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汽車變速器歷史發展和方向

從最早手動變速器的發明開始，到未來發展方向。最好包括各個公司的具體產品，如19**年，某公司在**車型上使用**變速器。: 問提問者：網友 | 2017-07-04

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汽車自動變速器(AT)的主要類型及目前的使用情況 AT有以下幾種形式: (1)液力機械AT-HMT(Hydrodynamic Mechanical Transmission)廣泛應用于轎車、公共汽車、重型車輛、商用車和工程車輛上，它是目前AT的主流。 (2)機械式AT-AMT(Automated Mechanical Transmission)在通常機械式變速器基礎上加上微機控制電液伺服操縱自動換檔機構組成，目前它應用于部分低檔轎車上和局部卡車和商用車上。 (3)無級式AT-CVT(Continuously Variable Transmission)有以下幾種形式: ●機械式:有不少形式，目前主要的是推塊金屬V型帶式傳動，在轎車上已開始批量試用。 ●液壓傳動式(HST hydrostatic transmission):在工程車輛和農業機械上已應用。雖本田公司最近開發了泵和馬達制成一體的液壓和機械雙流傳動的AT，用于微型多功能車上，但存在轉速限制、效率、噪聲、重量和尺寸等問題，在汽車上基本沒有應用。 ●電力式:用于電動汽車(EV electric vehicle)。 AMT的結構和性能特點分析 AMT是在普通人工換檔機械式變速器基礎上加上替代人工換檔的電子控制操縱機構組成，此自動換檔機構有人稱為換檔機械手。 AMT是在普通機械變速器上進行改造而成的，僅改變其中手動換擋操縱部分，生產制造繼承性好，改造投入費用少，技術難度似乎不大，可以先局部自動化。例如:先離合器自動操縱、局部檔位間實現自動操縱等，然后再實現全面自動化。這對資金缺乏、制造能力低、技術力量薄弱的我國汽車工業來說，具有一定的吸引力。已有幾家國內單位進行了研究開發，取得了可喜的成績。 AMT保留原來的機械變速器，因此其傳動性能基本上和機械變速器相同。除了齒輪傳動外，主要特點是具有以下兩大機構:起步裝置，帶扭矩減振器的主離合器;換檔裝置，帶同步器的換檔嚙合套。這種純機械傳動，具有傳動效率高，結構簡單等優點，但是換檔過程不可避免存在動力中斷。只有一個結合元件脫開后，另一個結合元件才能結合的缺點，不能實現換檔過程結合元件轉換時的搭接控制。因此起步和換檔必然不夠平穩和沖擊較大。同時機械傳動很難阻隔發動機扭矩不均勻引起的震動。AMT車振動和噪聲較大，乘坐舒適性差，對高級豪華車不太合適。實際上，要搞高水平微機控制自動換檔機構在技術上是很難的，除了需高水平的電液比例控制技術外，還要滿足駕駛員的駕駛愿望和適應各種行駛工況來進行換檔，另外換檔過程是復雜的綜合操縱過程，除了要操縱主離合器和變速器外，還涉及到發動機油門和制動操縱。從目前來看AMT還比較難達到這個水平，而且這套換檔機械手系統的制造成本是不低的，AMT與HMT相比沒有價格優勢。另外AMT自動換檔機構需要動力，因此或多或少也得降低傳動效率。基于以上分析，我們認為AMT適用于商用車和卡車，這些車檔位較多，采用HMT困難，需要自動操縱，減輕駕駛員勞動，而且換檔過程動力切斷影響不大，對乘坐舒適性要求也不高。AMT也可用于低檔轎車上，且不一定搞全自動，搞局部自動操縱和換檔也可以，解決人工換檔機械變速器起步換檔操縱復雜、勞動強度大的問題，作為簡化駕駛操縱的具體技術措施。 3、 HMT的結構和性能特點分析 HMT是由液力變矩器和液壓操縱換檔變速器組成。 HMT和AMT對比主要差異是: 1 起步裝置以液力變矩器代替主離合器變矩器傳遞扭矩與泵輪轉速成平方關系，在發動機低轉速時傳遞力矩小，它解決了內燃機不能有載啟動問題，具有不需操縱，只需加油門就能自動起步的功能。通過長期使用證明液力變矩器對汽車來說是一個有效的部件，它具有以下優點:●自動變矩，起步時扭矩自動增加，提高起步性能，行駛時能自動適應外界阻力的變化。扭矩和牽引力隨油門踏板變化很容易操縱調節，特別是低速起動或爬坡時，使得駕駛容易方便。 ●起步加速和換檔平穩，降低傳動系統動載荷，延長傳動系統壽命。 ●阻隔發動機扭矩不均勻性引起的振動，降低噪聲，提高乘坐舒適性給人以駕駛平穩高級的感覺。 ●防止發動機因過載而突然熄火，提高車輛的通過性。變矩器主要缺點是傳動效率低，增加油耗。在變矩器應用的初期，人們存在著一種錯誤認識，認為變矩器能起自動變矩作用，因此最初的HMT變矩器的失速比很大，變矩主要*變矩器來實現，而變速器是輔助的，因此檔位很少，最初只有兩檔，后來才逐漸明白，要*變矩器提高變矩比，必然會導致變矩器油耗增大，是行不通的。HMT適應外界阻力的變化變速變矩主要還得依*變速器。因此HMT的變速器檔位數在不斷增加，從2檔發展到3、4檔，目前高檔轎車采用5檔，并有可能發展到6檔。而變矩器的失速變矩比降低到2以下，以提高其最高效率。同時對變矩器的作用也有了進一步的明確，它僅在起步加速和換檔過程中起有效作用，在穩定行駛時不起什么作用，反而使油耗增加。因此采用閉鎖離合器，將變矩器閉鎖成機械傳動，以提高效率。剛開始采用閉鎖離合器，其閉鎖區域僅限于高檔位、高車速和低油門較狹窄的區域。因為在低檔區域變矩器閉鎖后，發動機轉矩不均勻產生的振動沒有經過液力傳動減振直接傳給機械傳動系，會產生振動和噪音，影響乘坐的舒適性。為了解決燃油經濟性和駕駛平穩性之間的矛盾，使得閉鎖區域向低速檔、低車速和大油門開度領域擴展。最近在轎車上大多采用了閉鎖離合器微小打滑控制，使得油耗稍有增加，但駕駛平穩性大大改善。從上面分析可知在汽車上使用液力變矩器已經日趨成熟，盡量解決其傳動效率低的缺點，發揮其傳動平穩、自動增扭的優點。在變矩器的設計上采用了先進的三維葉柵理論，對循環園形狀、各葉輪的葉片和形狀進行優化設計，合理確定變矩器力矩系數，使變矩器和發動機匹配優化，改善其共同工作的經濟性和動力性。從制造角度來看，變矩器制造不算復雜，成本不高，從使用角度看，變矩器工作可*，使用壽命長。換檔機構采用液壓操縱摩擦結合元件。與帶同步器嚙合套換檔相比，換檔過程無明顯動力中斷，可以通過控制在分離的結合元件的油壓釋放和在結合的結合元件的油壓上升，來精確控制換檔搭接，實現快速、平穩、無沖擊換檔。 3.2 從整體控制系統來看 :●AMT:機械變速器換檔是同步器+桿杠撥*+電液操縱機構。操縱過程由電信號→液壓信號→再通過機械機構(桿杠和同步器)來換檔本●HMT:動力換檔變速器換檔過程由電信號→液壓信號，直接控制換檔結合元件的結合與分離。 3.3 從AMT和HMT換檔操縱方式來看 :(1)HMT換檔操縱方式比較簡單直接，電信號轉換至液壓信號直接去控制結合元件換檔，而AMT轉換至液壓信號后，再需要通過機械機構去控制換檔，顯然比較麻煩。 (2)AMT是開關型操縱(分離和結合);HMT是比例型的操縱，可控制一個結合元件的逐漸分離，另一個結合元件的逐漸結合。這樣就可以控制換檔過程的搭接和平穩過渡。如果AMT和HMT都采用定軸式變速器(本田HMT就采用定軸式)從結構復雜程度和制造難易程度來說，HMT并不比AMT差。應該說HMT采用油壓控制結合元件換檔要比AMT采用液壓機構同步器換檔性能要好，而且結構并不復雜。目前不少HMT具有手動模式，在手動模式下HMT相當于動力換檔變速器，即所謂手動與自動一體的變速器。它具有普通機械變速器的效率高、人工選擇換檔等特點，但換檔操縱卻大大簡化了。從以上分析可知，HMT在性能上優于AMT，這也就說明了為什么HMT是AT的主流。我們認為HMT可選擇的多種工作模式，操縱駕駛容易方便，起步換檔無沖擊，駕駛平穩，振動噪聲低，給人以舒服和高檔的感覺，它特別適用于高檔轎車。隨著HMT的不斷改進和完善，對一般駕駛者來說，其動力性能和經濟性能也不比AMT差。 4、 CVT的結構和性能特點分析 :CVT有多種形式，這里僅對具有代表性的推塊式V型金屬帶式來進行分析。 4.1 CVT的結構組成 :(1)起步裝置，有以下3種形式: ●電磁離合器:重量尺寸大，熱負荷能力低，一般僅用于微型車輛上; ●電子控制式濕式摩擦離合器:結構尺寸小，響應快，能量損失小，在有些轎車上采用; ●液力變矩器:起步扭矩大，坡道起步性能好，駕駛容易方便，微動性能好(進出車庫)，而且能阻隔發動機扭矩不均勻所引起的振動和沖擊。因此，目前CVT也比較傾向于采用變矩器。 (2)推塊式金屬V型帶無級變速裝置。 (3)前進后退換向機構，有行星式和定軸式兩種。 4.2 CVT和HMT的比較 (1)從性能上看，CVT是無級傳動，能最大限度地利用發動機特性，提高動力性和經濟性，同時變速平穩，行駛性能和駕駛感覺都好，HMT是有級傳動，為了改善性能必須增加檔位數，目前已增加至5檔，與CVT性能較接近，但仍稍有差距。 (2)從結構制造上看，CVT上仍采用變矩器，還需要前進后退轉向機構和液壓操縱摩擦結合元件。從結構制造復雜程度上看兩者差距不大，目前來看CVT制造成本稍高。 (3)CVT作為新產品，從誕生、發展到成熟需要經歷充分時間考驗和使用證實;對用戶來說要有一個認識、信任和接受的過程。目前CVT產品尚有不成熟尚需改進的地方。 ●金屬帶的結構形狀和參數還在不斷改進和完善，其傳遞扭矩的能力在進一步提高。 ●在變速過程中，帶的軸向偏移會造成主從動輪的帶平面中心線不在同一平面上的現象。此現象會使帶在運轉過程中發生扭曲，在帶輪的入端和出端造成沖擊，使噪聲增大，傳動變的不平穩，并會使帶的壽命急劇下降。為解決此問題，目前采用與金屬帶相接觸的帶輪的錐面形狀進行修正設計。但是最好能使主從帶輪兩側對稱軸向移動，使兩輪帶平面中心線不產生偏移。 ●在使用上曾出現不夠理想的地方，例如起步和低速行駛時會感到有種CVT獨特的滯澀不圓滑的感覺，在緊急停車后再起步時，偶爾會發生低速無法起步的現象。 ●從控制系統來看，包括變速控制，帶夾緊力控制和起步控制等都有不夠完善的地方。從目前來看，CVT尚未替代HMT大規模使用，主要是因為與HMT相比，性能沒有明顯突出的優越地方，尚存在不夠成熟的地方，而HMT已有60多年的生產制造使用歷史，性能相當完善，產品相當成熟。因此雖然很多廠家都在研究、試驗、試用CVT，并進行了批量生產，但仍對CVT抱謹慎態度，從目前來看，HMT的主流地位尚未動搖。: 回答者：網友

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