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详解重型汽车自动变速器种类及特征
来源:本站整理  作者:佚名  2012-11-02 13:27:53

一、液力机械式自动变速器(AT

AT 指液力变矩器加行星齿轮排式自动变速系统。 液力变矩器是通过液体动量矩的变化来改变转矩的传动元件,它具有小范围内无级连续变速和自动变矩的能力。 现广泛应用于轿车、公共汽车、军用车辆和特种车辆上, 占据自动变速系统的主导地位。

 

重型液力机械变速器可分为 3 种类型:一是由液力变矩器与行星齿轮串联组成的液力机械变速器。 如:美国艾里逊公司和德国 ZF 公司生产的液力机械变速器。 二是带锁止离合器的液力变矩器、换挡离合器和固定轴式齿轮机械变速器组成的液力机械变速器。 如:德国 ZF 公司生产的采用 WSK 系统与全同步多挡变速器组成的液力机械变速器。 三是双流液力机械传动。 这种传动方式将液力变矩器与二自由度行星齿轮机构并联,再与机械变速器串联。 动力传递中,发动机功率的一部分经变矩器传递,其余部分经行星齿轮机构传递,因而兼具 2 种传动的优点。 如: 德国福伊特 (Voith) 公司的迪瓦(Diwa)牌液力机械变速器。

 

AT 的优点:汽车起步更加平稳,能吸收和衰减振动及冲击, 避免发动机因负荷突然增大而熄火,从而提高乘员的舒适性与货物安全性;能以很低的车速行驶以提高车辆在不良路面上的通过性;能自动适应行驶阻力的变化,在一定范围内实现无级变速;液力传动的工作介质是液体,使传动系承受的动载荷大为减轻,因而提高了有关部件和零件的使用寿命,这对经常处于恶劣条件下工作的车辆尤为重要;明显地减少了换挡次数且便于实现换挡自动化,使驾驶操作简单省力,有利于行车安全。

 

AT 的不足 :重量大 、成本较高 、自动控制的液压阀组制造困难;液力自动变速器的发展历经采用多元件工作轮液力变矩器、闭锁离合器、增加行星齿轮变速器挡位及电子控制等多种方法, 综合经济性能得到较大提升,成本逐步下降,但仍需进一步优化改进。

 

二、电控机械式自动变速器(AMT

AMT 是在原有手动变速器基本结构上加装微机控制的自动操纵机构,运用神经网络、模糊控制等方法,按照一定的控制策略,取代由驾驶员人工完成的离合器分离与接合、选挡与换挡以及发动机的转速调节等操作,实现换挡操纵自动化。

 

AMT 的优点: 具有传统手动变速器传动效率高、成本低、易于制造等优点,同时也具备了操纵方便的自动变速功能,在商用车上应用较广。

 

AMT 的不足:控制参数多,控制系统设计难度大;换挡机构可靠性要求高;换挡过程中存在动力中断,是非动力性换挡。

 

为克服动力中断问题,近年来,部分企业与科研院所正在研究带有动力换挡的 AMT 系统, 代表性的有 DTI 公司的 PS-AMT 动力换挡装置。 它采用旁路行星制动的工作原理,图 1 为 2 种机构的工作原理示意图。

 

在换挡动作之前,离合器断开,扭矩为零,而旁路的行星制动装置扭矩升高, 发动机扭矩完全转由旁路传输且变化平滑; 变速器换挡过程结束后,离合器结合,行星制动系统扭矩减小,发动机的扭矩恢复由离合器传输,整个换挡过程结束,中间没有扭矩中断现象。 该系统能有效改善采用 AMT 车辆的驾乘舒适性、平顺性以及动力性等。

 

三、无级变速器(CVT

CVT 采用连续改变半径传动来取代传统的齿轮啮合传动,有金属带式、牵引式和可变直径弹性传动等型式。 采用该系统的车辆驾驶简便,可提高舒适性和燃油经济性,在轿车上具有较大的发展空间。

 

CVT 的优点:变速平顺 ,传动比变化自然而精细, 使驾驶员和乘客仅仅能感受到变速的惯性;在发动机输出动力的整个范围内实现动力的无级传递,最大限度地利用发动机特性,提高动力性和经济性;避免造成发动机过载。

 

CVT 的不足:传动带或滚动环易打滑 ,尤其是在高功率状态下。 解决办法:一是将 CVT 系统使用在小排量汽车上,通常用在 3.3 升以下车辆;二是增加一个变矩器,与常规的自动变速器类似,但是它将降低 CVT 效率。此外,传动带、摩擦环的强度和寿命低。

 

四、双离合自动变速器(DCT

DCT 是一个由 2 组离合器片集合而成的双离合装置,同时与一个由实心轴及外部套筒组合而成的双传动轴机构,由电子控制及液压装置同时控制两组离合器及齿轮组的动作, 没有采用液力变矩器,巧妙地把手动变速器的灵活性和传统自动变速器的方便性结合在一起。 根据离合器是否浸入在油中可分为干式和湿式 2 种。

 

DCT 的优点:高传动效率、低顿挫感、换挡速度理论上比手动变速箱还要高,而且采用的是齿轮式变速箱,生产继承性好。

 

DCT 的不足:换挡过程中产生大量热 ,如果解决不好散热问题,容易造成摩擦片烧结、损坏;DCT换挡和离合器分离大多数采用液压的形式通过电磁阀来控制,要求液压元件高精度、高可靠;转动惯量偏大;DCT 的核心技术目前集中掌控在德国 LUK和美国博格华纳两家手中, 技术转让条件十分苛刻。

 

五、无限变速机械式自动变速器(IVT)

IVT 是把无级变速传动(CVT)进行功率分流的一种传动机构。 它可在不需倒挡齿轮的情况下实现倒挡,进一步扩展了速比范围;也可以在没有诸如液力变矩器或起步离合器等装置的情况下实现汽车起步。 根据变速器类型不同,可以分为带式、半环形和全环形等形式。对于带式速变器的 IVT,其传动机理与带式 CVT 类似,但是它能够实现正反向的无级变速。

 

IVT 工作过程中有 3 种可能的功率流形式:其中一种是没有功率回流 (图 2 中③代表该形式下的功率流流向),但是这种情况下 IVT 速比范围小于速变器速比范围,实用价值不大;另外 2 种功率流形式(图 2 中①和②所示)会有一定的功率回流,尽管影响传动效率,但是可以实现正向、反向以及空挡行驶,PG(行星排)和 FR(常啮合齿轮)都是传动效率很高的齿轮传动装置, 所以,IVT 的传动效率取决于在功率传动过程中,通过 CVT 的功率占总输入功率的百分比。

 

IVT 的优点是:综合 CVT 和其他传动机构的一种功率分流传动, 充分利用 CVT 机构的无级传动;进一步扩大无级传动速比范围和提高输出扭矩,在一定程度上解决了 CVT 输出扭矩较小的问题。IVT 的不足 : 传动过程中存在一定的功率回流,造成了不必要的功率损失,从而影响了传动效率。

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