淺談現代汽車的自動變速箱

黃安華 楊世軼

變速箱作為汽車動力傳動系統的重要組成部分，對汽車的動力性、駕駛舒適性以及油耗都具有重要的作用。由于自動變速箱運用計算機和電子控制技術實現了汽車的自動變速，能夠消除駕車人換擋操作技術的差異，降低駕車人的勞動強度，提高行車的安全性，所以，自動變速箱在現代汽車上的應用越來越廣泛。目前自動變速箱在美國的裝車率接近90％，日本是80％以上，歐洲是50％以上，而我國自動變速箱的裝車率僅有20％，還有非常大的發展空間。現在汽車上使用的自動變速箱主要有電控機械自動變速箱(AMT)、液力機械自動變速箱(AT)、無級自動變速箱(CVT)和雙離合自動變速箱(DCT)等4種類型。

另我們經常會聽到或看到某某汽車配置了“手自一體變速箱”，其實這種變速箱是在上述幾種自動變速箱基礎上設置了“手動”操作模式，以增加駕駛樂趣。這種“手動”模式是一種“假手動”，它沒有真正意義上的手動變速功能。首先它不是手動變速箱中采用的齒輪直接傳動方式，沒有手動變速箱響應直接或者說快；其次它的傳動比的變化方式都在設計者預先設計的程序邏輯之中，比如發動機的轉速和車速不在某個傳動比區間(自動變速箱的某個擋位)，如你強制將擋把撥向此擋位，變速箱也不會聽你的話，它仍要按照自己的“邏輯”行事。

電腔機械自動變速箱是在原來干式離合器和定軸齒輪式有級機械變速箱所組成的手動變速箱(MT)基礎上，附加了一套電控液壓裝置。工作時通過電子控制單元(TCU)控制液壓裝置，來操縱有級機械變速箱的離合器和換擋桿，使離合器自動地進行分離與接合，變速箱擋位的切換也是由電子控制單元根據車速、發動機轉速和節氣門開度自動控制的，從而實現了有級機械變速箱的自動離合、自動選擋。

AMT的優點：一是傳動效率高，燃料經濟性好。除了干式離合器在起步過程中處于半接合狀態時存在一定的摩擦能量損失外，其余時間能量損失很少，它的傳動效率要高于手動變速箱，可高達95％以上。二是結構簡單，制造和維護成本低，僅為液力機械自動變速箱的1/3—1/4。三是適用于各種車型，尤其適用于商用車。特別是城市公交客車，換擋頻繁，且要求車輛使用成本低，電腔機械自動變速箱應是其最佳的選擇。

不足之處：一是換擋平穩性不高，舒適性較差。與手動變速箱相同，電控機械自動變速箱所有擋位的切換都要經過空擋，換擋時動力必須中斷，屬于非動力換擋。二是控制參量太多，實現自動控制困難。由于換擋過程中離合器、加速踏板必須與選換擋操作協調配合才能使換擋時間最短，換擋平穩，所以控制難度比較大。

由于電控機械自動變速箱保留了原手動變速箱的絕大部分機件，只是將其手動操縱機構用自動操縱機構所取代，生產繼承性好，改造成本低，并且通過軟件的優化設計可以全面提高車輛的使用性能。現在在美國和歐洲的重型汽車上裝配電控機械自動變速箱的比例正在逐步增加，我國也加速了產業化進程，在商用車領域，今年裝配電控機械自動變速箱的一汽解放J6、重汽豪沃A7已成功上市。在乘用車方面，今年4月9日，我國首款擁有完全自主知識產權的轎車AMT自動變速箱在重慶青山變速箱公司投產，并已成功配裝在江淮同悅轎車上，目前國內已成熟應用的是奇瑞和意大利瑪瑞利等公司合資生產的電控機械自動變速箱，現已累計為奇瑞QQ匹配了2萬多臺。

液力機械自動變速箱是目前汽車上應用最為廣泛的一種自動變速箱，它主要由液力變矩器、行星齒輪和電子液壓控制系統三大部分組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來實現變速變矩。液力變矩器依靠具有一定動量的油液來傳遞動力，由于液體傳遞動力具有一定程度的“柔性”，能夠吸收沖擊能量，而且在一定范圍內能夠自動連續地調節轉速，因此具有無級變速之稱。由于液力變矩器變速變矩范圍不夠大，因此在液力變矩器的渦輪后面再串聯幾排行星齒輪來提高效率，液壓操縱系統會根據發動機工況變化來自行操控行星齒輪進行不同的組合，以實現自動變速變矩。由于行星齒輪是有級的，本質上這種變速箱也是有級變速箱，無級變速只是小范圍的，實質是有級變速的自動控制。

AT的優點：一是換擋平穩，無沖擊和振動，乘坐舒適性較好。液力機械自動變速箱的轉速變化相對比較平緩，屬于不中斷動力換擋，換擋自動控制也比較容易實現。二是不受傳遞功率的限制，適用于各種車型。

不足之處：一是傳動效率較低，燃油消耗量較大。由于動液的能量不能充分利用，再加上對泵輪和渦輪的摩擦和沖擊，使一部分能量轉變成油液的熱能而損失，所以傳動效率較低，油耗較高。不過從使用性能上看，液力機械自動變速箱的擋位越多技術就越先進，汽車行駛也就越平順，加速性也越好，而且更省油。通過測試，目前應用最多的4擋、5擋的液力機械自動變速箱的確費油，而用于中高級車的6擋液力機械自動變速箱的燃油經濟性跟手動變速箱相差不大，目前最先進的8擋液力機械自動變速箱可以更省油，但是其結構更為復雜。二是結構復雜，制造成本較高，維修保養技術難度大。它是這4種自動變速箱中體積和質量最大的。三是液力機械自動變速箱是有擋位的，換檔沖擊依然可以感受得到，而且變矩范圍有限。它的傳動比不連續，只能實現小范圍內的無級變速。四是對速度變化反應較慢，沒有手動變速箱靈敏。

液力機械自動變速箱目前技術最成熟，應用最廣，在世界范圍內，液力機械自動變速箱占自動變速箱市場70％以上，在我國則高達90％以上，幾乎所有國產品牌的轎車、SUV、MPV、甚至部分豪華大客車上的自動變速箱均采用了液力機械自動變速箱。

無級自動變速箱的內部沒有傳統手動變速箱的齒輪傳動機構，而是采用V型傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力，從而在一個很寬的范圍內實現傳動比的連續改變。它主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等機件。主動輪組和從動輪組都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滑動，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。發動機輸出軸輸出的動力首先傳遞到主動輪，然后通過V型傳動帶傳遞到從動輪，最后經減速器、差速器傳遞給車輪。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比。由于主動輪和從動輪的工作半徑可以實現連續調節，從而實現了無級變速。

CVT的優點：一是實現了真正的無級變速，乘坐舒適性好。其傳動比可以在較大范圍內連續改變，能獲得非常平順的變速效果。二是加速性能好，燃料經濟性高。由于無級變速特性，使得其具有后備功率最大的傳動比，動力性能明顯優于其他類型的自動變速箱。此外，寬范圍的傳動比能夠使發動機以最佳的工況工作，從而改善了燃燒過程，降低了廢氣的排放量。實踐證明，配置無級自動變速箱的車型甚至比同排量手動擋車型油耗還低。三是無級自動

變速箱結構簡單，零部件數量較少。無級自動變速箱既沒有手動變速箱的眾多齒輪副，也沒有液力機械自動變速箱復雜的行星齒輪組，在這四種自動變速箱中它的質量和體積是最小的。

不足之處：一是傳遞扭矩有限，應用范圍受限。由于動力是靠V型帶與帶輪間摩擦傳遞，摩擦扭矩有限，故傳遞功率受限，僅適用于發動機排量在3L以下的車輛。二是傳動帶容易損壞，使用壽命受限。

隨著無級自動變速箱技術的不斷發展，其裝配的車輛數量有了較大提高，目前每年全世界有100多萬輛汽車配備了無級自動變速箱，其中大部分在日本，保有量約占世界市場的1/4。在國內，目前國產汽車主要有以下幾個品牌的車型配備了無級自動變速箱：奧迪A4/A6L、本田飛度、日產軒逸／天籟、豐田普銳斯、奇瑞旗云之星等。

雙離合自動變速箱是一種技術更為先進、控制更為復雜的新型電控機械式自動變速箱。最典型的代表是由大眾汽車公司和博格華納公司合作生產6擋雙離合自動變速箱。它由兩個離合器集合而成的雙離合裝置、基于手動變速箱的三軸式齒輪變速系統、自動換擋機構和電子液壓控制系統所組成的雙傳動輸入、雙傳動輸出變速箱系統。輸入軸總成是由一個實心軸及其外部套筒軸組合而成的雙傳動輸入系統，奇數擋位和偶數擋位的傳動齒輪分別布置在這兩個輸入軸上。一個離合器與實心輸入軸相聯，控制奇數擋；另一個離合器與套筒(空心)輸入軸相聯，控制偶數擋。雙傳動輸出系統的兩根輸出軸是獨立布置的，一根輸出軸上安裝有低速擋齒輪并實現低速擋時的動力輸出，另一根輸出軸上安裝有高速擋和倒擋齒輪并實現高速擋和倒車擋時的動力輸出。本質上雙離合自動變速箱相當于將兩套(3擋)手動變速箱合二為一。

當變速箱運作時，一組齒輪被嚙合，而接近換擋時，下一組擋段的齒輪已被預選，但離合器仍處于分離狀態；當換擋時，一臺離合器將使用中的齒輪分離，同時另一臺離合器嚙合已被預選，在整個換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動力，從而不會出現動力中斷的狀況。例如，現在是3擋行駛，4擋就早已經連接好了，只是沒有正式承擔扭矩傳遞的任務而空轉運行，只要一接到升擋指令，控制3擋的離合器分離，同時控制4擋的離合器結合，平滑順暢地完成了換擋。

DCT的優點：一是更短的換擋時間，更高的換擋舒適性。換擋過程只需要幾百分之一秒。動力在換擋過程中沒有中斷，沒有損失，實現了動力的無縫傳遞，變速的無縫連接，故大眾汽車公司稱之為直接換擋變速箱(簡稱DSG)。二是更可靠的變速箱質量，更低的維修成本。它繼承了手動機械變速箱的結構特點，工作穩定可靠，故障率較少。三是更好的加速性能，更低的燃油消耗。它實現了手動變速箱與自動控制的最佳結合，傳動效率高，提速更快，更省油。四是不受傳遞功率的限制，可以廣泛應用于各種車型。

不足之處：電子控制系統較為復雜，技術難度大，目前只有美國的博格華納和德國的舍弗勒等少數公司掌握雙離合自動變速箱的核心控制模塊。

雙離合自動變速箱繼承了電控機械自動變速箱和手動變速箱的結構簡單、安裝空間緊湊、重量輕、傳動效率高等優點，又融合液力機械自動變速箱不間斷動力、迅速平穩換擋等優點，在汽車上的應用得到了迅速的發展，現在已成功地應用在大眾捷達、途安、寶來、奧迪A3、寶馬7系、保時捷等車型上，短短5年，全球銷量突破100多萬輛，今年3月裝有“TSI+DSG(進口)”的一汽－大眾新邁騰已與消費者見面。