◆文/北京 薛慶文

一、背景分析

從大環(huán)境背景來看，汽車毫無疑問已經(jīng)成為百姓日常出行的代步工具，而我國也已進(jìn)入汽車產(chǎn)銷大國的行列。在全球氣候環(huán)境變化的背景下，機(jī)動車數(shù)量的不斷增多勢必會影響大氣環(huán)境，因此新能源車輛一定是未來發(fā)展趨勢，但是純電動的電動機(jī)壽命、蓄電池充電與回收、續(xù)航里程、安全等眾多因素還在制約其發(fā)展步伐。這使得非插電混動和插電混動車輛在燃料車和電動車過渡期間迅速增量。當(dāng)然燃料車的停止生產(chǎn)還沒有提到具體的日程上來，在這種情況下汽車傳動領(lǐng)域的變速器技術(shù)如何發(fā)展？在環(huán)保要求下汽車自動變速器技術(shù)一定要走創(chuàng)新化發(fā)展道路，節(jié)能、環(huán)保、高效、智能、降噪、輕量化、舒適等是主流方向。由于國內(nèi)車型相對較多，自動變速器類型的匹配還處于百花爭鳴階段，因此AT、CVT、DCT、EVT/HVT各有優(yōu)勢，市場前景仍舊廣闊。現(xiàn)階段，由于AT技術(shù)已經(jīng)成熟，因此其市場份額還是排在首位，下面我們就分析一下AT變速器近年來在新技術(shù)方面的突破和創(chuàng)新。

二、AT變速器技術(shù)的發(fā)展趨勢

無論在當(dāng)下還是未來，AT變速器一定還是要走多擋位路線，AT變速器作為最為傳統(tǒng)類型的一款有級自動變速器，已經(jīng)有超過100多年的歷史，而電子控制技術(shù)也有近40年的歷史?，F(xiàn)如今AT變速器擋位數(shù)已經(jīng)達(dá)到10個前進(jìn)擋位，因此無論是低端家庭用車還是中高端以上車型，我們都很難再看到新車搭載4AT或5AT的變速器。2018年5月，吉利和廣汽與全球知名的自動變速器生產(chǎn)廠家日本愛信簽約，為滿足市場小排量低端車型的需求，將愛信公司生產(chǎn)的一款6AT生產(chǎn)線拿到國內(nèi)進(jìn)行量產(chǎn)，從這一信息來看，未來幾年國內(nèi)低端小排量車型，在AT變速器選擇上一定

會以6AT為主，同時國內(nèi)東安傳動的6AT也在不斷增大生產(chǎn)量，以滿足更多品牌的需求，目前6AT在國內(nèi)主流車型當(dāng)中裝車量還是排在首位的。而中高端車型裝車量最多的是8AT，幸運(yùn)的是山東盛瑞傳動已經(jīng)開發(fā)出自己的8AT，且已成功搭載國內(nèi)多個自主品牌車型。7AT僅僅在奔馳、尼桑、英菲尼迪等品牌車型中使用。自2013年德國采埃孚的第一個9AT出現(xiàn)后并沒有帶動更多自動變速器企業(yè)生產(chǎn)9AT變速器，目前也只有奔馳和通用兩個品牌有自己的9AT，也就是奔馳的725.0和通用的GF9(9T45E/50E)兩個系列型號。不過，2016年本田、愛信、福特和通用，又開發(fā)出10AT，目前已經(jīng)大量裝車。在國內(nèi)現(xiàn)行道路情況(一級高速公路最高時速120km/h)10個前進(jìn)擋已經(jīng)足夠用了。擋位數(shù)越多傳動范圍就越寬，因此燃油經(jīng)濟(jì)性就越好、舒適性也就越優(yōu)。但由于換擋點(diǎn)數(shù)量多了，變速器內(nèi)部元件數(shù)量少了，因此控制上越來越復(fù)雜，部件的高頻率工作帶來的是總程使用壽命的縮短。接下來我們一起看看AT變速器的新技術(shù)發(fā)展情況。

1.換擋模式

目前大部分搭載AT變速器的車輛，無論是轎車還是SUV車輛，其換擋模式都采用經(jīng)濟(jì)模式(E模式)，按照大多數(shù)駕駛員的駕駛習(xí)慣，1/4油門開度，相當(dāng)于25%節(jié)氣門開度駕駛，相鄰兩擋之間的切換(升擋)能夠在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1 200～2 000r/min之間完成，低轉(zhuǎn)速下?lián)Q擋及低轉(zhuǎn)矩下?lián)Q擋，既可以提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性，也提高了駕駛舒適性，這是因?yàn)橛懈鼘挼膫鲃臃秶透嗟膫鲃颖冗x擇，因此計算機(jī)中換擋曲線的傳動比切換點(diǎn)(換擋點(diǎn))就是按照E模式編程的(圖1)。而過去傳統(tǒng)4AT按照同樣的駕駛方式，至少要在2 400～3 000r/min之間來完成升擋過程，由于僅有3個升擋點(diǎn)的選擇，因此就會出現(xiàn)有一部分發(fā)動機(jī)輸出效率在高轉(zhuǎn)速下是浪費(fèi)的。

圖1 AT變速器的換擋曲線圖

2.變矩器離合器控制模式

多擋位AT變速器由于傳動范圍寬，且有更多的傳動比選擇，因此變矩器離合器(TCC)控制可以完全在低速擋位得以應(yīng)用。所以我們在實(shí)際維修中看到大部分轎車TCC的閉鎖控制提前到1擋上或2擋開始鎖止，而更多的SUV車型也至少在3擋TCC開始工作，有的可以在2擋鎖止(圖2)。這樣大大提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時ATF溫度也不容易過高。為了保證每個換擋點(diǎn)上的舒適性，TCC鎖止控制油路已經(jīng)形成線性高頻率控制，且在換擋點(diǎn)上TCC在控制方面還要盡量實(shí)現(xiàn)解鎖控制，也就是TCC不能從開始的上鎖就一直鎖住不變化，在換擋點(diǎn)上通過一部分的解鎖控制，以使換擋點(diǎn)變得柔和舒適。弊端就是TCC工作頻次太高導(dǎo)致TCC部件壽命縮短。

圖2 液力變矩器TCC閉鎖控制

3.起停模式

車輛在停車等信號燈過程當(dāng)中，由于時間問題而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的工作是浪費(fèi)的，在AT變速器中，如果停車時選擋桿依然停留在動力擋位上，那么發(fā)動機(jī)輸出功率又全部消耗在ATF當(dāng)中，且形成大量熱能。這不僅帶來變速器ATF溫度過高等問題，關(guān)鍵是會影響車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。在這種情況下有個別車采用“停車回空擋功能”，也就是說，雖然選擋桿在D擋位置，但變速器電腦卻通過電磁閥將內(nèi)部元件的油路切換到空擋位置，也相當(dāng)于把選擋桿掛在了N擋位置，不過這樣雖然能夠改善一點(diǎn)點(diǎn)燃油經(jīng)濟(jì)性，變速器ATF也不容易高溫，但畢竟發(fā)動機(jī)依然還在做無用功，因此“起停功能”就出現(xiàn)了。

當(dāng)“起停功能”被執(zhí)行時，在前進(jìn)擋停車后等信號燈時，無需改變選擋桿位置，只要保持腳踩住剎車即可，此時發(fā)動機(jī)自動關(guān)閉。當(dāng)再次起步時，右腳離開剎車踏板去踩油門踏板時，發(fā)動機(jī)被再次重新啟動，車輛將直接繼續(xù)行駛。這里值得一提的是：當(dāng)發(fā)動機(jī)被關(guān)閉后，自動變速器也停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時由于變速器油泵停轉(zhuǎn)使得變速器內(nèi)部沒有任何油壓，如果沒有存儲油壓或不能通過其他途徑提前提供工作油壓，那么在發(fā)動機(jī)再次啟動前后動力流會出現(xiàn)延后，也就是說只有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動變速器油泵才隨之轉(zhuǎn)動生成系統(tǒng)油壓，發(fā)動機(jī)至變速器之間才能形成動力連接，這樣一定會產(chǎn)生時間差。因此在“起停功能”控制要求中勢必通過起停泵(蓄壓泵)、起停輔助油泵(電泵)或起停電機(jī)(大功率電磁閥)等核心部件，來完成發(fā)動機(jī)關(guān)閉和再次被啟動之間的液壓油路的無縫對接過程，就不會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。接下來大家一起看一下奧迪0BK自動變速器起停功能的工作原理。

三、奧迪0BK變速器的起停功能

起步停車功能首次應(yīng)用在奧迪V6 3.0 TDI發(fā)動機(jī)與自動變速器的動力組合上。起步停車功能對自動變速器提出了特別的挑戰(zhàn)。在起步停車模式下，要求起步響應(yīng)時間很短。為了不出現(xiàn)明顯的啟動延遲，發(fā)動機(jī)和自動變速器必須在350ms內(nèi)就做好啟動準(zhǔn)備。如果自動變速器沒有經(jīng)過相應(yīng)的設(shè)計并對供油系統(tǒng)采取適當(dāng)措施，無法達(dá)到這樣的要求。

啟用起步停車模式時的問題：在關(guān)閉發(fā)動機(jī)時，變速器內(nèi)也停止供油(油泵停轉(zhuǎn))。此時所在擋位的換擋元件打開，動力嚙合被中斷。發(fā)動機(jī)啟動時，變速器內(nèi)必須恢復(fù)動力嚙合，從而做好啟動準(zhǔn)備。對于8速0BK自動變速器來說，就意味著必須閉合3個換擋元件。發(fā)動機(jī)加速時，由ATF泵供應(yīng)的油量不足以在規(guī)定的時間內(nèi)向換擋元件施壓，從而無法產(chǎn)生足夠的動力嚙合。原則上可以通過合理設(shè)計ATF泵來達(dá)到這個要求。然而這樣的泵往往會在發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生巨大的動力損失。為此在奧迪0BK變速器上使用一個液壓脈沖式儲油罐(HIS)，相當(dāng)于一個容積較大的蓄壓裝置，并由電腦來實(shí)施管理過程，這樣就解決了起停模式下的問題(圖3)。

圖3 帶有起停功能的HIS

液壓脈沖式儲油罐(HIS)是一種高效的解決方案。HIS是一個專用的儲油罐，帶有電子機(jī)械式鎖緊裝置。它的作用是瞬間為換擋元件提供可傳輸?shù)膲毫?。利用HIS可以將起步響應(yīng)時間控制在350ms以內(nèi)(比松開剎車踩到油門的時間還要短)，做到無縫對接(圖4)。

圖4 帶有起停功能HIS的優(yōu)勢

1.HIS的結(jié)構(gòu)和功能

HIS由彈簧活塞式儲油罐、一個電子機(jī)械式鎖緊裝置(儲壓器電磁閥N485)和一個單向節(jié)流閥組成(圖5)。彈簧活塞式儲油罐由活塞、液壓缸和鋼制彈簧組成。電磁閥N485的作用是保持活塞處于預(yù)漲緊狀態(tài)(N485通電)。彈簧活塞式儲油罐在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時“加壓”。在起步時，電磁閥N485被斷電，所儲存的油在彈力作用下壓入液壓控制裝置(泄壓)。這樣當(dāng)ATF泵開始泵油時，換擋元件就已經(jīng)被施加油壓。因此HIS就幫助ATF泵在瞬間形成高壓。當(dāng)泵提供足夠壓力的時候，HIS所產(chǎn)生的壓力和ATF所產(chǎn)生的壓力發(fā)生疊加。此時活塞式儲油罐開始增壓。為了避免增壓影響進(jìn)一步形成高壓，限制流向活塞彈簧式儲油罐的流量，這個工作由單向節(jié)流閥來完成。增壓過程約5s(溫度為20℃情況下)，時間非常短，不會影響起步停車功能。

圖5 排空狀態(tài)的HIS儲油罐(基本結(jié)構(gòu))

機(jī)電鎖定單元包括一個低電流電磁閥、一個帶磁芯和若干球頭的彈簧式鎖止器。鎖止器上有一個鎖止機(jī)構(gòu)，當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行且自動變速器油 (ATF) 油泵產(chǎn)生壓力時，鋼珠會在HIS填充過程中將其定位(圖6)。

當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行時，ATF油泵產(chǎn)生壓力，單向限流器讓受控的ATF流量作用在活塞上。

ATF壓力將活塞移動至蓄能器缸筒內(nèi)?；钊系逆i緊環(huán)穿過此時位于鎖止器鎖銷中的球頭(因?yàn)殒i子球剛好在凹槽中不影響HIS活塞的繼續(xù)移動)，如圖7所示。

圖6 啟動發(fā)動機(jī)后充壓開始

圖7 繼續(xù)充油過程

隨著活塞繼續(xù)移動，鎖止器中心的彈簧使鎖緊筒和磁鐵芯向電磁閥繞組移動，進(jìn)入最終完全充注位置(圖8)。通電電磁閥支撐磁鐵芯而球頭通過鎖止器運(yùn)動從鎖銷處升起(鎖止球離開凹槽位置)，在充注位置鎖定活塞。HIS現(xiàn)已機(jī)電鎖定，且為發(fā)動機(jī)停止做好準(zhǔn)備。

圖8 HIS充分充壓活塞到達(dá)終點(diǎn)位置

當(dāng)發(fā)動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，ATF泵也被停止，且ATF壓力消失。作用在活塞上的壓力也消失?；钊射撝楸３衷阪i定位置(圖9)。發(fā)動機(jī)啟動過程中液壓填充所需能量存儲在漲緊的活塞彈簧上。電磁閥仍處于通電狀態(tài)，以固定活塞上的鎖止器且使球頭離開鎖銷(凹槽)，以鎖定活塞。

圖9 發(fā)動機(jī)停轉(zhuǎn)儲油罐內(nèi)充滿油液

當(dāng)發(fā)動機(jī)重新啟動時(圖10)，N485電磁閥斷電，啟動解鎖過程。松開磁鐵芯，鎖止器在彈簧壓力下向活塞移動。鎖止球進(jìn)入鎖止器中的鎖銷中(凹槽中)，松開活塞?；钊趶椈蓮椓ο乱苿樱尫臕TF容量。單向節(jié)流閥完全打開，以允許ATF從蓄能器汽缸暢通地流至變速器殼體，該過程在300～350ms間完成。一旦啟動發(fā)動機(jī)，ATF泵產(chǎn)生液流和壓力，盡快使變速器換擋元件盡快實(shí)現(xiàn)無縫嚙合。

圖10 重新啟動發(fā)動機(jī)(HIS泄壓)

2.空擋滑行模式

最早是不允許自動變速器車輛在高速路或下坡路進(jìn)行空擋滑行操作的，而駕駛者這種動作是為了節(jié)油，其實(shí)在控制方面即便大家把選擋桿掛到N擋位置，在滑行過程也不能省油，原因是發(fā)動機(jī)電腦該怎么噴油還照樣怎么噴油，絕不會因?yàn)檫x擋桿掛在N擋位置就減少噴油量，同時這種操作形成習(xí)慣后，容易導(dǎo)致變速器機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件因得不到良好的潤滑而加劇磨損，久而久之導(dǎo)致變速器機(jī)械部件提前損壞。不過在今天新技術(shù)成熟的條件下，由電腦執(zhí)行的“空擋滑行模式”出現(xiàn)了。

搭載采埃孚8擋自動變速器0D5的奧迪車型首次引入怠速滑行模式，這是與傳統(tǒng)的變矩器自動變速器相結(jié)合的成果。一旦滿足運(yùn)行條件，在170～40km/h的車速范圍內(nèi)，發(fā)動機(jī)和變速器之間的動力傳遞就會斷開，這發(fā)生在掛入5～8擋時。車輛利用怠速時的運(yùn)動能量，在沒有發(fā)動機(jī)制動作用的情況下滑動，這樣可以在上述車速范圍內(nèi)節(jié)省燃油。在怠速時，發(fā)動機(jī)以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，擋位顯示中仍僅顯示D擋、E擋或M擋，不會顯示具體的擋位。變速器的每個擋位分別需要3個換擋元件來產(chǎn)生動力嚙合。由于5-8擋需要離合器D，因此它是怠速模式的分離元件，根據(jù)車速通過關(guān)閉相應(yīng)的換擋元件來跟蹤擋位。擋位跟蹤的特點(diǎn)之一是不涉及到7擋，由于在離合器D分離、制動器A和離合器C接合時，變速器轉(zhuǎn)速可能達(dá)到臨界，因此在擋位跟蹤時不會選擇7擋。在8擋怠速模式下，會盡可能保持該擋位，以便直接切換至6擋。駕駛員在怠速狀態(tài)下踩下油門，可以感覺到應(yīng)答性能延時，因?yàn)樵诩磳⒓铀偾?，離合器D必須接合。

3.運(yùn)行條件

(1)怠速模式必須在信息娛樂系統(tǒng)中激活；(2)必須選擇D擋或高效模式；(3)車速在55～160km/h 之間；(4)斷油滑行模式(不踩下油門踏板)；

(5)上坡＜3%且下坡＜4%，路面傾斜度通過制動器電子裝置的縱向加速度傳感器探測；

(6)車速調(diào)節(jié)裝置未激活，例外：帶PEA(預(yù)測式高效駕駛輔助系統(tǒng))的ACC(自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng))， 詳見下一點(diǎn)；

(7)受PEA的影響(選裝，視市場而定)，PEA利用導(dǎo)航系統(tǒng)的線路數(shù)據(jù)，在同樣是選裝的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的共同作用下，在車速調(diào)節(jié)裝置激活狀態(tài)下，PEA能夠根據(jù)情況激活怠速模式；

(8)對于D擋：駕駛員采用經(jīng)濟(jì)的駕駛方式，緩慢松開油門踏板，如果駕駛員迅速松開油門踏板，將無法進(jìn)入怠速模式，對于高效模式：駕駛員松開油門踏板。

4.關(guān)閉條件

(1)下坡或上坡＞10%；

(2)車速＞170km/h或＜40km/h；

(3)踩下制動或油門踏板；

(4)選擇S擋；

(5)通過tiptronic換擋槽或tiptronic開關(guān)Tip-激活tiptronic模式；

(6)車速調(diào)節(jié)裝置激活，定速巡航裝置開啟、但車速調(diào)節(jié)裝置未激活時，不符合關(guān)閉條件，例外：帶PEA(預(yù)測式高效駕駛輔助系統(tǒng))的ACC(自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng))，詳見下一點(diǎn)；

(7)PEA 利用導(dǎo)航系統(tǒng)的線路數(shù)據(jù)，在同樣是選裝的ACC的共同作用下，PEA 能夠根據(jù)情況中斷怠速模式的激活。這取決于車速。例如，當(dāng)車輛位于小區(qū)或環(huán)形道路前面并直接駛過時，當(dāng)車輛駛近其他道路使用者時，也會中止怠速模式。