Number 2 车辆自动变速技术研究现状及发展趋势.doc

汽车自动变速技术研究状况和发展趋势1.前言自动变速器是指不依靠人的手力，而能自动实现换挡功能的装置，具有变速平滑、驾驶轻便等优点，是目前世界上使用最多的一种变速器。汽车上自动变速器的诞生要追溯到上世纪40年代。1940年，美国通用汽车公司在奥兹莫尔上安装了世界上第一台自动变速器，这标志着自动变速器的诞生。1977年，美国克莱斯勒公司又开发了带闭锁离合器的液力变矩器，提高了燃油经济性，降低了变速器的工作温度，从而使自动变速器取得了新的发展。2.自动变速器的分类根据在汽车上的实际应用，自动变速器可分为有级式自动变速器（AT/AMT/DCT）和无级式自动变速器（CVT）两大类。常用的有级式自动变速器有液力自动变速器（AT）、电控机械式自动变速器（AMT）和双离合器式自动变速器（DCT）三类。目前AT（液力自动变速器）的档数从三速到八速，常用的是四、五、六速，档数越多结构越复杂，相应的技术含量越高； AMT（电控机械式自动变速器）具有传统机械变速器传动效率高的优点，在小排量乘用车和重型商用车上具有比较优势；DCT（双离合器式自动变速器）既保留了机械变速器传动效率高的优点，又解决了换挡动力中断的缺点，但结构相对复杂，制造难度大，有较好的发展潜力。而CVT是真正意义上的无级自动变速器，在其传动比范围内，理论上档数无限，特别适合中小排量乘用车。3.自动变速器的应用现状3.1液力自动变速器（AT） 液力自动变速器，或称液力机械自动变速器（HMT）发展的时间比较长，技术比较成熟，已经广泛应用于轿车、公共汽车、重型车辆和商用车辆上。AT是一种利用汽车行驶速度和加速踏板踏入量之间的关系决定传动比，通过油压控制机构进行自动控制的变速器，对外负荷有良好的自动调节和适应性，使车辆起步平稳，加速均匀；其减振作用降低了传动系的动载和扭振，延长了传动系的使用寿命，提高了乘坐舒适性、行驶安全性。常用的液力自动变速器一般由液力偶合器或变矩器、液压操纵系统和行星齿轮传动系统组成。液力偶合器利用液体流动，把发动机的动力传递给齿轮传动系统；行星齿轮传动系统可以利用自身的传动特点，改变发动机的转速和转矩，起着换档的作用；液压操纵系统可以根据汽车行驶的实际需要操纵行星齿轮系统，使其加档、减档或倒车，从而改变汽车的行驶速度和方向。3.2电控机械式自动变速器（AMT）随着汽车电子技术的发展，作为一种新型的自动变速器，电控自动变速器（AMT）应运而生。最初开发只是为了方便操纵而应用于赛车上，后来，由于AMT的性能出众，1997年实现技术认可后才被应用于一些高档车型上，如奔驰、雷诺等，其主要由液力变矩器、行星齿轮机构、液压控制系统和电控系统四大部分组成。与AT相比，AMT具有明显的优势，其既有液力自动变速器自动变速的优点，又有手动变速器传动效率高、成本低、结构简单、易制造的优点；采用电子控制，通过选择适合行驶状态的最佳传动比，可以提高汽车的动力性，提高乘坐的舒适性，并与发动机控制相结合，相应提高燃油的经济性。目前，AMT的技术亦基本成熟。哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司开发研制的AMT技术，产品质量已接近产业化水平；南京依维柯轻型客车系列采用AMT技术已取得成功；AMT在国际上也有研究，并在重型车上有一定数量的应用。AMT技术势必将在国产汽车制造业产生革命性的影响。3.3双离合器式自动变速器（DCT）双离合器式自动变速器（DCT）既继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等优点，又实现了换挡过程的动力换挡，即在换挡过程中不中断动力。双离合器变速箱具有液力自动变速箱和无级自动变速箱的便利性和舒适性，与手动变速箱相比，又是第一个可节省燃油高达10%，同时又有更高性能的自动变速箱。目前，应用在轿车上的5速和6速的DCT产品，能够传递最大扭矩在300N.m左右。针对不同的车型，DCT传递扭矩的饿范围还有很大的变化空间，这方面明显优于CVT。此外，与普通6速自动变速器AT相比，DCT的油耗要节省15%。另外，它消除了手动变速器在换挡时的扭矩中断感，使驾驶更灵敏，同时充满乐趣。在未来3-5年内，DCT的需求与增长将超过传统的AT、AMT和MT，从成本的角度分析，与CVT和AT、AMT相比，DCT具有很大的价格优势，将成为变速器系统发展的主流。无论国际还是国内，DCT的前景都普遍看好，国内企业已经假如了DCT自主研发的行列，科技部已经将轿车DCT技术开发项目列为“十一五”863计划现代交通科技领域“汽车开发先进技术”重大项目，分别由浙江吉利控股集团有限公司、杭州前进齿轮箱集团有限公司和重庆青山工业有限公司承担。上汽与博格华纳合作的荣威DCT项目正在进行中，预计新产品将在2010年前后面世。此外，一汽、江淮等企业也准备研究DCT技术。3.4无级变速器（CVT）无级变速器（CVT）在操纵方便性方面与液力自动变速器（AT）不相上下，而其传动效率却远高于液力自动变速器，更主要的是它能充分发挥发动机动力，提高燃油经济性。人们很早就意识到CVT是方便驾驶、提高车辆燃油经济性的理想装置，在20世纪70年代中后期CVT研制成功，并于1982年投放市场。1987年，福特公司在世界上首次将装有CVT的轿车引入市场。CVT主要是由组合式V形钢带和一组V型槽轮构成的传动系统，V型槽轮的轴向变化带来钢带在轮上的径向变化，形成了可变化的传动比（一般最大范围可达5:1)。CVT的突出优点是工作速比范围宽，容易与发动机形成理想的匹配，从而改善燃烧过程，进而降低油耗和排放，具有较高的传送效率，功率损失少，经济性高。此项技术的主要难度在于钢带和V型槽轮的设计、制作，而且V形钢带很容易损坏，无法承受较大的载荷。目前我国CVT已进入使用阶段，据报道，一汽大众生产的大排量6缸内燃机（2.8L）的奥迪A6轿车上装备的带式无级变速器CVT，能传动功率为142KW.，扭矩为280Nm，已能达到轿车实用的要求。理想的无级变速器是在整个传动范围内能连续的、无档比的切换变速比，使变速器始终按最佳换档规律自动变速，无级化是对自动变速器的理想追求随着汽车技术的进步，人们已经越来越不满足于液力自动变速器，希望能彻底改进无级变速器，实现汽车无级变速的重大飞跃。4.我国自动变速器发展趋势中国汽车变速器市场未来数年内仍可能以手动变速器为主，但随着自动变速器每年以30%左右的增长，中国AMT、CVT、AT、DCT多元化发展的技术路线将不可避免。关键技术和新技术的公关也将是主要任务。4.1自动变速器技术的发展动向变速器作为汽车传动系关键总成，其技术的发展是衡量汽车技术水平的一项重要依据。21世纪能源与环境、先进的制造技术、新型材料技术、信息与控制技术等是科学技术发展的重要领域，这些领域的科技进步推动了变速器的发展。变速器技术的发展动向如下：（1）节能与环境保护。变速器的节能与环境保护既包括传动系统本身，又包括与发动机的智能优化匹配。因此，研究高效率的传动系统来节约能源，采用零污染的工作介质来避免污染，根据发动机的特性和行驶工况来设计变速器，以保证汽车在最高传动效率和最低污染物排放区运行，是目前变速器技术的主要发展方向。（2）应用新型材料。材料科学与信息技术是21世纪重点发展的科学技术领域。各种新型材料在变速器中的应用已经推动了汽车技术的发展和性能的提高。铝镁合金、陶瓷材料、高分子聚合物、纳米材料、梯度材料、表面镀膜技术等独特的性能特点，将对变速器的性能产生重要影响。 （3）高性能、低成本、微型化。高性能、高效、精密、低噪音、长寿命、重量轻、体积小、低成本一直以来是变速器的发展方向。要达到上述要求，可以进行变速器结构创新的研究，探索变速器的新类型；对传动材料和机理进行研究，提高寿命，减小质量；进行变速器动力学特性和振动研究，以求提高特性、降低噪音、采用先进的制造技术来提高变速器的性能和降低成本。（4）智能化、集成化。变速器智能化、集成化是信息、电子集成技术和控制技术与变速器技术的结合。其特点是根据发动机的特性和汽车的行驶工况，通过计算机智能控制，实现对变速器传动比的实时控制，使发动机工作在最佳状态。将变速器智能化，并且普及到大众化的汽车上。这样的汽车可以根据驾驶者的性情、路面的状况、车身的负荷乃至周边环境等多种因素，挑选最适合的功能，实现智能化驾驶，以充分发挥车辆的性能，降低油耗，确保安全。4.2自动变速器发展中的关键技术和新技术（1）多档位汽车自动变速器。5档或者6档自动变速器将逐步取代2档自动变速器的主导地位。档位多使变速器具有更大的速比范围和更细密的档位之间的速比分配，从而改善汽车的动力性，燃油经济性和换档平顺性。目前大批量生产的是电控四档，约占64%，三档仅占36%。（2）自动预选式换档系统。自动预选式换档装置，是全自动换档系统的基础，它具有电子控制自动选档、驾驶员确定换档时刻、主动和被动保护装置、诊断屏幕实现系统监督等性能。（3）电控无级变速器（ECVT）。无级变速器比多档位齿轮传动机构更优越，在整个传动范围内能连续的、无档比的切换变速比，使变速器始终按最佳换档规律自动变速，是自动变速器发展的最终目标。（4）电控智能型自动变速器。智能型的电控自动变速器的电子系统可以在汽车行驶过程中，对汽车的运行参数进行控制，合理地选择换档点，而且在换档过程中对恶化的参数进行修正。如摩擦片的摩擦系数、油的粘度、车辆的负荷变化等同时具有自动诊断系统，可以将汽车运行中的故障记录下来，便于维护。（5