市场主流汽车变速器及其发展趋势

  摘要：近几年,汽车需求量的上升致使汽车产业发展迅速,变速器作为汽车生产的重要装置,对其技术以及发展趋势的研究十分重要。另外,汽车变速器作为入场主流,其发展体现着汽车生产发展趋势,汽车企业需要加强对变速器的研发,尤其是针对于自动变速器。汽车自动变速器是一种通用型变速器,也是汽车变速器发展的主流, 本文先是对汽车变速器的组成以及工作原理等进行了分析,随后又对汽车自动变速器的具体应用、保养策略以及发展趋势等展开了探讨,以期为相关人员提供参考。

  电子技术与自动控制技术的发展对于汽车变速器的发展具有重要影响,其可以为汽车变速器的研发提供先进技术支持,致使汽车变速器向自动化以及智能化方向发展,进而提高汽车行驶性能。变速器作为汽车生产的重要组成构件,自动变速器的发展离不开电子技术与自控技术的支持,因汽车自动变速器的应用逐渐大众化以及普及化,所以加强对各种汽车自动变速器的深入研究十分重要,同时还需要详细了解汽车自动变速器的保养策略,重视汽车自动变速器的应用与研发。

  一、汽车变速器相关内容概述

  组成

  汽车变速器的厂牌型号多种,厂牌型号不同,其外部形状以及内部结构等也会有所不同,但是组成结构基本相似,基础结构都是由齿轮式自动变速器以及液力变矩器构成。如果是根据部件功能进行分类,汽车变速器的组成大致可以分为五部分,分别是供油系统、换挡操纵机构、液力变矩器、自动换挡控制系统以及变速齿轮机构等。其中, 供油系统主要是由管道、油箱、调压阀、油泵以及滤清器等构成,主要作用是供给、调节以及稳定系统,保护装置压力油,确保系统及装置正常运行,并向机组各轴承以及传动机构提供润滑油,以此冷却轴承或传动机构。换挡操纵机构主要分为两种类型,一种是节气门阀操纵机构,一种是手动选择阀操纵机构,其作用是控制自动换挡,提高驾驶性能,减少油耗。液力变矩器,安装于发动机飞轮之上,应用作用与手动变速器离合器相类似,可以自动改变传动比以及扭矩比等,具有减速增扭功能。自动换挡控制系统具有自动接通或切断换挡离合器以及制动器供油油路的作用,借此可以改变齿轮变速器的传动化,完成自动换挡操作。变速齿轮系的形式分为两种,一种是行星齿轮周转轮系(见图1),一种是普通齿轮定轴轮系,相比于普通齿 轮,行星齿轮的使用范围更为广泛。

  工作原理

  汽车自动变速器具有自动换挡功能,驾驶员踩下油门时可指挥自动换挡系统工作,该系统可以控制变速齿轮机构,改变机构动力传递路线,实现自动换挡目标。液力自动变速器具有自动变速档位的功能,其换挡方式具有机械性特征,可以将车速以及节气门开度信号进行转换,以此改变换挡执行元件油路,控制行星齿轮转动情况,进而可以满足自动变速要求。当液力自动变速器与电子控制系统相融合时,电控液力自动变速器由此诞生,其可以接收驾驶员指令,并将指令信息进行转换,当电信号输入电控单元后,电控单元可以自动控制换挡阀的关闭与开启,以此实现对离合器与制动器油路的控制,完成自动变速操作。如果是液力变矩器,其主要是利用液体的流动性传递 扭矩,同时借助液压控制装置操作行星齿轮系统,致使行星齿轮产生传动比,并明确行星齿轮的旋转方向,以此完成升、降档操作。在自动换挡以及变速操作中,行星齿轮机构传动比的调整以及液压控制装置的操控等,都是由汽车自动变速器完成,驾驶员只需下达相关指令即可。

  二、汽车自动变速器的应用探究

  无极自动变速器

  无极自动变速器的英文缩写为 CVT,不同于传统的手动变速器,无极自动变速器无齿轮传动机构,其动力的传递主要依靠于 V 形传动带与主、从动轮,传动比的改变具有连续性特点。无极自动变速器主要是由金属带、动轮组以及液压泵等构成,其中动轮组可以细分为主动轮组与从动轮组,二者均是由固定盘与可动盘构成,且与 V 形带相啮合。无极自动变速器的优点是无级变速,传动比的改变可连续完成,汽车变速平顺,乘坐舒适,加速性能稳定,燃料的选用具有较高的经济性。与此同时,无极自动变速器的动力性能良好,低耗油,运行可以适当减少废气排量,且无极自动变速器的结构设计简单,零部件使用量较少,无行星齿轮与齿轮副,进而体积与质量较为轻小。无极自动变速器应用的缺点是传递扭矩与应用范围有限, 仅能应用于发动机排量小于3.0L的汽车,且传动带易损坏,更换频率较高,成本投入较多。当前,国内奥迪以及奇瑞旗云之星等汽车品牌的生产制造均使用了无极自动变速器。

  双离合自动变速器

  双离合自动变速器的英文缩写为 DCT(见图2),相比于其他类型的汽车自动变速器,该变速器较为先进,典型的产品代表为6档双离合自动变速器。双离合自动变速器的输入总成是一个实心轴与外部套筒轴的组合,档位主要分为奇数档与偶数档,其中奇数档的控制主要依靠于离合器与实心输入轴的连接,而偶数档的控制主要依靠于离 合器与套筒输入轴的连接。双离合自动变速器的优点是换挡时间缩短,换挡更为舒适,换挡期间无需中断动力,且动力的传递与变速的连接等均可以实现无缝性,变速器应用质量更高,维修成本偏低,使用寿命较长。与此同时, 双离合自动变速器的加速性能良好,低耗油,高传动效率, 致使汽车运行速度更快,且不受传递功率限制,适用性较强,适用于各种车型。双离合自动变速器应用的缺点是电子控制系统较为复杂,系统操作难度较大,生产制造成本偏高。

  电控机械自动变速器

  电控机械自动变速器的英文缩写为 AMT,其主要是在手动变速器的基础上增设电控液压装置,该装置受电子控制单元的控制,以此操纵离合器与换挡杆,实现离合器的自动操作。针对于有级机械变速器的自动换挡切换操作,也是由电子控制单元控制,换挡切换需要参考汽车行驶速度、发动机转速以及节气门开度信号等。不同于其他 类型的自动变速器,电控机械自动变速器将原手动变速器的大部分基件进行了保留。电控机械自动变速器的应用优点是高效率传动,使用燃料具有较高经济性,且电控机械自动变速器的结构较为简单,生产与保养成本偏低,一般仅为液力机械自动变速器的1/4左右。与此同时,电控机械自动变速器适用性较强,适用于各种车型,如果客户汽车使用成本有限, 则可以考虑选择电控机械自动变速器。

  液力机械自动变速器

  液力机械自动变速器的英文缩写为 AT,其应用最为广泛,重要组成部分包括行星齿轮、液力变矩器以及电子液压控制系统等,其变速操作的完成需要依靠液力传递与行星齿轮,液力变矩器的运行需要油液传递动力,借此吸收冲击能量,在液体传递动力“柔性”特征下,液力变矩器可自动连接与调整转速。液力机械自动变速器的应用优点主要包括换挡平稳,无冲击或振动现象,变速器转速较为平缓,换挡无需中断动力,自动换挡控制难度偏低,且汽车乘坐较为舒适。与此同时,液力机械自动变速器的运行不受传递功率限制,可适用于多种车型。液力机械自动变速器的缺点包括低传动效率、高耗油,变速器的结构较为复杂,生产制造成本较高,日常保养存在一定难度,保养成本较高,且驾驶员在换挡时可能会感受到一定的冲击力, 加之变距范围有限,所以变速器的变速反应较为迟缓,灵敏度低于手动变速器。

  三、汽车自动变速器的保养策略

  汽车自动变速器属于专业化设备,日常保养必不可少,其可以延长变速器使用寿命。汽车自动变速器保养策略介绍如下:

  其一,定期检查自动变速器油液。油液质量对于变速器的运行具有重要影响,其属于一种特殊的高级润滑油, 油液的基本作用包括冷却、润滑以及清洗等,其可以通过传递扭矩以及液压的方式控制离合器以及制动器等,保养人员需要保证油液质量。与此同时,保养人员需要定期检查油量,确保油量充足。

  其二,定期检查手动选挡机构。手动手柄位置需要对应自动变速器内部弹簧片位置,保养人员的日常检查需要注意调整,以免因换挡冲击力较大而引发安全事故。

  其三,定期检查停车挡制动性能。如果是坡上停车,驾驶员需要保证制动踏板处于松开状态,选挡杆处于停车挡,以免出现自滑现象。若想换挡,驾驶员需要优先踩下制动踏板,随后换挡。

  四、汽车自动变速器的发展趋势

  现如今,汽车行业的发展目标为绿色环保,节能减排, 为积极响应国家号召,汽车自动变速器的研究与发展需要逐渐向小型化以及智能化方向发展,而汽车自动变速器相关部件的生产需要向轻量化方向发展。具体发展趋势介绍如下:

  其一,小型化方向。汽车自动变速器的研发与生产需要逐渐减轻各零部件质量,同时还需要在保证使用安全的基础上尽可能缩小变速器体积,减少其空间占用面积,以此扩大驾驶空间,提高驾驶员的舒适感,提升汽车生产的竞争实力。

  其二,智能化方向。信息化时代,智能技术已被广泛应用于汽车生产制造当中,汽车自动变速器作为汽车生产的重要装置,其需要顺应时代发展,注重智能化电子系统的应用,利用电子技术合理调整与控制相关参数,自行诊断与记录系统故障,加之微机控制变速器的应用,可以确保汽车自动变速器运行的稳定性。

  其三,轻量化方向。汽车自动变速器是由多个零部件构成,为实现汽车自动变速器小型化的发展目标,变速器各零部件的研发需要向轻量化方向发展。以膨胀密封产品为例,该产品的轻量化发展可以有效控制汽车空间。

  其四,数字化方向。传统的变速器主要是开关触点型传感器以及模拟信号磁电型传感器等,现如今,汽车自动变速器的数字化发展使得其传感器转变成数字信号控制下的霍尔型传感器,该传感器可以自动识别数字信号,确保数据信息传递更加精准、可靠。当前,部分高端车型自动变速器的传感器已实现数字化发展目标,例如奥迪09E 或09L变速器,其传感器均为霍尔型传感器,集成控制效果显著。

  其五,频率化方向。传统汽车自动变速器换挡油路的切换控制方式为开关型电磁阀,其属于一种开关型控制法,如果是在6挡系列变速器应用下,依据执行器高流量的特点,需要选用高频率脉宽调至电磁阀,该电磁阀是执行器控制类型逐渐向频率化发展的典型代表,其可以同时控制5个换挡执行元件,完成执行元件的分离与接合操作。与此同时,频率化的发展可以让换挡油路控制由传统的开关型转变成调节型,以此提升换挡质量。

  五、汽车自动变速器新技术控制分析

  智能型控制

  汽车自动变速器的智能型控制可以让汽车的驾驶更加轻松,可以促进汽车行业的智能化发展。汽车自动变速器新技术具有一定“智慧”,可以模仿人体大脑感知不同路况、驾驶人员性情以及行驶阻力等,并将相关数据信息传送至中央控制器,随后由中央控制器通过对数据信息的分析自动换挡变速,控制汽车发动机扭矩以及转速等。在智能型控制下,驾驶人员仅需操控加速踏板即可,汽车自动变速器会自动完成换挡变速操作。

  自适应控制

  在自适应控制方面,控制类型主要分为两种,一种是稳态控制,需要着重考虑换挡执行元件摩擦片材料的摩擦系数,另一种是动态控制,其主要的作用是对换挡时传动比的变化情况进行监控。自适应控制对于汽车自动变速器的运行具有一定的保护作用,同时还可以有效控制油泵运行压力,以此有助于提高汽车自动变速器新技术的应用 效益,提升汽车自动变速器的经济价值。

  模糊逻辑控制

  模糊逻辑控制的关键在于模糊控制器的设计,该控制器属于一种语言控制器,主要是模拟人类的控制特征,具体设计包括结构选择、规则选取以及模糊化与解模糊方法的确定等,其中模糊规则的选取最为关键,其是模糊控制器的设计核心。模糊逻辑控制器的设计可以预测驾驶人员的下一个动作,以此合理控制换挡时间,确保换挡变速 的合理性。

  六、结束语

  汽车变速器属于一种变速装置,主要用于协调发动机转速以及车轮实际行驶速度等,汽车变速器的高质量、高效率运行有助于汽车发动机最佳性能的发挥。汽车自动变速器作为汽车变速器的发展主流,其主要包括无极自动变速器、双离合自动变速器、电控机械自动变速器以及液力机械自动变速器等四种现代化的自动变速器技术,四种变速器的应用优缺点各异。随着经济以及科学技术的不断发展,汽车生产技术水平逐步提高,汽车变速器的设计应该逐步向小型化、智能化以及轻量化方向发展。

来源：内燃机与配件  齿轮头条网

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