变速器.docx

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变速器

摘要

汽车变速器是为解决发动机输出的转速和转矩与车辆驱动所需的转速和转矩之间的矛盾而设立的。

车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器以及变速器与发动机的匹配。

由于自动变速器具有许多优点，因此在汽车上应用越来越广泛。

目前，自动变速器在日本、美国、东南亚的装车率约为98%、95%和75%，中国的装车率不到10%。

我国目前使用的汽车绝大多数仍为手动变速，手动变速汽车由于频繁换挡的操作，易使驾驶员疲劳，影响行驶安全;而不同的驾驶技术水平对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成极大差异，所以自动变速是人们长期追求的目标，是车辆向高级阶段发展的重要标志。

目前我国自动变速器在轿车、城市客车、高级旅游客车、军用车、重型载货汽车及矿用车上已呈现越来越旺盛的需求。

本文概述了自动变速器的发展进程,介绍了其典型结构;根据汽车行驶中常见的几种工况,分别说明了自动变速器的使用方法。

关键词:

汽车自动变速器结构使用方法

Abstract

Autotransmissionistoaddresstheengineoutputspeedandtorquewiththevehicledrivingspeedandtorquerequiredtosetuptheconflictbetween.Vehicleperformanceisgoodorbad,dependsnotonlyontheengine,buttoagreatextentdependentonthetransmissionandthetransmissionandenginematch.

Theautomatictransmissionhasmanyadvantages,itiswidelyappliedinthecar.Currently,theautomatictransmissioninJapan,theUnitedStates,SoutheastAsia,theloadingrateisabout98%,95%and75%,China'sloadingrateoflessthan10%.Thevastmajorityofvehiclescurrentlyinuseisstillmanualtransmission,manualtransmissioncarsduetothefrequentshiftoperation,easytomakethedriverfatigue,affectdrivingsafety;anddifferentlevelsofdrivingskills,vehiclefueleconomy,power,ridecausegreatdifferenceincomfort,sotheautomatictransmissionisthatpeoplelong-termgoalisthedevelopmentoftheadvancedstageofthevehicletoanimportantsymbol.Atpresent,Chinaautomatictransmissioninthecar,citybus,seniortourbuses,militaryvehicles,heavytrucksandminingvehicleshavebeenrenderedincreasinglystrongdemand.

Thisarticleoutlinesthedevelopmentprocessofautomatictransmission,introduceditstypicalstructure;cardrivingunderseveralcommonconditions,namelythattheautomatictransmissionisused.

Keywords:

Carautomatictransmissionstructureuse

目录

摘要.........................................................................................................................................I

Abstract......................................................................................................................................II

引言.........................................................................................................................................1

1自动变速器的发展历程.........................................................................................................2

1.1自动变速前期...................................................................................................................2

1.2液力自动变速阶段……………………………………………………….....................................3

1.3电控自动变速阶段3

1.4智能自动变速阶段3

2自动变速器的结构特点及工作原理.....................................................................................5

2.1自动变速器的特点5

2.2自动变速器的类型6

2.3自动变速器的结构8

2.4自动变速器的工作原理9

3自动变速器共性关键技术...................................................................................................14

4现代汽车自动变速器的应用...............................................................................................16

4.1电控机械自动变速器（AMT）16

4.2液力机械自动变速器（AT）17

4.3无级自动变速器（CVT）18

4.4双离合自动变速器（DCT）19

结论...........................................................................................................................................22

致谢...........................................................................................................................................23

参考文献...................................................................................................................................24

引言

现代轿车装用电子控制自动变速器越来越多。

据统计，在美国的90年代新车型上，作为标准件的自动变速器装车率已经超过90%，日本为73%，欧洲为25%。

随着洫产业国际化的逐步形成，装有国产自动变速器的轿车面世已为期不远。

1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，各阶段的技术应用情况见图1。

图1自动变速器的发展历程

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WilsonPicher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“动力换档”，并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。

而液力偶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GeneralMotors和Chrysler公司采用液力偶合器代替离合器，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器的前身，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1938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器由液力变矩器和行星齿轮变速器组成，控制系统是通过液压系统来实现的，控制信号的产生，主要是通过反应油门开度大小的节气门阀和反应车速高低的速控阀实现，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，按照设定的换档规律，控制换档执行机构的动作，从而实现自动换档。

代表性的产品有：

丰田的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档品质控制。

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档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，它将控制换档的参数（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，电脑通过处理将换档的信号作用于换档电磁阀，从而利用液压换档执行机构实现自动换档。

由于电脑能存贮和处理多种换档规律，在改善换档品质控制方面，有明显的优越性，并且与整车的其他控制系统兼容性好，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，并对换档规律作出适当调整。

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档，三菱新型四档自动变速器，将各种输入信息和驾驶员的换档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意图自动换档[1]。

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，随后液力传动也在我国获得了一定发展，此外，部分军用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[2]。

由于对自动变速器良好性能的逐渐认识，用户的需求量也越来越大，使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。

并且在液力自动变速器的研究、生产、修理等方面都有一定的基础。

近年来发展速度较快，如1998年，一汽大众的新捷达王装备了AG4自动变速器，1999年神龙富康推出智能型AL4自动变速器，上海别克装备了4T65-E自动变速器，此外广州本田、天津夏利、重庆奥拓等也先后加入其中，尤其是上海帕萨特B5还装备了具有模糊控制功能的自动变速器。

不仅轿车，深圳华海公司还为深圳市大型公共汽车改装了进口的艾里逊液压自动变速器。

因此，在国产车上选装自动变速器已成为必然之势[3]。

2自动变速器的结构特点及工作原理

变速器是传统汽车和混合动力电动汽车动力传动系统的重要部件。

变速器的性能对整车的动力性、经济性、舒适性等有着重要的影响。

近年来,随着汽车保有量的大幅上升,驾驶经验欠缺的司机数量的急剧增加以及石油价格的不断上涨,能源危机似乎一触即发,人们迫切需要一种操纵简便、节能环保的汽车。

装载自动变速器的车辆,使驾驶员不再像驾驶手动变速器（manualtransmission,MT）汽车那样频繁地使用离合器踏板,且具有操纵方便、起步平稳、乘坐舒适性好等诸多优点,因此,其市场占有率在逐步提高[4]。

2.1自动变速器的特点

自动变速器的主要特点表现在以下几个方面：

（1）驾驶性能优良

汽车驾驶性能的好坏，除与汽车本身的结构有关外，还取决于正确的控制和操纵。

自动变速器可以按照预先设定的最佳换档规律自动变换档位，让汽车在不同的运行条件下都能同时兼顾发动机的最低油耗和变速器的最高效率，因而特别适合于非职业驾驶[5]。

（2）自适应能力强

自动变速装置的档位变换不但快，而且平稳，提高了汽车的乘坐舒适性。

通过液体传动或微电脑控制换档，一方面能在一定范围内实现无级变速，大大减少了行驶过程中的换档次数，另一方面可以消除或降低动力传动系统中的冲击和动载。

试验结果表明，在坏路段行驶时，自动变速的车辆传动轴上，最大动载转矩的峰值只有手动变速器的20％～40％。

原地起步时最大动载转矩的峰值只有手动变速的50％～70％。

从而延长发动机和传动系统零部件的寿命[6]。

（3）行车安全性高

在车辆行驶过程中，驾驶员必须根据道路、交通条件的变化，对车辆的行驶方向和速度进行调节。

以城市大客车为例，平均每分钟换档3～5次，而每次换档有4～6个手脚协同动作。

正是由于这种连续不断的频繁操作，使驾驶员的注意力被分散，而且易产生疲劳，造成交通事故增加。

装用自动变速器的车辆，取消了离合器踏板，只要控制油门踏板，就能自动变速。

从而改善了驾驶员的劳动强度，使行车事故率降低，平均车速提高[7]。

（4）废气排放低

手动换档变速器由于经常换档，需要切断动力，使发动机的转速变化较大，节气门开度变化急剧，非稳定工况强烈，从而导致排放中的污染物多。

而自动变速器的应用，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放的转速范围内工作，从而降低了排气污染。

（5）经济性较好

自动变速器能自动适应行驶阻力的变化，选择最佳的换档时刻，从而提高了汽车的动力性和经济性。

通过实验可知，装备四档自动变速器时，城市行驶的百公里油耗小于同车装备五档手动机械变速器。

当然，与手动变速器相比，自动变速器结构复杂，零部件加工难度较大，生产成本较高，此外，变速器的维护和修理也较麻烦。

2.2自动变速器的类型

目前,国际上自动变速器主要有以下5种:

液力机械式自动变速器（automatictransmission,AT）、电控机械式自动变速器（automatedmechanicaltransmission,AMT）、机械无级式自动变速器（continuouslyvariabletransmission,CVT）、无限变速机械式自动变速器（infinitelyvariabletransmission,IVT）、双离合器式自动变速器（dualclutchtransmission,DCT）[8]。

（1）液力机械式自动变速器

AT由液力变矩器、定轴式/动轴式变速器组成,通过液力传递和齿轮组合的方式实现变速变矩。

由于液力变矩器速比在一定范围内可以连续变化,所以AT是分段无级变速,且属于动力性换挡,即换挡过程中动力不间断。

根据挡位数目不同,可以分为4速、5速、6速以及7速AT等类型。

（2）电控机械式自动变速器

AMT是在MT和离合器基础上配备一套电控执行机构通过自动切换挡位以达到更好传递动力目的的部件。

换挡过程中AMT存在动力中断,是非动力性换挡。

根据执行机构作动方式的不同,AMT可以分为电控电动、电控液动和电控气动3种类型。

（3）机械无级式自动变速器

CVT在其速比变化范围内消除了有级式自动变速器的挡位概念,实现了真正意义上的无级变速,变速过程更加平稳、迅速,可使汽车获得更好的动力性、燃油经济性以及低排放性能。

CVT种类很多,目前应用的主要有带式和链式2种。

带式CVT应用最为广泛,通过主、从动带轮的可动锥盘轴向运动改变传动半径,从而实现速比无级变化[9]。

（4）无限变速机械式自动变速器

IVT是一种无限变速传动机构,由速变器与行星排结合而形成的。

它可在不需倒挡齿轮的情况下实现倒挡,进一步扩展了速比范围;也可以在没有诸如液力变矩器或起步离合器等装置的情况下实现汽车起步。

根据速变器类型不同,可以分为带式、半环形和全环形等形式。

对于带式速变器的IVT,其传动机理与带式CVT类似,但是它能够实现正反向的无级变速。

在正向行驶过渡到反向行驶的过程中,不需要特别的反向机构;此外,还存在效率为零的现象,出现短暂的动力中断,即空挡行驶状态。

（5）双离合器式自动变速器

DCT是基于平行轴式MT发展而来的。

它将变速器挡位按奇、偶数分别布置在与2个离合器所联接的2个输入轴上,通过离合器的交替切换等完成换挡过程,实现了动力换挡,具有良好的换挡品质。

根据双离合器类型不同,可以将DCT分为干式和湿式2种。

根据中间轴数目不同,也可以将其分为单中间轴式和双中间轴式2种。

结合各种自动变速器的传动机理,得到其速比范围的特性对比,如图2。

其中,R代表倒挡,N代表空挡。

图2自动变速器速比范围对比图

2.3自动变速器的结构

典型的汽车自动变速器结构是由液力变矩器、机械变速器、液压控制系统、电子控制系统、变速器壳体等组成。

（1）AT的结构及性能特点分析

AT的结构特点。

AT的结构相当复杂,不同型号变速器的局部结构又各有不同,使得自动变速器的结构多样化。

但不论是哪一种,基本都是由液力变矩器、行星齿轮变速器和液压操纵机构及控制系统3个部分组成。

AT的起步装置通常用液力变矩器,它解决了内燃机不能有过载启动问题,具有不需操纵、只需加油门就能自动起步的功能。

虽然通过长期使用证明液力变矩器在汽车上的应用还是十分有效,但是其传动效率不高,在汽车稳定行驶时所起作用不大,所以这时利用闭锁离合器将变矩器闭锁成机械传动,以提高效率、减少油耗[11]。

（2）AMT的结构及性能特点分析

AMT的结构特点。

AMT是在普通人工换挡机械式变速器基础上增加电子控制操纵机构,达到替代人工换挡的目的。

由于AMT仅改变其中手动换挡操纵部分,因此生产制造继承性好,改造投入费用少,技术难度也不大,这对制造能力低、技术力量薄弱的我国汽车工业来说,具有一定的吸引力。

目前已有几家国内单位进行了研究开发,取得了可喜的成绩,如吉林工业大学（现并入吉林大学）就在这方面做了较多研究工作[12]。

AMT保留了原来的机械变速器,因此其传动性能基本上和机械变速器相同。

这种纯机械传动的传动效率高,结构简单,但是换挡过程不可避免地存在动力中断,同时机械传动很难阻隔发动机扭矩不均匀引起的振动,噪声也较大,乘坐舒适性较差[13]。

AMT的核心技术是电子控制,因此电子技术的水平及电子元件的质量将直接决定AMT的性能与运行质量[14]。

（3）CVT的结构及性能特点分析

CVT有多种形式,这里仅对具有代表性的推块式V型金属带式来进行分析。

CVT（V型金属带式）的结构。

V型金属带式CVT的结构组成如下:

a.起步装置,有以下几种形式:

①电磁离合器:

重量、尺寸大,热负荷能力低,一般仅用于微型车辆上；②电子控制式湿式摩擦离合器:

结构尺寸小,响应快,能量损失小,在有些轿车上采用；③液力变矩器:

起步扭矩大,坡道起步性能好,驾驶容易,微动性能好,而且能阻隔发动机扭矩不均匀所引起的振动和冲击；④多片干式离合器:

在新的奥迪车上,使用了多片干式离合器代替传统的液力变矩器,以提高汽车的燃油经济性并减少CO2的排放[15]。

b.推块式金属V型带无级变速装置。

c.前进后退换向机构,有行星式和定轴式2种[16]。

（4）IVT的结构及性能特点分析

IVT是InfinitelyVariableTrans是mission的缩写，亦称为“机械式数学超环面无级变速器”。

这种变速器已开发数年，只不过一直将其混在CVT一起，直到今年3月7日在底特律结束的2003年SAE年会上才将其单独分类。

这种IVT变速器基于数学超环面主动盘、超环面被动盘的简单配置和在两者间运动的滚子的角度连续可变，而实现无限的无级变速。

IVT变速器最为突出的优点是：

a.根本不需要CVT无级变速器中的工艺复杂、造价昂贵的金属传动带，而且可传递很大的扭矩。

b.结构比CVT还简单，制造成本会比CVT还低。

（5）DCT的结构及性能特点分析

a.采用并排布置的2个湿式离合器；

b.6个前进挡和1个倒挡；

c.变速器的挡位按奇数挡（1，3，5，R挡）与偶数挡（2，4，6挡）分开配置，并分别与2个离合器相联；

d.2个离合器的输出轴分别为1个实心轴和1个套在实心轴外面的空心轴，2个输出轴是同心的，这样的结构使变速器变得更加紧凑。

2.4自动变速器的工作原理

（1）AT的工作原理

AT的换档是由电子来自动控制，省却了人手作动离合器切换的动作。

AT变速箱的运作是由出力端（引擎）与受力端（传动系统,或从动轴）籍着波箱油的流动来传递动力，AT变速箱换档是利用行星齿轮（太阳齿轮，行星齿轮托架，外环齿轮），与引擎（传动轴，输出轴）藉着扭力转换器相互切换，是一所结构性复杂的机器，其切换档位的离合器更形复杂，它占了AT变速箱的体积一半以上，而且AT变速箱会配有两组行星齿轮，多组阀门,垫片,油封及离合器片等，因此AT变速箱的磨损依然是离合器片，当离合器片（AT变速箱会有多达20–30片离合器）使用相当时间後，或不正常操作（如N档滑行，高速拖波。

），就会出现打滑现象，如顿挫，加油速度却不上等，如果出现此等情况，就得维修变速箱，更换离合器片。

AT变速箱内的阀门极为精细（小至一根头发就能阻塞其油路!

）,因此在保养时要更换指定的变速箱油,其要求比引擎润滑油还高许多,除防锈,润滑，及抗氧化的功能外,AT的变速箱油还身兼动力传送及油压控制的作用,所以要求其纯度十分严苛。

要好好保护AT变速箱,在2W公里时必需进行更换变速箱油,变质的油虽然还能运作,但其流动性质的劣化会导致变速箱换档震动，反应变差,工作温度高等病徵，更换AT变速箱油花费数百,大修或更换AT变速箱就要数万的。

车友如开AT又大脚油门,变速箱油温度就升高,AT变速箱的运行,反应及效能就会降低,出现换档顿挫及速度不上等现象,这时安装一个自排油冷却器是十分有效的。

AT车改装ECU,一定要小心原厂AT变速箱所能承受的范围，如果带T,形势更为复杂，除引擎本体的强度外,还得看AT变速箱能否承受