流畅的激情 话说8AT变速器
发布日期:2012-08-03

    1987年宝马推出的第一款匹配220kW V12发动机的750i时,匹配的是一款当时最先进的4挡AT变速器。在7系经过3代变革,时隔20年之后,发动机的动力输出虽然还没有达到成倍增长,可AT变速器的挡位数却翻翻了。

    斗转星移,从最早宝马7系750i V12发动机搭帮的4挡AT变速器到如今宝马760Li V12发动机匹配的新款8挡AT变速器,短短20年挡位数翻了一翻。时下,宝马已经把8挡AT变速器推广到国产宝马X1上,使平民也有了贵族体验。
对于这些动辄上百万的豪车而言,其配备都代表了公司的最新技术,在吸引客户的同时也是在炫耀自己的武功,厂家自然是不惜成本。当年奔驰推出7挡自动变速器时可谓是风光无限,可好景不长,先是雷克萨斯推出了8挡自动变速器应用在LS460h上,后有宝马也推出了8挡自动变速器应用在宝马760Li上,随着大众7挡DSG变速器快速向家轿的发展,多挡位自动变速器一下子扑向了人们的视野。
世界第一台变速器
    世界上第一台变速器诞生在1889年,是由法国标致研制开发的。它可以通过一个拨杆来改变传动速比,当然最早的变速器非常简单,但在当时已经是非常大的突破了。从世界上第一台变速器开始,变速器已成为汽车不可或缺的重要组成部分。手动变速器的产生使汽车变得有AT变速器终于诞生了
    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。AT由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速和改变扭矩。福特的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。

AT挡位和功能逐渐增多
    AT变速器最重要的改进是在二战期间,别克公司为坦克开发了液力变矩器,到1948年,这种液力变矩器与其它部件结合成为液力变速器而定型成为现在的AT变速器。优点是驾驶轻松、极易操控。缺点是燃油经济性相对较差、缺乏驾驶乐趣。后来,又有人发明了液力变矩器的锁止机构,消除了高速行驶时的动力损失,从而大大地降低了油耗。
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,结果由于增加了驾驶乐趣逐步发展成了主流,其优点是驾驶轻松的同时还能保证一定的驾驶乐趣。
在上世纪90年代初,随着汽车在全球的普及,人们对汽车驾驶的平顺性要求越来越高, 4个前进挡的AT变速器已经不能再满足那些豪华车主,毕竟比手动变速器还少一个前进挡,于是5AT顺理成章地首先应用在豪华轿车上。到了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,先有奔驰推出了7AT车型,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。

电控半自动AMT变速器
    简称,在AT变速器过高的价格使其成为了当时豪华车的代名词,随着汽车产业的井喷,市场需要更廉价的自动换挡变速器,于是在二十世纪初一种名叫AMT(Automated Manual Transmission)的变速器快速在欧洲市场崛起。AMT早在1997年用于F1赛车上, 是在手动变速器结构上加装微机控制的自动操纵系统,以实现换挡的自动化。AMT电子控制机械式自动变速器由于具MT之高效率性及具有AT自动换挡的方便性,而成本又低于AT,使之很快在入门家轿和运动型轿车中流行。玛莎拉蒂、雪铁龙、奔驰、宝马等欧洲厂商很快加入到了AMT的行列。而对于拉货的重型卡车来说AMT更是其首选。AMT优点虽多,可受到其挡位少的限制,很难实现更流畅的驾驶感,难以受到豪华车主的青睐。对于AT变速器来说则吸收了AMT可以手动换挡的功能,而将AT变速器变得更具有驾驶乐趣。
无级自动变速器CVT
    由于当时的传统AT不但价格高,而且挡位少又造成了驾驶上的不流畅,影响到了驾驶乐趣,于是各个厂商纷纷另辟蹊径以找到更完美的解决办法。在当时欧洲厂商看重AMT之时,日本厂商则把目光瞄向了CVT(Continuously Variable Transmission)自动变速器,又称无级变速器。与一般说的自动变速器AT不同,这种变速器没有挡位的概念。CVT 的结构主要由两组带轮(主动轮、从动轮)和传动带(钢带)油泵、液力变矩器、执行机构(阀体、油路)、传感器、电脑等构成。两组带轮由皮带相连,通过油压控制主动轮与从动轮的夹紧与放松,来改变带轮锥面与传动带啮合点的工作直径,也就是一个轮直径增大、另一个轮直径减小从而改变传动比。在欧洲也有一个厂家,那就是奥迪,一直在采取CVT战略。CVT虽然在燃油经济性和变速平顺性上具有强大优势,可无法承受大扭力输出,于是与强调大马力输出的豪华轿车无缘。CVT虽然不能取代AT,可其却激发了AT向更多的挡位发展,以得到更流畅的驾驶。
双离合自动变速器(DCT)
    大众汽车公司虽然不是德国豪华车的代表,可其一直有着对汽车技术的执着追求,AMT和CVT都没有打动大众公司,大众公司的想法是要做出更具有先进性的产品。于是,20世纪90年代末期,大众公司和博格华纳携手合作生产了第一款适用于大批量生产和应用于主流车型的双离合变速器。
    双离合器变速器统称为DCT(double clutch transmission),融合了自动变速器和手自一体变速器的特点,其工作原理更接近于手动变速器,但一切的换挡过程均为自动完成,而且挡位也较多,所以称其为先进的变速器模式。双离合技术使得手动变速器具备自动功能,并实现了6到7个前进挡,在得到了更多驾驶乐趣的同时,大大改善了汽车的燃油经济性。大众DSG最先应用在2003款大众高尔夫R32和奥迪TT上。
    既然是优点突出,于是DCT很快得到了众多厂商的青睐,虽然有着不同的命名,可异曲同工,比如三菱的SST,保时捷叫PDK,宝马叫DKG,福特与沃尔沃叫Powershift,奥迪叫S-Tronic等等。DCT有着挡位多和技术先进的优点,可其像也CVT一样受到了扭矩的限制,只能在家轿中流行。DCT的盛行也进一步激发了AT变速器向更多挡位进军的决心,毕竟顶级豪华轿车的驾驶流畅感已经于普通家轿区别不大。
谁才是自动变速器的王者
    作为一种对车辆行驶起着至关重要的零件之一——变速器,它能够主动或者被动地切换齿轮比,把发动机的扭力进行放大和减小,以便让车辆能够提高行驶效率和燃油经济性。在科技日益发展的今天,变速器已经演变得更为先进和紧凑,不但换挡响应更快,提速更流畅,而且可靠性也更为突出。
    如果说最近市场上流行的无级自动变速器CVT、电控半自动AMT变速器、双离合变速器DCT都是针对民用轿车开发的,对于不惜血本地保证豪华和舒适的豪华轿车而言,出路只有一条,进一步雕琢传统变速器,毕竟动力通过液力变扭器的传递才是最柔顺的。
    随着雷克萨斯在几年前首先宣布在LS460h豪华轿车上装备8挡自动变速器,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,而今年也有克莱斯勒300C匹配8AT的消息。可以预料到,在未来的几年内, 8挡自动变速器将会成为众多豪华车型的标准配置。对于豪华轿车而言,液力传递动力的传统变速器才是实用之选。
8AT变速器使宝马迎来一个新时代
    在2009年的第十三届上海国际汽车工业展览会上,全球首发的宝马760Li的面世为豪华轿车的尊贵感设定了新的基准。这款宝马旗舰车型由一台6.0L、400kW双涡轮增压的V12缸发动机驱动,与之匹配的是最新开发的8挡自动变速器,从静止到100km/h只用4.6s。BMW 760Li车型的创新变速器凭借其高效率和出色品质脱颖而出,同时新款8挡变速器还依靠其独有特色把对应车型的驾乘舒适性和动态性能提高到一个更高的标准。
8AT具有更强大优势
    想当年ZF于2001年推出的全球首款6AT变速器就是应用在宝马七系轿跑车上,这次的8AT也是由ZF开发的。ZF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,而这就是全新的8AT变速器。
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。
AT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。
液力变扭器位于自动变速器的最前端,安装在发动机的飞轮上,其作用与手动变速器的离合器相似。当发动机运转时,曲轴带动液力耦合器的壳体和泵轮一同转动,泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转,在离心力的作用下,液压油被甩向泵轮叶片外缘处,并在外缘处冲向涡轮叶片,使涡轮在液压冲击力的作用下旋转;冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动,返回到泵轮内缘的液压油,又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮,又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。通过液力传递动能,在一定范围内自动、连续地改变扭矩,以适应不同行驶阻力。
    行星齿轮机构,是自动变速器的重要组成部分之一,主要由于太阳轮(也称中心轮)、内齿圈、行星架和行星齿轮等元件组成。行星齿轮机构是实现变速的机构,速比的改变是通过以不同的元件作主动件和限制不同元件的运动而实现的。在速比改变的过程中,整个行星齿轮组还存在运动,动力传递没有中断,因而实现了动力换挡。
    换挡执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动,改变动力传递的方向和速比,主要由多片式离合器、制动器和单向超越离合器等组成。离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。制动器的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住,使之不动。单向超越离合器也是行星齿轮变速器的换挡元件之一,其作用和多片式离合器及制动器基本相同,也是用于固定或连接几个行星排中的某些太阳轮、行星架、齿圈等基本元件,让行星齿轮变速器组成不同传动比的挡位。
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做了哪些改进
    8AT使用了4个基本齿轮组和5个控制单元。齿轮变换的秘密在于5个控制单元——多片离合器和制动器,在每个挡位上只有两个单元是同时打开的,控制单元打开数量的降低意味着变速器内旋转部件数量的降低。同时通过新齿轮概念,ZF的工程师们改善了齿轮啮合效率。当动力从齿轮间传递时,动力是会有损失的,如6挡变速器在6挡时动力损失在0.5-4%,而新一代自动变速器这种损失被降低到0-2%,从另一方面改善了燃油经济性。
    更高的整体速比让8AT对整车的加速性和经济性有帮助,特别是1、2挡之间的速比关系,让换挡质量更佳,加速性更好。由于增加了2个速比,整个变速器速比的增加没有增加单一挡位的负担,即不必在某一挡位上忍受过宽的扭矩范围和咆哮的高转速。扭矩和转速的平稳转换使得变速器内的磨损减少,因而可以让更“轻量化”的齿轮有更好的耐久性。所以,尽管增加了一个齿轮组,但8AT保持了与6AT相同的重量。通用和优化部件的选用使新变速器与原来的6AT相比,在安装尺寸上并没有增加,总的零部件数量还有所减少,但可以传递更大的扭矩了,动力重量比的增大也成为ZF新型变速器的一个显著标志。
那些曾经有过的和我们平时见不到的AT
    说到AT,在我们头脑中印象最深的当属羚羊曾匹配的3挡AT了,虽然只有3个前进挡,可还是让当时的许多人乐不思蜀,毕竟在那个年代,AT完全是奢侈的享受,豪华车的代名词。
虽然宝马的8挡变速器为我们带来了许多惊喜,可对于重型卡车来说,8个挡确实不算什么。奔驰重卡ACTROS、斯堪尼亚等重卡的挡位通常都设计成十几个,目的是在满载货物爬坡时可以以最适合的速度通过,不过它们的自动变速器大多是属于AMT类型。北京的公交车采用自动变速器的也越来越多,通常采用的是美国通用汽车旗下艾里逊自动变速器,虽然挡位只有4到6个前进挡,可输出扭矩却可以达到1000Nm以上,体现出了AT的优势。
国产8AT将投产
    2012年4月13日,盛瑞传动股份有限公司在潍坊盛瑞8AT工程院举行了8AT十万台产能建设项目启动仪式。江铃控股有限公司副总裁吴豫建作为汽车主机厂代表表示,江铃控股与盛瑞合作以来,进展非常顺利并取得良好成果。盛瑞8AT B1样机搭载的陆风汽车于2011年下半年圆满完成了夏季高温、高原试验及冬季高寒试验。2012年以来,根据双方的合作进程,盛瑞已向江铃控股提供2台8AT B2样机,目前已完成8AT在陆风汽车中的搭载,正在进行相关试验测试。今年8月份,江铃控股将在盛瑞的配合下,就陆风汽车申报国家型谱。今年年底,江铃控股将采购500台8AT,用于小批量跑车试验,为明年的大批量生产做好准备。江铃将与盛瑞一道,早日让搭载国际一流8AT的陆风汽车驰骋于国内市场、造福于中国的汽车消费者,为民族汽车工业的发展做出应有的贡献。
多挡变速器会成为历史吗?
    随着电动车的不断普及,变速器终将成为历史,因为电动汽车是用电机直接驱动车辆,直接控制输出电流便可控制电机动力输出。由电能转变动能的变化使其动力系统中不必再安装变速器了,所以最终变速器将走向博物馆,但这个时间也许要经历100年,那时,石油资源也许已经枯竭。