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各種自動變速器的比較

作者：程力專用汽車股份有限公司 瀏覽次數(shù)：11036 發(fā)布時間：2012-11-25 11:23:00

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    按照結(jié)構(gòu)及原理，自動變速器可以分為4種類型，分別是液力自動變速器(AT)、無級自動變速器(CVT)、電控機械自動變速器(AMT)、雙離合器自動變速器(DCT)。

 

液力自動變速器(AT)

 

    液力自動變速器的傳動部分主要由液力變矩器和多排行星齒輪組成，它仍然分多檔、幾速，實際上是能實現(xiàn)局部無級變速的有級變速器。液力變矩器除了起離合器的作用，還具有無級連續(xù)變速和改變轉(zhuǎn)矩的能力，對外負載有良好的自動調(diào)節(jié)和適應(yīng)性。AT的優(yōu)越性是免除了手動變速器繁雜的換檔和腳踩離合器踏板的頻繁操作，通過腳踩加速踏板，便可巧妙地實現(xiàn)自動變速，使開車變得簡單、省力。液力自動變速器的電力控制系統(tǒng)使自動切換速度柔和、平穩(wěn)，所以乘坐與駕駛都感覺很舒適。

 

    優(yōu)點：分級連續(xù)變速和變矩，對外部負載具有良好的自動調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力，簡化了駕駛操縱，實現(xiàn)了車輛平穩(wěn)起步和迅速加速；利用液力傳動本身特有的減振性能，可降低傳動系統(tǒng)的尖峰載荷和扭轉(zhuǎn)振動，延長傳動系的使用壽命，提高乘坐舒適性；具有自動換檔功能，可充分利用發(fā)動機轉(zhuǎn)矩；生產(chǎn)時間、產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)成熟度為自動變速器里最高。

 

    缺點：傳動效率低，變矩范圍有限。隨著制造和控制技術(shù)的提高，AT效率有了明顯改善，但與手動變速器相比仍有近10%的差距；對加工精度要求高，制造工藝復(fù)雜，成本較高；對速度變化反應(yīng)較慢，沒有手動變速器靈敏；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理困難，維護費用高；采用特定的液壓油，換油成本較高；需有獨立的散熱系統(tǒng)，對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)有改動要求。

 

    改進方向

 

    向多檔位方向發(fā)展。5檔或6檔AT逐步取代4檔AT的主導(dǎo)地位，以改善汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性和換檔平順性。使用6AT車輛比使用4AT車輛平均能節(jié)油3%~7% 。

 

    輕量化、小型化設(shè)計。采用緊湊化設(shè)計，簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引入電子控制系統(tǒng)，采用輕質(zhì)材料，減少零部件個數(shù)。

 

    采用多電磁閥方式控制換檔。為改善換檔品質(zhì)，在全電子自動控制器中，換檔電磁閥完全實現(xiàn)了對D檔、手動模式、倒檔的控制。

 

    提高油泵和液壓系統(tǒng)效率。對整個油泵系統(tǒng)設(shè)計進行改進，可以進一步提高油泵高轉(zhuǎn)速時的傳動效率。

 

    智能操作控制。模糊控制技術(shù)的采用使變速器控制器可以學習、模擬駕駛者的駕駛習慣，自動修正控制指令，使汽車進一步體現(xiàn)人性化。

 

無級自動變速器(CVT)

 

    CVT屬于摩擦式無級變速器，其傳動與變速的關(guān)鍵件是具有V型槽的主動錐輪、從動錐輪和金屬帶。金屬帶安裝在主動錐輪和從動錐輪的V型槽內(nèi)。當主動錐輪旋轉(zhuǎn)時，通過金屬帶將主動輪的扭矩傳遞給從動輪，橡膠帶是以拉的形式傳遞扭矩，而無級自動變速器的金屬帶則是以推的形式傳遞扭矩。每個V型輪由一個固定錐盤和一個能沿軸向移動的可動錐盤組成，來自液壓系統(tǒng)的壓力分別作用到主、從動錐輪的可動錐盤上，通過改變作用到主、從動錐輪可動錐盤上液壓力的大小，便可使主、從動錐輪傳遞扭矩的節(jié)圓半徑連續(xù)發(fā)生變化，從而達到無級改變傳動比的目的。

 

    作用到主、從動錐輪可動錐盤上液壓力大小的變化是由電液控制系統(tǒng)控制的，而電液控制系統(tǒng)則是依據(jù)道路的行駛阻力變化和駕駛者對油門的位置控制等來進行工作的。作為真正意義上的無級變速器，它的優(yōu)點是質(zhì)量輕、體積小、零件少，與AT相比具有較高的運行效率、油耗較低并且成本也低。但作為摩擦傳動，其較之于齒輪傳動效率不高。

 

    無級變速器具有金屬帶式與金屬鏈式傳動形式。V型金屬帶由多個套在柔性鋼帶上金屬推力塊組成，靠推力傳遞動力。金屬鏈式無級變速器靠連接鏈兩側(cè)端面與壓盤摩擦傳遞動力。

 

    帶輪由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上移動，另一側(cè)則固定?？蓜颖P與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。

 

    優(yōu)點：由于CVT可以實現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變，從而可使發(fā)動機始終在經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)運行，提高整車的燃油經(jīng)濟性和動力性，改善駕駛者的操縱方便性；并且加速時無需切斷動力，乘坐舒適，超車加速性能好，是理想的汽車傳動裝置。

 

    缺點：金屬帶制造難度大，除日本部分生產(chǎn)外，主要是由荷蘭VDT公司制造；帶輪表面處理工藝和油缸加工工藝難度很大；作為摩擦傳動，潤滑油品質(zhì)對CVT系統(tǒng)的傳動特性有重要的影響作用，CVT變速器中液力變矩器、齒輪機構(gòu)、液壓執(zhí)行機構(gòu)、濕式離合器也使用CVT潤滑油，因此對油的要求是多方面的；由于車輛起步不好控制目前還是由液力變矩器來實現(xiàn)減緩沖擊和起步作用，這樣會增加變速器制造成本；由于結(jié)構(gòu)原理限制，倒檔需采用行星齒輪系統(tǒng)實現(xiàn)。

 

    改進方向

 

    CVT是最近十年開始大規(guī)模推廣的產(chǎn)品，還處于發(fā)展改進階段。

 

    向大排量轎車應(yīng)用發(fā)展。JATCO公司制造的面向大型車的金屬帶式XTRONIC CVT，已應(yīng)用于日產(chǎn)公司2003年上市的3.5L TEANA車。

 

    向高效率、智能化發(fā)展。針對CVT汽車起步和加速疲軟的問題，奧迪公司開發(fā)的DRP動態(tài)控制程序，可以對油門踏板行程及其變化率進行評估，以保證車輛具有更好的燃油經(jīng)濟性；同時，還可自動判斷道路的坡度，自動調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出力矩，改善車輛的動力性和駕駛平穩(wěn)性。

 

    在加速性能方面，裝備CVT的奧迪A6轎車0~100km/h的加速時間為8.0s，比裝備AT的同類車快1.3s；比裝有5檔手動變速器的同系列車型也快0.1s。

 

    按照歐洲的燃料消耗標準，Audi A6轎車油耗為9.7L/100 km，比AT轎車少0.9 L，比裝備５檔手動變速器的A6轎車少0.2 L。

 

    向批量化、低成本方向發(fā)展。

 

電控機械自動變速器(AMT)

 

    AMT是在機械變速器原有基礎(chǔ)上進行改造的，主要改變手動換檔操縱部分。即在總體傳動結(jié)構(gòu)不變的情況下通過加裝計算機控制的自動操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)換檔的自動化。它的主要功能需要軟件來實現(xiàn)。其中，計算機代替了熟練駕駛者的大腦，多種傳感器代替了人的感覺神經(jīng)，電液或全電的執(zhí)行機構(gòu)代替了人的手腳動作。由于AMT能在現(xiàn)生產(chǎn)的手動變速器基礎(chǔ)上進行改造，生產(chǎn)繼承性好，投入的成本也比較低，容易被生產(chǎn)廠接受。

 

    機械式變速器的自動控制研究始于20世紀70年代，像早期瑞典斯堪尼亞的CAG系統(tǒng)、美國伊頓的SAMT系統(tǒng)均采用了機械變速器的半自動操縱方式，其實質(zhì)是輔助換檔系統(tǒng)，即由電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)換檔，而換檔時刻由駕駛者踩離合器踏板來確定，電子顯示器可提示駕駛者何時為最佳的換檔時刻，但他們?nèi)匀徊荒苋∠x合器踏板，實現(xiàn)傳動系的全自動操作。第一臺全自動機械變速器是五十鈴公司于1984年投放市場的NAVI-5電控機械自動變速器。世界上許多國家對電控機械式自動變速器進行了研究與開發(fā)，AMT的控制已逐步得到改進。AMT較適用于價位較低的乘用車與商用車。

 

    優(yōu)點：AMT由普通手動機械變速器、液壓/電動執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，具有傳動效率高、工作可靠、易于制造、成本低等優(yōu)點；在傳統(tǒng)的固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用微電子技術(shù)和控制理論，以電子控制器(TCU)為核心，通過電動、液壓或氣動執(zhí)行機構(gòu)對選換檔機構(gòu)、離合器、油門進行操縱，實現(xiàn)起步和換檔的自動操作；由于取消了離合器踏板和檔位操縱桿，駕駛者的意圖由加速踏板或制動踏板來體現(xiàn)，TCU根據(jù)設(shè)定的模式來實現(xiàn)選換檔動作、離合器分離和接合及發(fā)動機控制。

 

    缺點：與AT和CVT相比，AMT控制參數(shù)多，控制系統(tǒng)難度相對較大；離合器起步控制是AMT的難點，不同的環(huán)境條件及駕駛習慣要求不同的控制策略；離合器的控制存在著相互矛盾的評判指標，既希望起步平穩(wěn)，又希望離合器使用壽命長，所有這些都使干式離合器控制問題復(fù)雜化；AMT是在切斷動力的條件下?lián)Q檔，要求換檔時間盡可能短，以減少動力損失；切斷動力和恢復(fù)動力的過程均會造成沖擊，沖擊的強度又隨換檔過程時間的縮短而增加，因此既要縮短換檔時間，又要考慮減少換檔沖擊，這對換檔控制提出了更高要求。

 

    AMT需要對發(fā)動機進行控制。在換檔過程中，通過控制發(fā)動機，盡量減小離合器主、從動盤之間的轉(zhuǎn)速差，就能減小沖擊，加快離合器接合，縮短換檔時間，延長離合器壽命。對發(fā)動機進行控制不僅可以提高換檔品質(zhì)，而且還能改善離合器的控制。汽車在起步、行駛中換檔時都需要對發(fā)動機進行適當?shù)恼{(diào)整，否則會影響換檔品質(zhì)。

 

    所以為保證AMT性能，要滿足駕駛愿望和適應(yīng)各種行駛工況來進行換檔，除了需要操縱主離合器和變速器，還涉及到發(fā)動機和制動器控制。從目前來看，AMT在轎車上的應(yīng)用還有一段距離。

 

    基于以上分析，認為AMT主要適用于商用車和載貨車，這些車檔位較多，需要自動操縱，減輕駕駛疲勞，而且對乘坐舒適性要求也不高。

 

雙離合器自動變速器(DCT)

 

    為了解決現(xiàn)有AMT換檔過程中動力中斷的現(xiàn)象，研發(fā)了雙離合器自動變速器(DCT)

 

    DCT是基于平行軸式手動變速器發(fā)展而來的，它繼承了手動變速器傳動效率高、安裝空間緊湊、質(zhì)量輕、價格便宜等許多優(yōu)點，而且實現(xiàn)了動力換檔，即在換檔過程中不中斷動力，克服了AMT的不足，保留了AT、CVT等換檔品質(zhì)好的優(yōu)點。這使得車輛在換檔過程中，發(fā)動機的動力始終可以傳遞到車輪，換檔迅速平穩(wěn)，不僅保證了車輛的加速性，而且由于車輛不再產(chǎn)生由于換檔引起的急劇減速情況，也極大地改善了車輛運行的舒適性。這對電控機械式自動變速器AMT來說，是一個巨大的改進。DCT的生產(chǎn)繼承性好，硬件開發(fā)與軟件研制成果的通用性強，可推廣到不同排量和類型汽車的DCT產(chǎn)品中，是非常適合企業(yè)生產(chǎn)和有競爭力的自動變速器。

 

    按照雙離合器的形式，DCT分為濕式與干式雙離合器變速器。

 

    優(yōu)點：從制造方面考慮，DCT國產(chǎn)化程度比AT和CVT容易得多；現(xiàn)有DCT產(chǎn)品比較集中在德國廠家，技術(shù)成熟度不高，國內(nèi)外技術(shù)差距不大，國內(nèi)可以追趕的時間比較豐富。

 

    缺點：受系統(tǒng)本身諸多因素的影響，精確控制離合器切換時序較為困難。DCT系統(tǒng)是一個多自由度扭轉(zhuǎn)振動傳動系統(tǒng)，系統(tǒng)的激勵和振動的機理、離合器摩擦因數(shù)的變化等均十分復(fù)雜，必須綜合考慮多種因素，根據(jù)最佳動力性、最佳經(jīng)濟性和駕駛舒適性綜合最優(yōu)的原則制定系統(tǒng)匹配控制策略，通過發(fā)動機、雙離合器、檔位切換等控制實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的綜合控制，保證車輛行駛性能。

 

    DCT換檔過程動力切斷的時間很短，又不帶液力變矩器，因此對換檔過程離合器的控制有較高的要求。

 

    為減小動力中斷時間，離合器切換過程中必然存在兩個離合器扭矩傳遞的重疊或中斷階段，必須對離合器切換時序進行精確控制，這是保證換檔品質(zhì)及離合器工作壽命的關(guān)鍵。如果切換時間控制不當，可能造成兩個檔位之間的互鎖干涉及換檔沖擊，造成離合器滑摩等，導(dǎo)致摩擦片變形甚至燒蝕破壞，直接影響離合器的分離接合特性和壽命。

 

    在換檔過程中，兩個離合器都要滑摩會產(chǎn)生大量的熱量，如果不及時散熱，離合器摩擦面會產(chǎn)生局部高溫，導(dǎo)致摩擦片的破壞。所以，離合器摩擦片材料、耐磨性、摩擦因數(shù)及其摩擦面的油槽設(shè)計形式是需要解決的關(guān)鍵問題。     

 

    起潤滑冷卻作用的工作介質(zhì)應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性和較高的抗剪切能力，具有適當?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦?，以保證離合器的正常工作。通常采用DCT專用油(價格較高)。

 

    濕式與干式雙離合器變速器對比：濕式離合器工作環(huán)境全封閉，這樣可以免受外界濕度、粉塵及內(nèi)部機油的影響，工作性能更加穩(wěn)定；濕式離合器摩擦副間有油膜存在，結(jié)合過程中為混合摩擦狀態(tài)，接合過程平順；濕式離合器在不增大徑向尺寸前提下，改變摩擦副數(shù)即可調(diào)節(jié)傳遞轉(zhuǎn)矩，易于實現(xiàn)傳動摩擦副的系列化、標準化；濕式離合器冷卻散熱效果好，特別是在頻繁接合和半接合工況，散熱效果明顯好于干式離合器，使用壽命一般為干式離合器的3~4倍；濕式離合器磨損甚微，使用壽命期間一般免調(diào)整；濕式離合器摩擦襯片及對偶鋼盤較薄，其損壞型式多為瞬時溫升過高或溫度分布不均導(dǎo)致的燒損或翹曲，而不是摩擦襯片的磨損；濕式離合器結(jié)構(gòu)比干式離合器復(fù)雜，價格高于干式離合器；干式離合器只能軸向布置，結(jié)構(gòu)尺寸較大；在離合器片磨損后，需要定期更換摩擦片；干式離合器沒有強制冷卻系統(tǒng)，功率損失?。粷袷诫x合器由于油的作用，不能徹底分離，產(chǎn)生功率損失。
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