汽车自动变速器新技术的发展应用趋势

论文题目：汽车自动变速器新技术的发展趋势
摘要
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。

为改善换档品质，提供换档智能化程度，出现了一机多参数、多规律控制，并在此基础上将控制变速器与控制发动机的计算机合并在一起，实现其综合控制。

为加宽变速范围，缩小传动比间隔，自动变速器正在向多档化发展，无级变速器具有速比光滑变化、无级传递扭矩、加速性好、燃料经济性高、结构简单等特点，被认为是最有前景的一种自动变速技术。

本文介绍了自动变速器的概念，工作原理、分类及CVT变速器的应用
关键词：自动变速器，现状，CVT应用
Abstract
In recent years, with the rapid development of microelectronics technology, the advent of electronically controlled automatic transmission, bringing the car drive better. Electromechanical integration technology into the automotive sector, and promote major changes in automobile transmission plant. Electronic automatic transmission device trend emerged, especially in large scale integrated circuit technology, the control engine and transmission by the crisis, shifting possible. In order to improve shift quality, providing intelligent shift, the emergence of a local multi-parameter, multi-rule control, and on this basis, the engine will control the transmission and control of the computer are combined to achieve its integrated control. To widen the speed range, reduced transmission ratio interval, the automatic transmission is the development of multi-profile, smooth CVT with speed ratio change, stepless transmission torque, good acceleration, fuel economy high, simple structure, is considered the most promising an automatic transmission technology. This paper introduces the concept of automatic transmission, principle, classification and application of CVT transmission
Keywords: automatic transmission, status, CVT applications
目录
1引言 (1)
2自动变速器 (1)
2.1自动变速器基本组成 (1)
2.2自动变速器分类 (3)
2.3自动变速器工作原理 (3)
2.3.1 AT工作原理 (3)
2.3.2 AMT工作原理 (4)
2.3.3 CVT工作原理 (5)
3自动变速器发展趋势 (6)
3.1 智能型电子控制自动变速器 (6)
3.2 电子控制无级变速器 (6)
3.3 双离合器自动变速器 (6)
4自动变速器展望 (7)
4.1 CVT变速器 (7)
4.2 CVT变速器的应用 (7)
5总结与分析 (9)
参考文献 (10)
致谢 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

1引言
世界上第一台用于大规模生产的的全自动变速器是通用公司在1940年代生产的Hydra-Matic，这台变速器使用液力耦合器（而不是液力变矩器）和三排行星齿轮提供四个前进档和一个倒档。

Hydra-Matic最初被装于奥兹莫比尔，而后凯迪拉克和庞蒂克也采用了这种变速器。

自动变速器最重要的改进是在二战期间，别克公司为坦克开发了液力变矩器，到1948年，这种液力变矩器与其它部件结合成为液力变速器而定型成为现在通用的自动变速器。

1968年法国雷诺公司率先在自动变速器上使用了电子元件。

20世纪70年代，美国每年生产的600万～800万辆轿车中，自动变速器的装备率已超过90%。

自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换挡系统工作，自动换挡系统中各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线，实现变速器挡位的变换。

传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变速挡位。

其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。

这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。

电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。

它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。

电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速[1]。

2自动变速器
2.1自动变速器基本组成
自动变速器单排行星齿自动变速器的厂牌型号很多，外部形状和内部结构也
有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。

常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件的功能，可将它们分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构等五大部分。

液力变矩器。

液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。

它利用油液循环流动过程中动能的变化将发动机的动力传递自动变速器的输入轴，并能根据汽车行驶阻力的变化，在一定范围内自动地、无级地改变传动比和扭矩比，具有一定的减速增扭功能。

变速齿轮机构。

自动变速器中的变速齿轮机构所采用的型式有普通齿轮式和行星齿轮式两种。

采用普通齿轮式的变速器，由于尺寸较大，最大传动比较小，只有少数车型采用。

绝大多数轿车自动变速器中的齿轮变速器采用的是行星齿轮式[2]。

供油系统。

自动变速器的供油系统主要由油泵、油箱、滤清器、调压阀及管道所组成。

油泵是自动变速器最重要的总成之一，它通常安装在变矩器的后方，由变矩器壳后端的轴套驱动。

在发动机运转时，不论汽车是否行驶，油泵都在运转，为自动变速器中的变矩器、换挡执行机构、自动换挡控制系统部分提供一定油压的液压油。

油压的调节由调压阀来实现。

自动换挡控制系统。

自动变速器自动换挡控制系统能根据发动机的负荷（节气门开度）和汽车的行驶速度，按照设定的换挡规律，自动地接通或切断某些换挡离合器和制动器的供油油路，使离合器结合或分开、制动器制动或释放，以改变齿轮变速器的传动化，从而实现自动换挡。

自动变速器的自动换挡控制系统有液压控制和电液压（电子）控制两种。

液压控制系统是由阀体和各种控制阀及油路所组成的，阀门和油路设置在一个板块内，称为阀体总成。

不同型号的自动变速器阀体总成的安装位置有所不同，有的装置于上部，有的装置于侧面，纵置的自动变速器一般装置于下部。

在液压控制系统中，增设控制某些液压油路的电磁阀，就成了电器控制的换挡控制系统，若这些电磁阀是由电子计算机控制的，则成为电子控制的换挡系统[3]。

换挡操纵机构。

自动变速器的换挡操纵机构包括手动选择阀的操纵机构和节气门阀的操纵机构等。

驾驶员通过自动变速器的操纵手柄改变阀板内的手动阀位置，控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换挡执行机构的工作，实现自动换挡。

2.2自动变速器分类
自动变速器汽车自动变速器常见的有三种型式：分别是液力自动变速器(AT)、机械无级自动变速器(CVT)、电控机械自动变速器(AMT)。

轿车普遍使用的是AT，AT几乎成为自动变速器的代名词。

AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。

其中液力变扭器是AT最重要的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，兼有传递扭矩和离合的作用[4]。

按传动比变化形式可分为有级式、无级式和综合式三种。

在无级式（和综合式）中，按变速的种类可分为：液力变矩式无级变速器；机械式无级变速器；电力式无级变速。

按齿轮变速系统的控制方式分为：液控液动自动变速器在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气门阀和反映车速的调速器阀把节气门开度和车速转变为液压信号。

在换档点，这些液压信号直接控制换挡阀进行换档；电控液动自动变速器在手控制阀选定位置后，由反映节气门开度的节气门位置传感器和反映车速的车速传感器把节气门开度和车速转变为电信号。

这些电信号输入电子控制单元（ECU），由电子控制单元控制液压阀和液压执行机构进行换档。

电子控制自动变速器通常由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换挡执行器、液压操纵系统、电子控制系统五部分组成。

2.3自动变速器工作原理
2.3.1 AT工作原理
AT的结构与手动档相比，在结构和使用上有很大的不同。

手动档主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而AT传动系统是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。

其中，液力变扭器是AT最具特点的部件，它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成，它直接输入发动机动力，并传递扭矩，同时具有离合作用。

泵轮和涡轮是
一对工作组合，它们就好似相对放置的两台风扇，一台风扇吹出的风力会带动另一台风扇的叶片旋转，风力成了动能传递的媒介，如果用液体代替空气成为传递动能的媒介，泵轮就会通过液体带动涡轮旋转，再在泵轮和涡轮之间加上导轮，通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差就可以实现变速变矩了。

由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大，因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮来提高效率，液压操纵系统会随发动机工作的变化而自行操纵行星齿轮，从而实现自动变速变矩。

辅助机构自动换档不能满足行驶上的多种需要，例如停泊、后退等，所以还设有干预装置(即手动拨杆)，标志P(停泊)、R(后位)、N(空位)、D(前进位)，另在前进位中还设有“2”和“1”的附加档位，用以起步或上斜坡之用。

由于将其变速区域分成若干个变速比区段，只有在规定的变速区段内才是无级的，因此AT实际上是一种介于有级和无级之间的自动变速器[5]。

液力自动变速器通常有两种类型：一种为前置后驱动液力自动变速器；另一种为前置前驱动液力自动变速器。

液力自动变速器电子控制通过动力传动控制模块(Power-transmissionControlModule，PCM)接收来自汽车上各种传感器的电信号输入，根据汽车的使用工况对这些信息处理来决定液力自动变速器运行工况。

按照这些工况，动力传动控制模块给执行机构发出指令，并实现下列功能：变速器的升档和降档；一般通过操纵一对电子换档电磁阀在通／断两种状态中转换；通过电子控制压力控制电磁阀(PressureControlSolenoid，PCS)来调整管路油压；变矩器离合器(TorqueConverterClutch，TCC)用以控制电磁阀的结合和分离时间。

自动变速器主要是根据车速传感器(VehicleSpeedSensor，VSS)、节气门位置传感器(17hrottlePositionSensor，TPS)以及驾驶员踩下加速踏板的程度进行升位和降位控制。

2.3.2 AMT工作原理
AMT是在传统的固定轴式变速器和干式离合器的基础上，应用微电子驾驶和控制理论，以电子控制单元(ECU)为核心，通过电动、液压或气动执行机构对选换档机构、离合器、节气门进行操纵，来实现起步和换档的自动操作。

AMT传动系统的基本控制原理是：ECU根据驾驶员的操纵(节气门踏板、制动踏板、转向盘、选档器的操纵)和车辆的运行状态(车速、发动机转速、变速器输入轴转速)综合判断，确定驾驶员的意图以及路面情况，采用相应的控制规律，发出控制指
令，借助于相应的执行机构，对车辆的动力传动系统进行联合操纵。

自动变速器AMT、传动系统是对传统干式离合器和手动齿轮变速器进行电子控制实现自动换档，其控制过程基本是模拟驾驶员的操作。

ECU的输入有：加速踏板信号、发动机转速、节气门开度、车速等。

ECU根据换档规律、离合器控制规律、发动机节气门自适应调节规律产生的输出，对节气门开度、离合器、换档操纵三者进行综合控制。

离合器的控制是通过三个电磁阀实现的，通过油缸的活塞完成离合器的分离或接合。

ECU根据离合器行程的信号判断离合器接合的程度，调节接合速度，保证接合平顺。

换档控制一般是在变速器上交叉地安装两个控制油缸。

选档与换档由四个电磁阀根据ECU发出指令进行控制[6]。

在正常行驶时，节气门开度的控制由驾驶员直接控制加速踏板，其行程通过传感器输入到：ECU，ECU再根据行程大小，通过对步进电动机控制来控制发动机节气门开度。

在换档过程，踏板行程与节气门开度并非完全一致，按换档规律要求先减小节气门开度，进入空档，在挂上新的档位后，接合离合器，随着传递发动机扭矩增大的同时，节气门开度按一定的调节规律加到与加速踏板对应的开度。

2.3.3 CVT工作原理
CVT采用传动带和可变槽宽的带轮进行动力传递，即当带轮变化槽宽时，相应地改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径而进行变速，传动带一般有橡胶带、金属带和金属链等。

CVT是真正的无级变速，它的优点是重量轻、体积小、零件少。

与AT比较，它具有较高的运行效率，油耗也较低。

但CVT的缺点也很明显，就是传动带很容易损坏，不能承受过大的载荷，因此在自动变速器中占有率较低[7]。

CVT与AMT和AT相比，最主要的优点是它的速比变化是无级的，在各种行驶工况下都能选择最佳的速比，其动力性、经济性和排放与AT相比都得到了很大的改善。

但是CVT不能实现换空位，在倒位和起步时还得有一个自动离合器，有的采用液力变矩器，有的采用模拟液力变矩器起步特性的电控湿式离合器或电磁离合器。

CVT采用的金属带无级变速器与AT一般所用的行星齿轮有级变速器比较，结构相对简单，在批量生产时成本可能低些。

3自动变速器发展趋势
3.1 智能型电子控制自动变速器
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。

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
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[8]。

3.3双离合器自动变速器
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。

4自动变速器展望
4.1 CVT变速器
推式传动带和传动链将在转矩传递容量和专用性上进一步加强。

由于产品数量的迅速增加，伴随产品过程的进一步自动化，成本会大幅降低。

CVT专用的液压泵将被推广。

用于自动跳合和紧急制动的小型电子驱动泵，和用于正常工况的发动机驱动泵协同工作，将进一步改善整个变速器的效率。

滑轮优化设计将不仅减小系统的质量和降低成本，而且保证在主、从动轮和传动带之间的最大传递转矩。

不同部件、微处理器和测试设备的电子控制差异，导致非常高的研究和制造成本，这将通过电液控制模块化设计和大规模生产而减小，从而将柔性的功能和低廉的成本有机组合。

因为越来越多的CVT进入市场，制造商已经开始研究开发CVT专用变速器工作液，这将给CVT工作特性进一步优化。

CVT变速器。

大量不同的布置有可能出现，不仅由于汽车驱动差异和要求(FWD、RWD、AWD)，而且也由于增加传动比覆盖范围的持续要求。

电子化将带来传动比、速度、压力和转矩的更快的、更精确的控制，保证发动机和变速器更好的调节，提供了不同的行驶模式，例如运动型、舒适型和巡航控制，从而使用户获得全方位的“行驶乐趣”。

发动机与CVT集成控制更精确、更快的CVT 控制，将与发动机控制一起集成到整个传动系管理系统中，使得油耗和排放的进一步降低。

带有集成发动机管理单元的第一个CVT传动系原型已经进行了行驶循环测试。

混合动力CVT传动系。

CV T将承担带有飞轮储能装置的混合动力传动系设计中的重要角色。

采用CVT传动系的混合动力汽车的油耗有可能减少30%，排放有可能降低50%。

CVT变速器的关键技术包括：发动机与CVT变速器之间的匹配关系；带轮夹紧力的控制策略；液压系统的集成化设计等。

毋庸置疑，CVT变速器的技术含量和制造难度都要比MT变速器高，与AT变速器相仿，由于金属带式CVT的结构简单，所含的零件数量比AT变速器少40%左右，整车的质量因而也有所减轻[9]。

4.2CVT变速器的应用
1987年，日本Subaru把装备CVT变速器的汽车投放市场，获得成功。

欧洲
的Ford和Fiat也将VDT-CVT装备于排量为1.1L到1.6L的轿车上。

随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代的CVT的经验基础上，开发出了性能更佳，转矩容量更大的CVT。

当前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行CVT的研发工作。

现在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中，都有配备CVT变速器的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。

有一点值得注意的是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势我们国家有巨大的汽车销售市场，汽车工业是我国的民族工业之一。

然而我国汽车业所需的自动变速器（AT）全部依赖进口，这使得国产汽车配备AT后，成本增加很大，而装备自行开发生产CVT变速器，其成本提高不大，说明CVT的市场前景令人乐观。

目前我国正在考虑发展轿车自动变速器的问题。

自“九·五”期间轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列入国家的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合我国国情的汽车。

CVT传递的扭矩容量不大，目前以小排量汽车为主，其性能和可靠性尚未经过充分的考验和证实，技术还不够成熟；IVT由于摩擦能量损耗大、发热量高、传递转矩小和材料不耐用等缺点，还没有进行批量生产；AT生产制造已有70多年历史，性能和技术都日趋完善可靠，因此，AT仍是现代汽车自动变速器的主流。

目前在AT研究中，控制技术是其核心技术。

电子控制具有无可比拟的优越性，其发展趋势有5大方面。

车辆起步部件的改进。

采用湿式多片离合器是一种新的方式，但目前主要仍采用液力变矩器，并要求改进起步时增多扭矩的特性，提高燃油经济性。

为了防止变矩器的能量消耗，大部分车种采用锁止离合器，并要求进一步提高性能。

齿轮传动机构的改进。

为了提高动力性、经济性，降低噪声，传动比范围开始加大，并呈多级化；同时为了减少齿轮摩擦阻力，要求齿轮、轴承小型化，低噪声。

油压控制的改进。

为了减少变速冲击，对目标冲击值通过测定发动机转速或油压进行反馈控制，以形成与离合器扭矩相配合的油压。

此外，为了直接测定输出扭矩冲击方式，应用模糊逻辑控制。

油泵。

油泵占自动变速器摩擦损耗的很大部分，所以一部分已应用可变容量的油泵。

仍须进一步提高油泵的响应性和稳定性。

电子控制。

除了进一步提高自动变速器电子控制精度，还要
不断推广应用与发动机控制一起的综合控制系统[10]。

5总结与分析
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。

自动变速器为提高传动效率，改善燃油经济性，普遍采用了闭锁式液力变矩器；为改善换档品质，提供换档智能化程度，出现了一机多参数、多规律控制，并在此基础上将控制变速器与控制发动机的计算机合并在一起，实现其综合控制。

为加宽变速范围，缩小传动比间隔，自动变速器正在向多档化发展，4档变速器已普遍成为轿车的标准结构，5档自动变速器早已投放市场；为便于使用维修，控制系统的诊断功能不断增强。

此外，无级变速器具有速比光滑变化、无级传递扭矩、加速性好、燃料经济性高、结构简单等特点，被认为是最有前景的一种自动变速技术。

世界各大汽车公司对无级变速的研究十分活跃，估计在不久的将来电子控制的无级自动变速器将会广泛应用于现代汽车。