变速器的发展历史学习资料.docx

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变速器的发展历史学习资料

变速器的发展历史

变速器的发展历史

了解汽车的人都知道，汽车的动力是由发动机产生的。

而发动机发出的动力通过离合器、变速器、传动轴等传递到车轮。

变速器的重要性由此可见，所以，了解变速器的发展历史是每个爱车人所必需的。

变速器的基本作用是：

1）改动传动比，降速增扭。

2）利用倒档实现汽车的倒向行驶。

3）在发动机熄火的情况下，利用空档中断动力传递，且便于汽车起动、怠速、换挡和动力输出。

近百年，变速器经历了用变速杆改变链条的传动比→手动变速器→有级变速器→无级变速器的发展历史。

1、早起汽车传动系统

早期的汽车传动系统，从发动机到车轮之间的动力形式很简单。

发动机驱动一组锥齿减速齿轮，再传动到一根轴和皮带轮。

皮带轮和驱动桥上的内齿轮啮合，使汽车行驶，大齿轮用来加速，能使汽车达到32km／h的速度。

如果遇到上坡，而爬坡能力不够时，驾驶员就停下车子，把小链轮啮合后进行驱动。

世界上第一辆汽油汽车由德国工程师卡尔·本茨和戈特利布·戴姆勒于1886年同时宣告制成，卡尔·本茨制造的是三轮汽车，后者制造的是四轮汽车。

在三轮汽车中，汽油机发动以后，动力经齿轮和链条传至后轴，后轴系两个半轴，中间装有差速器，有利于车辆转弯。

前轮架位于一个叉形结构架上，类似现代自行车的前叉装置，上面有转向手柄，用来操纵车辆转弯。

这辆车上还装有变速杆，用来改变链条的传动比，使车速快慢自如.

2、手动变速器

手动变速器是靠驾驶员直接操纵换挡手柄换挡，为汽车最初普遍采用。

在20世纪60年代，大部分的汽车变速器只有3个档位，只有高速档具备同步器。

当时驾驶员驾驶车辆时，必须有很好的技术，才能平顺地换档。

发展至今，大多数手动变速器也搭载有5档，甚至6档速率。

低档速率对节约燃料有好处，加快速度需要变高速档。

手动变速器（MT）主要采用齿轮传动的降速增扭原理，变速器内有多组传动比不同的齿轮副，一对齿数不同的齿轮啮合传动时，若小齿动时，输出转速就增高。

汽车行驶时的换挡就是通过操纵机构使变速器内不同的齿轮副工作。

z1，n1，M1，主动齿轮的参数;z2，n2，M2为从动齿轮的参数。

如图1所示：

图1工作原理

图2换挡原理

图3变速原理

3、自动变速器

装有手动变速器的汽车在行车过程中，驾驶员通常需要频繁换档，这加重了驾驶员的负担，分散了驾驶员的注意力，不利于行车安全。

并且换档品质的好坏，很大程度上取决于驾驶员的熟练程度，而新手很难把握。

自动变速器可以使换档过程自动完成，减轻了驾驶员的负担，并且消除了驾驶员操作水平的影响，保证了汽车的经济性和动力性，提高了行车舒适性和安全性。

图4自动变速器的原理图

3.1、自动变速器的发展历史

▶1930年，戴姆勒公司将液力耦合器应用于汽车，改变了传统的机械传动方式。

▶1950年代，开发出了由液力变矩器和行星齿轮构成的自动变速器。

1958年，荷兰的DAF公司H.VanDoorne博士研制成功了名为Variomatic的双V型橡胶带式CVT，并装备于DAF公司制造的Daffodil轿车上，其销量超过了100万辆。

▶1960年代，应用较多，但是效率很低，开发重点转向了更高效率的液力变矩器。

▶1960年代出现了半自动的SAMT，只能控制离合器，选换档需要驾驶员完成。

▶六十年代中期，荷兰的VDT公司用金属带取代之前的橡胶带，研制出了能传递功率容量大，效率高，结构紧凑的无级变速器。

▶1970年代，出现了带有闭锁离合器的液力变矩器，提高了液力自动变速器在高速时的效率。

▶1970年代SAMT发展成熟

▶1980年代增加了行星齿轮档位和驻车锁止（P）系统，并采用电子控制。

▶1983年，日本五十铃公司研制出全自动AMT，离合器和选换档都自动完成。

▶1987年，日本富士重工公司从VDT公司购买了金属带，并得到了VDT公司的技术指导，生产了面向1.0L轿车的CVT，并装在SubaruJusty轿车上，采用液压控制。

▶1990年代出现了智能化AMT，将AMT的控制同ECU、ABS、ASR的控制相结合，实现动力传动系统一体化控制。

▶1995年9月，Honda公司开发了新一代金属带式CVT即HondaMultiMatic，实现了离合器、换挡和夹紧力的全电子控制

▶1999年德国奥迪公司联合LUK公司和Temic公司，开发完成了FF纵置金属链式CVT－Multitronic，成功地装在输出转矩310Nm、排量2.8L的奥迪A6/A4和保时捷跑车上，并于2002年11月投放到中国市场。

▶2003年，Damler-Benz公司开发了7速AT

3.2、自动变速器的特点

1、汽车起步平稳，减小振动与冲击，提高乘坐舒适性；

2、汽车能以较低速稳定行驶，提高通过性；

3、自动适应道路阻力变化，提高平均速度和动力性；

4、便于实现自动换挡、减轻驾驶员体力，提高安全性；

5、减轻空气污染；

6、减小换挡冲击，消除动力传动动载荷，延长使用寿命；

7、但结构复杂，制造精度和成本高；传动效率低；使用、维修及故障排除难度大，技术水平要求高。

3.3、自动变速器的分类

1、AT液力自动变速器

2、CVT无级自动变速器

3、AMT电控机械自动变速器

4、DCT双离合自动变速器

3.4、AT液力自动变速器

图5前置前驱AT图6前置后驱AT

典型的AT主要由液力变矩器、行星齿轮传动机构和控制系统组成。

液力变矩器一般由泵轮、涡轮、导轮和锁止离合器组成。

由于液力变矩器具有增扭作用，装有AT的汽车起步性能较好。

由于液力变矩器具有无级变速的特性，因此AT具有分段无级变速的特性，换档的平顺性较好。

以上两个特点使得AT得到了广泛的应用。

但是液力变矩器低速时的效率较低，使得装有AT的汽车燃油经济性较差。

图7液力自动变速器的组成

AT的档位经历了2AT、3AT、4AT、5AT、6AT、7AT几个阶段。

其中4AT和5AT是目前汽车市场上自动档车型的主流配置。

由于燃油经济性的原因，目前2AT、3AT已经基本遭到淘汰，4AT也将面临淘汰。

随着AT档位的增多，其成本也随之升高，并且当档位超过5档以后，其经济性和动力性改善的潜力也将很有限。

故可以预见，8AT、9AT等出现的可能性微乎其微。

在美国和日本，AT已经发展地相当成熟，而且性能也日益提高，故在这两个国家，尤其是美国，AT的装车率相当高。

但同时AT的发展潜力已经不大。

3.5、CVT无级自动变速器

无级变速齿轮传动装置，是在上世纪中叶出现的。

当时，由于没有合适的自动化控制操纵装置，在电子时代之前，所有的机械控制装置，最终都没有能够成功地安装在汽车上。

这时，发动机的效率及行车条件都由驾驶者的行车能力来决定。

直到上世纪80年代术期，CVT才首次运用在批量生产的汽车中。

一直以来，由于结构方面的因素，人们普遍认为：

金属带式CVT在传动带寿命、工作可靠性、传动效率及运转噪音等方面均优于金属链式CVT。

但是AudiMultitronic金属链式CVT做得相当成功，某些性能指标优于金属带式。

金属带式CVT（如图7）的控制系统经历了液压控制、半电子控制和全电子控制三个阶段。

金属带在VDT公司也发展到了第七代。

图8金属链式CVT图9金属带式CVT

CVT真正实现了无级变速，具有传动比连续、动力传递平稳、操纵方便等优点。

并在大多数情况下使得发动机工作在最佳状态，从而保证了较高的动力性和燃油经济性，并降低汽车的排放。

CVT的应用越来越多，在日本的装车率较高，发展潜力巨大。

国内广本Fit、南京飞亚特Palio和Siena、一汽大众AudiA6、奇瑞旗云、东风本田Civic等都装备了CVT。

图10装在HondaCivicn轿车上的MultiMaticCVT

但是大多数CVT的扭矩传递能力有限，并且靠摩擦传动，本身效率不高（87%——94%）。

如果能够进一步提高扭矩传递能力和传动效率，成本能够进一步控制，无级变速将成为汽车理想的变速传动装置。

3.6、AMT电控机械式自动变速器

AMT既有液力自动变速器能自动变速的优点,又有普通齿轮变速器传动效率高、价格低的优点。

但是AMT在换档过程中存在动力中断，换档品质较差，舒适性较差。

这种先天缺陷使得多数用户无法接受，这严重制约了AMT的发展。

目前AMT的市场主要分布在欧洲，主要应用在货车、城市客车、越野车以及一些经济性轿车和赛车上。

图11Marelli和GIF的AMT

3.7、DCT双离合式变速

为了克服AMT换档过程动力中断、换档品质差的缺陷，近年来开发出了DCT。

DCT既可以充分利用AMT所具有的优点，又可以消除其换挡过程中动力中断的缺点。

它可以实现动力换档，并且舒适性相当好。

这种自动变速器已成为许多汽车厂家所关注的热点。

图11DCT的变速原理

DCT是在原手动变速器的基础上改进而来的，具有良好的生产继承性；换档平顺，汽车的燃油经济性好，动力性好，是目前比较完美的变速传动。

但是DCT的结构和控制机构复杂，造价较高，目前主要应用于高级轿车上。

4、参考文献

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变速器的发展史