重型汽車變速器的技術特點與發展趨勢

倍檔組合式變速器的副變速器功率分流方法有兩種：一種是采用行星齒輪系的傳動方法，這種結構非常緊湊，體積小而扭矩容量大，直到現在仍廣泛應用;另一種功率分流的方法是采用雙中間軸傳動結構。雙中間軸傳動最大工藝難點是保證主傳動齒輪能和所嚙合的雙中間軸齒輪的輪齒同時接觸問題，解決的辦法是用浮動主傳動齒輪的方法來消除齒軸對位的制造誤差，確保輪齒同時接觸，達到功率分流的目的。與此相適應的換檔同步器也有一定的浮動量。

3.2　半檔組合式機械變速器

將副變速器傳動比均勻地插入傳動比間隔大的主變速器各檔傳動比之間，使變速器的檔位數增加1倍。半檔副變速器串聯在主變速器前部，它只有一對齒輪副和換檔同步器。早期的半檔副變速器由單獨的一個箱子組成，近年來發展成將半檔齒輪副直接放到主變速器之內，既縮短變速器長度又簡化半檔結構。半檔副變速器由一對類似一軸常嚙合齒輪副組成，齒圈套在動力輸入軸上自由轉動，當動力輸入軸上的齒圈與主變速器一軸結合時，各檔傳動比均由主變速器一軸齒輪副組成。當齒圈與動力輸入軸上的接合齒連接時，常嚙合齒輪與主變速器上的中間軸連接，因此主變速器中間軸也旋轉，由此組成的各檔傳動比均勻地插人主變速器各檔傳動比之間。型號為ZFAK/6—80十GV80的半檔組合式機械變速器，由6檔AS6-80主變速器串聯半檔副變速器組成。最大輸入扭矩為750Nm，傳動比范圍 0.83～9.0，倒檔傳動比為7.05/8.46。這種變速器曾在歐洲廣泛使用，如曼、依維柯、斯太爾、沃爾沃等。ZF公司開發的ECOSPLIT- 16S型16檔組合式機械變速器，在4檔主變速器前端加裝一對半檔齒輪副等機構，再在后端串聯行星齒輪傳動副變速器。主變速器二軸一直伸入半檔齒輪副的動力輸入軸孔內，主變速器一軸在中間軸上自由轉動。變速器最大輸入扭矩1600Nm，傳動比范圍為1.00～13.63或0.85—11.46，倒檔傳動比為9.41/11.06或8.64/10.15，長度約950mm，總質量約300kg。

半檔組合式變速器在國外被廣泛應用，特別是在歐洲中型和中重型汽車大量采用這種變速器，其中長途汽車(包括大客車)應用得更多些。汽車發動機功率從85～200kW的各種車輛多用半檔副變速器增加檔位，因為半檔組合式變速器的長度小于倍檔組合式變速器，而且它的結構簡單、成本低、維修保養容易，深受用戶青睞。國外中型和重型汽車發動機功率在 200kWl)l下的基本上都采用半檔組合變速器，發動機功率在200kW以上的多采用倍檔(或倍檔加半檔)組合式變速器。

4　自動變速器的應用與發展趨勢

自動變速器能滿足車輛頻繁起步、頻繁加速的要求，并可以連續加速至最高車速，提高車輛起步加速性能，從而提高整車特別是城市客車的整體運行速度。同時由于變扭器的作用，自動變速器在車輛起步階段能增加扭矩，有利于發動機功率的充分利用。

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國外城市大客車已普遍裝用自動變速器，它在美國的普及率基本上是100%，西歐為95%，而我國只有深圳、上海少數幾個城市在使用。代表國際先進技術水平的為ZF、Voith、Allison3種自動變速器。借鑒國外變速器研制的經驗和先進技術，可以起到事半功倍的作用。以下介紹2種變速器的結構原理和技術特點。

4.1　液力自動變速器(簡稱AT)

與手動變速器相比，液力自動變速器在結構和使用上與手動變速器有很大的不同。手動變速器主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產生變速變矩;而AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。其中液力變扭器是AT最具特點的部件。液力變扭器的泵輪和渦輪就好似相對放置的2臺風扇，一臺風扇吹出的風力會帶動另一臺風扇的葉片旋轉，風力成了動能傳遞的媒介。用液體代替空氣成為傳遞能量的介質，泵輪就會通過液體帶動渦輪旋轉，再在泵輪和渦輪之間加上導輪，通過反作用力使泵輪和渦輪之間實現轉速差就可以實現變速變矩了。由于液力變扭器自動變速變矩范圍不夠大，因此在渦輪后面再串聯幾排行星齒輪提高效率，液壓操縱系統會隨發動機工作變化自行操縱行星齒輪，從而實現自動變速變矩。

Voith自動變速器專用于城市客車，是全自動液力機械式變速器，其液力變扭器用于加速和減速。由于輸人功率被一個差速齒輪裝置一分為二，其效率高于一般的液壓傳動變速器。

液力自動變速器的主要優點如下：

(1)在機械傳動裝置中，行星傳動機構比普通齒輪傳動機構具有結構緊湊、質量小、體積小、傳動比大及效率高等優點。

(2)AT不用離合器換檔，檔位少變化大，連接平穩，因此操作容易，既給駕駛員帶來方便，也給乘客帶來舒適。缺點是機構復雜，制造和修理都較困難。目前在汽車上使用，前途越來越不被看好。

4.2　電控機械自動變速器(簡稱AMT)

電控機械自動變速器，是在傳統的固定軸式變速器和干式離合器的基礎上，應用電子技術、模糊控制理論和變速理論，以電子控制單元ECU為核心，通過液壓控制系統控制離合器的分離與結合，以及選檔、換檔操作，通過對發動機節氣門的調節，由電子控制單元ECU來實現汽車起步、換檔的自動操作。

AMT控制的基本原理：根據駕駛員的意思(油門踏板、制動踏板等)和車輛的狀態(發動機轉速、輸出軸轉速、車速、檔位等)，依據一定的規律(換檔規律、離合器接合規律等)，借助于相應的執行機構(供油執行機構、選換檔執行機構、離合器分離和接合執行機構)，對車輛的動力傳動系統(發動機、離合器、變速器)進行聯合操縱，實現起步、換檔的自動操縱。

電控機械自動變速器的主要特點如下：

(1)方便靈活，能減輕駕駛員勞動強度，提高行車安全性。這是從手動排檔轉變成自動排檔后的一個最重要的特點。

(2)經濟省油，延長車輛的使用壽命。同AT相比，AMT效率幾乎與機械式變速器相同，這樣也就比目前汽車上使用的其它自動變速器更節約能源，可改善環境污染程度。

(3)結構簡單，易于安裝，維修保養方便。它的主要缺點有兩點，一是汽車不是無級變速，是有級的，在換檔時存在動力的中斷;二是在裝車和調試時要有專業的調試員。

4.3　我國自動變速器的發展趨勢

自動變速器主要有液力自動變速器(AT)、電控機械式自動變速器(AMT)、無級自動變速器(CVT)。其技術關鍵是電子技術、電液控制和傳感技術。我國目前的基礎工業難以滿足AT的高技術、高投資要求，加之與這些產品匹配的發動機排量差異大，生產AT難以系列化。對于CVT，必須開發其關鍵部件——液力變扭器，它性能優良，還可以與AMT組成新的液力機械傳動，是自動變速器的“靈魂”。我國目前的國情應以AMT為主方向，它性價比高，價格是AT的 1/4～1/3，人世之后它仍有競爭力;生產繼承性好，改造資金投入少;生產批量靈活，小批量、小得益，大批量、大得益;相對于各種車型，其硬件開發和軟件研制在結構上、理論上是相通的，成果可推廣到各類型汽車上。