汽车自动变速器的发展现状解读
论文（设计）题目：汽车自动变速器的发展现状
摘 要
液力传动于20世纪初发明于欧洲，最初用于船舶制造工业，在第一次世界大战后，便开始应用于陆用车辆。起先，液力传动主要应用于公共汽车，到第二次世界大战期间，又应用在许多军用汽车和专用汽车上。
起初液力传动直接采用船用变矩器。随后美国GM汽车公司采用这种变矩器用于内燃机车，此后，美国开始了ef研制工作，液力传动的研究中心从欧洲移到厂美国，并在美国得到筒反大的发展。作为最初批量生产的液力自动变速器是1938年推出的，它将行星齿轮式变速器与液力偶合器组合．用液压力进行自动变速，是现在自动变速器的原型。1950年期间，汽车液力传动进入一个新阶段，出现了可根据车速和加速踏板位置进行自动换档的自动变速器，此时液力自动变速器已基本定型， 近40年自动变速器得到了空前的发展，装有自动变速器的车辆己越来越多，特别是高级轿车基本全部装用电控自动变速器。从发展趋势上来看，自动变速器是采用简单的液力传动与多档机械自动变速器组合，在控制方式上，由于动—半自动—全自动—电子操纵控制系统，并向智能化方向发展，自动变速器的档位数从二速—三速—四速，五速自动变速器也即将出现，问时利用各种方法，扩大与改善液力传动的自动调节性能范围，以实现简化操纵的目的。
关键词：液力传动，变矩器，液力偶合器，行星齿轮式变速器
Abstract
Hydraulic transmission in the early 20th century, invented in Europe, initially for the shipbuilding industry after World War I, they began to be used for land use vehicles. At first, the hydraulic transmission is mainly used in the bus, during the Second World War, also used in many military vehicles and special vehicles. At first, direct use of marine hydraulic torque converter transmission. GM U.S. auto companies then use this converter for diesel, then, ef the United States began development work, hydraulic transmission plant research center to move from Europe to the United States, and in the United States against big development by tube. As the first mass-produced hydraulic automatic transmission is introduced in 1938, it will planetary gear transmission combined with fluid couplings. Fluid pressure with automatic transmission, automatic transmission is now the prototype. During 1950, cars entering a new phase of hydraulic transmission, there may be under the accelerator pedal position and vehicle speed automatic transmission automatic transmission, automatic transmission fluid at this time have been in shape, automatic transmission, nearly 40 years has been unprecedented development , equipped with automatic transmission has been more and more vehicles, especially all the basic equipment limousine automatic transmission power control. From the development trend point of view, automatic transmission is the use of a simple hydraulic transmission and multi-file combination of mechanical automatic transmission, the control, due to moving - Semi - Automatic - Electronic Steering Control System, to the intelligent direction, automatic transmission the number of stalls from the two-speed - three-speed - four speed, five-speed automatic transmission is also about to appear, asked when the use of various methods to expand and improve the performance of hydraulic transmission range of the automatic adjustment in order to achieve the purpose of simplifying manipulation.
Key words: hydraulic transmission, torque converter, fluid coupling, planetary gear transmission
目 录
1 引言.................................................................1 2 汽车动力传递的几种类型...............................................1
2.1 手动变速
器................................................................1
2.2
自
动
变
速
器................................................................1
2.3
直
接
换
挡
变
速
器 ...........................................................2
3 自动变速器的优缺点...................................................2 4 自动变速器的类型.....................................................2
4.1 液力自动变速
器............................................................3
4.2 电控机械式自动变速器......................................................3
7.1研究开发具有自有知识产权的AMT.............................................7
7.2 通过引进，开发具有自主品牌的AT产品.......................................7
8论
、
结
..........................................
考
文
................................8
参献
.........................................
.............................9
致 谢..
.........................................
................................10
1 引言
汽车变速器是为解决发动机输出的转速和转矩与车辆驱动所需的转速和转矩之间的矛盾而设立的。车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器以及变速器与发动机的匹配。
由于自动变速器具有许多优点，因此在汽车上应用越来越广泛。目前，自动变速器在日本、美国、东南亚的装车率约为98%、95%和75%，中国的装车率不到10%。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。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。
所以，对自动变速器的现状及未来发展趋势进行分析很有必要，希望对行业同仁有所帮助。
2 汽车动力传递的几种类型
2.1手动变速器
手动变速器是最常见的变速器，简称MT。它的基本原理是用几根平行轴及若干相啮合的直齿或斜齿齿轮进行动力传递。即指输入轴、轴出轴和中间轴，它们构成了变速器的主体，当然还有一根倒挡轴。手动变速器又称手动齿轮式变速器，含有可以在轴向滑动的齿轮，通过不同齿轮的啮合达到变速、变矩目的。
2.2自动变速器
液力自动变速器（AT）与手动变速器相比，在结构和使用上有很大差异。手动变速器主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合变速、变矩；而AT是由液力变矩器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和行星齿轮组合的方式达到变速、变矩的目的。液力变矩器、油泵及阀体等是AT最具特点的部件。
奔驰目前已经生产出了7速自动变速器。这就形成了更大的总传动比范围，同时各个传动比之间也比5速变速器更加接近。因此，驾驶员几乎在各种行驶条件中都可以选择最佳传动比。电子控制模块可以选择更多的传动比，取决于行驶条件，从而降低了油耗并提高了平顺性。在100km/h的车速时，发动机平均转速比装配5速自动变速器时低12%左右。发动机转速与行驶状态的最优化匹配意味着发动机提高了动力、燃油经济性并降低了运行噪声。
2.3直接换挡变速器
直接换挡变速器简称DSG。DSG变速器的特点如下：
⑴ 新一代DSG变速器采用了2个离合器和6个前进挡的传统齿轮变速器作为动力的传送部件，这是目前世界上较先进的、具有革命性的自动变速器。 ⑵ DSG变速器没有变矩器，也没有离合器踏板。
⑶ DSG变速器在传动过程中的能耗损失非常有限，大大提高了车辆的燃油经济性。
⑷ DSG变速器的反应非常灵敏，具有很好的驾驶乐趣。
⑸ 车辆在加速过程中不会有动力中断的感觉，使车辆的加速更加强劲、圆滑。
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百km加速时间比传统手动变速器还短。
⑹ DSG变速器的动力传送部件是一台三轴式6前进挡的传统齿轮变速器，增加了传动比的分配。
⑺ DSG变速器的多片湿式双离合器是由电子液压控制系统来操控的。
⑻ 双离合器的使用，可以使变速器同时有两个挡位啮合，使换挡操作更加快捷。 ⑼ DSG变速器也有手动和自动2种控制模式，除了排挡杆可以控制外，方向盘上还配备有手动控制的换挡按钮，在行驶中2种控制模式之间可以随时切换。 ⑽ 选用手动模式时，如果不做升挡操作，即使将油门踩到底，DSG变速器也不会升挡。
⑾ 换挡逻辑控制可以根据司机的意愿进行换挡控制。 ⑿ 在手动控制模式下，可以跳跃降挡。
3自动变速器的优缺点
自动变速器提高了行车安全性和乘坐舒适性；改善了车辆的动力性以及通过性；降低了排放污染；并具有操作简便、使用寿命高（自动变速器使用寿命比机械式的变速器高2~3倍）的优点。但是其结构复杂、成本高、维修困难、操作不规范会造成变速器严重损坏又是自动变速器的缺点。
4 自动变速器的类型
目前自动变速器技术的应用，主要有以下三种形式：
[1]液力自动变速器（Automatic Transmission，简称“AT” 由液力变矩器、行星齿轮机构及电液控制系统组成），
[2]电控机械式自动变速器（Automatic Me-chanical Transmission，简称“AMT” 由传统固定轴式变速箱和干式离合器以及相应的电－液控制系统组成）
[3]机械无级变速器（Continuously Variable Transmission，简称“CVT”）。其中，AMT和AT一样，是有级变速器的自动换档控制，而非无级变速器。
4.1液力自动变速器
液力自动变速器的基本结构是由液力变矩器与动力换档的辅助变速装置组成。液力变矩器安装在发动机和变速器之间，以液压油为工作介质，起传递转矩、变矩、变速及离合的作用。
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液力变矩器可在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比，以适应行驶阻力的变化。但是由于液力变矩器变矩系数小，不能完全满足汽车使用的要求，所以，它必须与齿轮变速器组合使用，扩大传动比的变化范围。目前，绝大多数液力自动变速器都采用行星齿轮系统作为辅助变速器。行星齿轮系统主要由行星齿轮机构和执行机构组成，通过改变动力传递路线得到不同的传动比。
由此可见，液力自动变速器实际上是能实现局部无级变速的有级变速器。液力自动变速器是目前使用最多的自动变速器。采用此种类型的自动变速器，免除了手动变速器繁杂的操作，使开车变得省力。同时，电子控制也使自动切换过程柔和、平顺，因此汽车具有良好的乘坐舒适性和安全性、优越的动力性和方便的操纵性。但这种变速器效率低，结构复杂，成本也较高。[1]
4.2电控机械式自动变速器
电控机械式自动变速器是在传统固定轴式变速器和干式离合器的基础上，应用电子技术和自动变速理论来实现机电一体化协调控制的。车辆起步、换档的自动操纵是以电控单元（ECU）为核心，通过液压或气压执行机构来控制离合器的分离与接合、选换档操作以及发动机节气门的调节的。ECU根据车辆的运行状况（发动机转速、变速器输入轴转速、车速）、驾驶员意图（油门开度、制动踏板行程）和道路路面状况（坡道、弯道）等因素，按预先设定的由模拟熟练驾驶员的驾驶规律（换档规律、离合器接合规律），借助于相应的执行机构（发动机油门控制执行机构、离合器执行机构、变速器换档执行机构），对发动机、离合器、变速器的协调动作进行自动操纵。
AMT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档杆部分，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档，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。[2]
在几种自动变速器中，AMT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。
4.3无级自动变速器
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机械式无级变速器种类很多，有实用价值的仅有V形金属带式。金属带式无级变速器属摩擦式无级变速器，其传动与变速的关键件是具有V型槽的主动锥轮、从动锥轮和金属带，金属带安装在主动锥轮和从动锥轮的V形槽内。每个锥轮由一个固定锥盘和一个能沿轴向移动的可动锥盘组成，来自液压系统的压力分别作用到主、从动锥轮的可动锥盘上，通过改变作用到主、从动锥轮可动锥盘上液压力的大小，便可使主、从动锥轮传递扭矩的节圆半径连续发生变化，从而达到无级改变传动比的目的。机械式无级自动变速器传动比连续，传递动力平稳，操纵方便，同时因加速时无需切断动力，因此汽车乘坐舒适，超车加速性能好。特别值得一提的是，由于可使发动机始终在其经济转速区域内运行，从而大大改善了燃油经济性。但与齿轮传动相比，效率并不高，且此种变速器起动性能差，需另加起动装置，制造困难，价格也较高。[3]+
5自动变速器的主要生产厂家
目前世界上自动变速器制造厂家主要有十家,所有整车制造厂都是根据需求从这十家自动变速器制造厂中选配相关产品用于本厂制造的车辆。
采埃孚是欧洲最大的自动变速器生产厂家，宝马、奥迪、大众、捷豹、保时捷、雷诺、标致、雪铁龙等许多高档乘用车均装配该公司生产的自动变速器。
埃信是目前日本第一大变速器制造公司，丰田汽车公司生产的乘用车全部采用该公司生产的自动变速器。
杰特寇作为全球第三大自动变速器设计制造商，与国内多家汽车生产厂均有合作。日产、福特、华晨中华、大众POLO、上汽通用等品牌都采用过该公司生产的自动变速器。
通用（GM）、克莱斯勒（CHRYSLER）、福特（FORD）美国三大汽车及变速器生产厂，其生产的变速器全部为自己使用
三菱生产的自动变速器广泛应用在三菱、现代、起亚等品牌的自动挡乘用车上。 本田作为唯一采用平行轴式自动变速器的生产厂家，其生产的自动变速器全部为自己使用。
大众主要生产01N、01M等小排量自动变速器，主要使用在桑塔纳、捷达等自用小排量乘用车上。
雷诺、标致、雪铁龙三家联合开发出AL4型自动变速器，目前东风神龙、东风
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标致旗下乘用车全部装配该款变速器。
6自动变速器的发展现状
6.1液力自动变速器的发展现状
我国从60年代起，就在“红旗”770轿车上使用了具有2个前进档的液力自动变速器，1975年又研制出具有3个前进档的CA774液力自动变速器。随着中国的改革开放，大量国外轿车进入我国市场，其中许多中高档轿车是带有自动变速器的，而其类别几乎全部是液力自动变速器。这也使一大批汽车修理企业对液力自动变速器的维修变得十分熟悉。由于对自动变速器良好性能的逐渐认识，用户的需求量越来越大，使国内汽车企业加快了自动变速器的发展步伐。[4]+
1998年上海通用汽车公司（SGM）生产的用于别克轿车上的4T65E电子控制自动变速器正式下线，1999年开始批量生产并投放市场，率先在国内将AT作为标准配置装于轿车。1999年中日合资生产的本田雅阁轿车也正式投产，其AT为本田技术PAX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。与此同时，上海大众的帕萨特B5、一汽大众的捷达都市先锋都装备了自动变速器AG4-95。神龙公司也向市场投放了装备进口的AL4智能型自动变速器的富康988“领导者”以及富康1.6L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10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。一汽大众的A6高级轿车上作为选装件的AT为Tiptronic型，在自动变速的基础上可提供手动换挡功能。北京吉普公司在切诺基越野汽车上小批量装备了AW4自动变速器，现已达到1000多台。因此，在国产车上选装液力自动变速器已成为必然之势。
至于城市客车（即公共汽车）频繁起步换挡，变速器、离合器和制动器的使用频率是一般车辆的10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。国外几乎是100%装用，我国1995年首次在国产公共汽车上装备了Allison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40%。
6.2电控机械式自动变速器的发展现状
在电子控制机械式自动变速器方面，国内有关部门也正在进行研究。国内对AMT
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技术的研究开展的比较晚，九五期间被列为”九五”科技攻关项目。目前，开展这方面研究的有吉林工业大学、北京理工大学、上海交通大学、深圳市欣源晟实业有限公司、哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司、重庆东方欧翔汽车电子有限公司等。国内的研制水平基本上处于全自动AMT的发展阶段，和国外相比还存在着相当大的差距，但在理论上的研究和国际水平相当。
原吉林工业大学对AMT理论进行了广泛的研究，先后提出了2参数最佳换档规律、动态3参数换档规律、最佳同步换档规律、动态闭环换档控制、离合器模糊起步控制等理论，并在轻型车、重型车、轿车等不同的车型上进行了装车实验。北京理工大学对AMT的研究主要在重型车辆上，该校所研制的某装甲车AMT产品已经进行了3000km定型试验考核，通过了产品设计定型。该产品采用电控液压执行机构，能够完全进行自动换档操作，也可操作换档手柄进行人工换档，该产品还具有保持档功能、自学习功能。原车的操纵机构仍然保留，在电控系统出现故障时，可以进行手动操纵。深圳市欣源晟实业有限公司在轿车上实现了AMT自动换档，其执行机构为普通电机，由3个电机分别实现油门、离合器、选档、换档的操作动作，通过对传动机构的设计，选档和换档的操作只需一个电机就可完成，离合器的驱动机构采用省力装置，减小了驱动电机的功率。目前部分车型如奇瑞QQ等已选装AMT自动变速器。
6.3无级自动变速器的发展现状
至于机械式无级变速器，早在十年前，国内就有高校购买过国外样机作分析研究。重庆大学正在对CVT的结构、运动机理进行基础研究;东风汽车公司和吉林大学、东北工业大学、湖北汽车工业学院合作，承担了国家科技部九五重大攻关项目，对CVT技术进行实用化研究。目前，CVT自动变速器已应用于很多车型，如奥迪A6、南京菲亚特的西耶那Speedgear、奇瑞旗云等。根据国外目前CVT应用的趋势和所做的预测，CVT可能是小功率（发动机排量2L以下）液力自动变速器最有威胁的挑战者，国内市场前景不容忽视。但要想完全依靠国内自己的力量做成实用的CVT，既不现实，时间上也不允许。走技术引进的道路是一条捷径。
纵观自动变速器的发展，结合我国的国情，发展我国的自动变速器产业势在必行。综合比较各类自动变速器的优劣及技术现状，我国应当从两个方面着手发展。[5]+
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7 我国自动变速器的发展展望
7.1研究开发具有自有知识产权的AMT
我国目前的国情应以AMT为主攻方向，它性能价格比高，是AT价格的1/3-1/4;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。而且由于国内车辆普遍装备固定轴式机械变速器，故在国内开展AMT技术研究大有前途，对手动机械变速器进行改造，实现车辆的自动换档，能够提升车辆档次。在国内自主生产的大客车、载货车辆等大型车辆上采用AMT技术，实现车辆的自动换档，具有广阔的前景。
AMT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。[6]
7.2通过引进，开发具有自主品牌的AT产品
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。我国发展AT，要开发性能优良的液力变矩器，要求改进起步时增加扭矩的特性，提高燃油经济性;改进齿轮传动机构，提高动力性、经济性，降低噪声;改进油压控制系统，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;进一步提高油泵的响应性和稳定性;进一步提高自动变速器电子控制精度，不断推广应用与发动机控制一起的综合控制系统。以上技术开发的难度很大，可通过引进国外AT的生产技术，进行消化、吸收、创新后，组织生产具有自主品牌的AT产品。
8 结论
自动变速器具有操纵方便、能提高发动机和传动系的使用寿命及汽车的动力性和适应性、能减轻汽车对环境的污染等多方面的优点，在汽车上被广泛应用。对自动变速器技术的研究，我们起步较晚，与发达国家还有一定的差距。我们应有效利
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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。
参考文献：
[1].葛安林 车辆自动变速理论与设计 北京：机械工业出版社2010 [2].葛安林 自动变速器（二）—液力变矩器 汽车技术 2010（6） [3].马文星 液力传动在汽车上的应用与展望 汽车技术 2009（2）
[4].过学迅 汽车自动变速器 北京：机械工业出版社出版2009（1） [5].朱经昌等 车辆液力传动 北京：国防工业出版社2003（1） [6].朱经昌等 液力变矩器的设计与计算 北京:国防工业出版社2001（1） [7]. 李慧喜 自动变速器诊断与检测 中国人民出版社 2005（1）
[8]. 作山田真一 汽车发明发展史话专利 文献出版社 2003（1） [9]. 陈家瑞等 汽车构造 人民交通出版社 2003（6） [10]. 黄虎 现代汽车维修 上海交通大学出版社 2001（6）
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读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。 3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文 5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿 7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。 8、读书要三到：心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。 10、一日无书，百事荒废。——陈寿 11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基 14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德 16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿 17、学习永远不晚。——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向 19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
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20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。——培根
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