自动变速器发展现状及趋势.doc

自动变速器发展现状及趋势周洋 0411080127摘要: 目前汽车市场上的变速器基本分为5大类：手动变速器(MT)、自动手动变速器(AMT，如奇瑞QQ)、自动变速器(AT)、无级变速器(CVT，如奥迪等车)和双离合器变速器(DCT，如一汽迈腾所用02E型变速器)。这些变速器都有不同的优势：自动变速器的传动效率虽然只有85%，但舒适性、安全性好；手动变速器的传动效率高；无级变速器的换挡性能、舒适性、安全性更好；而双离合器变速器则兼容了自动变速器和手动变速器的双重优点，既保证了驾驶安全性、舒适性，同时还提高了传动效率。关键词：变速器；电子：液压；控制一、变速器简介1.手动变速器(MT) 大家知道，手动变速器是汽车中最常见的变速器之一，其基本原理是用几根平行轴及若干相啮合的直齿或斜齿齿轮进行动力传递，即由输入轴、轴出轴和中间轴构成变速器的主体，再加上一根倒挡轴及同步器等部件。其工作过程是：驾驶员通过驱动挂挡杆实现不同的齿轮啮合，最终实现不同挡位的齿轮比。2.自动手动变速器(AMT) 自动手动变速器(AMT)实际上是由一个机器系统来完成操作离合器和选挡这两个动作。AMT的汽车驾驶简单，省去了离合器踏板，驾驶者只要踩油门，选速器系统会自动选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换挡位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大减化了驾驶的复杂性，令AMT汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换挡的动作，选择的换挡时机要比驾驶者完成得更准确。因此，在能源日益紧缺和CO2排放压力越来越大这一背景下，AMT顺应了“节能减排”这一门，选速器系统会自动选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换挡位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大减化了驾驶的复杂性，令AMT汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换挡的动作，选择的换挡时机要比驾驶者完成得更准确。因此，在能源日益紧缺和CO2排放压力越来越大这一背景下，AMT顺应了“节能减排”这一门，选速器系统会自动选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换挡位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大减化了驾驶的复杂性，令AMT汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换挡的动作，选择的换挡时机要比驾驶者完成得更准确。因此，在能源日益紧缺和CO2排放压力越来越大这一背景下，AMT顺应了“节能减排”这一门，选速器系统会自动选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速器的错误使用，以避免错换挡位。这一点对新手和整车的可靠性都非常重要。选速器大大减化了驾驶的复杂性，令AMT汽车驾驶更加简便、省心，且能够保证最低的动力损耗。由选速器完成驾驶者踩离合器换挡的动作，选择的换挡时机要比驾驶者完成得更准确。3.电子控制液力自动变速器(AT) 电子控制液力自动变速器(AT)近些年新技术也不断在使用，它正朝着多挡位、数字化控制等方面发展。日本最大的自动变速器生产商AISIN AW公司2006年成功推出型号为AA80E型8前速自动变速器(见图3)，目前被使用在雷克萨斯LS460车上。这就形成了更大的总传动比范围，同时各个传动比之间也比5速变速器更加接近。因此，驾驶员几乎在各种行驶条件中都可以选择最佳传动比。电子控制模块可以选择更多的传动比，传动比取决于行驶条件，从而降低了油耗并提高了换挡平顺性。发动机转速与行驶状态的最优化匹配意味着发动机提高了动力、燃油经济性并降低了运行噪声。4.无级变速器(CVT) 无级变速器(CVT)则只需两组可移动锥轮以及传动带或传动链，即可实现无数个前进挡的变速过程。CVT采用传动带、传动链和可变槽宽的锥轮进行动力传递及传动比的选择，即当锥轮变化槽宽时，相应改变主动轮与从动轮上传动带的接触半径进行变速。CVT是真正无级化了，与AT相比具有较高的运行效率，油耗较低。通过近几年市场上的应用看，其发展势头也比较迅猛，目前在我国应用的车型已迅速发展到5、6种以上。图4显示出中国市场未来几年的市场展望。 目前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力都在大力进行CVT的研发工作，NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中都有配备CVT的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。值得注意的一点是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本、欧洲已经渗透到北美市场，CVT汽车已经成为当今汽车发展的主要趋势。5.双离合器变速器(DCT) 双离合器变速器(DCT)最早是德国大众技术，因此在大众车系里又称DSG变速器。它可以说是目前世界上最先进的、具有革命性的变速器系统，大众汽车在2002年于德国沃尔夫斯堡首次向世界展示了这一技术创新。DSG变速器旨在满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求，为那些酷爱手动变速器的驾驶者们提供了一个最佳选择。DSG在带来低油耗的同时，在车辆性能方面却没有任何损失，同样具有出色的加速性和最高时速，并且与传统自动变速器一样可以实现顺畅换挡而不影响牵引力。因此，既保证了其舒适性，同时还体现其动感加速性。二、变速器的发展趋势据 业 内 预 测 ，2013 年 欧 洲 变 速 器市场上的统计数据将会改变，配备手动变速器的汽车将占52%，配备自动手动变速器的将占10%，配备无级变速器的将 占2% ， 配 备 双 离 合 器 变 速 器 的 将 占16%，配备自动变速器的将占20%。但也有业内专家指出，预测都是根据现有的变速器种类进行的，新变速器产品还在不断研发过程中，因此今后汽车市场的变速器情况可能还会出现一些变化。1.自动变速器向多挡位发展随着自动变速器汽车保有量的上升，自动变速器技术的演变也由过去传统的简单4前速电子控制(3个电磁阀)发展到今天的6、7、8前速(多电磁阀控制)的模糊逻辑控制加网络控制。近几年来，轿车自动变速器挡位数不断增加的趋势非常明显，从传统的4速快 速 到5 、6 、7 、8 速 。 挡位数的增多就意味着总的传动比范围在加宽，而相邻两挡之间的传动比又在拉近，因此换挡时间会变得提前，同时又是在发动以既保证了燃油经济性，同时还满足了其加速性能。如今，全球各大自动变速器生产厂商都已推出5前速以上的多挡自动变速器，如Z F公司的6HP系列；AISIN AW公司的U151/U250E、TF-60SN和TR-60SN；JATCO公司生产的型号为J F506E变速器；G M公司的T40E、6L50/80E等等。2.机械结构逐渐简化虽说新型变速器挡位数在增多，但并不意味着变速器整体结构和体积变得复杂和加大，这是因为机械元件的组合也由过去众多数量的换挡执行元件控制多个行星排来实现简单4前1倒的变速功能，发展到今天 的5个换挡执行元件控制所谓的 “ 莱佩莱捷式”行星齿轮组通过逻辑组合即可实现6前1倒的变速功能。零部件数量明显减半，ZF公司生产的6hp系列减速器就是一个例子(其结构图见图7)。目前，德国ZF公司和日本AISIN AW公司都已成功 推8前速自动变速器， 但其齿轮部分仍然在使用行齿轮机构，由此我们会发现无论是传统的辛普森、串联、拉维那，还是今天的莱佩莱捷式行星齿轮，都是由“单排单级齿轮”和“单排双级齿轮”两种形式的行星齿轮组组成。为此，我们只要熟悉掌握两种行星齿轮的传递规就OK了，当我们再去分析不同公司生产的5、6、7、8挡变了。3.电子控制人性化在机械和液压方面似乎越来越简化其设计结构，元件少了、阀门数量也少了，但在其电子控制方面的整体控制思路却越来越复杂，而且控制要求越来越精确，特别是在扭矩协调控制、安全保护控制、模糊逻辑控制、重叠换挡控制等人性化方面更加明显。为了改善换挡质量、体现驾驶舒适性，自动变速器换挡过程中发动机必须实现扭矩协调控制，发动机在自动变速器换挡过程中主要通过瞬间改变喷油量和延迟点火等功能来维持换挡过渡平顺性能；安全保护控制主要是指当自动变速器机械、液压、电子控制等方面出现故障时，且该故障能够对变速器构成较大威胁，为保护变速器不受进一步伤害，自动变速器电脑通过接收各传感器信息后所启动的一项保护措施；模糊逻辑控制的功能，说白了就是微电脑具有模仿人体大脑的功能，能够预测到驾驶者的下一个动作，并最终实现最佳换挡时间控制以及换挡点的任意切换控制等。在这里我们重点了解一下“重叠换挡控制”，这是因为好多维修人员对其认识仍比较模糊。所谓重叠换挡控制这一新名词的解释就是：换挡过程实际上是摩擦元件的摩擦力交替的过程，在常见的摩擦式离合器与离合器或离合器与制动器在换挡中，若摩擦力矩替换过程的定时不当，将会引起输出扭矩的急剧变动。两个离合器之间或离合器与制动器之间摩擦力矩的替换，总会有或多或少的中断间隔或重叠。重叠不足或重叠过多，都会产生不应有的换挡冲击。重叠不足是指待分离的离合器过快地泄油分离，待结合的离合器未能建立足够的油压，因而出现两个离合器传递扭矩间断的现象。在这个重叠不足的时间内，输出扭矩先是下降过多，随后又急剧上升，形成较大的扭矩扰动。与此同时发动机转速也得不到平稳的过渡，先是因负荷减小而增速，后又因负荷急剧增大而降速。重叠过多是指在待结合的离合器已经能够传递很大的扭矩时，应分离的离合器还没有很好地泄油分离，因而出现两个执行机构同时工作的情况。在一个短暂时间内，两个挡位重叠工作，使发动机和输出轴都受到制动作用，因而输出轴有很大的扭矩扰动。随后又因应分离的离合器分离，使变速器输出轴的扭矩又急剧升高。重叠过多的扭矩扰动重叠不足时更严重。同时，发动机的转速先是急降后在回升，表现出不稳的情况。重叠过多的升挡过程最不平稳。为此，要对两个交替换挡的执行元件的泄油充油过程进行控制，以得到最满意的交替衔接。传统自动变速器是通过换挡定时控制来避免换挡执行元件交替转换时出现时间差和过度重叠的现象，而在一些新式自动变速器换挡控制上允许两个元件交替转换时出现重叠，目前一些5前速和6前速变速器具有这种重叠换挡控制。例如，ZF公司生产的6HP系列变速器在执行全部换挡(从第1-6 挡位和从第6-1 挡位)时，相邻两挡的换挡执行元件在交替作业时出现重叠现象就是所谓的重叠换挡。也就是说在换挡期间，正在传力的离合器在释放前保持一段时间，直到相应的准换挡离合器随着正在传递力的离合器压力的下降接收到适合的扭矩为止(见图8)。扭矩的协调是通过加挡时短时间降低发动机扭矩或在减挡时增加发动机扭矩来支持换挡过程。重叠换挡的最大优势是借助于重叠换挡，使用离合器的电子液压控制几乎可以替代空转。4.执行器数量在增多，同时其控制类型也在改变大家会发现，自动变速器执行器电磁阀数量越来越多了，开关型电磁阀少了，而频率的多了，同时控制油路的机械滑阀数量也越来越少了(多电磁阀控制的目的是改善换挡质量)。一个滑阀可能会根据油路的转换实现多用途，一个简单的电磁阀也会实现多用途，它既可以实现换挡控制，同时还可以担负油压调节控制。在过去传统型电子控制自动变速器中，换挡油路的切换是靠开关型电磁阀来控制的，该油路只是一个开关型的 切 换 油 路( 为 使 换 挡 执 行 元 件 接 合 时不必产生过大的振动，在油路的缓冲控制中通常采用节流和储能装置实现减缓控制)。而在6HP系列中的执行器中，采用6 个 具 有 高 流 量 特 点 高 频 率 的 脉 宽 调制电磁阀，其中1个(E D S5)主要用来完成系统压力调节功能，另外1个(E D S6)用来完成发动机与变速器的机械连接功能(T C C)，剩下4个电磁阀(E D S1-A、E D S2-B、E D S3-C、E D S4-E/D) 分别 控 制 着5 个 换 挡 执 行 元 件 的 接 合 与 分离，也就是说换挡油路控制由原来的开关型转变为调节型，这样就大大改善了其换挡质量。实现换挡控制，同时还可以担负油压调节控制。在过去传统型电子控制自动变速器中，换挡油路的切换是靠开关型电磁阀来控制的，该油路只是一个开关型的 切 换 油 路( 为 使 换 挡 执 行 元 件 接 合 时不必产生过大的振动，在油路的缓冲控制中通常采用节流和储能装置实现减缓控制)。而在6HP系列中的执行器中，采用6 个 具 有 高 流 量 特 点 高 频 率 的 脉 宽 调制电磁阀，其中1个(E D S5)主要用来完成系统压力调节功能，另外1个(E D S6)用来完成发动机与变速器的机械连接功能(T C C)，剩下4个电磁阀(E D S1-A、E D S2-B、E D S3-C、E D S4-E/D) 分别 控 制 着5 个 换 挡 执 行 元 件 的 接 合 与 分离，也就是说换挡油路控制由原来的开关型转变为调节型，这样就大大改善了其换挡质量。三、总结根据以上我们对自动变速器新技术发展趋势的了解，无论从机械上、液压电子控制上我们对变速器都有一个全新的认识，这也就要求我们在维修和诊断自动变速器故障上需要改变以过去传统观念，更新时代新思路注重对“数据”的判断。从日常维修中发现“反复烧片”的故障少了，七上八下的体力劳动也少了，而更多的由于“换挡舒适性能”受到影响后所反映出的“冲击”、“耸车”、类似发动机“断火”的等故障相继出现又迫使脑力劳动越来越多了。因此，利用各种动态数据来诊断自动变速器的故障将是一大手段：“速度变化数据”、“压力的变化速率”、“温度曲线的变化”、“占空比的变化”等等。硬件设施具备以后我们如何利用这些工具(“油压表”、“速度模拟器”、“解码器”以及“示波器”等)去对整个车辆的运行状态进行数据分析尤为重要。而变扭器