当前汽车自动变速器的技术发展

汽车自动变速器早在1940年已经应用在美国通用的奥兹莫比尔汽车上,这是一台串联式行星齿轮结构的液控变速器。时距60多年的今天,汽车自动变速器已经发生了重大的变化。这种变化主要体现在以下几个方面。

一是汽车自动变速器向多档位方向发展,5档或者6档自动变速器将逐步取代4档自动变速器的主导地位。档位多使变速器具有更大的速比范围和更细密的档位之间的速比分配,从而改善汽车的动力性、燃油经济性和换档平顺性。例如宝马7系或奥迪A8装配ZF产的6档自动变速器(ZF6H26),齿数比分别是1档4.7、2档2.34、3档1.52、4档1.14、5档0.87、6档0.69。某款3.0升高级轿车的4档自动变速器齿轮比分别是1档2.78、2档1.54、3档1.00、4档0.69。两者对比,显然ZF6档自动变速器具有更大的速比和更小的速比级差,因此变速时也就更加平顺。但是,档位越多意味着变速器越复杂,执行元件和齿轮数目会随之增加,不但成本增加,体积和重量也会增大,对于前轮驱动的汽车而言还会增加动力传动系统布置的困难。因此,为了缩小体积和减轻重量,要采用紧凑化设计,简化内部结构,引入电子控制系统,采用轻质材料。例如ZF6H26变速器设计基于一种名为Lepetler的齿轮设计,使6个档位之间的齿轮大为减少,简化了内部结构,齿轮重量减少了11公斤。整个操作界面改为线控技术,由电子信息操纵换档。用塑料材料做油底壳及铝合金变速器箱体,进一步减轻重量。

二是采用多电磁阀方式控制换档,明显改善换档质量。以前的自动变速器的执行器只有一两个电磁阀,现在许多自动变速器已有多个电磁阀。尤其是换档电磁阀数量的增加使得换档电磁阀完全取替了节气门油压和速度油压对D档位升降档的控制。变速器上各种新的电磁阀相继出现,例如正时电磁阀、倒档电磁阀、扭力转换电磁阀、扭力缓冲电磁阀、强制降档电磁阀等大量涌现使得电控系统对变速器的控制范围进一步扩大。现在,一些变速器的换档电磁阀完全负责了对D档、手动模式、倒档的控制,被称为全电子控制自动变速器。模糊控制技术的设置使变速器电脑可以学习、模拟驾驶者的驾驶习惯,自动修正控制指令,使汽车进一步体现人性化。例如在ZF6档自动变速器中,为了控制系统压力实现换档,设置了6个具有高流量特点的脉宽调制电磁阀,一个可变力(VFS)电磁阀等。中央电脑中还附加了一个名为Adaptive Shift Strategy(自适应式换档),这个系统持续不断地收集行车数据,例如档位、行驶状态、驾驶者驾驶习惯等,通过变速器电脑学习模拟并建立起相关的行车程式,以最佳效果满足驾驶者的需求。

三是通过改造油泵、优化液压控制系统提高变速器传动效率。自动变速器在结构上主要由液力变矩器、油泵和机械齿轮传动机构组成。由于液力变矩器通过液力使泵轮、涡轮和导轮工作,油泵运转会消耗能量,加之换档执行元件的摩擦又会消耗能量,使得自动变速器的传动效率低于手动变速器,因此耗油也会高于手动变速器。采用现代控制理论的电控技术,自动变速器的机械效率已经大大提高。通过降低油泵的轴向和径向泄漏来提高油泵效率,同时对整个油泵系统设计进行改进,可以进一步提高油泵高转速时的传动效率。

另外,通过传动机构类型多样化设计,结构细部的设计改进,多排行星齿轮组合机构,优化齿轮特性参数和支承结构等技术改进,今天的自动变速器技术已有重大发展,但是从整体看自动变速器的传动效率与手动变速器相比仍存在近10%的差距。

车汇通
2003年4月12日

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