自动变速器一——自动变速器综述
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·特约专题·
自动变速器 ! 一 "
——— 自 动 变 速 器 综 述
吉林大学 葛安林
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(1/ 既 具 有 液 力 自 动 变 速 器 自 动 变 速 的 优 点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成 本低、结构简单、易制造的长处。它揉合了二者优 点，是非常适合我国国情的机电一体化高新技术产 品。它是在现生产的机械变速器上进行改造的，保 留了绝大部分原总成部件，只改变其中手动操作系 统的换挡杆部分，生产继承性好，改造的投入费用 少，非常容易被生产厂家接受。它的缺点是非动力 换挡，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。
4+ 我们也要面对即将入世的现实，与世界 最具实力的公司合资办厂，形成战略联盟关系，使 跨国公司的国际竞争国内化。这是促进跨国公司转 移先进技术、降低成本、提高企业素质的最好办 法。在与跨国公司的合作和市场竞争中全面提升国 内企业的实力和自主开发能力。
5+ 我们应有效利用目前在自动变速器研究 方面取得的成果和各方面力量，建立与发展这一高 新技术产业，共同去开拓国内自动变速器技术的美 好未来。
与此同时，上海大众的帕萨特 8$、一汽大众的 捷达都市先锋上装备了自动变速器 (4. 9 &$。神龙 公司也向市场投放了装备进口的 (:. 智能型自动 变速器的富康 &11“领导者”以及富康 #; / : 轿车。 它采用了模糊控制理论和动力传动系统综合控制 技术，实现了智能化控制，电子控制单元中有 #" 种 换挡规律，按需分别调用几种换挡规律或同时或交 替工作，共同控制变速器的状态。
在几种自动变速器中，(1/ 的性能价格比最 高。在中低档轿车、城市客车、军用车辆、载货车等 方面应用前景较广阔。 !" ( 无级自动变速器 #)*& ’
世界最早的无级自动变速器，因为受传动橡胶 带强度所限制，难于推广实用，直到 $&F. 年因 GHI,,-J 发明了金属 G 型带才获新生。KG/ 速比光滑 变化，无级传递扭矩，乘坐舒适，加速性好，燃料经 济性高。但它的起动性能差，故需另加起动装置，现 在较多的 KG/ 选液力变矩器为起动装置，又称双无 级自动变速器。
, 待续 . , 责任编辑 郝旭辉 . 原稿收到日期为 !""# 年 % 月 $ 日。
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提高燃料经济性的另一种手段是变矩器的高 效率化，通过三维流体分析，使循环圆形状、叶片角 度、叶片负荷分布及导轮叶片形状最优化 " 见图 $ # ， 由于带有变矩器的汽车易于控制，所以适合各种高 级控制方式。
图 $ 变矩器性能的提高
为了降低成本，(/ 的小型化和减少零部件个 数也成为课题，这就要求形成大规模生产。(/ 的经 济规模至少应在年产 0% 万台以上，批量越大，价格 才越低。 !" ! 电控机械式自动变速器 #$%& ’
为了提高带的传动容量，带宽增加为 0% :: " 旧 式为 !. :: # ，& 层钢圈宽度扩大 !’ ! ，同时采用了 阶段式高油压系统。除上述的湿式金属带外，由树 脂和铝合金等构成的干式带 KG/ 被日本大发公司 在新开发的汽车上采用，皮带轮的连续变速的控制 使用直流电动机。该变速器的特点是，起步时通过 由定传动比齿轮构成的副传动路线来传递动力，保 证起步性能；当达到规定车速时，变换到由带传动 所确定的主动力传动路线，图 ! 所示为基本概念 图。
目前它在自动变速器中仅占 $ ! ，其中 &% ! 在日本，$% ! 在欧洲。日本 <ALH9A、M*++H-、N,-OH、 意大利 6*H8 等在车上部分选用。KG/ 虽已开发多 年，因设备更换量大、制造困难、价格也较高，故市 场销售一直在 $%% 万台 D 年中波动，上升趋势不明 显。但因其理论上性能优越，仍视为自动变速器的 主要发展方向之一。我国尚处于起步阶段，国外在 $C ’ @ 以下小排量的轿车上应用前景较好，日产公 司在 ! @ 级的车上的 KG/ 也开发成功。
一汽大众的奥迪 (/ 高级轿车上作为选装件的 (* 为 *<=>?@A<B 型，在自动变速的基础上可提供手 动换挡功能。在自动模式下可直接转到手动操作模 式，以此来领略驾车的多种乐趣。
北京吉普公司在切诺基越野汽车上小批量装 备了 (C. 自动变速器，现已达到 # """ 多台。
—#—
·特约专题· 至于城市客车 " 即公共汽车 # 频繁起步换挡，变
我国汽车工业正处于发展和提高时期，随着技 术进步和人民生活水平提高，目前在国内已经形成 年产 #." 多万辆轿车的生产能力，轿车年产量已超 过 /" 万辆。随着轿车进入家庭，非职业驾驶员越来 越多，他们对简化操作的要求日益迫切。因此目前 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。
编者按：应读者的要求，我们约请吉林大学汽车工程学院的博士生导师葛安林教授为本刊撰写了自动变速器 系列专题讲座。葛安林教授是我国自动变速器方面的专家，多年从事自动变速器的理论研究工作，具有丰富的学 识和经验% 在此我们代表广大读者向葛安林教授表示感谢。此系列讲座共分 & 个部分，分别为自动变速器综述；液 力变矩器；液力变矩器的自锁与滑差控制；自动变速器的典型结构及发展趋势；电控机械式自动变速器 ’ ()* + ；无 级自动变速器 ’ ,-* + ；自动变速器的控制与换挡规律；自动变速器的故障诊断与维修。
# 前言
汽车的发展经历了三大革命：动力革命、传动 革命与控制革命。先进国家目前正处于控制革命阶 段，即自动控制阶段。从各总成的单独控制向动力 传动系统一体化综合控制；从一般控制向智能化、 网络化控制发展。
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。
半圆环式的无级变速器正在研究中，它是利用 输入 D 输出圆盘和动力滚子间的剪切力传递动力，
汽车技术
·特约专题· 通过滚子的倾斜连续地改变传动化，期待该方式能 传递更大扭矩。
图 ! 干式带 &’( 的动力传动
! 发展国内自动变速器产业的几点建议
我国目前的基础工业一时还难以满足 )( 的高 技术要求，巨额投入一时也有困难，)( 的用户彼此 分属不同公司，很难达成由同一厂家生产的协议。 加之这些产品匹配的发动机排量差异较大，生产中 )( 难以系列化，特别是全球兼并、全球采购、平台 技术等促进了经济全球化，而国内自动变速器尚处 于起步阶段，反差太大，其面临的挑战是极其严峻 的。但是纵观汽车发展史，并未有过永恒的主角，我 们面对机遇与挑战，要完全根据自己的条件，发挥 优势，转化劣势，研究超常规的发展途径，在自动变 速技术上夺取后发制人的胜利。
!""# 年 第 $ 期
种液力机械装置，以其良好的乘坐舒适性、方便的 操纵性、优越的动力性、良好的安全性奠定了在汽 车工业的主导地位。
我国最早是在一汽生产的 ,(00" 红旗轿车上 装备了自动变速器，但累计只生产了 # !12 台，尚不 具有工业化生产的意义。
#&&1 年上海通用汽车公司 ’ 34) + 生产的用于 别克轿车上的 .*/$5 电子控制自动变速器正式下 线，#&&& 年开始批量生产并投放市场，率先在国内 将 (* 作为标准配置装于轿车。#&&& 年中日合资生 产的本田雅阁轿车也正式投产，其 (* 为本田技术 6(7 型，它弃用行星齿轮，而选择常啮合平行轴式 结构，零件少、易制造是其长处，它采用了全电子直 控式变速装置，能使变速、燃油喷射以及巡航等控 制相结合。
$ 自动变速技术的现状及发展机遇与挑战
自动变速器种类很多，主要有液力自动变速器 ’ (* + 、电控机械式自动变速器 ’ ()* + 、无级自动变 速器 ’ ,-* + 。从技术发展角度看，关键是电子技术、 电液控制技术和传感技术。 $% # 液力自动变速器 !&’ "
它是将发动机的机械能平稳地传给车轮的一 万方数据
0+ 我国目前的国情应以 )/( 为主攻方向， 它性能价格比高，是 )( 价格的 # 1 % 2 # 1 3，即使入 关它仍有竞争能力；生产继承性好，改造的资金投 入少；且生产的批量要求灵活，小批量、小得益，大 批量、大得益；其硬件开发与软件研制对各种车型 在结构上、理论上是相通的，成果可推广到各类型 汽车上。我们不仅有自主知识产权，而且在“动态三 参数最佳换挡规律”、“动态闭环控制技术”、“自适 应控制技术”、“模糊控制技术”等自动变速理论方 面在世界领先。)/( 目前正处于产品化阶段，国内 开发的单位不少，想用的单位也很多，但都处于各 自为战的分散状态。如果能强强联合，将研究力量 集中、财力集中、试验集中、真正形成拳头，才能创 造效益。
*+ 关于 )(，我认为首先要开发液力变矩器 , (- & . ，它性能优良，不仅是 &’( 中的关键部件，还 可以与 )/( 组成新的液力机械传动，它可以称为 自动变速器的“灵魂”。虽然技术难度大，可是我们
研制也是很快的，与上海离合器总厂合作三年成功 开发出液力变矩器，对我们来说，不仅提前国产化， 而且既出产品又培养人才。可见引进只是手段，消 化、吸收、创新才是目的。
万方数据
—!—
如上所述，虽然பைடு நூலகம்客车上 (/ 比较适合于高级 旅游客车。而一般城市公共汽车在装用进口的 ()2 )*+,- 自动变速器时，其价格每台在 $0 3 $4 万元左 右，已大大超过与其配套的康明斯、玉柴等发动机 的价格，难以接受。这也是国外如日野的兰带客车、 56 7 (+89,:*;、伊顿等重型载货汽车多用 (1/ 的原 因。对于轿车，日本的 (<=( 轿车最早应用 (1/，近 年来瑞典的 <((>、德国的 >1? 7 10、法拉利 6$ 等 也装用 (1/，特别是大众 @AB, 轿车 " 油耗 !C && @ D $%% E: # 已向人们证明，要想今后达到 0 @ D $%% E: 的油耗目标，只有用 (1/ 或 1/ " 手动 # ，(/ 无法实 现。
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但效率低、难制造、成本高是 (/ 的缺点，为此 带有变矩器的 (/ 车几乎都是电子控制，且带有闭 锁机构，并扩大闭锁范围和缩短锁止结合时间；闭 锁离合器分离时，能量损失大，必须利用适当的滑 差控制以改善传动效率。完全闭锁对提高燃料经济 性直接有效，但防碍吸收振动和冲击，所以从这个 角度看也需与滑差控制方式并用。
速器、离合器和制动器的使用频率是一般车辆的 $% 倍左右，劳动强度极大，即使是职业驾驶员也因受 心理与生理所限，迫切要求使用自动变速器。国外 是几乎 $%% ! 装用，我国 $&&’ 年首次在国产公共 汽车上装备了 ())*+,- 自动变速器，遍及深圳、上海、 广州、南京等城市，其中深圳已占有 .% ! 。
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吉林大学 葛安林
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4+ 我们也要面对即将入世的现实，与世界 最具实力的公司合资办厂，形成战略联盟关系，使 跨国公司的国际竞争国内化。这是促进跨国公司转 移先进技术、降低成本、提高企业素质的最好办 法。在与跨国公司的合作和市场竞争中全面提升国 内企业的实力和自主开发能力。
5+ 我们应有效利用目前在自动变速器研究 方面取得的成果和各方面力量，建立与发展这一高 新技术产业，共同去开拓国内自动变速器技术的美 好未来。
与此同时，上海大众的帕萨特 8$、一汽大众的 捷达都市先锋上装备了自动变速器 (4. 9 &$。神龙 公司也向市场投放了装备进口的 (:. 智能型自动 变速器的富康 &11“领导者”以及富康 #; / : 轿车。 它采用了模糊控制理论和动力传动系统综合控制 技术，实现了智能化控制，电子控制单元中有 #" 种 换挡规律，按需分别调用几种换挡规律或同时或交 替工作，共同控制变速器的状态。
在几种自动变速器中，(1/ 的性能价格比最 高。在中低档轿车、城市客车、军用车辆、载货车等 方面应用前景较广阔。 !" ( 无级自动变速器 #)*& ’
世界最早的无级自动变速器，因为受传动橡胶 带强度所限制，难于推广实用，直到 $&F. 年因 GHI,,-J 发明了金属 G 型带才获新生。KG/ 速比光滑 变化，无级传递扭矩，乘坐舒适，加速性好，燃料经 济性高。但它的起动性能差，故需另加起动装置，现 在较多的 KG/ 选液力变矩器为起动装置，又称双无 级自动变速器。
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图 $ 变矩器性能的提高
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为了提高带的传动容量，带宽增加为 0% :: " 旧 式为 !. :: # ，& 层钢圈宽度扩大 !’ ! ，同时采用了 阶段式高油压系统。除上述的湿式金属带外，由树 脂和铝合金等构成的干式带 KG/ 被日本大发公司 在新开发的汽车上采用，皮带轮的连续变速的控制 使用直流电动机。该变速器的特点是，起步时通过 由定传动比齿轮构成的副传动路线来传递动力，保 证起步性能；当达到规定车速时，变换到由带传动 所确定的主动力传动路线，图 ! 所示为基本概念 图。
目前它在自动变速器中仅占 $ ! ，其中 &% ! 在日本，$% ! 在欧洲。日本 <ALH9A、M*++H-、N,-OH、 意大利 6*H8 等在车上部分选用。KG/ 虽已开发多 年，因设备更换量大、制造困难、价格也较高，故市 场销售一直在 $%% 万台 D 年中波动，上升趋势不明 显。但因其理论上性能优越，仍视为自动变速器的 主要发展方向之一。我国尚处于起步阶段，国外在 $C ’ @ 以下小排量的轿车上应用前景较好，日产公 司在 ! @ 级的车上的 KG/ 也开发成功。
一汽大众的奥迪 (/ 高级轿车上作为选装件的 (* 为 *<=>?@A<B 型，在自动变速的基础上可提供手 动换挡功能。在自动模式下可直接转到手动操作模 式，以此来领略驾车的多种乐趣。
北京吉普公司在切诺基越野汽车上小批量装 备了 (C. 自动变速器，现已达到 # """ 多台。
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我国汽车工业正处于发展和提高时期，随着技 术进步和人民生活水平提高，目前在国内已经形成 年产 #." 多万辆轿车的生产能力，轿车年产量已超 过 /" 万辆。随着轿车进入家庭，非职业驾驶员越来 越多，他们对简化操作的要求日益迫切。因此目前 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。
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汽车的发展经历了三大革命：动力革命、传动 革命与控制革命。先进国家目前正处于控制革命阶 段，即自动控制阶段。从各总成的单独控制向动力 传动系统一体化综合控制；从一般控制向智能化、 网络化控制发展。
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。
半圆环式的无级变速器正在研究中，它是利用 输入 D 输出圆盘和动力滚子间的剪切力传递动力，
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我国最早是在一汽生产的 ,(00" 红旗轿车上 装备了自动变速器，但累计只生产了 # !12 台，尚不 具有工业化生产的意义。
#&&1 年上海通用汽车公司 ’ 34) + 生产的用于 别克轿车上的 .*/$5 电子控制自动变速器正式下 线，#&&& 年开始批量生产并投放市场，率先在国内 将 (* 作为标准配置装于轿车。#&&& 年中日合资生 产的本田雅阁轿车也正式投产，其 (* 为本田技术 6(7 型，它弃用行星齿轮，而选择常啮合平行轴式 结构，零件少、易制造是其长处，它采用了全电子直 控式变速装置，能使变速、燃油喷射以及巡航等控 制相结合。
$ 自动变速技术的现状及发展机遇与挑战
自动变速器种类很多，主要有液力自动变速器 ’ (* + 、电控机械式自动变速器 ’ ()* + 、无级自动变 速器 ’ ,-* + 。从技术发展角度看，关键是电子技术、 电液控制技术和传感技术。 $% # 液力自动变速器 !&’ "
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研制也是很快的，与上海离合器总厂合作三年成功 开发出液力变矩器，对我们来说，不仅提前国产化， 而且既出产品又培养人才。可见引进只是手段，消 化、吸收、创新才是目的。
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如上所述，虽然பைடு நூலகம்客车上 (/ 比较适合于高级 旅游客车。而一般城市公共汽车在装用进口的 ()2 )*+,- 自动变速器时，其价格每台在 $0 3 $4 万元左 右，已大大超过与其配套的康明斯、玉柴等发动机 的价格，难以接受。这也是国外如日野的兰带客车、 56 7 (+89,:*;、伊顿等重型载货汽车多用 (1/ 的原 因。对于轿车，日本的 (<=( 轿车最早应用 (1/，近 年来瑞典的 <((>、德国的 >1? 7 10、法拉利 6$ 等 也装用 (1/，特别是大众 @AB, 轿车 " 油耗 !C && @ D $%% E: # 已向人们证明，要想今后达到 0 @ D $%% E: 的油耗目标，只有用 (1/ 或 1/ " 手动 # ，(/ 无法实 现。
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速器、离合器和制动器的使用频率是一般车辆的 $% 倍左右，劳动强度极大，即使是职业驾驶员也因受 心理与生理所限，迫切要求使用自动变速器。国外 是几乎 $%% ! 装用，我国 $&&’ 年首次在国产公共 汽车上装备了 ())*+,- 自动变速器，遍及深圳、上海、 广州、南京等城市，其中深圳已占有 .% ! 。