的传统自动变速器AT(Automatic Transmission)、基于手动变速器的AMT(Automatic Manual Transmission)、无级变速器CVT(Continuously Variable Transmission)、双离合变速器DCT(Dual Clutch Transmission)及中间轴式自动变速器CAT(Countershaft-Type Automatic Transmission)[1]。其中液力自动变速器在自动变速器领域拥有最悠久的历史，AT具有结构紧凑，换挡平顺，乘坐舒适并有效保护传动系统等一系列的优点。

1 液力自动变速器的发展现状

1.1 国外发展现状

AT一直伴随着美国和欧洲等国汽车工业的发展，同时在日本也有很高的市场占有率。1906年Didier发明了世界上第一款基于行星齿轮机构的两档变速器；1907年Ford批量生产装有2档行星齿轮变速器的T型车；1925年Rieseler研制了世界上第一款采用液力变矩器和行星齿轮机构的乘用车AT[2]。1939年，通用汽车公司推出了其旗下批量生产的Hydra-Matic变速箱，该型号变速箱共计生产1300万台套[2]。AT在欧美等国的发展一直被传承下来并不断取得新的突破。在这近一百年特别是进入二十一世纪后，AT技术发展迅猛。奔驰于2003年推出7档纵置7G-Tronic AT并将其搭载在旗下的E级和S级车辆上[3]。以7G-Tronic为首的AT拉开了世界各大变速器春秋争霸的序幕：2006年日本爱信推出世界首款8档纵置AT并于2007年将其在搭载旗下雷克萨斯车型上[3]；2008年欧洲变速箱巨头采埃孚ZF推出其8档纵置AT并于2009年将其搭载在宝马的大部分车型上[3]；2011年派沃泰推出8AT并搭载在现代下棋的劳恩斯、劳恩斯-酷派上等车辆上；2013采埃孚ZF推出横置9AT；2014奔驰纵置9AT 9G-Tronic将其搭载在旗下的E350上[4]；2016年中期，福特和通用又联合推出两者于2013年决定共同研发的纵置10AT，截止到2017年福特已经将该型号变速箱搭载在其旗下的Ford F150,Ford Expedition,Ford GT和Ford Mustang等车型上[5]。通用已经将该型号变速箱搭载在Camaro ZL1上，并计划在2018年将其搭载在旗下另外8款车型上，主要包括Cadillac系列车型和GMC系列等[6]；2016年12月，爱信推出了其纵置10AT，并被丰田搭载在LC500以及新一代的LS上[7]；2017年初福特和通用联合推出横置9AT，并将搭载在两者旗下的大部分中端车型上[8]；2017本田量产10AT正式推出并搭载在其旗下奥德赛和新一代雅阁等车辆上。本田10AT无论对于液力自动变速箱产品本身还是对于本田而言，都是一个重大突破，它是世界上首款横置10AT，同时也是本田第一款基于行星齿轮结构的自动变速箱[9]。

1.2 国内发展现状

相较于国外，我国的AT起步特别晚且发展很缓慢。截止到2017年我国大部分AT主要是外资企业和合资企业以技术许可的形式对国外开发的成熟产品进行本土生产，本土企业不拥有知识产权，主要包括上汽通用东岳动力总成有限公司、北京现代摩比斯变速器有限公司、AW（苏州）汽车零部件有限公司、天津艾达自动变速箱有限公司、上海采埃孚变速器有限公司等。

我国自主的AT自动变速器从2008年吉利收购破产的澳大利亚DSI开始起步[10]，2008年6月哈尔滨东安动力引进日本三菱的4AT和5AT自动变速器技术[11]，随后9月华泰汽车引进了德国ZF的4AT和6AT技术[12]。2011年山东盛瑞联合德国开姆尼茨工业大学正式推出8AT[13]，截止到2017年初盛瑞变速箱总下线量已经达到10万台[14]。2017年6月哈尔滨东安正式推出其6AT变速箱[15]。2017年9月浙江万里扬通过与德国吉孚合作推出了其6AT变速箱样机[16]。至此，国产AT至此达到研发设计生产的一个小高潮。

2 发展趋势

2.1 紧凑化轻量化

本田横置前驱10AT在体积方面比其中间轴式6档自动变速器长度减小45mm，变速箱总长度仅为375mm。这为该型号变速箱的广泛搭载提供了可能。

通用和福特联合开发10档AT采用两组内嵌式执行元件，变速箱总体尺寸与ZF8档相当。采用全铝制造总体重量仅为106kg[17]。通用和福特联合开发的9档横置AT长度与其两者共同开发的6档AT总体尺寸相当[18]。采埃孚的9档AT相比于8档AT又有巨大进步。两者均采用4排行星齿轮，而前者将第三排行星齿轮内置于第四排行星齿轮内部且第三排行星齿轮的齿圈与第四排行星齿轮的太阳轮为同一元件，通过这样的复合行星齿轮结构设计以节省空间。前者重量仅为90kg而且尺寸大大缩小。

从纵置8AT到横置9AT;从纵置10AT到横置10AT,变速箱紧凑化和轻量化是总体的发展趋势之一。

2.2 液力变矩器持续优化

液力变矩器作为自动变速箱的四大组成部分之一，相关的技术也得到发展。本田的10AT液力自动变速箱中，采用低转动惯量薄型变矩器，在减小变矩器尺寸和重量进而减小变速箱整体尺寸和重量的同时，又提高了传递效率。知名汽车零部件供应商舍弗勒2016年推出了iTC液力变矩器。iTC（一体式液力变矩器）的主要特点是将锁止离合器集成到变矩器涡轮中，不仅减轻了整个系统的重量，也为安装效率更高的扭振阻尼器留出了空间。变矩器中的离心摆式减振器大大提高了振动隔离的效果，使锁止离合器在更早阶段闭合，从而既节省油耗，也提高了整体舒适性[19]。因此，未来用于自动变速箱的大多数液力变矩器都会采用离心摆式减振器。

总的来说，减小尺寸重量、提高变矩器效率、缩短闭锁时间、降低油耗是变矩器的发展趋势。

2.3 多档化趋势

就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃料消耗区工作的可能性，降低了油耗。所以，所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性[20]。AT液力自动变速箱的档位在进入二十一世纪后得到突破，欧美主要汽车制造商和变速箱公司相继推出自己的6档以上AT。目前9档AT和10档AT均已实现批产搭载。从美国专利局的文件来看，福特已经申请了其11档AT专利[21]。国内变速箱制造商盛瑞于2107年推出了其基于8档AT的13档AT[22]。相比于二十世纪末的6档AT，这过去的二十年AT档位数实现了一个飞跃。