液力自動變速器的發展現狀和趨勢研究

趙陽春，朱新明，周明，鄭謀

（1.深圳市通達艾力生實業有限公司，廣東 深圳 518004；2.比亞迪汽車工業有限公司，廣東 深圳 518118；3.重慶長安股份有限公司，重慶 江北 400020）

引言

相較于手動變速器MT(Manual Transmission)，廣義的自動變速器包括：基于液力變矩器和行星齒輪機構的傳統自動變速器AT(Automatic Transmission)、基于手動變速器的AMT(Automatic Manual Transmission)、無級變速器CVT(Continuously Variable Transmission)、雙離合變速器DCT(Dual Clutch Transmission)及中間軸式自動變速器CAT(Countershaft-Type Automatic Transmission)[1]。其中液力自動變速器在自動變速器領域擁有最悠久的歷史，AT具有結構緊湊，換擋平順，乘坐舒適并有效保護傳動系統等一系列的優點。

1 液力自動變速器的發展現狀

1.1 國外發展現狀

AT一直伴隨著美國和歐洲等國汽車工業的發展，同時在日本也有很高的市場占有率。1906年Didier發明了世界上第一款基于行星齒輪機構的兩檔變速器；1907年Ford批量生產裝有2檔行星齒輪變速器的T型車；1925年Rieseler研制了世界上第一款采用液力變矩器和行星齒輪機構的乘用車AT[2]。1939年，通用汽車公司推出了其旗下批量生產的Hydra-Matic變速箱，該型號變速箱共計生產1300萬臺套[2]。AT在歐美等國的發展一直被傳承下來并不斷取得新的突破。在這近一百年特別是進入二十一世紀后，AT技術發展迅猛。奔馳于2003年推出7檔縱置7G-Tronic AT并將其搭載在旗下的E級和S級車輛上[3]。以7G-Tronic為首的AT拉開了世界各大變速器春秋爭霸的序幕：2006年日本愛信推出世界首款8檔縱置AT并于2007年將其在搭載旗下雷克薩斯車型上[3]；2008年歐洲變速箱巨頭采埃孚ZF推出其8檔縱置AT并于2009年將其搭載在寶馬的大部分車型上[3]；2011年派沃泰推出8AT并搭載在現代下棋的勞恩斯、勞恩斯-酷派上等車輛上；2013采埃孚ZF推出橫置9AT；2014奔馳縱置9AT 9G-Tronic將其搭載在旗下的E350上[4]；2016年中期，福特和通用又聯合推出兩者于2013年決定共同研發的縱置10AT，截止到2017年福特已經將該型號變速箱搭載在其旗下的Ford F150,Ford Expedition,Ford GT和Ford Mustang等車型上[5]。通用已經將該型號變速箱搭載在Camaro ZL1上，并計劃在2018年將其搭載在旗下另外8款車型上，主要包括Cadillac系列車型和GMC系列等[6]；2016年12月，愛信推出了其縱置10AT，并被豐田搭載在LC500以及新一代的LS上[7]；2017年初福特和通用聯合推出橫置9AT，并將搭載在兩者旗下的大部分中端車型上[8]；2017本田量產10AT正式推出并搭載在其旗下奧德賽和新一代雅閣等車輛上。本田10AT無論對于液力自動變速箱產品本身還是對于本田而言，都是一個重大突破，它是世界上首款橫置10AT，同時也是本田第一款基于行星齒輪結構的自動變速箱[9]。

1.2 國內發展現狀

相較于國外，我國的AT起步特別晚且發展很緩慢。截止到2017年我國大部分AT主要是外資企業和合資企業以技術許可的形式對國外開發的成熟產品進行本土生產，本土企業不擁有知識產權，主要包括上汽通用東岳動力總成有限公司、北京現代摩比斯變速器有限公司、AW（蘇州）汽車零部件有限公司、天津艾達自動變速箱有限公司、上海采埃孚變速器有限公司等。

我國自主的AT自動變速器從2008年吉利收購破產的澳大利亞DSI開始起步[10]，2008年6月哈爾濱東安動力引進日本三菱的4AT和5AT自動變速器技術[11]，隨后9月華泰汽車引進了德國ZF的4AT和6AT技術[12]。2011年山東盛瑞聯合德國開姆尼茨工業大學正式推出8AT[13]，截止到2017年初盛瑞變速箱總下線量已經達到10萬臺[14]。2017年6月哈爾濱東安正式推出其6AT變速箱[15]。2017年9月浙江萬里揚通過與德國吉孚合作推出了其6AT變速箱樣機[16]。至此，國產AT至此達到研發設計生產的一個小高潮。

2 發展趨勢

2.1 緊湊化輕量化

本田橫置前驅10AT在體積方面比其中間軸式6檔自動變速器長度減小45mm，變速箱總長度僅為375mm。這為該型號變速箱的廣泛搭載提供了可能。

通用和福特聯合開發10檔AT采用兩組內嵌式執行元件，變速箱總體尺寸與ZF8檔相當。采用全鋁制造總體重量僅為106kg[17]。通用和福特聯合開發的9檔橫置AT長度與其兩者共同開發的6檔AT總體尺寸相當[18]。采埃孚的9檔AT相比于8檔AT又有巨大進步。兩者均采用4排行星齒輪，而前者將第三排行星齒輪內置于第四排行星齒輪內部且第三排行星齒輪的齒圈與第四排行星齒輪的太陽輪為同一元件，通過這樣的復合行星齒輪結構設計以節省空間。前者重量僅為90kg而且尺寸大大縮小。

從縱置8AT到橫置9AT;從縱置10AT到橫置10AT,變速箱緊湊化和輕量化是總體的發展趨勢之一。

2.2 液力變矩器持續優化

液力變矩器作為自動變速箱的四大組成部分之一，相關的技術也得到發展。本田的10AT液力自動變速箱中，采用低轉動慣量薄型變矩器，在減小變矩器尺寸和重量進而減小變速箱整體尺寸和重量的同時，又提高了傳遞效率。知名汽車零部件供應商舍弗勒2016年推出了iTC液力變矩器。iTC（一體式液力變矩器）的主要特點是將鎖止離合器集成到變矩器渦輪中，不僅減輕了整個系統的重量，也為安裝效率更高的扭振阻尼器留出了空間。變矩器中的離心擺式減振器大大提高了振動隔離的效果，使鎖止離合器在更早階段閉合，從而既節省油耗，也提高了整體舒適性[19]。因此，未來用于自動變速箱的大多數液力變矩器都會采用離心擺式減振器。

總的來說，減小尺寸重量、提高變矩器效率、縮短閉鎖時間、降低油耗是變矩器的發展趨勢。

2.3 多檔化趨勢

就動力性而言，檔位數多，增加了發動機發揮最大功率附近高功率的機會，提高了汽車的加速與爬坡能力。就燃油經濟性而言，檔位數多，增加了發動機在低燃料消耗區工作的可能性，降低了油耗。所以，所以增加檔位數會改善汽車的動力性和燃油經濟性[20]。AT液力自動變速箱的檔位在進入二十一世紀后得到突破，歐美主要汽車制造商和變速箱公司相繼推出自己的6檔以上AT。目前9檔AT和10檔AT均已實現批產搭載。從美國專利局的文件來看，福特已經申請了其11檔AT專利[21]。國內變速箱制造商盛瑞于2107年推出了其基于8檔AT的13檔AT[22]。相比于二十世紀末的6檔AT，這過去的二十年AT檔位數實現了一個飛躍。