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各種自動(dòng)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)：10175 發(fā)布時(shí)間：2012-11-25 11:23:00

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

 

液力自動(dòng)變速器(AT)

 

    液力自動(dòng)變速器的傳動(dòng)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(shí)際上是能實(shí)現(xiàn)局部無級(jí)變速的有級(jí)變速器。液力變矩器除了起離合器的作用，還具有無級(jí)連續(xù)變速和改變轉(zhuǎn)矩的能力，對(duì)外負(fù)載有良好的自動(dòng)調(diào)節(jié)和適應(yīng)性。AT的優(yōu)越性是免除了手動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，使開車變得簡(jiǎn)單、省力。液力自動(dòng)變速器的電力控制系統(tǒng)使自動(dòng)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(diǎn)：分級(jí)連續(xù)變速和變矩，對(duì)外部負(fù)載具有良好的自動(dòng)調(diào)節(jié)和適應(yīng)能力，簡(jiǎn)化了駕駛操縱，實(shí)現(xiàn)了車輛平穩(wěn)起步和迅速加速；利用液力傳動(dòng)本身特有的減振性能，可降低傳動(dòng)系統(tǒng)的尖峰載荷和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，延長(zhǎng)傳動(dòng)系的使用壽命，提高乘坐舒適性；具有自動(dòng)換檔功能，可充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；生產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)成熟度為自動(dòng)變速器里最高。

 

    缺點(diǎn)：傳動(dòng)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(dòng)變速器相比仍有近10%的差距；對(duì)加工精度要求高，制造工藝復(fù)雜，成本較高；對(duì)速度變化反應(yīng)較慢，沒有手動(dòng)變速器靈敏；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理困難，維護(hù)費(fèi)用高；采用特定的液壓油，換油成本較高；需有獨(dú)立的散熱系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)有改動(dòng)要求。

 

    改進(jìn)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(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)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(jì)。采用緊湊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)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(gè)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(dòng)控制器中，換檔電磁閥完全實(shí)現(xiàn)了對(duì)D檔、手動(dòng)模式、倒檔的控制。

 

    提高油泵和液壓系統(tǒng)效率。對(duì)整個(gè)油泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，可以進(jìn)一步提高油泵高轉(zhuǎn)速時(shí)的傳動(dòng)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(xué)習(xí)、模擬駕駛者的駕駛習(xí)慣，自動(dòng)修正控制指令，使汽車進(jìn)一步體現(xiàn)人性化。

 

無級(jí)自動(dòng)變速器(CVT)

 

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

 

    作用到主、從動(dòng)錐輪可動(dòng)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(duì)油門的位置控制等來進(jìn)行工作的。作為真正意義上的無級(jí)變速器，它的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、體積小、零件少，與AT相比具有較高的運(yùn)行效率、油耗較低并且成本也低。但作為摩擦傳動(dòng)，其較之于齒輪傳動(dòng)效率不高。

 

    無級(jí)變速器具有金屬帶式與金屬鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)形式。V型金屬帶由多個(gè)套在柔性鋼帶上金屬推力塊組成，靠推力傳遞動(dòng)力。金屬鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器靠連接鏈兩側(cè)端面與壓盤摩擦傳遞動(dòng)力。

 

    帶輪由可動(dòng)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(dòng)，另一側(cè)則固定。可動(dòng)盤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(dòng)帶嚙合。

 

    優(yōu)點(diǎn)：由于CVT可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變，從而可使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)運(yùn)行，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，改善駕駛者的操縱方便性；并且加速時(shí)無需切斷動(dòng)力，乘坐舒適，超車加速性能好，是理想的汽車傳動(dòng)裝置。

 

    缺點(diǎn)：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(dòng)，潤(rùn)滑油品質(zhì)對(duì)CVT系統(tǒng)的傳動(dòng)特性有重要的影響作用，CVT變速器中液力變矩器、齒輪機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、濕式離合器也使用CVT潤(rùn)滑油，因此對(duì)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(shí)現(xiàn)減緩沖擊和起步作用，這樣會(huì)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(shí)現(xiàn)。

 

    改進(jìn)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(jìn)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(duì)CVT汽車起步和加速疲軟的問題，奧迪公司開發(fā)的DRP動(dòng)態(tài)控制程序，可以對(duì)油門踏板行程及其變化率進(jìn)行評(píng)估，以保證車輛具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)，還可自動(dòng)判斷道路的坡度，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩，改善車輛的動(dòng)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(shí)間為8.0s，比裝備AT的同類車快1.3s；比裝有5檔手動(dòng)變速器的同系列車型也快0.1s。

 

    按照歐洲的燃料消耗標(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)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(jī)械自動(dòng)變速器(AMT)

 

    AMT是在機(jī)械變速器原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，主要改變手動(dòng)換檔操縱部分。即在總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不變的情況下通過加裝計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)操縱系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)換檔的自動(dòng)化。它的主要功能需要軟件來實(shí)現(xiàn)。其中，計(jì)算機(jī)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(jī)構(gòu)代替了人的手腳動(dòng)作。由于AMT能在現(xiàn)生產(chǎn)的手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上進(jìn)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(jī)械式變速器的自動(dòng)控制研究始于20世紀(jì)70年代，像早期瑞典斯堪尼亞的CAG系統(tǒng)、美國(guó)伊頓的SAMT系統(tǒng)均采用了機(jī)械變速器的半自動(dòng)操縱方式，其實(shí)質(zhì)是輔助換檔系統(tǒng)，即由電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)換檔，而換檔時(shí)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(shí)為最佳的換檔時(shí)刻，但他們?nèi)匀徊荒苋∠x合器踏板，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系的全自動(dòng)操作。第一臺(tái)全自動(dòng)機(jī)械變速器是五十鈴公司于1984年投放市場(chǎng)的NAVI-5電控機(jī)械自動(dòng)變速器。世界上許多國(guó)家對(duì)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器進(jìn)行了研究與開發(fā)，AMT的控制已逐步得到改進(jìn)。AMT較適用于價(jià)位較低的乘用車與商用車。

 

    優(yōu)點(diǎn)：AMT由普通手動(dòng)機(jī)械變速器、液壓/電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，具有傳動(dòng)效率高、工作可靠、易于制造、成本低等優(yōu)點(diǎn)；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(dòng)、液壓或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)選換檔機(jī)構(gòu)、離合器、油門進(jìn)行操縱，實(shí)現(xiàn)起步和換檔的自動(dòng)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(dòng)踏板來體現(xiàn)，TCU根據(jù)設(shè)定的模式來實(shí)現(xiàn)選換檔動(dòng)作、離合器分離和接合及發(fā)動(dòng)機(jī)控制。

 

    缺點(diǎn)：與AT和CVT相比，AMT控制參數(shù)多，控制系統(tǒng)難度相對(duì)較大；離合器起步控制是AMT的難點(diǎn)，不同的環(huán)境條件及駕駛習(xí)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(píng)判指標(biāo)，既希望起步平穩(wěn)，又希望離合器使用壽命長(zhǎng)，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(dòng)力的條件下?lián)Q檔，要求換檔時(shí)間盡可能短，以減少動(dòng)力損失；切斷動(dòng)力和恢復(fù)動(dòng)力的過程均會(huì)造成沖擊，沖擊的強(qiáng)度又隨換檔過程時(shí)間的縮短而增加，因此既要縮短換檔時(shí)間，又要考慮減少換檔沖擊，這對(duì)換檔控制提出了更高要求。

 

    AMT需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。在換檔過程中，通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)，盡量減小離合器主、從動(dòng)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(shí)間，延長(zhǎng)離合器壽命。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(shí)都需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，否則會(huì)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(jìn)行換檔，除了需要操縱主離合器和變速器，還涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)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(rèn)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(dòng)操縱，減輕駕駛疲勞，而且對(duì)乘坐舒適性要求也不高。

 

雙離合器自動(dòng)變速器(DCT)

 

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

 

    DCT是基于平行軸式手動(dòng)變速器發(fā)展而來的，它繼承了手動(dòng)變速器傳動(dòng)效率高、安裝空間緊湊、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜等許多優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力換檔，即在換檔過程中不中斷動(dòng)力，克服了AMT的不足，保留了AT、CVT等換檔品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。這使得車輛在換檔過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(yùn)行的舒適性。這對(duì)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT來說，是一個(gè)巨大的改進(jìn)。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(qiáng)，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(jìng)爭(zhēng)力的自動(dòng)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(diǎn)：從制造方面考慮，DCT國(guó)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(guó)廠家，技術(shù)成熟度不高，國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距不大，國(guó)內(nèi)可以追趕的時(shí)間比較豐富。

 

    缺點(diǎn)：受系統(tǒng)本身諸多因素的影響，精確控制離合器切換時(shí)序較為困難。DCT系統(tǒng)是一個(gè)多自由度扭轉(zhuǎn)振動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)的激勵(lì)和振動(dòng)的機(jī)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(dòng)力性、最佳經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)、雙離合器、檔位切換等控制實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制，保證車輛行駛性能。

 

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

 

    為減小動(dòng)力中斷時(shí)間，離合器切換過程中必然存在兩個(gè)離合器扭矩傳遞的重疊或中斷階段，必須對(duì)離合器切換時(shí)序進(jìn)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(shí)間控制不當(dāng)，可能造成兩個(gè)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(gè)離合器都要滑摩會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不及時(shí)散熱，離合器摩擦面會(huì)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(jì)形式是需要解決的關(guān)鍵問題。     

 

    起潤(rùn)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(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦裕员ＷC離合器的正常工作。通常采用DCT專用油(價(jià)格較高)。

 

    濕式與干式雙離合器變速器對(duì)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(jī)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(shí)現(xiàn)傳動(dòng)摩擦副的系列化、標(biāo)準(zhǔn)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(duì)偶鋼盤較薄，其損壞型式多為瞬時(shí)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(jià)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(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，功率損失??；濕式離合器由于油的作用，不能徹底分離，產(chǎn)生功率損失。
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