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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：11242 發布時間：2012-11-25 11:23:00

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    按照結構及原理，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，還具有無級連續變速和改變轉矩的能力，對外負載有良好的自動調節和適應性。AT的優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使自動切換速度柔和、平穩，所以乘坐與駕駛都感覺很舒適。

 

    優點：分級連續變速和變矩，對外部負載具有良好的自動調節和適應能力，簡化了駕駛操縱，實現了車輛平穩起步和迅速加速；利用液力傳動本身特有的減振性能，可降低傳動系統的尖峰載荷和扭轉振動，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，可充分利用發動機轉矩；生產時間、產業鏈、技術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，制造工藝復雜，成本較高；對速度變化反應較慢，沒有手動變速器靈敏；結構復雜，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，對發動機冷卻系統有改動要求。

 

    改進方向

 

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

 

    輕量化、小型化設計。采用緊湊化設計，簡化內部結構，引入電子控制系統，采用輕質材料，減少零部件個數。

 

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

 

    提高油泵和液壓系統效率。對整個油泵系統設計進行改進，可以進一步提高油泵高轉速時的傳動效率。

 

    智能操作控制。模糊控制技術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。當主動錐輪旋轉時，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圓半徑連續發生變化，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控制的，而電液控制系統則是依據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，它的優點是質量輕、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，與油缸靠近的一側帶輪可以在軸上移動，另一側則固定。可動盤與固定盤都是錐面結構，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。

 

    優點：由于CVT可以實現傳動比的連續改變，從而可使發動機始終在經濟轉速區內運行，提高整車的燃油經濟性和動力性，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，潤滑油品質對CVT系統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、液壓執行機構、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減緩沖擊和起步作用，這樣會增加變速器制造成本；由于結構原理限制，倒檔需采用行星齒輪系統實現。

 

    改進方向

 

    CVT是最近十年開始大規模推廣的產品，還處于發展改進階段。

 

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

 

    向高效率、智能化發展。針對CVT汽車起步和加速疲軟的問題，奧迪公司開發的DRP動態控制程序，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濟性；同時，還可自動判斷道路的坡度，自動調節發動機的輸出力矩，改善車輛的動力性和駕駛平穩性。

 

    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、低成本方向發展。

 

電控機械自動變速器(AMT)

 

    AMT是在機械變速器原有基礎上進行改造的，主要改變手動換檔操縱部分。即在總體傳動結構不變的情況下通過加裝計算機控制的自動操縱系統來實現換檔的自動化。它的主要功能需要軟件來實現。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，電液或全電的執行機構代替了人的手腳動作。由于AMT能在現生產的手動變速器基礎上進行改造，生產繼承性好，投入的成本也比較低，容易被生產廠接受。

 

    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、美國伊頓的SAMT系統均采用了機械變速器的半自動操縱方式，其實質是輔助換檔系統，即由電子控制系統實現換檔，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，但他們仍然不能取消離合器踏板，實現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，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。

 

    優點：AMT由普通手動機械變速器、液壓/電動執行機構和控制系統組成，具有傳動效率高、工作可靠、易于制造、成本低等優點；在傳統的固定軸式變速器和干式離合器的基礎上，應用微電子技術和控制理論，以電子控制器(TCU)為核心，通過電動、液壓或氣動執行機構對選換檔機構、離合器、油門進行操縱，實現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，TCU根據設定的模式來實現選換檔動作、離合器分離和接合及發動機控制。

 

    缺點：與AT和CVT相比，AMT控制參數多，控制系統難度相對較大；離合器起步控制是AMT的難點，不同的環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，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雜化；AMT是在切斷動力的條件下換檔，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需要對發動機進行控制。在換檔過程中，通過控制發動機，盡量減小離合器主、從動盤之間的轉速差，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。對發動機進行控制不僅可以提高換檔品質，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動機進行適當的調整，否則會影響換檔品質。

 

    所以為保證AMT性能，要滿足駕駛愿望和適應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，還涉及到發動機和制動器控制。從目前來看，AMT在轎車上的應用還有一段距離。

 

    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)

 

    為了解決現有AMT換檔過程中動力中斷的現象，研發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、質量輕、價格便宜等許多優點，而且實現了動力換檔，即在換檔過程中不中斷動力，克服了AMT的不足，保留了AT、CVT等換檔品質好的優點。這使得車輛在換檔過程中，發動機的動力始終可以傳遞到車輪，換檔迅速平穩，不僅保證了車輛的加速性，而且由于車輛不再產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的生產繼承性好，硬件開發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產品中，是非常適合企業生產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。

 

    優點：從制造方面考慮，DCT國產化程度比AT和CVT容易得多；現有DCT產品比較集中在德國廠家，技術成熟度不高，國內外技術差距不大，國內可以追趕的時間比較豐富。

 

    缺點：受系統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系統是一個多自由度扭轉振動傳動系統，系統的激勵和振動的機理、離合器摩擦因數的變化等均十分復雜，必須綜合考慮多種因素，根據最佳動力性、最佳經濟性和駕駛舒適性綜合最優的原則制定系統匹配控制策略，通過發動機、雙離合器、檔位切換等控制實現傳動系統的綜合控制，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，這是保證換檔品質及離合器工作壽命的關鍵。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生大量的熱量，如果不及時散熱，離合器摩擦面會產生局部高溫，導致摩擦片的破壞。所以，離合器摩擦片材料、耐磨性、摩擦因數及其摩擦面的油槽設計形式是需要解決的關鍵問題。     

 

    起潤滑冷卻作用的工作介質應具有良好的熱穩定性和較高的抗剪切能力，具有適當的粘度和良好的粘溫特性，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：濕式離合器工作環境全封閉，這樣可以免受外界濕度、粉塵及內部機油的影響，工作性能更加穩定；濕式離合器摩擦副間有油膜存在，結合過程中為混合摩擦狀態，接合過程平順；濕式離合器在不增大徑向尺寸前提下，改變摩擦副數即可調節傳遞轉矩，易于實現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致的燒損或翹曲，而不是摩擦襯片的磨損；濕式離合器結構比干式離合器復雜，價格高于干式離合器；干式離合器只能軸向布置，結構尺寸較大；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，功率損失小；濕式離合器由于油的作用，不能徹底分離，產生功率損失。
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