AT變速箱的結(jié)構(gòu)原理

去年福特申請了11速自動變速箱專利，不久前本田也曝光了11速自動變速箱專利。如今，當(dāng)車企意見不一時，排擋數(shù)就飆升到了10多個。未來趨勢是不是越來越排擋了？一位數(shù)自動變速器會成為過去嗎？

●自動變速箱檔位在增加。你怎么想呢?

在乘用車領(lǐng)域，目前量產(chǎn)最多的檔位是9速自動變速器。如今，使用最廣泛的是ZF的橫向9AT變速箱，代號為9HP。配備該變速箱的車型主要有路虎evoque、克萊斯勒Pacifica（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、克萊斯勒200（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、菲亞特500X（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、謳歌TLX（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）……...你對那些使用ZF 9AT的車型了解多少？在本文中，我們逐一列出了所有搭載ZF 9AT的車型，其中Jeep自由光（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）是最早的應(yīng)用。

隨后，最早應(yīng)用AT變速箱的美國人甚至對9AT都不滿意，通用和福特聯(lián)合研發(fā)了10AT變速箱。今年，通用汽車正式透露，雪佛蘭新科邁羅ZL1將配備10AT變速箱，福特也將在F-150上使用兩家公司的水晶。10AT還沒有正式量產(chǎn)，福特和本田已經(jīng)將檔位提升到11檔，并陸續(xù)申請了自己的專利。這樣的“黑科技”被曝光后，網(wǎng)友們?nèi)滩蛔”磉_了一些疑惑。

我們需要購買更多的變速箱型號嗎？自動變速器檔位多一點好嗎？為了進一步了解網(wǎng)友的看法，我們在網(wǎng)上進行了民意（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）調(diào)查。

經(jīng)過一天的投票，我們可以看到大部分網(wǎng)友認為自動變速箱的檔位越多越好，因為變速箱的平順性和燃油經(jīng)濟性不僅與檔位的多少有關(guān)，還與發(fā)動機和變速箱的匹配和標(biāo)定有關(guān)。真的是這樣嗎？先了解一下AT變速箱的原理，再進一步討論。

●AT變速箱是如何工作的？

目前主流的AT變速箱結(jié)構(gòu)主要由變速箱殼體、變矩器、行星齒輪組、多片離合器、傳動軸及其控制機構(gòu)等部件組成。在手動變速器中，每個檔位都有一組始終接合的檔位。換檔時，只需通過換檔撥叉將輸出軸與該檔位輸出齒輪的花鍵結(jié)合。與手動變速器的結(jié)構(gòu)相比，AT變速器的關(guān)鍵換擋部件并不總是嚙合的齒輪，而是多組行星齒輪組和多片離合器。

ZF 9AT變速箱的工作原理如下:

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由于行星齒輪組的工作特性，AT變速箱不需要像手動變速箱那樣多的檔位，因此與傳統(tǒng)手動變速箱結(jié)構(gòu)相比，行星齒輪組減小了變速箱的體積和重量。依靠行星齒輪組的巧妙布置和組合，可以變換不同的傳動比。例如，ZF 6AT使用三組行星齒輪；通用8AT采用四套行星齒輪組；ZF 9AT也使用了四套行星齒輪組。

AT變速箱中還有一個替代品，那就是本田的平行軸AT變速箱。這款變速箱沒有行星齒輪結(jié)構(gòu)，多組常嚙合齒輪讓它看起來更像手動變速箱。但與手動變速器相比，平行軸AT變速器有更多的變矩器和多片離合器。所以可以說本田更像是在手動變速箱的基礎(chǔ)上開發(fā)了平行軸at變速箱，節(jié)省了研發(fā)成本。但是隨著時間的推移，主流的自動變速器已經(jīng)從6AT發(fā)展到7AT、8AT甚至9AT，本田的平行軸AT變速箱已經(jīng)不適合這種趨勢。

●為什么AT變速箱的檔位越來越多？

自1908年AT變速箱發(fā)明以來，前90年，基于行星齒輪組的AT變速箱在結(jié)構(gòu)上逐漸成熟，液力耦合器、液力變速器、帶鎖止離合器的液力變矩器等新發(fā)明使AT變速箱成為主流的自動變速箱技術(shù)。近十年來，AT變速箱的結(jié)構(gòu)和技術(shù)很難有大的突破。因此，為了不斷提高AT變速箱的性能，特別是滿足各國的燃油經(jīng)濟性和排放法規(guī)，現(xiàn)在廠商選擇不斷增加AT變速箱的擋位來取得進步。

●AT變速箱的檔位會無限增加嗎？

-ZF的9AT牛在哪里？為什么會有那么多廠商爭搶？

對于縱向變速箱來說，尺寸稍微增加可能不會影響整車的布局。對于橫向變速箱，車輛對變速箱的尺寸非常敏感。由于發(fā)動機艙的橫向空限制，變速箱尺寸的輕微增加往往會影響整個發(fā)動機艙中部件的布局。at變速箱檔位的增加意味著行星齒輪組的數(shù)量也會增加，變速箱的尺寸也要增加，這也是很多廠家沒有進一步擴大AT變速箱檔位的重要原因。這將是一個難以解決的矛盾嗎？看ZF9AT是怎么解決的？

困擾廠家增加變速箱檔位的另一個問題是重量。為了盡可能減輕9AT的重量，ZF采用了鋁合金變速箱外殼，提升了輕量化水平?？傊?，ZF對尺寸和重量的控制使得這款9AT變速箱適用于發(fā)動機水平平臺的車輛，也幫助很多廠商進入9AT變速箱時代。

9AT會是極限嗎？

2021年，奔馳R&D部門發(fā)表聲明稱，“我們對研究9擋以上的自動變速器不感興趣，因為奔馳已經(jīng)通過了810多億次計算機模擬數(shù)據(jù)測試，發(fā)現(xiàn)目前9速自動變速器是最好的產(chǎn)品”。同樣，來自ZF ZF的CEO表示，9擋是目前自動變速箱的極限，檔位越多代表結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，自重越大，對于節(jié)能來說毫無意義。at變速箱的擋位極限是多少？9街區(qū)？10檔？一檔？

正如ZF首席執(zhí)行官所說，齒輪越多，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。同時，由于檔位數(shù)量的增加，變速箱的重量控制不好也會影響整車的燃油經(jīng)濟性。對于立式變速箱來說，變速箱的尺寸問題可能不明顯，但對于臥式變速箱來說，尺寸問題將是研發(fā)中的重要挑戰(zhàn)，因為發(fā)動機艙的允許空空間有限。在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，增速齒輪明顯受限。AT變速箱的檔位還會繼續(xù)增加嗎？也許未來一個重大的新技術(shù)變革將使之成為可能。

AT變速箱擋位越多就越好嗎？

●自動變速器檔位越多越好嗎？

我們知道專業(yè)圍棋一般分為九段。從一到九，段位越高，級別越高。還有自動變速箱是不是跟Go一樣，檔位越多越好？

在談自動變速器多擋是否更好之前，我們先搞清楚什么樣的性能變速器才是好的自動變速器。我們知道變速箱的基本功能如下:1。實現(xiàn)變速和變扭矩，通過改變傳動比，可以擴大驅(qū)動輪的扭矩和轉(zhuǎn)速范圍，以適應(yīng)不同的行駛工況，同時發(fā)動機可以盡可能在有利的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作；2.必要時可以中斷動力的傳遞，使發(fā)動機能夠起動和怠速；3.實現(xiàn)倒檔。

一般來說，消費者認為優(yōu)秀的自動變速器主要有滿足基本功能、平順性好、燃油經(jīng)濟性好、動力響應(yīng)快、耐久性好等特點。說白了就是沒有很強的挫敗感，省油，換擋利索利索，也是皮實耐用。那么，消費者所要求的這些性能是否與檔位號直接相關(guān)呢？

-檔位越多越省油？

理論上，變速箱的檔位越多，可以選擇的傳動比就越多，可以使發(fā)動機在不同工況下處于更經(jīng)濟的轉(zhuǎn)速范圍，從而達到更好的燃油經(jīng)濟性。但檔位越多越省油的前提取決于AT變速箱的換擋邏輯以及與發(fā)動機的匹配是否合理。

與CVT變速箱不同，AT變速箱、雙離合變速箱、手動變速箱都是依靠不同的齒輪組來切換不同的傳動比，達到變速變扭矩的換擋效果。切換不同齒輪組的間隙時間時，發(fā)動機會失去一些動力。

與發(fā)動機變速箱的匹配影響燃油經(jīng)濟性。AT變速箱不能只看檔位數(shù)。在不同的工況下，通過合理的檔位設(shè)定，發(fā)動機可以處于最經(jīng)濟的轉(zhuǎn)速范圍，從而節(jié)省燃油。

-檔位越多，變速箱響應(yīng)越快？

從變速箱的工作原理來看，影響變速箱響應(yīng)速度的并不是變速箱內(nèi)的檔位數(shù)量，而是主要與變速箱ECU和換擋執(zhí)行機構(gòu)有關(guān)。換擋響應(yīng)速度也反映了廠家對R&D數(shù)據(jù)的積累。通過對不同車型的長期測試和多年的數(shù)據(jù)支持，優(yōu)秀的變速箱公司能夠讓變速箱變得更智能，能夠在應(yīng)對不同行駛工況時快速讓變速箱給出正確的反饋，毫不猶豫地做出判斷。

-檔位越多越順暢？

變速箱的每個檔位意味著固定的傳動比。檔位越多，變速箱可以選擇的傳動比就越多。讓我們看看更多的傳動比是否能直接影響乘坐舒適性。

從福特6AT和奔馳7AT的傳動比對比來看，兩者都將5擋設(shè)置為直接擋，而奔馳7AT在超速擋時比福特6AT擋位多。對于超速擋，主要是在鋪好的路面上高速行駛時降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，以提高汽車的燃油經(jīng)濟性。當(dāng)然，變速箱的傳動比不應(yīng)該設(shè)置得太小，比如…

其實檔位越多與乘坐舒適性沒有直接關(guān)系，更多的是與發(fā)動機與變速箱的匹配、換擋邏輯等有關(guān)。例如，ZF 9AT變速箱的檔位比大多數(shù)8AT或7AT檔位多，這些檔位集中在超速檔。顯然，擴大更多的超速檔是為了在高速行駛時獲得更好的燃油經(jīng)濟性。

你可能會說，擋位越多，可以設(shè)計的傳動比降越小，這樣換擋的影響會更小，乘坐舒適性也會更好。這個結(jié)論客觀嗎？

液力變矩器不僅能傳遞和放大扭矩，還能在一定程度上吸收換擋時齒輪間的沖擊。如果變矩器的調(diào)整出現(xiàn)問題，無論多少檔，無論換擋沖擊有多小，也會產(chǎn)生頓挫感。

通過對液力變矩器中導(dǎo)輪和鎖止離合器的調(diào)整，可以使AT變速箱各擋位的固定傳動比成為一個浮動值，從一定角度可以在一定程度上實現(xiàn)CVT變速箱的特性。比如三檔傳動比固定時，變速箱在2000 rpm時的轉(zhuǎn)速為40km/h；另一方面，當(dāng)裝有AT變速箱的車輛以40km/h的速度行駛時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以在1500-2500 rpm之間浮動。其原理是at變速箱中液力變矩器的打滑可以允許發(fā)動機輸出和變速箱輸入之間存在一定的速度差。當(dāng)然，獲得平順性也會損失一些燃油經(jīng)濟性，因為變矩器的打滑意味著發(fā)動機輸出的部分動力沒有轉(zhuǎn)化為扭矩，而是損失了。

變矩器不是AT變速箱不可缺少的一部分。比如奔馳AMG在C 63 AMG和SL 63 AMG等一些跑車上配備了無變矩器的7AT變速箱。取而代之的是多片離合器，動力傳遞效率比液體傳動的“軟連接”更好。當(dāng)然，在提高效率的同時，或多或少會對舒適性產(chǎn)生一些影響，但對于高性能的AMG車型來說，這可能不是問題。

從結(jié)構(gòu)和材質(zhì)來看，也可以看出奔馳AMG的這款變速箱其實不僅僅是追求燃油經(jīng)濟性。鎂合金外殼使其具有不同尋常的輕質(zhì)水平。與液力變矩器相比，電磁閥控制的多片離合器大大提高了其響應(yīng)速度，能夠承受更高的最大扭矩，更適合追求運動性的車輛。對于普通家用車來說，奔馳AMG的高性能變速箱顯然在成本上難以承受?，F(xiàn)階段，普通AT變速箱可能仍然是最合適的選擇。

●總結(jié)

總之，自動變速器的檔位數(shù)量與乘坐舒適性和響應(yīng)速度沒有直接關(guān)系。對于9AT、10AT甚至11AT變速箱，不一定比調(diào)整得當(dāng)?shù)?AT變速箱好。決定變速箱性能的因素有變速箱和發(fā)動機的匹配和設(shè)置、變速箱換擋時的情況、變矩器的性能、鎖止離合器鎖止時的情況等等。當(dāng)然，這并不是說多擋不好。檔位越多，變速箱可以設(shè)定的傳動比就越寬。例如，最高擋的傳動比可以設(shè)計得更小，這樣當(dāng)車輛在高速巡航時，發(fā)動機可以以更低的速度運行，并且可以獲得良好的燃油經(jīng)濟性。

目前在乘用車領(lǐng)域，ZF的9AT變速箱是量產(chǎn)AT變速箱中檔位最多的。至于10AT和11AT能否量產(chǎn)，相信廠商還需要進一步解決齒輪增加帶來的變速箱尺寸、重量、成本控制、耐用性等問題。作為一個普通消費者，或許我們不必像追求蘋果手機那樣趕時髦，盲目“攀比”越來越多的變速箱。相反，我們應(yīng)該通過考慮價格、性能和可靠性等因素來選擇最適合我們的。

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