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各种自动变速器的比较

作者：程力专用汽车股份有限公司 浏览次数：10254 发布时间：2012-11-25 11:23:00

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    按照结构及原理，自动变速器可以分为4种类型，分别是液力自动变速器(AT)、无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)、双离合器自动变速器(DCT)。

 

液力自动变速器(AT)

 

    液力自动变速器的传动部分主要由液力变矩器和多排行星齿轮组成，它仍然分多档、几速，实际上是能实现局部无级变速的有级变速器。液力变矩器除了起离合器的作用，还具有无级连续变速和改变转矩的能力，对外负载有良好的自动调节和适应性。AT的优越性是免除了手动变速器繁杂的换档和脚踩离合器踏板的频繁操作，通过脚踩加速踏板，便可巧妙地实现自动变速，使开车变得简单、省力。液力自动变速器的电力控制系统使自动切换速度柔和、平稳，所以乘坐与驾驶都感觉很舒适。

 

    优点：分级连续变速和变矩，对外部负载具有良好的自动调节和适应能力，简化了驾驶操纵，实现了车辆平稳起步和迅速加速；利用液力传动本身特有的减振性能，可降低传动系统的尖峰载荷和扭转振动，延长传动系的使用寿命，提高乘坐舒适性；具有自动换档功能，可充分利用发动机转矩；生产时间、产业链、技术成熟度为自动变速器里最高。

 

    缺点：传动效率低，变矩范围有限。随着制造和控制技术的提高，AT效率有了明显改善，但与手动变速器相比仍有近10%的差距；对加工精度要求高，制造工艺复杂，成本较高；对速度变化反应较慢，没有手动变速器灵敏；结构复杂，修理困难，维护费用高；采用特定的液压油，换油成本较高；需有独立的散热系统，对发动机冷却系统有改动要求。

 

    改进方向

 

    向多档位方向发展。5档或6档AT逐步取代4档AT的主导地位，以改善汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性。使用6AT车辆比使用4AT车辆平均能节油3%~7% 。

 

    轻量化、小型化设计。采用紧凑化设计，简化内部结构，引入电子控制系统，采用轻质材料，减少零部件个数。

 

    采用多电磁阀方式控制换档。为改善换档品质，在全电子自动控制器中，换档电磁阀完全实现了对D档、手动模式、倒档的控制。

 

    提高油泵和液压系统效率。对整个油泵系统设计进行改进，可以进一步提高油泵高转速时的传动效率。

 

    智能操作控制。模糊控制技术的采用使变速器控制器可以学习、模拟驾驶者的驾驶习惯，自动修正控制指令，使汽车进一步体现人性化。

 

无级自动变速器(CVT)

 

    CVT属于摩擦式无级变速器，其传动与变速的关键件是具有V型槽的主动锥轮、从动锥轮和金属带。金属带安装在主动锥轮和从动锥轮的V型槽内。当主动锥轮旋转时，通过金属带将主动轮的扭矩传递给从动轮，橡胶带是以拉的形式传递扭矩，而无级自动变速器的金属带则是以推的形式传递扭矩。每个V型轮由一个固定锥盘和一个能沿轴向移动的可动锥盘组成，来自液压系统的压力分别作用到主、从动锥轮的可动锥盘上，通过改变作用到主、从动锥轮可动锥盘上液压力的大小，便可使主、从动锥轮传递扭矩的节圆半径连续发生变化，从而达到无级改变传动比的目的。

 

    作用到主、从动锥轮可动锥盘上液压力大小的变化是由电液控制系统控制的，而电液控制系统则是依据道路的行驶阻力变化和驾驶者对油门的位置控制等来进行工作的。作为真正意义上的无级变速器，它的优点是质量轻、体积小、零件少，与AT相比具有较高的运行效率、油耗较低并且成本也低。但作为摩擦传动，其较之于齿轮传动效率不高。

 

    无级变速器具有金属带式与金属链式传动形式。V型金属带由多个套在柔性钢带上金属推力块组成，靠推力传递动力。金属链式无级变速器靠连接链两侧端面与压盘摩擦传递动力。

 

    带轮由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上移动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。

 

    优点：由于CVT可以实现传动比的连续改变，从而可使发动机始终在经济转速区内运行，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶者的操纵方便性；并且加速时无需切断动力，乘坐舒适，超车加速性能好，是理想的汽车传动装置。

 

    缺点：金属带制造难度大，除日本部分生产外，主要是由荷兰VDT公司制造；带轮表面处理工艺和油缸加工工艺难度很大；作为摩擦传动，润滑油品质对CVT系统的传动特性有重要的影响作用，CVT变速器中液力变矩器、齿轮机构、液压执行机构、湿式离合器也使用CVT润滑油，因此对油的要求是多方面的；由于车辆起步不好控制目前还是由液力变矩器来实现减缓冲击和起步作用，这样会增加变速器制造成本；由于结构原理限制，倒档需采用行星齿轮系统实现。

 

    改进方向

 

    CVT是最近十年开始大规模推广的产品，还处于发展改进阶段。

 

    向大排量轿车应用发展。JATCO公司制造的面向大型车的金属带式XTRONIC CVT，已应用于日产公司2003年上市的3.5L TEANA车。

 

    向高效率、智能化发展。针对CVT汽车起步和加速疲软的问题，奥迪公司开发的DRP动态控制程序，可以对油门踏板行程及其变化率进行评估，以保证车辆具有更好的燃油经济性；同时，还可自动判断道路的坡度，自动调节发动机的输出力矩，改善车辆的动力性和驾驶平稳性。

 

    在加速性能方面，装备CVT的奥迪A6轿车0~100km/h的加速时间为8.0s，比装备AT的同类车快1.3s；比装有5档手动变速器的同系列车型也快0.1s。

 

    按照欧洲的燃料消耗标准，Audi A6轿车油耗为9.7L/100 km，比AT轿车少0.9 L，比装备５档手动变速器的A6轿车少0.2 L。

 

    向批量化、低成本方向发展。

 

电控机械自动变速器(AMT)

 

    AMT是在机械变速器原有基础上进行改造的，主要改变手动换档操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装计算机控制的自动操纵系统来实现换档的自动化。它的主要功能需要软件来实现。其中，计算机代替了熟练驾驶者的大脑，多种传感器代替了人的感觉神经，电液或全电的执行机构代替了人的手脚动作。由于AMT能在现生产的手动变速器基础上进行改造，生产继承性好，投入的成本也比较低，容易被生产厂接受。

 

    机械式变速器的自动控制研究始于20世纪70年代，像早期瑞典斯堪尼亚的CAG系统、美国伊顿的SAMT系统均采用了机械变速器的半自动操纵方式，其实质是辅助换档系统，即由电子控制系统实现换档，而换档时刻由驾驶者踩离合器踏板来确定，电子显示器可提示驾驶者何时为最佳的换档时刻，但他们仍然不能取消离合器踏板，实现传动系的全自动操作。第一台全自动机械变速器是五十铃公司于1984年投放市场的NAVI-5电控机械自动变速器。世界上许多国家对电控机械式自动变速器进行了研究与开发，AMT的控制已逐步得到改进。AMT较适用于价位较低的乘用车与商用车。

 

    优点：AMT由普通手动机械变速器、液压/电动执行机构和控制系统组成，具有传动效率高、工作可靠、易于制造、成本低等优点；在传统的固定轴式变速器和干式离合器的基础上，应用微电子技术和控制理论，以电子控制器(TCU)为核心，通过电动、液压或气动执行机构对选换档机构、离合器、油门进行操纵，实现起步和换档的自动操作；由于取消了离合器踏板和档位操纵杆，驾驶者的意图由加速踏板或制动踏板来体现，TCU根据设定的模式来实现选换档动作、离合器分离和接合及发动机控制。

 

    缺点：与AT和CVT相比，AMT控制参数多，控制系统难度相对较大；离合器起步控制是AMT的难点，不同的环境条件及驾驶习惯要求不同的控制策略；离合器的控制存在着相互矛盾的评判指标，既希望起步平稳，又希望离合器使用寿命长，所有这些都使干式离合器控制问题复杂化；AMT是在切断动力的条件下换档，要求换档时间尽可能短，以减少动力损失；切断动力和恢复动力的过程均会造成冲击，冲击的强度又随换档过程时间的缩短而增加，因此既要缩短换档时间，又要考虑减少换档冲击，这对换档控制提出了更高要求。

 

    AMT需要对发动机进行控制。在换档过程中，通过控制发动机，尽量减小离合器主、从动盘之间的转速差，就能减小冲击，加快离合器接合，缩短换档时间，延长离合器寿命。对发动机进行控制不仅可以提高换档品质，而且还能改善离合器的控制。汽车在起步、行驶中换档时都需要对发动机进行适当的调整，否则会影响换档品质。

 

    所以为保证AMT性能，要满足驾驶愿望和适应各种行驶工况来进行换档，除了需要操纵主离合器和变速器，还涉及到发动机和制动器控制。从目前来看，AMT在轿车上的应用还有一段距离。

 

    基于以上分析，认为AMT主要适用于商用车和载货车，这些车档位较多，需要自动操纵，减轻驾驶疲劳，而且对乘坐舒适性要求也不高。

 

双离合器自动变速器(DCT)

 

    为了解决现有AMT换档过程中动力中断的现象，研发了双离合器自动变速器(DCT)

 

    DCT是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、质量轻、价格便宜等许多优点，而且实现了动力换档，即在换档过程中不中断动力，克服了AMT的不足，保留了AT、CVT等换档品质好的优点。这使得车辆在换档过程中，发动机的动力始终可以传递到车轮，换档迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换档引起的急剧减速情况，也极大地改善了车辆运行的舒适性。这对电控机械式自动变速器AMT来说，是一个巨大的改进。DCT的生产继承性好，硬件开发与软件研制成果的通用性强，可推广到不同排量和类型汽车的DCT产品中，是非常适合企业生产和有竞争力的自动变速器。

 

    按照双离合器的形式，DCT分为湿式与干式双离合器变速器。

 

    优点：从制造方面考虑，DCT国产化程度比AT和CVT容易得多；现有DCT产品比较集中在德国厂家，技术成熟度不高，国内外技术差距不大，国内可以追赶的时间比较丰富。

 

    缺点：受系统本身诸多因素的影响，精确控制离合器切换时序较为困难。DCT系统是一个多自由度扭转振动传动系统，系统的激励和振动的机理、离合器摩擦因数的变化等均十分复杂，必须综合考虑多种因素，根据最佳动力性、最佳经济性和驾驶舒适性综合最优的原则制定系统匹配控制策略，通过发动机、双离合器、档位切换等控制实现传动系统的综合控制，保证车辆行驶性能。

 

    DCT换档过程动力切断的时间很短，又不带液力变矩器，因此对换档过程离合器的控制有较高的要求。

 

    为减小动力中断时间，离合器切换过程中必然存在两个离合器扭矩传递的重叠或中断阶段，必须对离合器切换时序进行精确控制，这是保证换档品质及离合器工作寿命的关键。如果切换时间控制不当，可能造成两个档位之间的互锁干涉及换档冲击，造成离合器滑摩等，导致摩擦片变形甚至烧蚀破坏，直接影响离合器的分离接合特性和寿命。

 

    在换档过程中，两个离合器都要滑摩会产生大量的热量，如果不及时散热，离合器摩擦面会产生局部高温，导致摩擦片的破坏。所以，离合器摩擦片材料、耐磨性、摩擦因数及其摩擦面的油槽设计形式是需要解决的关键问题。     

 

    起润滑冷却作用的工作介质应具有良好的热稳定性和较高的抗剪切能力，具有适当的粘度和良好的粘温特性，以保证离合器的正常工作。通常采用DCT专用油(价格较高)。

 

    湿式与干式双离合器变速器对比：湿式离合器工作环境全封闭，这样可以免受外界湿度、粉尘及内部机油的影响，工作性能更加稳定；湿式离合器摩擦副间有油膜存在，结合过程中为混合摩擦状态，接合过程平顺；湿式离合器在不增大径向尺寸前提下，改变摩擦副数即可调节传递转矩，易于实现传动摩擦副的系列化、标准化；湿式离合器冷却散热效果好，特别是在频繁接合和半接合工况，散热效果明显好于干式离合器，使用寿命一般为干式离合器的3~4倍；湿式离合器磨损甚微，使用寿命期间一般免调整；湿式离合器摩擦衬片及对偶钢盘较薄，其损坏型式多为瞬时温升过高或温度分布不均导致的烧损或翘曲，而不是摩擦衬片的磨损；湿式离合器结构比干式离合器复杂，价格高于干式离合器；干式离合器只能轴向布置，结构尺寸较大；在离合器片磨损后，需要定期更换摩擦片；干式离合器没有强制冷却系统，功率损失小；湿式离合器由于油的作用，不能彻底分离，产生功率损失。
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