自动变速箱基础知识大全（精品） .doc

上海汽车股份有限公司汽车齿轮总厂自动变速箱基础知识讲 义编著:2002年9月§1 绪 论1概述一、 AT类型二、 液力传动的发展历史三、 HMTAT基本构造发展历史四、 AT控制技术的发展五、 HMTAAT发展历程2AT和MT的分析比较一、 AT的优点二、 AT存在的问题和进行的改进方向三、 汽车传动系技术发展趋势3AMT技术发展动向一、 概述二、 AMT基本组成和工作原理三、 AMT和HMT分析比较4CVT技术发展动向一、 概述二、 CVT的结构和性能特点分析三、 CVT和HMT的比较5其他第一章 绪论§1 概述一、自动变速箱（AT automatic transmission）的类型AT有以下几种形式：（一）液力机械AT-AMT(Hydrodynamic Mechanical Transmission)广泛应用于轿车、公共汽车、重型车辆和商用车上，它是目前AT的主流。（二）机械式AT-AMT（Automated Mechanical Transmission）在机械式变速箱基础上加上微机控制电液伺服操纵换档机构，目前仅在局部卡车上运用。（三）无级式AT-CVT(Continuously Variable Transmission)又有三种形式：1、机械式：有不少形式。目前所谓的CVT是指推块金属V型带式电子控制AT，在轿车上已开始批量试用。2、静压式：(Hydrostatic Transmission HST)在工程车辆和农业机械上已应用，但存在效率、噪声、重量和速度限制等问题，在汽车上没有应用。3、电力式：用于电动汽车(EV Electric Vehicle)。二、液力传动的发展历史Fottinger,三元件一级单相，失速扭矩比为5PRRTTTrilok,三元件一级两相，失速扭矩比为3.7RPTLysholm-Smith,六元件三级单相，失速扭矩比为4.7PRTTGeneral Motors Hydromatic,液力偶合器，扭矩比为1PTGeneral-Motors Torquematic,四元件一级三相相，失速扭矩比为3.6PRRTBuick two-stage Dynaflow,五元件两级多相，失速扭矩比为3.2（3.5）RPRTT1.Z.F.Hydromedia, 2.General Motors,3.Chrysler Torque-flite,4.Ford Fordmatic, 5.Renault Trans-fluide, 6.Broukhouse, 7.Borgwamer,对称型三元件一级两相，失速扭矩比为2.13.6RTP图1 历史上曾出现过的具有代表性的液力变矩器液力变矩器于1905年由德国Dr.Fottinger盖尔曼·费丁格创造，作为蒸汽发动机减速器。1928年英国人Sinclair和Vickers一起成功地创造了液力偶合器并实用化。1930年British Daimlar Car Corp公司将由辛普森式行星齿轮和液力偶合器组成的自动变速器用于汽车上。1940年导轮装在自由轮上的综合式变矩器用于汽车自动变速器并批量生产。图1列出了历史上曾出现过的具有代表性的液力变矩器（包括液力偶合器）。从液力变矩器的发展过程，我们可以清楚的看到，液力变矩器的发展有两大特点。第一，逐步从结构较复杂的多元件多级向结构简单的对称型三元件单级两相型式发展，目前小汽车上已绝大多数采用这种型式。第二，目前液力变矩器失速变矩比K0在1.62.7之间，一般K0在2左右，对于档位多的自动变速箱（五档）K0小于2，为了通用，变矩器的变型产品K0可能大于2。变矩器这样的变化和发展，反映了人们对事物的认识过程。一开始人们认为变矩器可以自动无级变速，汽车传动系的变矩任务主要应该由变矩器来完成，而机械式变速箱只起辅助作用。因此在设计中尽量提高其变矩比，开发了不少结构复杂的多元件多级变矩器，K0最高时曾达78。但是不久人们发现，液力机械式自动变速箱最主要的问题是变矩器效率低、费油，多元件多级变矩器效率尤其低，采用变矩器必须解决效率低的问题。在提高变矩器效率的过程中，发现要提高其效率只能简化结构和降低变矩比，将K0降低到2左右，才能使变矩器效率接近90%左右。人们开始认识到，变矩器主要是在起步和加速时起作用，汽车传动系的变矩任务主要应由机械式变速箱来完成。液力变矩器的优点主要是：1.自动变矩，起步时外界扭矩自动增大，提高起步性能，行驶时能适应外界阻力的变化。扭矩和牵引力随油门踏板变化很容易操纵调节，特别是低速起步和爬坡时，使得驾驶容易方便。2.减少起步和换档时冲击，降低传动系动载荷，延长传动系寿命。3.隔离发动机扭矩不均匀性引起的振动，降低噪音，给人以驾驶平稳的高级感觉，提高乘坐舒适性。4.提高车辆的通过性。车辆在软路面（如泥泞地、沙地、雪地等）上起步和加速时，车轮下陷量较机械传动约小25%，滑转小，附着储备大23倍，能以稳定牵引力和任意低的车速行驶。5.防止发动机因过载而突然熄火。液力变矩器的主要缺点是传动效率低，增加油耗。为此采用闭锁离合器来克服此缺点。1978年美国克莱斯勒公司首先在AT上采用闭锁离合器。最初采用闭锁离合器其闭锁区域仅限于高档、高车速和低油门开度很狭窄的区域。在抵挡时，由于发动机不稳定，变矩器不闭锁，这样的闭锁控制对车辆燃油经济性的提高作用不大。为此，变矩器的闭锁进一步向低速小油门开度领域扩张。闭锁离合器闭锁后，变矩器失去作用，成为直接机械传动，作为振源的发动机所发出的振动和噪声就无法隔绝。因此，就存在着燃油经济性和平稳性之间的矛盾，采用闭锁离合器打滑控制，使得变矩器在抵挡时采用分流传动，部分动力经液力传动，部分动力经闭锁离合器机械传动。采用闭锁离合器微小打滑方式，使得油耗增加不多，但驾驶平稳性大大提高，使得闭锁区域扩大至全档位。打滑控制是由改变闭锁离合器摩擦片上压紧油压来实现的，通过控制闭锁离合器摩擦片的压紧力大小可以控制闭锁离合器的打滑程度。为了精确地控制闭锁离合器的结合油压，采用了电子控制。有两种方式：通过微机发出信号给电液比例阀或高速电磁阀来控制结合油压，以实现目标打滑率。打滑控制需要确定合适的闭锁强度目标打滑率，目标打滑率与行驶工况和驾驶情况（车速、油门开度、党委和加减速等）有关。目标打滑率通过实际试验和理论分析来确定，各种情况下的目标打滑率存储在微机内存中，通过传感器检出泵轮和涡轮转速，输给控制器，算出实际打滑率，和目标打滑率比较进行控制。控制方式最初采用PID反馈控制。但由于情况复杂，控制过程要求迅速稳定，现采用模糊控制、学习控制和鲁棒控制等。从80年代后期开始，进入90年代世界各著名汽车公司AT几乎都采用了闭锁离合器打滑控制。新的闭锁离合器控制系统在以下方面也做了改进。1、缩短闭锁结合的时间提高闭锁结合油压的控制精度：过去为避免变矩器闭锁时产生冲击，必须使控制闭锁离合器的油压从低压缓慢上升，以保证结合平缓，但结合的时间长。为了既保证结合的平缓，又实现快速结合，控制系统必须快速确定闭锁所需要的油压，并进行精确控制。提高压紧活塞的响应：从结构上保证闭锁时作用在压紧活塞上的压力按要求分布，使结合平滑，动作响应快。2、确保低速时闭锁的油压通常在低速时，油泵的流量会下降，闭锁离合器结合的油压也随之下降。为此，在变矩器控制油路中增加了闭锁压力调节阀，使得低速时进入冷却器的流量减少，从而保证闭锁所需要的油压。3、噪声控制图2 变距器特性分析发动机作为加振源，其扭矩波动机械地传至传动系引起传动系的扭矩振动，进而发出嗡嗡的噪声；另外，发动机振动的反作用力经车架传至车身，产生嘎哒嘎哒的噪声。新的闭锁离合器控制系统采取了各种措施来消除或减少这些噪声。近年来，变矩器在以下方面进行了改进提高：1、匹配的优化 改进了发动机与变矩器的匹配，使变矩器在高效区工作； 2、变矩器特性曲线的改进为进一步提高变矩器的效率，对变矩器的特性曲线进行改进，如图2所示，虚线是原来的变矩器的特性曲线，实线是改进后的特性曲线，从图中可以看出，改进后的曲线：力矩系数的设计更合理，失速时力矩系数要小，否则输入力矩大，油耗高；但过小，起动驱动力小，使低速区域操纵性差；因此失速时力矩系数值要合理选取。在高速比范围力矩系数特性要与车辆的动力性相匹配。尽量提高变矩器区域的最高效率。3、设计方法的提高采用三维叶栅理论，合理确定循环圆的形状，对泵轮、涡轮的叶片角度和定子叶片形状最优化设计，使得结构紧凑，效率高。同时进行计算机模拟仿真，正确预测性能。三、液力机械式自动变速箱基本构造的发展历史（b）复杂变矩器加两档行星变速箱（a）偶合器加多档行星变速箱（d）在三档AT基础上加一行星排实现四档（c）三元件两相变矩器加三档行星变速箱（f）五档AT（e）双排四档AT图3 液力机械式自动变速箱基本构造的发展历史液力机械式自动变速箱从1939年诞生到现在已快60年了，通过各方面的开发和创新，产品经历着不断的改良、进化和演变，各项技术从诞生、成长到成熟，从低级向高级发展。新技术诞生初期往往需要进行各方面的尝试，各厂家提出了各种各样的方案，但最终趋向于技术上最合理的方案。（一）历史上曾采用过的典型方案（如图3所示）1、偶合器加多档位行星变速机构图3（a）是世界上第一台自动变速箱Hydromatic的传动简图。该变速箱除一档外，均采用功率分流，仅部分功率通过液力偶合器传递。这种方案的缺点是偶合器无变矩功能，车辆起步加速性能差，而且换档冲击大。2、多元件多级多相变矩器加简单行星变速箱图3（b）为复杂变矩器加两档行星变速箱方案。此方案的特点是变矩器变矩范围宽广，机械变速部分档位数少，结构简单，但复杂的变矩器传动效率很低。3、三元件两相变矩器加三档行星变速箱图3（c）为三元件两相变矩器加三档行星变速箱方案。由于液力机械式自动变速箱的主要缺点是变矩器效率低，为了提高变矩器效率，大家都采用结构简单、效率高的三元件变矩器，后加行星变速机构。此方案成为液力机械式自动变速箱主流结构。（二）多档位化为了提高AT车的动力性和降低油耗，同时随着汽车高速化，都要求增加速比范围，头档速比大，起步性能好；最高档速比小，在高速公路上行驶时油耗低，噪声小。减小速比的间隔，使换档平稳响应快，使发动机的转速在合理的使用范围内，行驶宁静。因此AT增加档位数是技术上的发展趋势。最初AT有两档的，但在50至60年代主要是三档自动变速箱，到了70年代发展到四档AT。最初四档AT往往是在三档AT基础上加一行星排来实现的，结构不紧凑，零件较多（图3(d)）。该AT增加了一个超速档（OD），速比在0.7左右，当不需要高驱动力且要求车辆稳速行驶时，采用超速档可使发动机在低转速下运行，以减少发动机的摩擦损失，降低油耗和噪声。到了80年代（初），各主要厂家都开发了专为四档变速箱设计的四档双排行星变速机构，结构简单紧凑合理（图3(e)）。到了80年代末，档位进一步增加至五档。（图3(f)）。日产公司于1989年开发了世界上首台液力机械式五档AT，接着丰田、三菱、宝马以及奔驰公司也相继推出了五档AT。日产公司还专门研究了档位数对汽车的起步加速性能和燃油经济性的影响，其结果如下：1、档位数和速比范围对起步加速性能的影响如图4(a)所示。通常4档变速箱最小速比（超速档时）为0.7，最大速比的增加可提高汽车的加速性能。从图中可以看出，档位数大于6或1档的速比大于4时对加速性能的提高作用已不明显。2、档位数和速比范围对燃油经济性的影响如图4(b)。通常4档变速箱的最大速比（1档时）取3.0，增加速比可提高燃油经济性，从图中可以看出，档位数大于6或最小速比低于0.7，对燃油经济性提高影响很小。从上面分析可知，从轿车的动力性和经济性来看，轿车的档位数最多可以用六档，超过六档就没有意义了。从结构角度来看，档位的增加，AT的结构必然复杂，从4档增加至5档，变速箱的行星排数必须从双排增至3排，使制造成本增加，降低了性能价格比。因此目前五档变速箱宜用于高级轿车,而中低档轿车仍然以4档为主。图4b 燃油经济性图4a 起步加速性能（三）手动模式（手动和自动换档一体化）装有AT的汽车驾驶容易、行驶平稳，给人以高级舒适的感觉，已为广大用户接受；装有MT的汽车虽然驾驶困难、动作迟滞、不连续令人感到不舒服，但是，司机可以自由地选择档位，能充分体会驾驶的乐趣。为了同时满足用户的这两种要求：既有AT容易驾驶的好处，又有MT自由选择档位的驾驶乐趣，在AT上设有手动模式（手动顺序换档）已成为90年代AT发展的一个新特点。图5 本田Smatic 带手动模式，AT换档操纵杆为满足客户的要求，日产公司提出了以下的指标来衡量变速器的性能：1、直接感：踩下油门踏板，立即产生加速感觉；2、发动机制动感：油门放松时，发动机制动起作用；3、换档响应：换档操作开始至换档终止的时间短；4、换档的平顺性：换档过程中冲击要小；5、换档选择性：按司机的愿望自由地选择档位的灵活性；图5 性能要求比较图6、最高转速：发动机能上升的最高转速。带手动模式AT、AT和MT以上性能指标的比较如图5所示，虚线表示MT，点划线表示AT，实线表示带手动模式AT。MT的直接感、发动机制动感、最高转速以及档位选择性等指标比较好；AT的换档平顺性比较好。为了改善AT的性能，加上了手动模式，如图5中实线所示，加上手动模式后，AT的直接感、发动机制动感、最高转速、档位选择性以及换档响应都有很大提高，1、直接感及发动机制动感由于直接机械传动，MT对油门操作直接产生加减速反应。为此，手动模式在24档，变矩器闭锁；考虑到要使全部档位发动机制动均能起作用，为手动模式设计了专门的电液控制系统。为提高燃油经济性开发闭锁离合器控制技术的基础上，为了在广的范围内踩油门时变矩器不解锁，开发了手动模式专门的闭锁离合器控制油路。因此变矩器平滑感感觉不到，踩油门直接感提高。手动模式的13档用于发动机制动的接合元件始终结合。放油门时，由于自由轮作用，发动机的转速不会降低。因此通过此接合元件结合和减速时闭锁离合器不解锁，使放油门时发动机制动感提高。2、换档响应和换档平顺性为了综合AT模式的平稳换档和手动模式换档的快速响应，采用两者结合的换档方式。手动模式根据司机愿望换档，要求对应的不同油门开度和车速按最佳油压变化换档。不采用换档过程中逐步修正油压的反馈控制，而采用快速处理确定调压值的换档控制，从而提高了换档响应。由于采用了手动模式专门的与换档条件和过程相适应的确定油压控制方法，使得在全领域内既实现快速的换档响应，又得到良好的力矩特性，特别是在换档频率高的自动换档线附近，其换档性能不比AT差。为了获得良好换档性能，充分利用了电子控制的特点，同时为提高阀的响应，设计时尽量缩短油路，降低油路阻力。另外，为增加低转速下泵的流量采用了摆线泵，并对各接合元件的活塞和蓄能器尺寸进行最优化设计。3、换档选择性手动模式下，司机可以在更广阔的范围内自由选择档位。能排除自动变速一些不必要的换档，需要快速降档操纵时，能一下就换到所希望的档位，能提高发动机制动效果。4、换档操纵性为了使手动换档操纵更方便，在换档杆和转向盘上都没手动换档开关，可以实现手不离开方向盘就能手动换档。方向盘转角大时，方向盘上开关使用不便，可使用换档杆，在手动模式使用比率最高的山路行驶（方向盘转角大）和山路中高速公路行驶时（方向盘转角小）有这样两种操纵方式很合适。四、AT控制技术的发展（一）液压控制六七十年代以前的自动变速箱均采用全液压控制。全液压控制系统包括由许多液压控制阀组成的阀体总成以及液压管路。它通过机械的手段，将车速和节气门开度这两个参数转变为液压控制信号；阀体中的各个控制阀根据这些液压控制信号的大小，按照设定的换档规律，控制换档执行机构的动作，实现自动换档。全液压控制系统的缺点是：控制精度低，难以进行精确的换档点控制，不能适应发动机工况、外界阻力和行驶情况的变化；无法按使用者愿望实现多种换档规律；无法实现精确的换档品质控制。进入80年代，已被淘汰，目前AT基本上都是电子控制。（二）电子控制1969年法国雷诺R16TA轿车自动变速箱首先采用了换档点电子控制。自动变速箱的电子控制系统包括微机、各种传感器、电磁阀及控制电路等。它将控制换档的参数（如车速、油门开度等）通过传感器变为电信号，经过微机的处理，将控制信号作用于换档电磁阀，通过电液操纵实现自动换档。第一代电子控制的特点是：1、在换档控制方面：为了满足各种驾驶员的兴趣、性格和愿望以及不同的行驶情况，设定了固定的换档控制程序供选择，例如，运动型（动力性最佳）适宜于喜好运动的年轻人；经济型（燃油经济性最佳）适宜于老年人和妇女；雪地型适宜在冬天下雪光滑的路面行驶等。2、在换档品质控制方面：主要采用简单的反馈控制和开环控制，对各种复杂换档情况只能进行粗略控制。采用电子控制后，由于液压操纵系统简化了，液压阀的数量减少，自动变速箱重量减轻，结构也变得更为紧凑。（三）智能控制第一代电子控制所设定的固定有限的换档模式无法完全满足以下驾驶要求：1、按照驾驶员的意愿进行换档。根据不同类型的驾驶员的性格爱好和驾驶习惯以及驾驶员在不同时刻的驾驶情绪来进行换档，因人而异（考虑更换司机）地进行换档。特别是要求能在短时间内，通过检测出司机驾驶操作动作（油门、制动和转向操作等），经过微机分析处理，能立刻理解司机此时此刻的心情和驾驶意愿，使换档尽可能符合司机要求。2、满足行驶环境发生变化时的换档要求。自动变速箱不但要在普通的路面上行驶时能够正确换档，而且在某些特殊环境条件下，例如在上坡下坡、不同路面，公路行驶和市内驾驶、弯道以及拖挂车等，要求通过检测出有关信息，经微机分析处理后能识别行驶工况和道路情况，因地制宜地进行换档。3、适应车辆自身参数变化时的换档要求。车辆的许多参数随着使用时间的增加会发生变化，例如发动机性能下降、摩擦材料的磨损、润滑油的变质等。自动变速箱要能够根据这些变化在控制上自行进行调整。为了达到以上的要求，自动变速箱必须有获取信息、分析信息和处理信息的能力。这些信息包括反映司机愿望的信息、识别行驶工况和条件的信息以及判断车辆参数变化的信息。此时变速箱控制系统变成为非线形复杂的控制系统，采用过去传统的控制方法和信息处理技术是不够的。必须采用智能控制技术如鲁棒控制、模糊控制、自适应控制、学习控制、神经网络和仿生物控制等，以适应各种司机类型、环境条件和行驶状况。给自动变速箱赋予灵性，能够更好地理解和领会人的意图，具有更好的适应环境的能力和自身的调节能力。在国外，对自动变速箱的智能控制技术的研究已经成为自动变速箱研究的一个热点，也是AT一个重要的技术发展方向。从80年代后期至90年代初期，世界各著名的汽车公司纷纷开发了AT智能控制系统，如宝马AT自适应控制系统（AGS）、三菱INVECS（Intelligent and Innovative Vehicle Electronic Control System）智能创新车辆电子控制系统、丰田“ECTI”(Intelligent Electronic Control System)系统等等。智能控制系统主要解决的技术问题是汽车信息处理技术，内容包括：1、信息检测技术：扩大汽车感觉器官的功能。传感器问题、高性能传感器技术有待我们去掌握和开发。2、信息处理技术：涉及到控制方法和现代控制理论，需要应用和发展现代控制理论。为了高速处理信息，目前控制器已从八位机发展到二十四位机。3、信息转换技术：微机处理和输出的电信号，如何转换成相应的机械动作，即电液转换技术，各种电液比例阀和执行元件。（四）集成控制汽车电子控制系统一体化。发动机控制和AT控制、巡航控制、牵引力控制、四轮驱动控制和ABS等联合起来进行综合控制，这也是一个技术发展方向，有待研究的课题。五、液力机械式自动变速箱的发展历程图6描述了液力机械式自动变速箱的发展历程。结构发展控制方式图6 液力机械式自动变速箱的发展历程（一）结构发展历程1、1939年，第一台自动变速箱诞生，为美国GM公司Oldsmobil汽车上采用的Hydromatic自动变速箱。2、1950年，美国Ford公司带变矩器的三档自动变速箱是液力机械式自动变速箱成熟机型的代表。3、1965年，英国AP公司生产了第一台FF（发动机前置，前桥驱动）自动变速箱，促进了自动变速箱的小型化。4、1974年，德国VW公司生产的FFAT是该类产品成熟机型的代表。5、1977年，带有超速档的四档液力机械式自动变速箱诞生。6、1978年，美国克莱斯勒公司在轿车上采用变矩器闭锁离合器获得成功。7、19XX年，带手动模式的自动变速箱。8、19XX年，采用变矩器闭锁离合器打滑控制。9、1989年，五档液力机械式自动变速箱诞生。10、六档液力机械式自动变速箱诞生。（二）控制方式发展历程1、六十年代以前，液力机械式自动变速箱均采用液压控制。2、1969年，法国雷诺R16TA轿车自动变速箱首先采用了换档点电子控制。3、七十年代初，带有液压控制闭锁离合器的液力变矩器投放市场。4、1981年，带有电子控制闭锁离合器的四档自动变速箱开始装在轿车上。5、八十年代，自动变速箱采用微机控制，具有多种换档模式可供选择；利用微机还可控制和调节接合元件油压，改善换档品质。6、九十年代，世界各大汽车公司相继开发和应用了智能型电子控制系统，具有学习和自适应功能。§2 自动变速箱（AT）与手动变速箱（MT）的分析比较液力机械式自动变速箱是世界上最初的汽车自动变速箱，经过长期的使用和改进已成为汽车非常成熟和标准的自动传动式，使用中可以不需换油和保养行驶几十万公里。液力机械式自动变速箱是目前汽车自动变速箱的主流。目前轿车上自动变速箱的装车率为：美国90%以上，日本已快接近80%，西欧20%左右。在市内客车重型卡车和工程车辆方面,AT车也占优势。从静态来看，AT车数量已超过MT车。但西欧的情况是个例外。究其原因，我们认为是由于西欧机械技术很先进，他们不太愿意放弃自己优势的东西，例外MT确实也具有很多优点，还没有到淘汰的时候。从动态来看，AT车上升势头很快。图7给出了世界轿车AT装车率的发展情况。到目前为止，AT装车率仍呈上升趋势。Year图7 世界轿车AT装车率发展情况一与手动变速箱相比，AT在以下方面具有明显的优点：容易驾驶是汽车很主要的使用要求。图8是手动变速器和自动变速器操作上的比较：图8 手动变速器和自动变速器操作上的对比从上图可清楚地看出，手动换档操纵动作实在太多，对初学驾驶者很难掌握，成为驾驶汽车一大难点。城市客车每分钟需换35次档，每换一档需五个动作，即松油门踩离合器踏板（脱开离合器）移动换档杆松离合器踏板（接合离合器）踩油门。每次起步，驾驶员要连续完成2030个手脚协调工作，这加剧了驾驶员精神和体力上的疲劳，分散了驾驶员在行驶方向上的注意力，增加了交通事故的发生率。而AT车没有离合器踏板，当汽车处于前进档行驶位置时，起步超车转弯上下坡都无需驾驶员的换档操作，驾驶员只需操纵油门，这使得驾驶大大简化。如果采用巡航控制，甚至不用操纵油门。双手掌握方向盘时间长能提高行驶安全性，可使行车事故降低1/41/3。AT车没有复杂的换档操作，适宜于初学开车者，只需花通常学习驾驶人工换档车时间的一半就能学会开车，适用与女性和老年驾驶者以及不常开车者。开车者应先学AT车后学MT车，最好AT车和MT车的驾驶执照也应区分开来。在国外，驾驶AT车的驾驶员经过两个星期的培训就可拿到驾驶执照，而驾驶MT车的驾驶员则需一个月。AT车的优点主要体现在换档操作频繁的短途和交通阻塞稠密地区，城市出租车采用AT车比较合适，可减轻驾驶员疲劳，增加劳动时间。AT车可降低对驾驶员的要求，而手动换档要求司机要了解和掌握有关汽车发动机及底盘的一些专门知识并具有驾驶经验。2AT车换档平顺，可改善换档感觉，提高乘坐舒适性。液力变矩器能把发动机转速控制在一定范围内，有利于降低发动机振动和噪声。3排气污染与发动机转速有关。AT车能使发动机在较小污染的转速范围内工作。而手动换档在换档过程中常伴随着供油量急剧变动，发动机转速大起大落，不稳定工况导致汽车污染严重。4AT车降低了传动系统载荷，自动变速能较好地适应地形路面的变化，可提高平均车速，具有良好的通过性。而MT车在换档时存在动力切断问题，这会使车速降低，特别是汽车在陡坡上行驶时存在下滑问题。5AT车可进一步向自动导航智能化综合控制方向发展。二AT车存在的问题和进行的改进一般认为AT车存在以下问题，长期以来针对这些问题进行了许多改进。1AT车的耗油问题。AT的功率损失稍大，主要包括以下三部分：液力变矩器换档离合器和制动器以及控制油路的能量损失。三部分损失所占的比重分别为：变矩器损失约占70%，换档离合器和制动器的拖带损失约占15%，油泵驱动损失约占15%。近年来为改善AT效率低油耗大的缺点进行了大量的工作，采用了以下措施：（1） 为了解决变矩器效率低的缺点，采用了闭锁离合器，使变矩器仅在起步加速时和克服大阻力时才起作用，而在稳定行驶时变矩器被闭锁不起作用。起先仅在高档变矩器闭锁，现已发展到全部档位都能闭锁，同时采用结构简单的三元件变矩器，降低变矩比，提高效率，在变矩器设计中还采用了三维流动理论，使变矩器本身的效率得到了提高。目前，变矩器最高效率已接近90%左右。（2） 为了减少AT液压操纵系统的油泵损失，采用变量泵按需供油，避免发动机高转速时供油过多，同时油泵的压力也能调节，按发动机传递扭矩的大小（油门开启）来改变系统油压，在保证接合元件（离合器和制动器）能传递所需扭矩的条件下，尽量使系统油压降低。（3） 对变速箱的结构进行改进，采用简单的双排行星机构，尽量减少摩擦损失，提高传动系统效率。（4） 充分利用自动换档无级变速的优点并增加档位和传动比变化范围，另外利用电子控制使得发动机变矩器和变速箱匹配工作在最佳燃油经济性状态，也使燃料经济性得到了改善。目前可以说，AT车的燃料经济性已和MT车接近，没有什么差别。对于驾驶技术水平不高的驾驶员来说，AT车的燃料经济性超过MT车。2AT车价格较贵，对一般车提高5%10%，而对高级豪华轿车，价格仅提高3%，因此AT对经济型车不太合适，对稍高级的车较合适，但随着经济发展和生活水平的提高，汽车也逐步向高档发展。3有人说AT车比MT车动力性能差。八十年代曾作过对比试验，结果是：加速时间差15s，最高车速差5km/h。但是近年来AT车经过不断改进，如采取提高变矩器效率改进自动变速箱与发动机的匹配以及增加档位数增大变速范围等措施，同时电子控制技术的进步能使AT车按最佳动力性换档规律工作。可以说，AT车动力性能不见得比MT车差，而且起步加速性能优于MT车，换档过程中动力不中断，可提高平均车速。4在欧洲，自动换档变速箱没有广泛普及的一个重要原因是不能充分满足驾驶者的爱好，因为汽车一方面是交通工具，同时也是某些人的运动爱好。AT车换档规律是预先设定的，虽然电子控制自动换档已考虑了人的个性和爱好，设有几种控制程序，例如：经济型（适合老人和妇女，特点是省油）动力型（满足年轻人的运动爱好，特点是动力性好）正常型（为以上二者的调和折衷），但往往不能满足所有驾驶者的脾气爱好和各种各样的驾驶情况。为此近年来新型AT车采用了智能型的学习控制，通过电脑能学习体会驾驶员的驾驶习惯和爱好，从而按驾驶员的愿望来进行换档控制，并且在选档杆还设有与手动换档相同的所谓运动模式，可进行人工选择换档，具有手动换档类似的感觉，实现FUN TO DRIVE，使驾驶者称心愉快，获得最大满足。新型的AT车还考虑到各种行驶状况和环境条件。通过电子控制能识别以下行驶情况：弯道行驶上下坡行驶山路或带挂车行驶冬天在雪地和冰路面上行驶加减速行驶以及在城市繁忙交通条件下的停停走走行驶工况等。针对这些行驶情况，微机控制系统能够自动识别并立即予以适当处理。随着电子控制的不断完善，使得其自动换档的水平和高级驾驶员（可以称为操作专家）的操作水平逐渐接近。应该说人的感觉器官生理和心理能力是有一定限度的，电子控制自动换档超越高级驾驶员的操作水平是有可能的。在国外某些人中存在着一种看法，认为换档操作是一种运动技巧，离合器和换档杆操作是汽车驾驶的一种乐趣，而看不起AT车，认为AT车是老人和妇女用的，男子汉应驾驶MT车。实际上这种看法是片面的。人们之所以使用自动变速箱，是因为自动换档消除了手动换档的一系列缺点，能使发动机更好地满足汽车行驶的需要，将人从繁琐的机械操作中解放出来，对这一点大多数人已达成共识。提高变速箱自动换档的智能化水平，使其接近甚至超越人的操作已成为当今换档技术发展的方向。三从机械发展趋势和技术潮流方向上来看，汽车传动系统向AT方向发展是必然的。从机械发展历史来看，其间经历了三大革命：动力革命（内燃机的使用）传动革命（机械传动的完善和液体传动的使用）和控制革命（用传感器微机和电液阀进行信息处理）。从先进国家来看，动力革命和传动革命已经完成，目前正处于控制革命阶段，要解决的主要问题是机械太“机械”，没有灵性的问题。过去机械全靠人来操纵控制，然而人的生理和心理能力（感觉器官的功能头脑分析能力和体能）是有限的，操纵汽车这样复杂的机械对于人来说体力和脑力负担是很重的，更主要的是单靠人力操纵将阻碍汽车的发展和其性能的提高。因此必须对汽车各部分（发动机变速箱悬架制动和转向机构等）进行自动控制，并从各部分的单独控制向整车一体化控制发展，从一般控制向智能控制发展。应该认识到，操纵与控制，即机械的信息处理是当前机械发展的主要问题。要解决机械信息处理能力问题，机械本身是无能为力的，液压控制在性能上也达不到要求，必须引入具有良好控制性能和信息处理能力的电子技术，但是仅仅采用机电液技术还不够，还需应用声学光学和化学等多学科技术才能使机械具有良好的信息处理能力，实现高度自动化。从技术发展角度来看，汽车传动技术中电子技术电液控制技术和传感器技术的应用范围越来越广泛，其技术水平也越来越高。目前世界上变速箱制造厂家没有一家是不生产自动变速箱的。§3 AMT技术发展动向一概述AMT是在普通机械式变速器基础上加上替代人工换档的电子控制的液压机构来操纵离合器和变速箱机进行自动换档。此自动换档机构有人称为换档机械手这个设想很早就有了，瑞典Scarlic1960年就在实验室中开发了换档机械手（Gear Shifting robot）。70年代用在车辆上，1979年开发了所谓计算机辅助换档系统（CAG Computer-Aided Gearshifting）。1983年日本ISUZU公司在世界上首次推出轿车上用AMT（NAVI-5 NEW ADVANCED VEHICLE WITH INTELLIGENCE 5 SPEED）系统。美国EATON公司日本日野公司和德国奔驰公司都相继开发了AMT车，分别应用在卡车和公共汽车上。AMT保持手动机械式变速器的优点，又具备自动变速器自动换档的功能。AMT是在普通机械变速器上进行改造而成的，仅改变其中手动换档操纵部分，生产制造继承性好，改造投入费用少，技术难度似乎不大，可以先局部自动化。例如：先离合器自动操纵局部档位间实现自动操纵等，然后再实现全面自动化。这对资金缺乏制造能力低技术力量薄弱的我国汽车工业来说，具有一定的吸引力。已有几家国内单位进行了研究开发，取得了可喜的成绩。AMT保留原来的机械变速器，因此其传动性能基本上和机械变速器相同。机械变速器除了齿轮传动外，主要特点是具有以下两大机构：1起步装置：带扭矩减震器的主离合器。2换档装置：带同步器的换档啮合套。这种纯机械传动，具有传动效率高，结构简单等优点，但是换档过程不可避免存在动力中断。只有一个接合元件脱开后，另一个接合元件才能结合的缺点，不能实现换档过程接合元件转换时的搭接控制。因此起步和换档必然不够平稳和冲击较大。同时机械传动很难阻隔发动机扭矩不均匀引起的震动。AMT车振动和噪声较大，乘坐舒适性差，对高级豪华车不太合适。实际上，要搞高水平微机控制自动换档机构在技术上是很难的，除了需高水平的电液比例控制技术外，还要满足驾驶员的驾驶愿望和适应各种行驶工况来进行换档，另外换档过程是复杂的综合操纵过程，除了要操纵主离合器和变速器外，还涉及到发动机油门和制动操纵。从目前来看AMT还比较难达到这个水平，而且这套换档机械手系统的制造成本是不低的，AMT和HMT相比没有价格优势。另外AMT自动换档机构需要动力，因此或多或少也得降低传动效率。基于以上分析，我们认为AMT适用用于商用车和卡车，这些车档位较多，采用HMT困难，需要自动操纵，减轻驾驶员劳动，而且换档过程动力切断影响不大，对乘坐舒适性要求也不高。AMT也可用于抵档轿车上，且不一定搞全自动，搞局部自动操纵和换档也可以，解决人工换档机械变速器起步换档操纵复杂劳动强度大的问题，作为简化驾驶操纵的具体技术措施。二AMT的基本组成和工作原理图9 AMT的主离合器和变速器操纵机构三、和的分析比较是主离合器机械变速箱电液操纵换档机构是变矩器液压操纵动力换档变速和对比主要差异是：1、 起步装置以液力变矩器代替主离合器变矩器传递扭矩与泵轮转速成平方关系，在发动机低转速时传递力矩小了，它解决了内燃机不能有载启动问题，具有不需操纵，只需加油门就能自动起步的功能。通过长期使用证明液力变矩器对汽车来说是一个有效的部件，它具有以下优点：自动变矩，起步时扭矩自动增加，提高起步性能，行驶时能自动适应外界阻力的变化。扭矩和牵引力随油门踏板变化很容易操纵调节，特别是低速起动或爬坡时。使得驾驶容易方便。起步加速和换挡平稳，降低传动系统动载荷，延长传动系统寿命。阻隔发动机扭矩不均匀性引起的振动，降低噪声，提高乘坐舒适性，给人以驾驶平稳高级的感觉。防止发动机因过载而突然熄火，提高车辆的通过性。变矩器主要缺点是传动效率低，增加油耗。在变矩器应用的初期，人门存在着一种错误认识，认为变矩器能起自动变矩作用，因此最初的变矩器的失速比很大，变矩主要靠变矩器来实现，而变速器是辅助的，因此档位很少，最初只有两档，后来才逐渐明白，要靠变矩器提高变矩比，必然会导致变矩器油耗增大，是行不通的。适应外界阻力的变化变速变矩主要还得依靠变速器。因此的变速器档位数在不断增加，从档发展到、档，目前高档轿车采用档，并有可能发展到档。而变速器的失速变矩比降低到以下，以提高其最高效率。同时对变矩器的作用也有了进一步的明确，它仅在起步加速和换档过程中起有效作用，在稳定行驶时不起什么