液力自动变速器的技术现状及发展趋势

李增辉 田华 刘富庆

摘 要：自动变速器是现代汽车的重要总成之一。本文首先介绍了自动变速器的类型，并根据中国轻型车变速器的市场份额预测，指出了液力自动变速器依旧占据市场主导地位的观点。其次总结了国外主流供应商的技术现状及其搭载车型情况，介绍了国内液力自动变速器的研发、技术引进、产业化情况。最后重点探讨了液力自动变速器的发展趋势，指出了其将向多档化、轻量化、模块化等方向发展。

关键词：液力自动变速器；多挡化；轻量化；模块化

1 前言

变速器是汽车动力传动系统的重要部件，变速器的性能对整车的动力性、经济性、舒适性等有着重要的影响 [1]。目前，市场上主要有以下四类自动变速器：传统的液力自动变速器（ Hydraulic Automatic Transmission， AT）、电控机械式自动变速器（ Automatic Mechanical Transmission，AMT）、无级自动变速器（ Continuously Variable Transmission， CVT）和双离合器自动变速器（ Dual Clutch Transmission，DCT）[2]。

在国内， AMT目前只应用于一些销量不高的低端车型，发展前景并不乐观，因此市场上呈现 AT、DCT和 CVT三分天下的局面。从图 1中国轻型车变速器市场份额预测 [3]来看，DCT和 CVT将得到快速发展，而 AT具备技术成熟和成本低廉的优势，其在未来很长时间里都将是自动挡车型的主流技术，因此，本文主要围绕 AT的技术现状及发展趋势展开讨论。

2 AT技术现状

液力自动变速器是由液力传动系统、机械式齿轮变速系统、液压操纵系统、电子控制系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来进行变速变矩。

AT历经 70多年的发展，目前在自动变速器领域占据主导地位，尤其是在美国、日本和欧洲等汽车产业发达的国家和地区有着很高的市场占有率 [2]。

2.1 国外供应商现状

2006年，日本爱信（ AISIN-AW）率先推出了 8速 AT，并应用于雷克萨斯 LS460，从而使其成为世界上第一款搭载 8AT的车型。 2008年，德国采埃孚（ ZF）开始投产 8HP系列 8速 AT，并于次年开始陆续为 BMW的大部分车型配套。 2011年，韩国现代旗下派沃泰（PowerTech）公司研发的 8速 AT也获得成功 [4]。这三家供应商的 8AT在整车布置上均为纵置后驱型，多用于匹配大马力发动机的豪华车型，应用范围有限。

2012年，基于对变速器市场的分析， ZF发布全新的横置 9HP系列 9速 AT，与 8HP系列不同的是，该变速器能兼顾不同档次和定位的汽车产品，应用范围更广。 2014年 7月，爱信 AW的前置前驱 8速 AT装备在沃尔沃 XC60车型上入市。横置 8AT、9AT的推出，进一步拓展了多档位 AT在轿车市场的应用，并有望得到更大规模的普及。

2.2 国内现状

在国内，近些年各汽车公司在自主研发的同时，也在努力寻求和国外的技术合作。 2009年年初，吉利收购了澳大利亚 DSI自动变速器公司，使其具备了 6速及以上 AT的研发和生产技术。同年 6月，哈尔滨东安动力引进日本三菱 4AT和 5AT技术，产品投产后主要配套自主品牌汽车及三菱系列车型。 2009年，华泰汽车引进了德国 ZF的 4AT及 6AT自动变速器技术。

此外，盛瑞传动在 2007 年引进了拥有完全自主知识产权、达到国际一流水平的乘用车 8AT项目，并于 2010年底成功试制 B1样机 [5]，如图 2所示。

盛瑞 8AT经过几年的概念设计、工程化实施、样机试制改进以及整车搭载试验，目前已具备 10万套自动化装配生产能力。配备该变速器的自主品牌汽车陆风 X5于 2014年 8月上市，具有里程碑意义的国产 8AT将面临市场和用户的进一步考验。

3 AT发展趋势

3.1 高速比多档化

从技术层面讲， AT多档化可以提高从低档速比到高档速比的范围，增大低档速比可以提高车辆的起动性能，中间档速比范围变细可以改善换档平顺性，高档速比变小可以降低车辆的噪声及油耗 [6]。档位数目的提高使传动系统更加接近于无级传动，从而使发动机在各种工况下均可处于最佳工作区域，给整车带来了更好的动力性和经济性。

从市场层面来看，ZF的 9速 AT已经搭载到陆虎极光及 Jeep自由光上上市。奔驰宣布，其自主开发的 9G-TRONIC将逐步取代目前的 7速 AT。而《美国汽车新闻》于 2012年年底报道，美国两大巨头通用汽车和福特汽车将展开合作，共同研发 9速和 10速自动变速器，用于推动改善旗下车型的燃油经济性 [7]。

由此看来，高速比、多档位将是 AT近期发展的趋势之一，匹配更多档位的车型将陆续进入市场。

3.2 结构紧凑轻量化

AT小型轻量化不但可以降低油耗，还可扩大其装车范围 [6]，提高平台使用率，降低整车成本。为了实现这一目的， AT供应商正从以下几方面着手：

设计过程方面，通过线性和非线性的有限元分析，并与零部件疲劳寿命试验有效结合，使壳体厚度和部件的径向尺寸设计和构成更加合理和紧凑 [8]。

材料应用方面，高强度铝镁合金被越来越多的应用在壳体、离合器支架、行星轮支架等零部件上 [6，8]，进一步降低总成重量。

控制系统方面，将 AT的电控单元（ TCU）、液压系统的电磁阀以及诸多传感器等集成到一起，布置在变速器内部。既节省了发动机舱安装空间，又避免了机舱内线束间信号的干扰。这种机电一体化的设计，正在被越来越多的供应商所采用。

3.3 传动系统高效化

AT供应商为满足整车厂日益严苛的油耗要求，除提供更高的档位以外，还采取了以下技术和控制方法，如：

设计中尽可能减少换挡操纵元件，降低变速器内部牵引损失，提高传动效率。

液力变矩器中采用优化设计的扭转减震系统，配合先进的控制策略和标定技术，可以使车辆在更低档位、更低车速范围内锁止离合器，既提高了传动效率，又满足了整车驾驶性和 NVH的要求。

为实现发动机 Start-Stop功能，在 AT上设计成本低廉、安装简单的蓄能器，淘汰传统的高功率油泵或电动液压泵，进一步提升了传动效率。

3.4 机械部件电子化

电子化是汽车发展的趋势，也是自动变速器的发展必然，越来越多的机械部件逐渐被电子元件取代。典型代表是电子换挡杆，也就是通常说的线控换挡（ shift-by-wire）技术 [9]，它可以减少换挡操纵系统零部件数量，防止驾驶员误操作，提高换挡速度等。如今，越来越多的车型都开始应用这一技术。

3.5 总成模块化通用化

除了降低油耗和改善性能之外， AT供应商们更深远的目标是实现传动系统的模块化和通用性，从而可以用现有的和未来的技术来满足各种各样的需求，而不需要改变车内的安装空间和其他模块，这种理念将是一个重要的发展趋势。

今后的自动变速器可以与混合动力系统完美匹配。目前，业内已经推出把电机集成到变速器中的相关技术，从而实现相对低成本的轻度混合动力车。而 ZF公司为应用于强混电动汽车而设计的 8速自动变速器，已将电机、离合器、扭转减振器和液压系统集成在一个模块包内，既节约了空间又提高了效率。

4 结束语

为了满足消费者对汽车性能需求的提高，世界各汽车厂家对于自动变速器的投入将不断加大。虽然有咨询机构预测， DCT和 CVT的市场份额会持续增加，但笔者认为，在未来的很长一段时间内， AT变速器依然将呈现出稳步发展的态势，各种新的传动方式和控制技术将会不断地出现，使其综合性能不断提高，从而进一步稳固 AT车型的市场份额。

参考文献：

[1]吴光强，孙贤安 . 汽车自动变速器发展综述 [J]. 同济大学学报，2010，（10）： 1478～1483.

[2]赵强，谢峰，余天明 .汽车自动变速器的发展现状及其技术趋势 [J].机械 . 2010，12（31）： 1～5 .

[3] Ian Riches. 中国变速器市场预测 [J]. 汽车与配件，2010，40（10）： 12～13.

[4]唐朝 . 后来者居上主流 8速自动变速箱盘点 [OL].[2012-11-19]. http：//www. autohome.com.cn/tech/201211/42344 5.html

[5]唐朝 .三国四地合力完成揭秘盛瑞 8AT开发历程 [OL].[2013-08-23]. http：//www. autohome.com.cn/tech/201308/6 00530.html

[6]李向聪，李戎 .自动变速器技术发展与市场分析（二）[J]. 汽车与配件，2011，31（8）： 20～21.