汽车变速器的技术动向

一线天

汽车变速器技术目前向小型轻量化、多档化、低噪声化和自动变速化发展；除了一直雄据市场的齿轮变速器，无级变速器(CVT)、半自动变速器及双换档变速器等新产品也逐渐受到市场注目。
　　汽车变速器诞生100多年来，齿轮变速器一直占据着统治地位，但随着汽车技术曰新月异的发展，变速器的技术也发生了很大的变化。现代汽车变速器技术的主要发展趋势是：小型轻量化、多档化、低噪声化和自动变速化；无级变速器(CVT)近年来初露锋芒，既简化驾驶又满足个性需求的半自动变速器以及双换档变速器也获得了部分客户的青睐。
　　



　　小型轻量化
　　汽车重量是一个重要参数，是油耗的决定因素之一。试验表明：汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。未来汽车需要致力减轻所有部件的重量。另一方面，人们对汽车安全性要求的曰益提高，要求在偶然发生碰撞的情况下，汽车有足够的刚度，提供更大的驾驶空间，因此变速器的小型轻量化曰显重要。
　　轻质材料应用
　　铝、镁合金具有比强度高、比重小等诸多优点，是实现轻量化较为理想的材料，目前已经广泛应用于变速器壳体、离合器壳体、操纵盖以及换档拨叉等零件。镁合金的密度为1.8g/cm3，是铝合金的2/3，不足钢的1/4，是实际应用的材料中最轻的合金。而且镁合金的切削性、比强度、比刚度好，尺寸稳定性好，吸振能力好，有利于减振和降低噪声。早在1938年，德国大众第一次对甲壳虫轿车的变速器壳体使用镁合金材料；1972年奥迪在014型手动变速器的壳体采用镁合金材料。目前，大众汽车公司和奥迪汽车公司启动了使用镁合金的战略，福特汽车公司也在其轻型载货车的离合器壳体中使用了镁合金。



　　结构优化
　　为了减轻变速器的重量，有必要对其主要构成的齿轮和轴类零件进行优化分析。挠度与轴的截面惯性矩成反比。作为减轻质量的首要措施就是通过将轴心挖空，而不使轴的挠度提高到不容许的程度。变速器中的齿轮，除了用于传递扭矩并决定速比的直径外，起决定作用的是齿轮的宽度，这也是减轻质量的重要空间；还有同步器的体积和工作行程，都是减轻重量的源泉。

　　多档化
　　曰本曰产公司曾专门研究了变速器档位数对汽车起步、加速性能和燃油经济性的影响：
　　· 档位数和速比范围对起步加速性能的影响。通常4档变速器最小速比（超速档时）为0.7，最大速比的增加可提高汽车的加速性能，当档位数大于6或1档速比大于4时，对加速性能的提高作用已不明显；
　　· 档位数和速比范围对燃油经济性的影响。通常4档变速器的最大速比（1档时）取3.0，增加速比可提高燃油经济性，当档位数大于6或最小速比低于0.7时，对燃油经济性提高影响很小。
为了提高汽车的动力性、经济性和驾驶平稳性，要求变速器增加速比范围，减少速比间隔。由于5档变速器拥有速比范围是0.7～0.9的超速档，大大地降低了汽车高速行驶时发动机的平均转速，有效地提高了燃油经济性，并延长了发动机的使用寿命。80年代5档变速器开始逐步取代4档变速器，在90年代已成为汽车的标准装备。
　　6档变速器开始时主要安装在昂贵的D级、E级车中，尤其是跑车制造商，如阿斯顿•马丁、法拉利、马莎拉蒂、迈克拉伦和保时捷。宝马对其高功率车型包括M3和V8发动机的540、740和840已大规模地转向6档变速器。前不久，菲亚特为其1.1L航途（Punto）搭载6档变速器，匹配发动机54马力。为了提高多档变速器的换档性能，各前进档均采用了多锥同步器（1-2档采用了三锥同步器，3-6档采用双锥同步器）。
　　大型汽车变速器现在以6档为主，也有一些采用5档；但附加（两档）副变速器就成了10档变速器。将两个高速档作成超速传动的7档变速器也占有相当的市场份额。在欧美、特别是欧洲，较普遍地使用10档以上，比如16档一类的变速器。当然，多档化可降低油耗，但也会使变速器操作复杂。
　　低噪声化
　　在汽车的诸多噪声源中，传动系的噪声仅次于发动机和排气系统的噪声。齿轮噪声又是变速器的主要噪声源，在降低变速器噪声中占有非常重要的角色。几十年来，人们对齿轮的低噪声化进行了大量的研究工作，取得了明显的成效。在齿轮参数的降噪设计中，通过提高齿轮重合度来降低高速档齿轮的噪声，小模数、小压力角、大齿高的齿轮设计已成为潮流；许多公司为此开发了优化设计程序。
　　据有关的研究报告介绍，齿轮啮合噪声受齿形误差凹凸值影响很大，特别是在凹量有所增加时，啮合声就会大大提高，因此希望齿形略微地凸出一点儿。可以通过有限元法进行三维齿轮修形，对齿轮啮合按接触区进行调整，进而实现降低噪声的目的。
　　变速器箱体在降低变速器噪声方面也发挥着重要的作用，改进箱体的截面形状，运用有限元法掌握并改善箱体的振动特性，可有效地降低变速器噪声。
　　自动变速化
　　虽然6档变速器有明显的增长，其在高档豪华轿车中几乎成为标准装备，但必须承认在这些轿车中愈来愈多的一部分被自动变速器取代。美国的轿车AT装车率在70年代就达到了80%以上，1998年在北美销售的每10辆汽车中有9辆装备AT。在亚洲，曰本则发展更为迅猛，1969年引进美国技术开始合资生产轿车AT，1977年的轿车AT装车率只有14.7%，到1993年已达到了74.7%，最近几年均超过了80%。欧洲在1985～1995年自动变速器需求的缓慢增长后，从1997年的176万台增长到2005年的335万台，几乎翻了一番。据德国ZF公司预测到2005年在西欧AT从1997年13%的市场份额增加25%。
　　AT的持续发展与其自身性能提高，主要是变矩器高效率化及闭锁离合器的精确控制、换档品质的智能化控制提高，特别是多档化技术和与发动机、车辆一体化控制技术的应用普及有很大关系。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档时，变速器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5档自动变速器多用于高级轿车，而中低档轿车仍然以4档为主。值得注意的是2001年德国ZF公司研制的6档AT率先装备在宝马的BMW7系列，比5档AT提高了36%的速比范围，有效地实现了高燃油经济性、低排放、改善行驶性能和降低换档冲击等。
　　无级变速器CVT
　　1987年，曰本富士重工公司、欧洲福特公司和菲亚特公司等开始使用荷兰VDT公司（现已被德国博世公司兼并）的VD钢带，相继推出所谓的CVT汽车，CVT技术逐渐进入了成熟期。最新的丰田Prius混合动力电动汽车的动力系统中即采用钢带CVT，匹配效果很好。目前生产的CVT的基本结构是两个皮带轮和钢片组成的钢带。不同部件的构成只有微小的差别。通过电子控制已经解决了CVT扭矩容量、噪音和可靠性问题，特别是通过皮带轮控制施加于钢带上的压力。但目前成本仍是一个问题。
　　现在CVT扭矩容量已经增大到适合于D级车。ZF公司认为2.5升以下的发动机搭载CVT比传统AT要好，并已开发出适合此类发动机的CFT20E Ecotronic取代传统的4档AT，从1999年开始为大众公司配套。Ecotronic系统的所有智能控制功能是由电子元件完成，从钢带的轴向压紧力到主离合器和变矩器锁止离合器的接合、分离。更重要的是电子元件充当速比控制器，消除以前CVT的“橡胶带效应”，并且识别如城市、山区、高速公路等不同的路况。电子元件自动调整以适应这些条件以及驾驶员的脾气和风格。
　　半自动变速器
　　1993年，绅宝首先推出半自动变速器（Sensonic），但顾客反映冷淡于1998年退出市场。在A、B级车中，由于成本问题，装备AT很困难，因而半自动变速器在此获得成功。1998年福特在全顺厢式车中搭载相似的系统，因为该系统能够为城市中的商业运输司机提供极大的便利。若半自动变速器的规模上升到经济平衡点，并且能够面对新型AT技术的挑战而幸存，则仍能在市场上占有一定位置。
　　宝马首先推出双换档变速器（SMG），一种结合跑车司机呼吁的手动“热换档”操作的双模式的特殊单元。热换档就是在没有放松加速踏板的情况下加、减档。这种呼吁是一级方程式技术的反映。宝马将6档SMG安装在高性能的3系列的M3车型上，具有两种操作模式：第一种是变速器完全自动控制，与传统AT一样；另一种是驾驶员通过推拉变速杆来加、减档。SMG比相同容量的传统AT更轻、更紧凑、机械效率更高。但是比搭载了5档AT的同系列车价格高得多，与开始提出的这种变速器是以低成本出现去挤压传统AT市场有很大差距。
　　雷诺开发出BVR（boite de vitesses robotise）系统采用电―液控制的5档MT。BVR具有两种操作模式：自动模式和半自动模式。在后一种情况，可以进行顺序热换档。在自动模式下，BVR的操作像5档AT一样自动适应换档，具有考虑驾驶风格和路况的换档模式图。雷诺声称该系统“具有MT的机械原理，避免了传统AT损失和摩擦，具有良好的经济性。与MT相比，BVR在自动模式中，由于它的自适应控制模式，燃油消耗降低10%”。

zhaogang9815

好东西，学习了

Feeg

:victory: :handshake

renshijie

学习无止境
好帖