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32 km／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。

12122112M M z z n n i ===
z 1，n 1，M 1，主动齿轮的参数;z 2，n 2，M 2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.Van Doorne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Subaru Justy 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Honda Multi Matic，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。

液力变矩器行星齿轮机构车速信号
节气门开度信号连接曲轴
液压控制系统电控单元
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Audi Multitronic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Audi A6、奇瑞旗云、东风本田Civic等都装备了CVT。

装在Honda Civic轿车上的Multi Matic CVT
图10 装在Honda Civicn轿车上的Multi Matic CVT 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11 Marelli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11 DCT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
枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。

夕阳西下，断肠人在天涯。