浅谈现代汽车的自动变速箱

黄安华 杨世轶

变速箱作为汽车动力传动系统的重要组成部分，对汽车的动力性、驾驶舒适性以及油耗都具有重要的作用。由于自动变速箱运用计算机和电子控制技术实现了汽车的自动变速，能够消除驾车人换挡操作技术的差异，降低驾车人的劳动强度，提高行车的安全性，所以，自动变速箱在现代汽车上的应用越来越广泛。目前自动变速箱在美国的装车率接近90％，日本是80％以上，欧洲是50％以上，而我国自动变速箱的装车率仅有20％，还有非常大的发展空间。现在汽车上使用的自动变速箱主要有电控机械自动变速箱(AMT)、液力机械自动变速箱(AT)、无级自动变速箱(CVT)和双离合自动变速箱(DCT)等4种类型。

另我们经常会听到或看到某某汽车配置了“手自一体变速箱”，其实这种变速箱是在上述几种自动变速箱基础上设置了“手动”操作模式，以增加驾驶乐趣。这种“手动”模式是一种“假手动”，它没有真正意义上的手动变速功能。首先它不是手动变速箱中采用的齿轮直接传动方式，没有手动变速箱响应直接或者说快；其次它的传动比的变化方式都在设计者预先设计的程序逻辑之中，比如发动机的转速和车速不在某个传动比区间(自动变速箱的某个挡位)，如你强制将挡把拨向此挡位，变速箱也不会听你的话，它仍要按照自己的“逻辑”行事。

电腔机械自动变速箱是在原来干式离合器和定轴齿轮式有级机械变速箱所组成的手动变速箱(MT)基础上，附加了一套电控液压装置。工作时通过电子控制单元(TCU)控制液压装置，来操纵有级机械变速箱的离合器和换挡杆，使离合器自动地进行分离与接合，变速箱挡位的切换也是由电子控制单元根据车速、发动机转速和节气门开度自动控制的，从而实现了有级机械变速箱的自动离合、自动选挡。

AMT的优点：一是传动效率高，燃料经济性好。除了干式离合器在起步过程中处于半接合状态时存在一定的摩擦能量损失外，其余时间能量损失很少，它的传动效率要高于手动变速箱，可高达95％以上。二是结构简单，制造和维护成本低，仅为液力机械自动变速箱的1/3—1/4。三是适用于各种车型，尤其适用于商用车。特别是城市公交客车，换挡频繁，且要求车辆使用成本低，电腔机械自动变速箱应是其最佳的选择。

不足之处：一是换挡平稳性不高，舒适性较差。与手动变速箱相同，电控机械自动变速箱所有挡位的切换都要经过空挡，换挡时动力必须中断，属于非动力换挡。二是控制参量太多，实现自动控制困难。由于换挡过程中离合器、加速踏板必须与选换挡操作协调配合才能使换挡时间最短，换挡平稳，所以控制难度比较大。

由于电控机械自动变速箱保留了原手动变速箱的绝大部分机件，只是将其手动操纵机构用自动操纵机构所取代，生产继承性好，改造成本低，并且通过软件的优化设计可以全面提高车辆的使用性能。现在在美国和欧洲的重型汽车上装配电控机械自动变速箱的比例正在逐步增加，我国也加速了产业化进程，在商用车领域，今年装配电控机械自动变速箱的一汽解放J6、重汽豪沃A7已成功上市。在乘用车方面，今年4月9日，我国首款拥有完全自主知识产权的轿车AMT自动变速箱在重庆青山变速箱公司投产，并已成功配装在江淮同悦轿车上，目前国内已成熟应用的是奇瑞和意大利玛瑞利等公司合资生产的电控机械自动变速箱，现已累计为奇瑞QQ匹配了2万多台。

液力机械自动变速箱是目前汽车上应用最为广泛的一种自动变速箱，它主要由液力变矩器、行星齿轮和电子液压控制系统三大部分组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来实现变速变矩。液力变矩器依靠具有一定动量的油液来传递动力，由于液体传递动力具有一定程度的“柔性”，能够吸收冲击能量，而且在一定范围内能够自动连续地调节转速，因此具有无级变速之称。由于液力变矩器变速变矩范围不够大，因此在液力变矩器的涡轮后面再串联几排行星齿轮来提高效率，液压操纵系统会根据发动机工况变化来自行操控行星齿轮进行不同的组合，以实现自动变速变矩。由于行星齿轮是有级的，本质上这种变速箱也是有级变速箱，无级变速只是小范围的，实质是有级变速的自动控制。

AT的优点：一是换挡平稳，无冲击和振动，乘坐舒适性较好。液力机械自动变速箱的转速变化相对比较平缓，属于不中断动力换挡，换挡自动控制也比较容易实现。二是不受传递功率的限制，适用于各种车型。

不足之处：一是传动效率较低，燃油消耗量较大。由于动液的能量不能充分利用，再加上对泵轮和涡轮的摩擦和冲击，使一部分能量转变成油液的热能而损失，所以传动效率较低，油耗较高。不过从使用性能上看，液力机械自动变速箱的挡位越多技术就越先进，汽车行驶也就越平顺，加速性也越好，而且更省油。通过测试，目前应用最多的4挡、5挡的液力机械自动变速箱的确费油，而用于中高级车的6挡液力机械自动变速箱的燃油经济性跟手动变速箱相差不大，目前最先进的8挡液力机械自动变速箱可以更省油，但是其结构更为复杂。二是结构复杂，制造成本较高，维修保养技术难度大。它是这4种自动变速箱中体积和质量最大的。三是液力机械自动变速箱是有挡位的，换档冲击依然可以感受得到，而且变矩范围有限。它的传动比不连续，只能实现小范围内的无级变速。四是对速度变化反应较慢，没有手动变速箱灵敏。

液力机械自动变速箱目前技术最成熟，应用最广，在世界范围内，液力机械自动变速箱占自动变速箱市场70％以上，在我国则高达90％以上，几乎所有国产品牌的轿车、SUV、MPV、甚至部分豪华大客车上的自动变速箱均采用了液力机械自动变速箱。

无级自动变速箱的内部没有传统手动变速箱的齿轮传动机构，而是采用V型传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，从而在一个很宽的范围内实现传动比的连续改变。它主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等机件。主动轮组和从动轮组都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滑动，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。发动机输出轴输出的动力首先传递到主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。

CVT的优点：一是实现了真正的无级变速，乘坐舒适性好。其传动比可以在较大范围内连续改变，能获得非常平顺的变速效果。二是加速性能好，燃料经济性高。由于无级变速特性，使得其具有后备功率最大的传动比，动力性能明显优于其他类型的自动变速箱。此外，宽范围的传动比能够使发动机以最佳的工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。实践证明，配置无级自动变速箱的车型甚至比同排量手动挡车型油耗还低。三是无级自动

变速箱结构简单，零部件数量较少。无级自动变速箱既没有手动变速箱的众多齿轮副，也没有液力机械自动变速箱复杂的行星齿轮组，在这四种自动变速箱中它的质量和体积是最小的。

不足之处：一是传递扭矩有限，应用范围受限。由于动力是靠V型带与带轮间摩擦传递，摩擦扭矩有限，故传递功率受限，仅适用于发动机排量在3L以下的车辆。二是传动带容易损坏，使用寿命受限。

随着无级自动变速箱技术的不断发展，其装配的车辆数量有了较大提高，目前每年全世界有100多万辆汽车配备了无级自动变速箱，其中大部分在日本，保有量约占世界市场的1/4。在国内，目前国产汽车主要有以下几个品牌的车型配备了无级自动变速箱：奥迪A4/A6L、本田飞度、日产轩逸／天籁、丰田普锐斯、奇瑞旗云之星等。

双离合自动变速箱是一种技术更为先进、控制更为复杂的新型电控机械式自动变速箱。最典型的代表是由大众汽车公司和博格华纳公司合作生产6挡双离合自动变速箱。它由两个离合器集合而成的双离合装置、基于手动变速箱的三轴式齿轮变速系统、自动换挡机构和电子液压控制系统所组成的双传动输入、双传动输出变速箱系统。输入轴总成是由一个实心轴及其外部套筒轴组合而成的双传动输入系统，奇数挡位和偶数挡位的传动齿轮分别布置在这两个输入轴上。一个离合器与实心输入轴相联，控制奇数挡；另一个离合器与套筒(空心)输入轴相联，控制偶数挡。双传动输出系统的两根输出轴是独立布置的，一根输出轴上安装有低速挡齿轮并实现低速挡时的动力输出，另一根输出轴上安装有高速挡和倒挡齿轮并实现高速挡和倒车挡时的动力输出。本质上双离合自动变速箱相当于将两套(3挡)手动变速箱合二为一。

当变速箱运作时，一组齿轮被啮合，而接近换挡时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态；当换挡时，一台离合器将使用中的齿轮分离，同时另一台离合器啮合已被预选，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，从而不会出现动力中断的状况。例如，现在是3挡行驶，4挡就早已经连接好了，只是没有正式承担扭矩传递的任务而空转运行，只要一接到升挡指令，控制3挡的离合器分离，同时控制4挡的离合器结合，平滑顺畅地完成了换挡。

DCT的优点：一是更短的换挡时间，更高的换挡舒适性。换挡过程只需要几百分之一秒。动力在换挡过程中没有中断，没有损失，实现了动力的无缝传递，变速的无缝连接，故大众汽车公司称之为直接换挡变速箱(简称DSG)。二是更可靠的变速箱质量，更低的维修成本。它继承了手动机械变速箱的结构特点，工作稳定可靠，故障率较少。三是更好的加速性能，更低的燃油消耗。它实现了手动变速箱与自动控制的最佳结合，传动效率高，提速更快，更省油。四是不受传递功率的限制，可以广泛应用于各种车型。

不足之处：电子控制系统较为复杂，技术难度大，目前只有美国的博格华纳和德国的舍弗勒等少数公司掌握双离合自动变速箱的核心控制模块。

双离合自动变速箱继承了电控机械自动变速箱和手动变速箱的结构简单、安装空间紧凑、重量轻、传动效率高等优点，又融合液力机械自动变速箱不间断动力、迅速平稳换挡等优点，在汽车上的应用得到了迅速的发展，现在已成功地应用在大众捷达、途安、宝来、奥迪A3、宝马7系、保时捷等车型上，短短5年，全球销量突破100多万辆，今年3月装有“TSI+DSG(进口)”的一汽－大众新迈腾已与消费者见面。