汽车自动变速器的发展历史及其最新技术进展和在现有车型上的应用

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汽车自动变速器的发展历史及其最新技术进展

和在现有车型上的应用

摘 要：汽车自动变速器即通常所说的自动操纵式变速器。随着汽车工业的快速发展，汽车自动变速越来越多地应用到中高级轿车上。自动变速器可以根据发动机的负荷和汽车行驶速度，自动地改变传动系的传动比，获得良好的汽车动力性，经济性及排放性。本文主要介绍了汽车自动变速器的发展历程、分类及其各自的特点以及近些年来汽车自动变速器新技术的发展和应用。

关键词：汽车，自动变速器，发展，应用

1．汽车自动变速器的发展历程

汽车自动变速器是随着车辆技术及其相关技术的发展而产生的。纵观汽车自动变速器的发展历史，大体上可以分为四个阶段：自动变速前期、液力自动变速阶段、电控自动变速阶段和智能变速阶段。

1.1自动变速前期

最早在1904年出现了离合器和制动器等摩擦元件操纵变速的行星齿轮机构，该机构首先用于英国Wilson Picher汽车上。1907年福特车上大量使用行星齿轮变速器，它的出现实现了不切断动力进行的“动力换挡”，并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。而液力耦合器的出现为自动操纵的实现提供了可能，1938年至1941年美国GM和Chrysler公司采用液力耦合器代替离合器，省去了驾驶时的离合器踏板操作。随后出现了液力自动变速去的前身，开始了车速和油门两个参数信号，用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。

1.2液力自动变速阶段

该阶段以1939年的通用Oldsmobile车上的Hydromantic开始，以液力自动变速器的普遍应用和迅速推广为特征。这个阶段的液力自动变速 由液力变矩器和行星齿轮变

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速器组成，控制系统是通过液压系统来实现的，控制信号的产生，主要是通过反映油门开度大小的节气门阀和翻涌车速高低的速控阀来实现，其控制系统是由若干个复杂的液压阀和油路构成的逻辑控制系统，按照设定的换挡规律，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。代表性的产品有：丰田A40系列自动变速器、通用的4T60E、EF、CHPE9等系列产品。但液压系统的控制精度较低，难以适应车辆行驶状况的变化，无法按使用者愿望实现精确的换挡品质控制。

1.3电控自动变速阶段

1969年法国的雷诺R16TA轿车首先使用了电子控制自动变速器，与全液压的区别在于自动换挡的控制系统是由电脑来实现的，但当时电子技术不成熟，应用范围较窄，到20世纪80年代末，电子控制逐步实用化，越来越多的自动变速器采用了电子控制。

自动变速器的控制系统包括电控和液控两部分，电控系统由电脑，各种传感器、电磁阀及控制电路等组成，它将控制换挡的参数（如车速和油门开度等）通过传感器转换为电信号输送给电脑，电脑通过处理奖换挡的信号作用于换挡电磁阀。从而利用液压换挡执行机构实现自动换挡。由于电脑能存储和处理多种换挡规律，在改善换挡品质控制方面，由明显的优越性，并且与整车的其他控制系统的兼容性号，最终可以实现车辆电子控制系统一体化。

1.4智能自动变速阶段

随着车辆技术和自动变速技术的发展，人们不再满足于简单的功能实现，车辆自动变速技术即将进入智能化阶段，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术的特点。德国的宝马公司从1992年起，陆续推出用于四档和五档自动变速器的自适应控制系统，能够自动识别驾驶员的类型，环境条件和行驶状况，并对换挡规律作出适当调整。尼桑的E4N71B自动变速器，采用模糊推理对高速公路坡道进行识别，采取禁止升档的措施消除循环换挡，三菱新型四档自动变速器，将各种输入信息和驾驶员的换挡通过神经网络建立联系，利用神经网络的学习功能，使得车辆能够按照驾驶员的意图自动换挡。

我国应用液力传动始于五十年代，自行研制出了内燃机车和红旗CA770三排座高级轿车的液力传动系统，随后液力传动液在我国获得了一定发展，此外，部分均匀车辆上使用了液力自动变速器，但发展速度要落后于发达国家。

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北京科技大学 车辆工程新进展论文 时间 1939 1950 1958 1961 1965 1969 1974 1977 1979 1981 1982 1983 1987 1989 1992 1995 发展状况 动力分配型自动变速器（通用） 装有液力变矩器的3速自动变速器（福特） 胶带式无级变速器（CVT）（伏尔伏） 装有液力耦合器的4速自动变速器（奔驰） 前驱动横置行星齿轮4速自动变速器 开发电子控制变速点的自动变速器（雷诺） 大众提亚克赛3速自动变速器（德国大众） 装有超速档的电子控制4速自动变速器（丰田） 平行轴3速自动变速器（本田） 双列行星齿轮4速自动变速器（通用） 全档位锁止机构的自动变速器（日产） 带电子控制年制阻尼减振器锁止机构的自动变速器（通用） 金属带无机变速器（富士重工） 5速自动变速器 电子辅助控制自动变速器 全电子控制自动变速器 2．自动变速器的类型

目前自动变速器技术的应用，主要有以下三种形式：液力自动变速器（Automatic Transmission，简称“AT”）;电控机械式自动变速器（Automatic Me-chanical Transmission，简称“AMT”）;机械无级变速器（Continuously Variable Transmission，简称“CVT”）。其中，AMT和AT一样，是有级变速器的自动换档控制，而非无级变速器。

2.1液力自动变速器（AT）

液力自动变速器的基本结构是由液力变矩器与动力换档的辅助变速装置组成。液力变矩器安装在发动机和变速器之间，以液压油为工作介质，起传递转矩、变矩、变速及离合的作用。液力变矩器可在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比，以适应行驶阻力的变化。但是由于液力变矩器变矩系数小，不能完全满足汽车使用的要求，所以，它必须与齿轮变速器组合使用，扩大传动比的变化范围。目前，绝大多数液力自动变速器都采用行星齿轮系统作为辅助变速器。行星齿轮系统主要由行星齿轮机构和执行机构组成，通过改变动力传递路线得到不同的传动比。由此可见，液力自动变速器实际上是能实现局部无级变速的有级变速器。液力自动变速器是目前使用最多的自动变速器。采用此种类型的自动变速器，免除了手动变速器繁杂的操作，使开车变得省力。同时，电

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子控制也使自动切换过程柔和、平顺，因此汽车具有良好的乘坐舒适性和安全性、优越的动力性和方便的操纵性。但这种变速器效率低，结构复杂，成本也较高。

2.2电控机械式自动变速器（AMT）

电控机械式自动变速器是在传统固定轴式变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术和自动变速理论来实现机电一体化协调控制的。车辆起步、换档的自动操纵是以电控单元（ECU）为核心，通过液压或气压执行机构来控制离合器的分离与接合、选换档操作以及发动机节气门的调节的。ECU根据车辆的运行状况（发动机转速、变速器输入轴转速、车速）、驾驶员意图（油门开度、制动踏板行程）和道路路面状况（坡道、弯道）等因素，按预先设定的由模拟熟练驾驶员的驾驶规律（换档规律、离合器接合规律），借助于相应的执行机构（发动机油门控制执行机构、离合器执行机构、变速器换档执行机构），对发动机、离合器、变速器的协调动作进行自动操纵。

AMT既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它揉合了二者优点，是非常适合我国国情的机电一体化高新技术产品。它是在现生产的机械变速器上进行改造的，保留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系统的换档杆部分，生产继承性好，改造的投入费用少，非常容易被生产厂家接受。它的缺点是非动力换档，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。

在几种自动变速器中，AMT的性能价格比最高。在中低档轿车、城市客车、军用车辆、载货车等方面应用前景较广阔。

2.3无级自动变速器（CVT）

机械式无级变速器种类很多，有实用价值的仅有V形金属带式。金属带式无级变速器属摩擦式无级变速器，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形槽内。每个锥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。机械式无级自动变速器传动比连续，传递动力平稳，操纵方便，同时因加速时无需切断动力，因此汽车

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乘坐舒适，超车加速性能好。特别值得一提的是，由于可使发动机始终在其经济转速区域内运行，从而大大改善了燃油经济性。但与齿轮传动相比，效率并不高，且此种变速器起动性能差，需另加起动装置，制造困难，价格也较高。

3．自动变速器的新发展及其应用

近年来，随着微电子技术的飞速发展，电子控制自动变速器的问世，给汽车带来了更理想的传动系统。机电一体化技术进入汽车领域，推动汽车变速器装置的重大变革。自动变速器装置出现了电子化趋势，特别是大规模集成电路技术的发展，使由危机控制发动机和变速换挡成为可能。

3.1 智能型电子控制自动变速器

智能型电子控制自动变速器的电子系统可以在汽车行驶过程中对运行参数进行控制，合理选择换挡点，而且可以在换挡过程中对恶化的参数（摩擦片的摩擦系数、油的粘度、车辆的复合变化等）进行修正。同时具有自诊断系统，可将汽车运行中的故障记录下来，便于维护。利用微机控制变速器，不仅使换挡程序更符合驾驶者的意愿，而且能利用模糊控制理论解决特殊情况下变速程序的复杂问题，使自动变速器的控制能力及可靠性大幅度提高。

3.2 电子控制无级变速器（ECVT）

由于无级变速器存在体积大、笨重和传动效率低的问题，而且缺少解决耐久性问题的相应措施。随着电子技术的应用，电子控制的V形金属带型无级变速器在西欧及日本得到重视，正在积极开发。目前，日本富士重工公司、荷兰VDT公司等正着手研制开发并在微型轿车上采用此类变速器。当今世界各大汽车公司对无级变速器的研制十分活跃。不久的将来，电子控制无级变速器可望得到广泛应用和发展。

3.3双离合器自动变速器（DCT）

近几年又有一种新的自动变速器——双离合自动变速器DCT（Dual Clutch Transmission）开始大量装车上路，2009年装配有双离合器自动变速器（大众汽车公司将其称为DSG）的一汽大众新迈腾已于我国消费者见面，其出众的加速性能和超低的油

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耗吸引着众多消费者的眼球，在业内也掀起了一股双离合器自动变速器热。

20世纪90年代末期，大众汽车公司和博格华纳公司携手合作，生产第一个适用于大批量生产和应用于主流车型的Dual Tronic技术双离合器自动变速器，博格华纳公司通过使用新的电子液压元件，是双离合器自动变速器变成了实用性很强的变速器。2002年德国大众汽车公司首次向世界展示了这一技术创新，并给他命名为直接换挡变速器Direct-Shift Gearbox（简称DSG）。2003年大众汽车公司推出了6挡DSG变速器，成为首个提供双离合器自动变速器系统的整车厂，随后DSG变速器逐步推广应用在奥迪TT3.2、大众捷达、大众途安、大众第五代高尔夫、宝来、奥迪A3、SKODA等众多车型上。2008年大众汽车公司联手舍弗勒集团推出了更为先进的7挡DSG变速器。

我国也很重视双离合器自动变速器的自主研发，2007年，我国科技部“十一五” “863”计划将双离合器自动变速器列为“汽车开发先进技术”重大项目，由重庆青山、 吉利、杭齿三家公司承担。2008年，上海汽车公司和沈阳华晨汽车公司宣布联合开发双离合器自动变速器。同年，在国家发改委支持下，国内12家汽车企业联合成立了“中发联”，与美国的博格华纳公司进行合作，开发双离合器自动变速器。在 2009年上海车展上，吉利汽车公司展出了我国第一款自主研发的 7挡双离合器自动变速器，据说，吉利汽车公司已经基本掌握了双离合器自动变速器的关键技术及双离合器自动变速器的开发流程。

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