當前汽車自動變速器的技術發展

汽車自動變速器早在1940年已經應用在美國通用的奧茲莫比爾汽車上,這是一臺串聯式行星齒輪結構的液控變速器。時距60多年的今天,汽車自動變速器已經發生了重大的變化。這種變化主要體現在以下幾個方面。

一是汽車自動變速器向多檔位方向發展,5檔或者6檔自動變速器將逐步取代4檔自動變速器的主導地位。檔位多使變速器具有更大的速比范圍和更細密的檔位之間的速比分配,從而改善汽車的動力性、燃油經濟性和換檔平順性。例如寶馬7系或奧迪A8裝配ZF產的6檔自動變速器(ZF6H26),齒數比分別是1檔4.7、2檔2.34、3檔1.52、4檔1.14、5檔0.87、6檔0.69。某款3.0升高級轎車的4檔自動變速器齒輪比分別是1檔2.78、2檔1.54、3檔1.00、4檔0.69。兩者對比,顯然ZF6檔自動變速器具有更大的速比和更小的速比級差,因此變速時也就更加平順。但是,檔位越多意味著變速器越復雜,執行元件和齒輪數目會隨之增加,不但成本增加,體積和重量也會增大,對于前輪驅動的汽車而言還會增加動力傳動系統布置的困難。因此,為了縮小體積和減輕重量,要采用緊湊化設計,簡化內部結構,引入電子控制系統,采用輕質材料。例如ZF6H26變速器設計基于一種名為Lepetler的齒輪設計,使6個檔位之間的齒輪大為減少,簡化了內部結構,齒輪重量減少了11公斤。整個操作界面改為線控技術,由電子信息操縱換檔。用塑料材料做油底殼及鋁合金變速器箱體,進一步減輕重量。

二是采用多電磁閥方式控制換檔,明顯改善換檔質量。以前的自動變速器的執行器只有一兩個電磁閥,現在許多自動變速器已有多個電磁閥。尤其是換檔電磁閥數量的增加使得換檔電磁閥完全取替了節氣門油壓和速度油壓對D檔位升降檔的控制。變速器上各種新的電磁閥相繼出現,例如正時電磁閥、倒檔電磁閥、扭力轉換電磁閥、扭力緩沖電磁閥、強制降檔電磁閥等大量涌現使得電控系統對變速器的控制范圍進一步擴大。現在,一些變速器的換檔電磁閥完全負責了對D檔、手動模式、倒檔的控制,被稱為全電子控制自動變速器。模糊控制技術的設置使變速器電腦可以學習、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。例如在ZF6檔自動變速器中,為了控制系統壓力實現換檔,設置了6個具有高流量特點的脈寬調制電磁閥,一個可變力(VFS)電磁閥等。中央電腦中還附加了一個名為Adaptive Shift Strategy(自適應式換檔),這個系統持續不斷地收集行車數據,例如檔位、行駛狀態、駕駛者駕駛習慣等,通過變速器電腦學習模擬并建立起相關的行車程式,以最佳效果滿足駕駛者的需求。

三是通過改造油泵、優化液壓控制系統提高變速器傳動效率。自動變速器在結構上主要由液力變矩器、油泵和機械齒輪傳動機構組成。由于液力變矩器通過液力使泵輪、渦輪和導輪工作,油泵運轉會消耗能量,加之換檔執行元件的摩擦又會消耗能量,使得自動變速器的傳動效率低于手動變速器,因此耗油也會高于手動變速器。采用現代控制理論的電控技術,自動變速器的機械效率已經大大提高。通過降低油泵的軸向和徑向泄漏來提高油泵效率,同時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。

另外,通過傳動機構類型多樣化設計,結構細部的設計改進,多排行星齒輪組合機構,優化齒輪特性參數和支承結構等技術改進,今天的自動變速器技術已有重大發展,但是從整體看自動變速器的傳動效率與手動變速器相比仍存在近10%的差距。

車匯通
2003年4月12日

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