自動(dòng)變速器發(fā)展的技術(shù)挑戰(zhàn)

　　目前汽車所使用的自動(dòng)變速器大致分為四類：液力自動(dòng)變速器(Automatic Transmission, AT)、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated Mechanical Transmission, AMT或稱為ElECTronic Automatic Transmission, EAT)、無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器(Continuously Variable Transmission, CVT)和雙離合器自動(dòng)變速器(Dual Clutch Transmission, DCT)。

　　AT是由液力變矩器、行星齒輪機(jī)構(gòu)及電液控制系統(tǒng)組成的液力自動(dòng)變速器，雖然現(xiàn)在所使用的自動(dòng)變速器通常還被稱作AT，但實(shí)際上已隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展成為一種電控液力自動(dòng)變速器(Electronic Controlled Automatic Transmission, ECT)，過(guò)去的液控AT已被淘汰。AMT是由普通的手動(dòng)換擋變速器、換擋控制器、電子控制單元(ECU)、離合器控制機(jī)構(gòu)、選擋與換擋控制機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制機(jī)構(gòu)、傳感器、電源系統(tǒng)組成的電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，它是在傳統(tǒng)固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上應(yīng)用電子技術(shù)和自動(dòng)變速理論，以電子控制單元為核心，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制離合器的分離和接合，檔位的變換以及油門的調(diào)節(jié)，來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車起步、換擋的自動(dòng)操縱。CVT則主要有四種產(chǎn)品類型：與手動(dòng)變速器接合的無(wú)級(jí)變速器、與電磁離合器組成的無(wú)級(jí)變速器、與液力變矩器組合構(gòu)成的雙狀態(tài)無(wú)級(jí)變速器和與濕式離合器組合構(gòu)成的無(wú)級(jí)變速器。DCT則可以認(rèn)為是雙套AMT，每套AMT分別負(fù)責(zé)奇偶檔位。

　　目前，有幾大難點(diǎn)制約了自主品牌自動(dòng)變速器的發(fā)展，希望這些問(wèn)題能夠引起政府有關(guān)部門、行業(yè)組織及科研機(jī)構(gòu)的重視。

　　1.濕式離合器接合過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的掌握及控制

　　離合器在整個(gè)變速過(guò)程中仍然是必不可少的單元，對(duì)離合器的控制也一直是自動(dòng)變速器產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。用在液力自動(dòng)變速器上的濕式離合器是主要的摩擦組件，在包括換擋和閉鎖在內(nèi)的各工況中，需要對(duì)濕式離合器摩擦片進(jìn)行精確控制，其關(guān)鍵技術(shù)的核心內(nèi)容是對(duì)濕式離合器主、被動(dòng)摩擦片動(dòng)態(tài)接合特性的掌握。在雙離合器自動(dòng)變速器上的離合器濕式和干式的都有，對(duì)雙離合器自動(dòng)變速器的控制問(wèn)題主要是對(duì)兩個(gè)離合器的重疊度控制和車輛的起步控制，而其關(guān)鍵技術(shù)的核心內(nèi)容也是對(duì)濕式離合器主、被動(dòng)摩擦片動(dòng)態(tài)接合特性的掌握。對(duì)于沒(méi)有液力變矩器的無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，要加起步用的濕式離合器，對(duì)濕式離合器的控制是CVT的核心技術(shù)之一。

　　自動(dòng)變速器在換擋過(guò)程中，離合器要產(chǎn)生大量的熱量，如果不及時(shí)散熱，離合器摩擦面會(huì)產(chǎn)生局部高溫導(dǎo)致摩擦片的翹曲變形甚至燒結(jié)在一起。離合器摩擦片的材料、耐磨性、摩擦系數(shù)及其摩擦面的溝槽設(shè)計(jì)形式是急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。另外，車輛的換擋的品質(zhì)會(huì)直接影響到車輛的舒適性和系統(tǒng)的強(qiáng)度，容易引起傳動(dòng)系統(tǒng)較大的瞬態(tài)縱向沖擊，換擋過(guò)程牽涉到的主要部件就是濕式離合器。它是提高車輛NVH性能的關(guān)鍵部件。

　　掌握濕式離合器的動(dòng)態(tài)接合特性是對(duì)濕式離合器進(jìn)行精準(zhǔn)控制的前提。濕式離合器動(dòng)態(tài)接合特性的研究是自動(dòng)變速器研發(fā)的重要共性技術(shù)之一。

　　濕式離合器是典型的非線性系統(tǒng)，它接合過(guò)程數(shù)學(xué)模型建立的難點(diǎn)在于，不止涉及了液粘傳動(dòng)，還涉及到熱彈等問(wèn)題。表現(xiàn)出的傳遞轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力的能力是很多復(fù)雜因素共同作用的結(jié)果。目前國(guó)外也沒(méi)有令人們滿意的數(shù)學(xué)模型，是研究的一大熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)對(duì)濕式離合器接合過(guò)程特性的研究更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　濕式離合器接合過(guò)程的特性涉及到非線性動(dòng)力學(xué)、粘性流體力學(xué)、計(jì)算科學(xué)、摩擦學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域，而目前相比于國(guó)外的情況，是對(duì)濕式離合器的研發(fā)投入太少，重視不夠。需要不斷的投入財(cái)力來(lái)鼓勵(lì)更多的來(lái)自不同學(xué)科領(lǐng)域的科研人員從事濕式離合器動(dòng)態(tài)特性的研究。

　　2.AMT的控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　要實(shí)現(xiàn)電控?fù)Q擋，AMT對(duì)選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)及變速器加工精度要求較高，而我國(guó)目前加工工藝水平較低，即使實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，其可靠性也還是未知。

　　3.CVT中對(duì)金屬帶傳動(dòng)的基本理論的掌握

　　CVT中金屬帶傳動(dòng)的基本理論最關(guān)鍵的是對(duì)金屬帶夾緊力的研究和控制，金屬帶夾緊力直接影響到CVT的傳動(dòng)效率，當(dāng)夾緊力過(guò)小，則金屬帶在輪上打滑，這將降低傳動(dòng)效率，加快金屬帶與輪的磨損，縮短它們的使用壽命。當(dāng)夾緊力過(guò)大，會(huì)使金屬帶與輪之間出現(xiàn)滑動(dòng)，也會(huì)引起不必要的損失，同樣會(huì)降低傳動(dòng)效率。如果夾緊力過(guò)大還將導(dǎo)致金屬帶的張力過(guò)大，縮短帶的使用壽命。夾緊力需根據(jù)汽車的運(yùn)行狀況控制在目標(biāo)值的小范圍內(nèi)，是CVT傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　4.CVT中金屬帶的制造是關(guān)鍵技術(shù)之一

　　最初CVT采用橡膠材料的皮帶進(jìn)行無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)，目前已改為許多薄鋼片穿成的鋼環(huán)，使其與兩個(gè)錐輪的槽在不同半徑上咬合來(lái)改變速比。這就是VDT(Von Doorne's Transmission)，已于1982年正式成為商品裝車出售。目前國(guó)際上只有博世等個(gè)別零部件巨頭企業(yè)具備生產(chǎn)能力，國(guó)內(nèi)企業(yè)短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的可能性很小，鋼帶只能依賴國(guó)外采購(gòu)。為提高帶的傳動(dòng)容量，國(guó)際上濕式金屬帶帶寬已增加為30mm(舊式為24mm)，9層鋼圈寬度擴(kuò)大25%，同時(shí)采用了階段式高油壓系統(tǒng)。另外日本大發(fā)公司在新開發(fā)的汽車上采用了一種干式帶，使用樹脂和鋁合金等材料。從傳動(dòng)帶的材料及制造的發(fā)展可以看出，傳動(dòng)帶材料是CVT技術(shù)突破的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，針對(duì)我國(guó)暫時(shí)技術(shù)落后的情況，可以跳出國(guó)外已有的專利技術(shù)的思維框架，投入科研力量做更多的創(chuàng)新研發(fā)工作，繞開現(xiàn)有的專利技術(shù)，開發(fā)自己的產(chǎn)品。

　　5.CVT電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)

　　電液控制系統(tǒng)是無(wú)級(jí)變速器最重要的部分，包括TCU、液壓控制裝置以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)3部分。其關(guān)鍵技術(shù)為：液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法;比例電磁閥試驗(yàn)與開發(fā)技術(shù);速比控制技術(shù)和產(chǎn)品一致性及可靠性的技術(shù)。迫切的需要系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)分析方法和設(shè)計(jì)理論，形成自主開發(fā)液壓控制系統(tǒng)的能力。

　　6.液壓閥體總成及電控單元是開發(fā)DCT的關(guān)鍵

　　DCT動(dòng)力傳遞及換擋過(guò)程是通過(guò)電控單元發(fā)出控制信號(hào)，控制液壓執(zhí)行原件的執(zhí)行動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它的控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上屬于電液控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)油路及各液壓閥的工作狀態(tài)的分析設(shè)計(jì)以及液壓模塊的生產(chǎn)制造是開發(fā)DCT控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。DCT液控單元主要由定量泵、機(jī)油濾清器、主壓滑閥、安全閥、安全滑閥、檔位開關(guān)閥、多路調(diào)制閥等組成。液壓控制系統(tǒng)則由離合器壓力控制部分、同步器壓力控制部分和潤(rùn)滑冷卻控制部分組成。目前閥體、電磁閥等關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)制造技術(shù)不能突破，成為制約了我國(guó)DCT的進(jìn)一步發(fā)展。

　　7.總結(jié)

　　作為自動(dòng)變速器的核心技術(shù)，世界各大生產(chǎn)企業(yè)都十分注重對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，以CVT的電液控制系統(tǒng)為例，不同的電液控制系統(tǒng)盡管在功能上基本一致，在實(shí)現(xiàn)方式上卻大相徑庭，即使在實(shí)現(xiàn)方式上有一定的相似之處，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也會(huì)存在明顯的差異。從技術(shù)的演變歷史可以看出很多制約我國(guó)自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)化的核心技術(shù)仍有創(chuàng)新的潛力，我們應(yīng)該投入更多的財(cái)力、人力、物力，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)盟，強(qiáng)化相關(guān)企業(yè)同步開發(fā)自動(dòng)變速器的合作，形成自動(dòng)變速器公共技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，注重自主創(chuàng)新，針對(duì)我國(guó)國(guó)情，形成自主開發(fā)能力，而不是一味的去聯(lián)合外資企業(yè)或者對(duì)國(guó)外的產(chǎn)品進(jìn)行模仿改造。使我國(guó)從制造大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞆?qiáng)國(guó)。