自动变速器的新生 传统步进式AT自动变速器的超越

卫东

面对10挡双离合变速器的叫嚣，传统AT步进式自动变速器正在实现全面突围。

1987年宝马推出的第一款匹配220kW V12发动机的750i时，匹配了当时最先进的4AT变速器，斗转星移，时隔20多年之后，BMW从新7系开始逐步普及了8AT变速器，变速器的挡位数实现了翻倍。回想10多年前，匹配3AT的家轿对于普通家庭来说都是奢侈之选，而今天，宝马已经把8AT变速器推广到国产宝马X1上，国产奔驰新C级也采用了7AT，使平民也有了贵族体验。放眼世界，通用和福特已经签约联手开发10AT，再回到国内，已经开发出8AT的盛瑞也已经放出豪言要推出13AT，难道步进式自动变速器的“大跃进”时代已经来临？那将是消费者的福音。

AT挡位和功能逐渐增多

步进式AT变速器的产生比手动变速器晚了19年的时间，1908年福特T型汽车最早应用了一种只有两个速率比的AT变速器，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速和改变扭矩。福特T型车可谓改写汽车历史的一款车型，不但使汽车走向了普及，还使汽车更容易驾驶了。而真正意义上的AT变速器是在1940年由美国通用开发生产，这种AT变速器使用液力耦合器和三排行星齿轮提供四个前进挡和一个倒挡。

随着发动机燃油喷射与点火装置的不断完善，AT变速器也有新的花样，如设置了“运动模式”或“雪地行驶模式”等不同的操控方式。当按下换挡杆附近的“S”按键（运动模式）后，就可以使加速时变得格外迅捷；当在冰雪路面行驶时，就可以按下印有雪花图案的按键，以采用雪地驾驶模式，可避免在冰雪路面起步时打滑。更有甚者，新一代“随机应变式”AT变速器还可以学习驾驶者的驾驶习惯，以达到更快的反应，使驾驶变得更加得心应手。

在1990年，德国保时捷公司率先在911车型上使用了Tiptronic手自一体变速器。这种变速器实际上是以AT变速器为基础增加了手动换挡程序，结果以既保持了轻松驾驶又能保证一定的驾驶乐趣使之逐步发展成了主流，几乎成了今天AT变速器的标配。而此时在节能减排和提高驾驶舒适性的要求下，4个前进挡的AT变速器已经不能再满足消费者需求。到了1989年奔驰6缸发动机车型才用上了5挡自动变速器，1995年新一代5AT才用在V12、V8发动机上。在1999年ZF公司终于推出了带6个前进挡的6AT变速器并将其安装在宝马7系轿车上，随之也引发了豪华轿车的挡位之争，在之后的几年里，先有奔驰在2003年推出了世界第一款7挡7G-TRONIC自动变速器，接着是雷克萨斯宣布在LS460h豪华轿车上装备8AT变速器，使AT变速器正式进入“8”的年代。随之宝马也加入到“8挡”行列，奥迪也以配8AT的新A8入队，就连推崇DSG的大众也在混合动力途锐上采用了8挡变速器，还有克莱斯勒，一时间8AT已经满天飞。

步进AT变速器的工作原理

AT通常由液力变扭器、行星齿轮组、换挡执行机构、控制阀体和控制电脑等主要部件组成。发动机的动力通过与飞轮相连的液力变扭器将动力传递到变速器的输入轴，再通过一系列的行星齿轮机构、离合器单元、差速器将所需求的动力传递到车轮。

AT变速器的具体换挡又是怎样来完成的呢？原来是由电子控制单元收集车辆行驶速度、发动机转速、油门踏板位置等各种信息，加以分析后再向变速器控制阀体发出指令，通过阀体单元的各种电磁阀实现相应部位油压的变化以控制换挡执行机构实现指令的实行。各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线，实现变速器挡位的变换。

8AT具有更强大优势

想当年ZF推出的全球首款8AT对它原有的6AT进行了大量的改进，以便提升它在发动机加速过程中的燃油经济性和效率，并降低它的制造成本。宝马这台8AT科技含量更高，可以快速加速和减速，其过渡如天鹅绒般平滑，相较于双离合变速器，这款8AT的特点是更轻的质量、更高的效率、更低廉的成本。全新的8AT配合汽油发动机在同样的路况条件下可以比目前6AT提高3%的燃油经济性，工作效率提升8%；而配合柴油发动机则燃油经济性提高了7%。虽然增加了2个更低的传动比，但它的体积仍然很紧凑，因此它所占用的车内空间与原来的6AT相当，但8AT可以传递出更大的扭矩。在提高经济性和环保性的同时，新的8AT更多的挡位、更加合理的齿比、更快的换挡时间、更平顺的挡位切换和更先进的电子管理系统将进一步提高车辆的舒适性和运动能力，这些变化对于顶级豪华车来说至关重要。

7AT、8AT成为了新起点

2013年成都车展上，新一代E级车在华上市，其4MATIC系统与7G-TRONIC PLUS完美结合使驾驶者在各种路况下得到了最充分的驾驭感。2014年上市的国产全新C180 L同样搭载了7G-TRONIC PLUS，7个前进挡的各挡位之间可以在低发动机转速增量下实现范围较广的传动比，从而以轻松平稳的转换实现具有快速响应性和燃油经济性的换挡操作。7G-TRONIC PLUS可以达到惊人的燃油效率，全新上市的C 180L的百公里油耗仅为6.1L，较前代车型大为降低。从2003年到2014年这10年间，7AT在奔驰得到了普及。

对于BMW来说，宝马为所有2012年发布的新7系车型配备了新一代8挡自动变速器，通过智能控制技术，这款8挡变速器可以实现快速换挡，并且反应时间极短，还可以直接减挡。电子变速器控制器还能根据要求改变换挡特性，选择更具运动感的模式或更舒适经济的模式。尽管整体速比范围跨距较大，但8个挡位的设置使得各挡传动比之间的距离较小，因此能够在各种情况下确保最佳传动比。密齿比能够以平顺、省油的低转速方式配合精确和强劲的加速。总之，新款8挡自动变速器既能提供凌厉的动态加速和顺畅换挡，还能让驾驶者获得非常经济的油耗。

对于北美生产厂家来说，在2014年初，通用发布的2015款Corvette Stingray和Corvette Z06上搭载了通用自己设计的全新8L90 8挡自动变速器。通用表示其换挡速度完全可以媲美最出色的双离合变速器，变速器控制单元以每秒160次的速度分析并执行换挡指令。全油门时，比保时捷911上的双离合变速器的升挡速度要快8/100s。比起上一代的6AT来虽然齿轮更小了，可传递的扭矩和效率都更高了，通过方向盘上的手动换挡拨片带来了完全手动控制的驾驶快感。采用了4组齿轮和5套离合器，紧凑的结构使其在体积上只相当于上代6AT。更多铝制材料的应用使其重量比6AT还要轻了4kg。降低摩擦设计使其比前一代6AT的效率提升了5%。全新高性能8挡自动变速器也使科尔维特车型的卓越性能拉升到了全新的高度。

奔驰9AT走上前台

2014年3月，梅赛德斯一奔驰宣布了E 350BlueTEC将匹配全新一代9G-TRONIC 9挡变速器，并在2014年4月，举行了一个小型的庆祝会，以庆祝9G-TRONIC 9挡自动变速器的诞生。这是汽车界的第一款9挡步进式变速器，使E 350 BlueTEC成为同级别6缸柴油发动机车辆中燃油效率最高的车型，在欧洲NEDC循环下，185kW柴油发动机每100km油耗只有5.3L。而这款9AT带来的驾驶平顺性是超出想象的，其中噪声要下降4dB。从1挡到9挡的传动比变化范围达到了9.15，可以使发动机的工作转速降到更低，使能力效率更高，驾驶更舒适。在手动模式和运动S模式下，带来了更显著的驾驶激情。如挂9挡在120km/h行驶时，发动机转速只有1350rpm。尽管增加了两套齿轮，且最大传递扭矩可以达到1000Nm，可变速器体积并没有增加，重量反而比7G-TRONIC还要轻。在结构上也采取了最简化，只有4组行星齿轮和6组换挡单元。3个转速传感器在监视着变速器的运转以提升变速器效率。

为了适应新能源车型的发展，变速器配备了两个油泵，一个很小的机械式高效叶轮主油泵，就在主轴附近，并采取链条驱动，还有一个电子辅助油泵，使这款9AT也适合于起/停系统和滑行功能。当等红灯，发动机停止时电子油泵就会启动，以保证变速器内的基本油压和必要的润滑。当变速器温度过高时电子油泵也会启动以增加降温效果。相比于上一代始于2003年的7G-TRONIC的变扭器效率只有85%，9AT高效的变扭器效率达到了92%，对提升效率起了很大帮助。第二代低阻力润滑油的采用使这款9AT即使是在北极圈内也可顺利启动工作。高效油泵和低阻润滑油大大提升了效率。扭振阻尼器和变扭器锁止离合器提升了舒适性。电磁阀直接驱动液压换挡，速度更快、效率更高，奔驰强调9G-TRONIC的换挡速度完全可以与DCT双离合变速器匹敌。在这款堪称完美的9G-TRONIC变速器身后也蕴藏着舍弗勒工程师们的汗水，变速器中的液力变扭器减振器和轴承都是舍弗勒的杰作。

在2015年6月，这款9G-TRONIC 9挡自动变速器首先安装在了针对BMW X6的GLE跨界跑车上，190kW柴油发动机（GLE 350d 4MATIC）和245kW汽油发动机（GLE 4004MATIC）与9G-TRONIC相配合带来了更灵敏的响应。这款9G-TRONIC 9挡自动变速器还适合于后轮驱动和四轮驱动的混合动力、插电混合动力系统，必将成为今后几年奔驰的主力。近两年除了奔驰外，变速器主机厂ZF推出的9AT变速器也已经应用在揽胜极光和JEEP自由光上。

通用与福特联手打造10AT

早在2013年，通用和福特签署协议，将联合开发新系列节油传动系统，包括9挡和10挡自动变速器，提高旗下车型的燃油经济性和动力性能。在协议下，通用和福特将共同研发新一代先进技术9挡和10挡自动变速器。根据福特和通用的产能预测，到2018年通用和福特合作开发的9挡与10挡变速器将各自达到100万台的年产销量。在2013年底通用汽车宣布向美国五家工厂投资近13亿美元，其中部分资金为投产全新10挡自动变速器准备。在2015年，福特向世人宣布申请了11AT变速器的专利，眼看变速器的竞争已经进入白热化。

面对未来的AT

在2012年底中国上市的第二代BMW高效混合动力7系（ActiveHybrid7）以双涡管单涡轮增压直列6缸汽油发动机加40kW同步电机，配8挡Steptronic自动变速器形成了高效动力系统。混合动力7系提供了出色的动态特性，并且出色地平衡了高性能和低油耗。电动机通过助力功能为6缸发动机额外提供210Nm的扭矩，使其从静止加速到100km/h仅需5.7s。在2014年，BMW又推出了插电混合动力版X5，在2015年上海国际车展上这款BMW X5 xDrive 40e也来到了国内消费者面前。像混合动力7系一样，同步电机集成于8挡自动变速器中。插电混动X5的0～100km/h加速时间仅为6.8s，其最高时速由电子限速限制在210km/h，而在纯电动模式下，车辆的最高时速为120km/h，可行驶31km。

在2010年奔驰开发的第六代变速器7G-TRONIC PLUS在2013年被安装在了E300 BlueTEC HYBRID上，20kW电机被安装在变扭器壳内开启了传统变速器的新能源之旅。在2015年上海车展上我们也看到了奔驰展出的S500eL插电式混合动力轿车，以6缸汽油发动机（245kW/480Nm）匹配传统7G-TRONIC PLUS变速器，85kW/340Nm电机协助发力，使系统扭矩达到650Nm，从静止加速到100km/h只用时5.2s。在电机的转子中心装有一个湿式离合器，在纯电动行驶或刹车状态下，湿式离合器能切断汽油发动机和传动系统之间的拖拽效应。在纯电动行驶模式和高速公路滑行时，离合器的切断是很有必要的，在这种情况下，车辆几乎没有传动系统阻力，只有电动机偶尔短促的推动作用。电机内部还包含一个线控停车锁和一个电子辅助油泵，电子辅助油泵在起/停模式下和电动运行状态下为变速器提供油压。

在2015年，伴随着新一代奥迪Q7的面世，Q7 e-tron quattro也走上了市场，它是奥迪第一款带quattro四驱系统柴油发动机的插电式混合动力SUV，3.0L TDI柴油发动机在8挡Tiptronic和电机的配合下，也就是说275kW和700Nm扭矩的系统输出在8AT配合下，在6s内完成0～100km/h的冲刺，最高车速达到225km/h。当电池充满电后可以纯电动行驶56km。纯电动行驶时，从静止加速到60km/h用时6.1s。对于大马力豪华轿车来说，发展混合动力系统依然需要大马力变速器的配合，于是步进式自动变速器同样在混合动力车型中扮演着重要角色。

2014年中国的盛瑞公司宣布了在盛瑞8AT的技术基础上将开发横置布局的13AT计划，让人们深深感到步进式自动变速器的“大跃进”时代已经来临。