五大变速箱原理

五大变速箱原理、发展前景解析
MT、AT、AMT、DCT、CVT介绍
作者：Tony.Qian 来源：盖世汽车网发布时间：2009年08月25日
一、MT手动变速箱
MT的英文全称是manual transmission。

中文意思是手动变速器，也称手动挡。

即用手拨动变速杆才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。

踩下离合时，方可拨得动变速杆。

如果驾驶者技术好，装手动变速器的汽车在加速、超车时比自动变速车快，也省油。

MT变速箱是目前使用主广泛的变速器。

未来手动变速箱的发展趋势是档位不断提高，以使发动机的转矩和转速更好地匹配汽车复杂的工况需求。

随着人们对汽车驾驭简化的要求不断提高，特别是国人希望能简化汽车操作，手动变速箱的市场必定会受到AT、CVT、DCT、AMT四大变速箱的冲击。

有专家预测到自动变速箱的市场占有率将从2007年的74%下降到67%。

但MT手动变速箱由于机械可靠性高、结构简单、动力性好这些原因，手动变速箱会是变速箱领域重要的组成部分。

我们先来看一个2档变速箱的简单模型，看看各部分之间是如何配合的：
输入轴（绿色）通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个部件。

轴和齿轮（红色）叫做中间轴。

它们一起旋转。

轴（绿色）旋转通过啮合的齿轮带动中间轴的旋转，这时，中间轴就可以传输发动机的动力了。

轴（黄色）是一个花键轴，直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。

车轮转动会带着花键轴一起转动。

齿轮（蓝色）在花键轴上自由转动。

在发动机停止，但车辆仍在运动中时，齿轮（蓝色）和中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。

齿轮（蓝色）和花键轴是由套筒来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮（蓝色）。

挂进1档时，套筒就和右边的齿轮（蓝色）啮合。

见下图：
如图所示，输入轴（绿色）带动中间轴，中间轴带动右边的齿轮（蓝色），齿轮通过套筒和花键轴相连，传递能量至驱动轴上。

在这同时，左边的齿轮（蓝色）也在旋转，但由于没有和套筒啮合，所以它不对花键轴产生影响。

当套筒在两个齿轮中间时（第一张图所示），变速箱在空挡位置。

两个齿轮都在花键轴上自由转动，速度是由中间轴上的齿轮和齿轮（蓝色）间的变速比决定的。

真正的变速箱
如今，5档手动变速箱应用已经很普遍了，以下是其模型。

换档杆通过三个连杆连接着三个换档叉，见下图在换挡杆的中间有个旋转点，当你拨入1档时，实际上是将连杆和换档叉往反方向推。

轮（蓝色）。

倒档通过一个中间齿轮（紫色）来实现。

如图所示，齿轮（蓝色）始终朝其他齿轮（蓝色）相反的方向转动。

因此，在汽车前进的过程中，是不可能挂进倒档的，套筒上的齿和齿轮（蓝色）不能啮合，但是会产生很大的噪音。

同步装置同步是使得套筒上的齿和齿轮（蓝色）啮合之前产生一个摩擦接触，见下图
齿轮（蓝色）上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口，两者之间的摩擦力使得套筒和齿轮（蓝色）同步，套筒的外部滑动，和齿轮啮合。

汽车厂商制造变速箱时有各自的实现方式，这里介绍的是一个基本的概念！
二、AT自动变速箱
AT的英文全称是automatic transmission自动变速箱是由液力变扭器、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。

目前国内市场大多数自动变速档变速箱使用的都是AT变速箱。

一般来说，自动变速器的挡位分为P、R、N、D、2、1或L等。

自动变速器具有操作容易、驾驶舒适、能减少驾驶者疲劳的优点，已成为现代轿车配置的一种方向。

装有自动变速器的汽车能根据路面状况自动变速变矩，驾驶者可以全神贯注地注视路面交通而不会被换挡搞得手忙脚乱。

目前国内自动变速箱比较受欢迎，尽管AT自动变速器使用的液力变矩器会提高车辆10%左右的油耗。

和当今节能环保的发展趋势相背，但作为自动变速箱中技术最成熟的一款变速箱，AT在未来一定时间内，AT自动变速箱仍有广阔的发展趋势，市场占有率将进一步提高。

未来AT自动变速箱的发展趋势是向多档位的AT变速箱发展。

自动变速箱工作原理
如果你开过自动档的车的话，你就知道自动档和手动档有两大区别
自动档不像手动，没有离合器
自动档不用换档，把档把拨到DRIVE D档就行。

自动变速箱(加上扭矩转换器TORQUE CONVERTER，有的地方叫它湿式离合器) 和手动变速箱(加上离合器) 用完全不同的方法做到了相同的功用。

汽车中自动变速箱的位置
跟手动变速箱一样，自动变速箱的主要作用就是把引擎的输出变换出很大的速度变化范围输出到驱动轮上。

奔驰CLK自动变速箱的解剖图宝马7型的6速变速器
手动和自动变速箱之间一个很重要的不同就是，手动变速箱通过把不同直径的齿轮锁住到输出轴上来达到改变齿轮比，而自动变速箱却用同一组齿轮的不同排列来产生不同的齿轮比。

那组齿轮叫做行星齿轮。

一个自动变速箱是两个行星齿轮组合在一起组成的一个整体。

从左到右：圈齿RING轮GEAR，行星载体PLANET CARRIER，和两个太阳齿 SUN GEARS
任何行星齿轮都有三个重要组成部分：
太阳齿
行星齿和行星齿载体
圈齿
每个组成部分都可以变化成为输入，输出或者静止。

选择不同的组合，就可以得到不同的齿轮比。

这样的话一组齿轮毋需和其他齿轮联上，分开就可以输出不同的齿轮比。

把两组齿轮排成一行就可以得到四个前进档和一个倒车档。

扭矩转换器(也叫湿式离合器)TORQUE CONVERTERS的工作原理
如果你读过上面关于手动变速箱的讨论，你就知道引擎是通过离合器和手动变速箱连接的。

如果没有离合器的话要停车的话就非得把引擎关掉。

但是用自动变速箱的汽车是不用离合器的。

它使用的是扭矩转换器。

现在我们来看看为什么自动变速箱需要扭矩转换器，扭矩转换器的工作原理和扭矩转换器的优点和不足。

和手动变速箱一样，自动变速箱的汽车也需要在车轮和变速箱静止时能够让引擎仍旧能够转动。

手动变速箱用的是离合器来把引擎和变速箱断开。

自动变速箱用的是扭矩转换器。

扭矩转换器在引擎和变速箱之间
扭矩转换器是一种液体耦合器FLUID COUPLING，它能让引擎和变速箱各自独立旋转。

如果汽车在等红灯发动机怠速，引擎的转速很低，它输入扭矩转换器的扭力就很小。

所以只要轻踩煞车就可以让汽车保持静止。

你可以试试，如果你左脚去踩一下油门的话，你的右脚就要踩重一点煞车才能让汽车保持静止。

因为你给油的话，引擎转速上升，将更多的液体抽入扭矩转换器，这样就向轮子输出了更多的扭力。

如下图所示，在扭矩转换器坚固的外壳里有四个组成部分。

泵PUMP
涡轮TURBINE
定子STATOR
变速箱液体TRAMISSION FLUID
从左至右：涡轮，定子，泵
扭矩转换器的外壳是固定在引擎的飞轮上的，所以它和引擎转速同步。

泵上的叶片是固定在外壳上的，所以它们和引擎转速也是同步的。

下图显示各个部件是怎样装配起来的。

扭矩转换器的泵是一种离心泵。

它转动的时候就把液体向外甩。

当液体向外甩后中心就产生了一个真空这样就可以吸入更多的液体。

液体进入了和变速箱相联的涡轮的叶片，这样涡轮就推动变速箱转动。

这样汽车就开始向前跑了。

除了不用关闭引擎能让汽车停下以外，扭矩转换器事实上在汽车起步加速时输出更大的扭矩。

现代的扭矩转换器能够把引擎的扭矩放大两到三倍。

当引擎的转速比变速箱转的快时扭矩转换器能够输出比引擎大的扭矩来了。

高速时，变速箱的速度就渐渐追上引擎的转速了。

最终两者的速度就很接近了。

当然最好是相同，因为他们转速不同的话，就有能量损耗。

这也就是为什么自动档的车比手动要耗油的原因之一。

为了解决这个问题，有些汽车上的扭矩转换器上有一个锁止离合器LOCKUP材CLUTCH。

当扭矩转换器的两半转速相近时，锁止离合器就把它们联起来，这样它们之间就没有滑动。

提高了传动效率。

三、AMT机械式自动变速箱
AMT的英文全称是automated mechanical transmission。

中文意思是机械式自动变速箱。

AMT可以看成是自动的手动变速箱
AMT变速箱，是在通常的手动变速箱和离合器上配备一套电子控制的液压操纵系统，以达到自动切换档位目的的机构。

其实就是在手动变速器，也就是齿轮式机械变速器（MT）的原有基础上加装了微机控制的自动操纵系统，以此改变原来的手动操作系统。

因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选挡的两个动作，其核心技术是微机系统，电子技术及质量将直接决定AMT的性能与运行质量。

配备AMT的汽车不再需要离合器踏板，驾驶者只需简单地踩油门踏板就可以非常简单地启动和驾驶汽车。

AMT汽车驾驶简单，驾驶者则只需要踩油门，由AMT系统会自动地选择换挡的最佳时机，从而消除了发动机、离合器和变速箱的错误使用，避免换错挡，这一点对驾驶新手和整车的可靠性都非常重要。

AMT变速箱在三类新型自动变速箱中，技术难度相对较低，但是存在换挡动力中断等影响驾驶舒适性的问题。

在国内，AMT目前只应用于一些A0级别的车型。

由于涉及车型范围较少、车辆也比较低端，AMT缺少推广的平台，发展前景是三类新型自动变速箱中最不乐观的。

四、DCT双离合器变速箱
DCT的英文全称是double clutch transmission.中文意思是双离合器变速箱。

也有人称之为DSG （Direct-Shift Gearbox），中文表面意思为“直接换挡变速器”。

大众汽车在2002年于德国沃尔夫斯堡首次向世界展示了这一技术创新。

新一代DCT变速器采用了双离合器和6个前进档的传统齿轮变速器作为动力的传送部件，主要与高扭矩的发动机配合使用。

DCT有一个由两组离合器片集合而成的双离合器装置，由电子控制及液压装置同时控制两组离合器及齿轮组的动作。

一个多片式离合器连接1、3、5挡和倒车挡，另一个连接的是2、4、6挡。

在某一档位时，离合器1结合，一组齿轮啮合输出动力，在接近换档时，下一组档段的齿轮已被预选，而与之相联的离合器2仍处于分离状态；在换入下一档位时，处于工作状态的离合器1分离，将使用中的齿轮脱离动力，同时离合器2啮合已被预选的齿轮，进入下一档。

两个多片式离合器的一合一闭几乎保持在同一时间内完成，整个过程往往只需要0.2秒的时间。

目前，国内市场上，大众的迈腾使用了DCT变速器。

DCT变速器能满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求。

相比较目前中国市场上广泛使用的AT自动变速器，DSG可以降低油耗。

与传统MT手动变速器相比，在整个换档期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，令动力没有出现间断的状况。

但相比AMT对于MT的改动，由于DCT变速器的结构和国内常用的MT手动变速器相差较大，改进新的生产投入较大。

目前DCT变速箱面临的主要问题是制造加工的精度要求很高。

DCT双离合器变速箱是以大众集团为首的欧洲车系主推的一款新型自动变速箱。

由于大众和一汽、上汽的合作，在我国拥有广泛的市场基础，由此DCT变速箱拥有广阔的推广平台。

盖世汽车网认为，DCT 变速箱的发展前景最为乐观。

五、CVT机械式无级变速器
CVT 的英文全称是Continuous Variable Transmission，中文意思是“机械式无级变速器”。

CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。

德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就将V 型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。

但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(转矩局限于135Nm以下)，离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。

现在，将液力变矩器集成到CVT系统中，主、从动轮的夹紧力实现电子化控制，在CVT中采用节能泵，传动带用金属带代替传统的橡胶带。

新的技术进步克服了CVT系统原有的技术缺陷，导致了传递转矩容量更大、性能更优良CVT的面世，汽车界对CVT技术的研究开发日益重视。

CVT能实现无级变速，因此能根据车辆和路面实际情况，改变传动系统的传动比，使发动机在功率和燃油消耗率都在最佳范围内工作。

因此相比较有级变速器，CVT变速器的动力性。

同时，CVT通过改变主、从动轮工作半径实行无级变速，比起目前国内市场上常用的AT自动变速器通过液力变矩器实行无级变速，CVT的传动效率和燃油经济性都大大提高。

CVT无级变速器是采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。

可以使传动系与发动机工况实现最佳匹配。

金属带式无级变速器的系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。

主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。

可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。

发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。

工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。

由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。

目前国内使用CVT无级变速器的车型主要有南汽名爵MG3 SW 1.8L，东风日产的轩逸、逍客、新天籁和新奇骏、广本飞度、奇瑞旗云以及奥迪Multitronic等。

CVT机械式无级变速箱是日系车企主推的一款新型自动变速箱。

拥有一定的推广基础。

不过CVT使用的钢带主要掌握在博世等少数公司手中，而其国内尚无加工制造CVT一些部件的条件。

因此CVT变速箱在我国推广尚需提高其支持设施。