・ｌ６・ 綦齿传动 ２０１０年第２期 变速传动系统面临的挑战 乘用车变速器发展的展望 １ 前言 由于公路上行驶的车辆越来越多、石化 能源储量日益减少、事关人类最大利益的环境 污染日益严重，致使汽车成为一个有争议的话 题。 政府官员和民众提出了一系列解决方案， 诸如对在高速公路上行驶的汽车限速，在降低 燃油消耗和减少废气排放上立法，甚至禁止部 分车辆进入市区。 实际上，这是一个再清楚不过的多层面的 问题： 六地球上的石化能源是有限的。 女工业革命以来，环境污染一直是有增 无减。除了因工业和住宅供热系统导致的排放 污染外，汽车尾气排放也是导致环境污染的主 要因素。尽管世界上大部分人口相对密集地区 拥有的汽车还不多，但可以预料，随着这些地 区生活水准的提高，汽车数量将大大增加。这 就带来了需要大量发展符合环保要求的汽车的 机遇。 综上所述，为有效利用石化能源（降低油 耗）和减少对环境的污染（排放和降噪），需 要对传统的汽车传动系统进行改进和优化。 在过去，人们很少注重变速器——尤其 是手动挡机械变速器，对汽车节能、减排方面 的影响。仅将变速器视为把转速范围有限的发 动机动力，变换成更大速度范围上的车轮驱动 力的单一的动力传动装置。虽有一些汽车配置 了昂贵的自动变速器，也仅是考虑汽车的舒适 性，并未给予伴随而来的能耗和排放的增加以 应有的重视。 如今，情况有所不同：变速器已被当作动 力传动系统的一部分，与构成系统的其他总成 部件组成一个整体并按给定的模式进行操纵、 控制。标准的手动挡变速器在单个挡位上可具 有最佳能效。但是，由于是有级（挡）变速传 动且变速范围有限，要实现按发动机燃油特性 图来进行低能耗的操控，几乎是不可能的。 此外，采用手动挡变速器的汽车的舒适性 差，且随变速器挡位数的增多（越来越多的乘 用车采用６挡变速器），换挡操作也愈宜不方 便。 上述所列举的这些相互矛盾的问题，可以 通过‘变速传动控制’予以解决。问题是，要 基于哪些理念来实现这一目的呢？ ２ ‘变速传动控制’的目标 节能减排 从环保的角度考虑，低能耗和低排放一定 是今后乘用车‘动力系统’发展的目标。 对于变速传动系统，它必须能够满足以下 要求： ａ）高度的自动控制，即最佳的变速控制与 驾驶技能高低无关； ｂ）减小空气阻力系数、提高发动机功率 达到更高的最高车速； 发动机的最佳工况通常是在相对较低的转 速下进行，且有更宽范围的变速传动比。 Ｃ）‘智能化控制’ ・电子油门踏板 ２０１０年第２期 綦齿传动 ・ｌ７・ ・自适应控制 ・自动变换运行模式：运动一经济 ・发动机停闭系统 ・模糊逻辑控制 ｄ）齿轮传动效率最佳 最大传动效率＋最小的操纵力。 舒适 对驾驶员来说，驾驶舒适性意味着发动机 和变速控制系统，在很大程度上自动地执行所 要求的或必须的操作。变速传动比的变化应是 平顺的。 噪音也是一重要因素。发动机低速运转的 同时整体噪声要低。 换挡性能 良好的换挡性能意味着从一个经济（速度） 型行驶模式到动力型模式的变换应是自动连续 地进行。 此换低挡的功能的主要特征是： ａ）改变变速器传动比（换挡）时，牵引力 不中断 ｂ）传动转矩大幅增加 Ｃ）在最短时问内完成换挡 ３变速器的新概念 ３．１有级自动变速器 ３．１．１机械式有级自动变速器（ＡＭＴ） 由于制造成本低廉，手动挡机械变速器在 未来的时间里仍将继续成为汽车的标准配置。 但是，它不可能实现上述目标要求，既不能在 不中断牵引力情况下换挡，也不能手动选择最 佳的变速传动比。也就是说，它不可能充分满 足对节油、舒适及换挡性能的要求。 很显然，为了实现上述这些目标要求， 需要对那些大量生产的、廉价的手动挡机械变 速器作进一步改进。最简易的方法就是使手换 挡的功能自动化——采用一个‘控制单元’实 现电控机械式或气动式或液力式自动换挡。该 ‘控制单元’还能相应地自动控制诸如磁粉离 合器、液压多片离合器以及气动式或电控液力 式或完全液力式摩擦片型离合器等各种型式的 离合器。由于电子控制技术的高度发展，致使 摩擦片型离合器可以实现高度柔顺的离合，并 可进一步实现自动控制牵引力大小等多项功能 （电子变速控制ＥＴＣ）。 然而，这种自动变速器，尽管实现了自动 换挡，但由于未能实现动力换挡（换挡时，动 力连续不问断），这对于舒适性要求很高的乘 用车，还不是理想的变速装置。 现在，已经制造出多于一个离合器换挡的 动力换挡变速器。除了运动型跑车采用双离合 器变速器外，也有其他设计类型，但那些设计 类型更适合在低功率的小型乘用车上配置。 ３．１．２传统的液力式自动变速器（ＡＴ） 在传统的液力自动变速器的长期使用中， 积累了大量的经验。由于其成熟的技术，这种 采用电控液力换挡行星齿轮传动和液力变矩器 组合的自动变速器，具有许多令人满意的优 点： ・在起步、换低挡及锁止变矩器（节油） 而增大转矩时，传动变换平顺； ・实现动力换挡，即换挡时，牵引力不中 断； 进一步的改进、发展将显著提高节油经济 性和乘坐舒适性。如：增加变速器挡数至五个 或更多时，可大大提高燃油经济性。采用‘渐 进离合’控制（离合器的模糊逻辑控制，自适 应控制），可在节油及舒适性方面获得进一步 提高。 伴随而生的，也存在如下缺点： ・用于提供液压动力及冷却液的油泵功率 增大（使变速器传动效率降低）； ・变速器质量随变速器挡数增多而增大； ・仍未能实现无级变速；增多挡数可使同 样的变速传动比范围内相邻挡间的级差减小 （可提高燃油经济性），却增加了换挡的次 ・ｌ８・ 綦齿传动 ２０１０年第２期 数，使换挡方便性、舒适性降低。 尽管传统的液力自动变速箱有这些缺点， 且，人们也在努力研制消除上述缺点的更新产 品。 通过多年的研究与实践，现在‘带’传动 无级变速器已成为小型乘用车的标准配置。由 条，Ｖ型传动带），解决了其过去在传动噪音 及功能上的不足。 这种。带’传动无级变速器的主要优点 就是动力传动的调整变化是自动、连续不问断 但其优点使它仍然拥有相当的市场份额。而 于采用电子控制及使用高科技的传动介质（链 ３＿２无级变速器（ＣＶＴ） ‘无级变速’这一概念，含义很广、类型 也很多。这里仅探讨那些最有发展前景、最能 实现的一类用于汽车上的无级变速器。静液压 无级变速器因其噪音大和质量重而不被推崇， 电动无级变速器因其效能低也不被看好。下面 的，即驾驶员不再考虑换挡。从驾驶操纵的角 度看，当车速与牵引阻力相适应时，该变速系 统应能保证发动机在最佳工作点上运行。通过 合适的程控模式，是可以使发动机在最低油耗 曲线上（图１）稳定的工作（没有或仅有微小 的变化）。 仅论及采用摩擦传动的无级变速器。 ３．２．１ ‘带’传动无级变速器 § ２０００ ３０００ ｔｏｍ ５０００ 转速 图１ 汽油发动机＋变速器的特性曲线 形成变速传动比的锥轮液压所需的油泵要 比同级传统的液力自动变速箱的油泵容量小， 尽管如此，这些液压泵工作的功率损失和摩擦 具有最佳传动效率），其余小部分功率流经由 ＣＶＴ传动。这两部分功率流在变速器输出端汇 合，集成输出。 优点： 一力的传动损失，还是会使这种变速器传动效率 有所降低。已经做出的一些新的设计改进，将 使这种损失降到最小。 可将ＣＶＴ设计得更紧凑； 起步时不需要离合器。 由于齿轮传动机构的中间传动有相当多 ‘双模’ＣＶＴ 一以下简要介绍两种ＣＶＴ的特点： ‘双流’ＣＶＴ 缺点： 一通过一个机械的功率分流系统，将大部分 功率流经由一个机械的齿轮传动机构传动（可 的附加载荷，致使传动效率仍有一定损失。 ２０１０年第２期 綦齿传动 ・ｌ９・ 视路况不同，通过操纵开关控制不同位置 未达到带传动装置的技术水平，因此，有待视 其今后进一步的发展，方能给出最后的评价。 的离合器工作，可以两次变换ＣＶＴ的输入、输 出轴，实现ＣＶＴ按两种功率流传动模式运行 （图２）。 ‘双模’ＣＶＴ增大了变速范围，从 而使在较高车速上，发动机可以在最佳（最低 油耗）区长时间工作。此外，在相同的变速范 围条件下，还可通过减ｄ￣ＣＶＴ中带轮的直径， 进一步提高效率。 优点： 一发动机＋变速器的总效率高 缺点： 一制造成本高 一质量重 一操纵控制复杂 圈２。 ‘双模’式ＣＶＴ（Ｉｚ） ３．２．２ ‘盘’传动无级变速器 这种设计（见图３）的特点是通过两个同 轴相连的旋转盘在圆环面上回转传动，旋转盘 在环面上的不同位置形成不同数值的传动比。 这种情况下的动力传动状态与那些‘带’ 摩擦传动装置是完全不同的。接触点的赫兹应 力非常大，需要特别设计的传动装置来确保其 有足够的使用寿命。 此外，动力传动中相当高的接触压力，会 产生许多新的问题，特别是大功率传动。 目前，由于这种摩擦盘传动技术的发展尚 嘲３．摩擦盘传动无级变速器（ＮＳＫ系统） ４动力传动的控制系统 迄今为止，从最佳油耗、废气排放和舒适 性等方面讨论了发动机以及变速器的控制。更 进一步的研究是如何将所有的动力传动总成及 相关部件集成一个完整的动力传动系统来控制 管理。 通过这样的控制系统，摒弃油门踏板（驾 驶员）对发动机的机械式控制，将发动机最佳 工况点与电控的自动变速器集成控制，就可实 现与行驶路况相适应的驾驶意图，获得优化油 耗和性能的效果。 把发动机和变速器集成在一起控制，还可 提高换挡时或变换不同行驶模式时的舒适性。 从使用性能和安全性两方面来看，若使用 电子变速控制系统（ＥＴＣ），把发动机和制动 器集合在一起控制，则将获得更多的优点。 目前对附属装置进行集成控制，还没有 受到充分重视。假如能对车载交流电机、空调 器、液压装置、加热系统、电负荷等都进行智 能控制，那就可以在保持足够舒适性的同时， 更多的节省燃料。从而使汽车（下转６页） ・６・ 綦齿传动 ２０１０年第２期 华旅游车配套其使用寿命可达到２００万公里。 降低油耗，提高经济性，８Ｓｌ８０变速器同样 可配置一体式的自动预选电子换挡系统（ＺＦ— ＡＶＳ）或集成配置全自动电子换挡系统（ＺＦ— ＡＳ）成为半自动挡变速器或自动挡变速器。 ３结束语 Ｓ６—８５和８Ｓ １ ８０机械变速器是ＺＦ公司在 ２０世纪９０年代投放市场的精品，广为大型公 交车、豪华旅游车、城际大客车采用，深受用 户青睐。进入２ １世纪，由于微电脑技术的快速 ２．２．３换挡轻便 发展，降碳节能、减排环保要求越来越高，人 们对驾乘的安全性、舒适性、智能化也提出更 ８Ｓ １ ８０变速器采用ＺＦ—ＢＫ短行程同步 器，换挡轻，各挡换挡力均衡。对于手动机械 高的需求，因而这种完全手动挡的机械变速器 （ＭＴ），在欧美等发达国家，便失去市场竞 式换挡的８Ｓ １ ８０变速器，采用便于换挡操作的 ‘双Ｈ‘型挡位布置。 ＺＦ ８Ｓ １ ８０变速器适宜与最大功率为 ３８０ｋＷ（５１６ＰＳ）电喷增压柴油机匹配，为 总质量（ＧＶｗ）２８吨的大客车配套。 同Ｓ６—８５一样，在变速器安装长度不变的 条件下，８Ｓ １ ８０变速器后端可一体式配置ＺＦ内 置式液力缓速器（ＺＦ Ｉｎｔａｒｄｅｒ），也可外置 全性。为了使操纵更轻便，提高驾乘舒适性， 争力而渐渐淡出。取而代之的是采用发动机一 离合器一变速器集成电子控制的自动挡机械变 速器（ＡＭＴ）或不间断动力换挡的自动液力变 速器（ＡＴ）。但对于广大发展中国家，这种 有着成熟技术和较高经济性、安全性、可靠性 的手动挡机械变速器（ＭＴ），时下仍是城市 大型公交车、城际大型客车、豪华旅游车的最 佳配置。在今后一个相当长的时期内，仍不失 安装Ｖｏｉｔｈ或Ｔｅｌｍａ缓速器，提高车辆行驶安 为大客车变速器市场份额最大的配套产品。 （綦力整理） 为他们的性能最好，完全符合人们对舒适度、 （上－￣｝ｃ１９页）总的能耗更低。 使用性能和燃料经济性的要求。若配置电子控 ５结束语 从全球范围看，尽管有其他更多的交通形 式，但乘用车作为一种个人交通工具，在将来 仍是不可缺少的。 基于人们对舒适性的不同要求，机械式自 制系统，这些要求将会更加令人满意。顾客的 认可度是大量推向市场的一个重要准则，特别 是对发动机转速的听觉感受好，即发动机转速 市场竞争力。 在很大的车速范围内都可以不改变，使其更具 动变速箱将在细分市场中仍会占有一席之地。 在可预见的将来，传统的液力自动变速箱 凭借它的成熟技术和高度可靠性，也将占有并 巩固它们已有的市场地位。 今后，在含有混合传动和蓄能传动的传动 领域中，更感兴趣将无级变速器作为不同速度 速传动装置。 级（飞轮蓄能传动，电传动装置）的理想的变 无级变速器将有很大的市场扩展潜力，因 刘颖钟菲译自［ＺＦ Ｐ．Ａｄａｍｉｓ，Ｇ．Ｇｒｕｓｃｈ。ｗ（（Ｃｈａｌｌ。 Ｆａｃｉ ｇ Ｆｕｔｕｒｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ》】 綦力编审
