變速器是汽車(chē)動(dòng)力總成重要組成部分，和主減速器配合通過(guò)不同檔位組合來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)起步、加速、倒車(chē)，使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率得到充分發(fā)揮。傳統(tǒng)的MT(Manual Transmission手動(dòng)變速器)變速器需要駕駛者在汽車(chē)起步和行駛過(guò)程中配合離合器進(jìn)行手動(dòng)換擋，對(duì)于初學(xué)駕駛汽車(chē)者來(lái)說(shuō)有一定操控難度，并且在城市道路上需要頻繁換擋，帶來(lái)的體能消耗不言而喻。自動(dòng)檔變速器的誕生解決了駕駛者對(duì)上述問(wèn)題的困擾并已成為汽車(chē)變速器的主流配置。AMT變速器具有操控簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，將在自動(dòng)檔變速器領(lǐng)域長(zhǎng)期占有一席之地。Eaton Fuller AMT變速器具自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)重型車(chē)市場(chǎng)上有潛在的發(fā)展前景。

　　一.現(xiàn)代自動(dòng)變速器的種類(lèi)。

　　現(xiàn)代自動(dòng)換檔變速器主要有CVT變速器、AT變速器、AMT變速器、DCT(DSG)雙離合變速器。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上和實(shí)際使用中各有優(yōu)缺點(diǎn)。

　　1.CVT(Continuously Variable Transmission)變速器。

　　CVT變速器是通過(guò)鋼帶或鏈條在塔輪之間的滑動(dòng)來(lái)改變傳動(dòng)比，可真正實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)比的改變通過(guò)ECU控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，其換檔的平順性和舒適性非常突出。CVT雖然也有液力變矩器，但它的液力變矩器主要是工作于起步階段，因此在車(chē)輛正常行駛時(shí)它的傳動(dòng)效率并不低，有很好的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。其缺點(diǎn)是鋼帶或鏈條連接的強(qiáng)度無(wú)法和齒輪相比，所以無(wú)法應(yīng)對(duì)大扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　2.AT(Automatic Transmission)變速器。

　　1940年，美國(guó)通用汽車(chē)公司(General Motors) 第一次在Oldsmobile汽車(chē)中使用全自動(dòng)變速器，由液力偶合器、四個(gè)檔位的行星變速器和自動(dòng)換檔系統(tǒng)組成。1948年，Buick汽車(chē)上使用的全自動(dòng)變速器，成功地使用了液力變矩器。隨后美國(guó)汽車(chē)開(kāi)始大量使用AT變速器，到80年前后AT變速器客車(chē)上100%使用，其它車(chē)型使用率在80%以上。

　　AT變速器的變速機(jī)構(gòu)主要是靠行星齒輪組來(lái)完成的，通過(guò)幾組行星齒輪組，以及行星齒輪組之間太陽(yáng)齒輪、外齒環(huán)、行星齒輪框架等機(jī)構(gòu)的不同切換，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的改變。變速器切換機(jī)構(gòu)由電控液壓多片離合器來(lái)完成。AT變速器的特點(diǎn)是技術(shù)成熟、可靠性高，行星齒輪組的強(qiáng)度可以設(shè)計(jì)得非常高，可以承受很大的扭矩。其缺點(diǎn)是變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)連接部件采用的是液力變矩器軟連接的形式，因此它的傳動(dòng)效率相對(duì)較低，比機(jī)械傳動(dòng)效率低8—12%。AT變速器在轎車(chē)、客車(chē)、卡車(chē)、工程車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，在客車(chē)上使用的AT變速器液力變矩器在高檔區(qū)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)離合器閉鎖，但乘坐的舒適性有一定影響。

　　3. AMT(Automated Mechanical transmission)變速器

　　AMT直譯為自動(dòng)機(jī)械式變速器，也有稱(chēng)電控機(jī)械式自動(dòng)變速器。變速器與前面所說(shuō)的變速器有本質(zhì)不同，嚴(yán)格說(shuō)應(yīng)該稱(chēng)為半自動(dòng)變速器。該技術(shù)是指在不改變?cè)?chē)變速箱主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝微電腦控制的電動(dòng)裝置取代原來(lái)由人工操作完成的換檔動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)換檔全過(guò)程的自動(dòng)化。選換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有液壓油缸、步進(jìn)電機(jī)等。AMT相當(dāng)于在MT變速器基礎(chǔ)上加裝了一套自動(dòng)換檔機(jī)構(gòu)。它的傳動(dòng)比轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)基本上是與MT變速器一樣的，同樣是一軸和二軸的組合。AMT的主要優(yōu)點(diǎn)與MT一樣，它是硬連接傳動(dòng)的，因此傳動(dòng)效率高，經(jīng)濟(jì)性好，動(dòng)力損失小，在經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)和小排量轎車(chē)得到很好的普及。由于傳遞扭矩大，可適應(yīng)大扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)，因此在大型客車(chē)、載重貨車(chē)上也廣泛使用。另外它的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，成本較低而且可靠性較高。它的缺點(diǎn)主要是平順性較差，同步器換檔壽命要求較高。

　　4. 雙離合變速器

　　雙離合變速器由于誕生時(shí)間較晚，至今沒(méi)有一個(gè)全球統(tǒng)一的英文縮寫(xiě)，通常英文縮寫(xiě)為DCT (Dual Clutches Transmission)和DSG(Direct Shift Gearbox)，其最具代表性的就是大眾的DSG。這種變速器基本原理與AMT類(lèi)似，它也是基于MT變速器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而來(lái)的。所不同的是，它擁有兩個(gè)離合器，可以分別控制兩根軸上的換檔齒套來(lái)?yè)Q檔，即第一個(gè)檔位在行駛中，控制系統(tǒng)根據(jù)行駛車(chē)速預(yù)判把下一個(gè)檔位已經(jīng)掛好，對(duì)于整車(chē)換檔來(lái)說(shuō)只是離合器切換的動(dòng)作。因此它的換檔速度極快，可以超越目前任何一種自動(dòng)換檔變速器和任何一位全球頂尖賽車(chē)手駕駛手動(dòng)檔車(chē)型的換檔速度，從而大大提升整車(chē)性能和駕駛樂(lè)趣。雙離合變速器在換檔過(guò)程中由于動(dòng)力傳輸不間斷，因此具有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性和平穩(wěn)性，它的傳動(dòng)效率接近MT變速器，因此它也同樣基本具備MT變速器的所有優(yōu)點(diǎn)。雙離合變速器最主要的倡導(dǎo)者是德國(guó)大眾，而且目前已基本上在旗下所有車(chē)型上開(kāi)始普及。由于這種變速器在性能上近乎完美的表現(xiàn)，它也成為未來(lái)變速器新的發(fā)展趨勢(shì)。圖1是典型的大眾DSG變速器主要結(jié)構(gòu)。

　　圖1

　　二.美國(guó)Eaton Fuller AMT主要結(jié)構(gòu)。

　　美國(guó)伊頓公司(Eaton)已成功地將重型貨車(chē)的手動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其AMT換檔機(jī)構(gòu)涵蓋了6——18檔變速箱。

　　本文介紹的這款Eaton Fuller AMT變速器型號(hào)為RTO-14910B-AS2，具有Eaton Fuller AMT變速器的代表性。主箱有5個(gè)前進(jìn)檔，1個(gè)倒車(chē)檔，副箱有高、低兩個(gè)檔，整箱可組合10個(gè)前進(jìn)檔，2個(gè)倒車(chē)檔，通過(guò)電控互鎖結(jié)構(gòu)，可以編排9個(gè)前進(jìn)檔，1個(gè)倒車(chē)檔。整箱見(jiàn)照片PT01。

　　PT01

　　1.Eaton Fuller AMT變速器主要結(jié)構(gòu)。

　　Eaton Fuller AMT變速器主體為主副箱結(jié)構(gòu)，雙中間軸傳遞扭矩，主箱不帶同步器，副箱高低檔為鎖銷(xiāo)式同步器，具備傳動(dòng)效率高、傳遞扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠的特點(diǎn)。Eaton Fuller AMT變速器主箱各檔齒輪為細(xì)高齒、直齒結(jié)構(gòu)，副箱各檔齒輪為斜齒輪，可降低噪聲，提高輸出扭矩。該變速器屬于雙中間軸倍檔組合式變速器，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)變速器的中心距、齒輪模數(shù)和寬度小，從而減小變速器的質(zhì)量和尺寸，特別是軸向尺寸。

　　(2)主軸從動(dòng)齒輪在軸上處于徑向浮動(dòng)狀態(tài)，被兩根中間軸的齒輪架起，旋轉(zhuǎn)時(shí)從動(dòng)輪和主軸沒(méi)有直接摩擦，因此主軸齒輪沒(méi)有滾針軸承，輸入軸和主軸之間也無(wú)滑動(dòng)軸承。

　　(3)主軸換檔機(jī)構(gòu)為滑動(dòng)內(nèi)齒套嚙合，沒(méi)有同步器裝置，軸向長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短，可提高變速器的最大傳遞功率和扭矩，特別適用于短軸距大功率重型汽車(chē)和特種車(chē)輛。

　　2.Eaton Fuller AMT變速器(電控機(jī)械式自動(dòng)變速器)簡(jiǎn)要控制原理。

　　Eaton Fuller AMT變速器是在傳統(tǒng)雙中間軸式變速器基礎(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(ECU)為核心，通過(guò)加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)控制檔位的變換以及油門(mén)的調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)換檔操縱的自動(dòng)化。它的主要控制功能需靠伺服系統(tǒng)及軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，微機(jī)代替了熟練司機(jī)的大腦，多種傳感器代替了人的感覺(jué)神經(jīng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)代替了人的手與腳的操作，與SAE J1939電控發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和變速箱制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)離合換檔過(guò)程，這樣就能模擬優(yōu)秀駕駛員的行車(chē)技術(shù)，適時(shí)地根據(jù)車(chē)況、路況和駕駛員意愿實(shí)現(xiàn)換檔操縱的自動(dòng)化。AMT變速器基本結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖2。

　　圖2

　　3. Eaton Fuller AMT變速器主箱換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　AMT操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為電控氣動(dòng)、電控液動(dòng)和電控電動(dòng)，Eaton Fuller AMT變速器主箱換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于電控電動(dòng)機(jī)構(gòu)。主箱和副箱分別有一個(gè)磁電轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器，為控制系統(tǒng)提供輸入和輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)。主箱選、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩套步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)，和數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)相似(見(jiàn)照片PT02、PT03)。步進(jìn)電機(jī)控制器輸出控制信號(hào)，選檔時(shí)，選檔步進(jìn)電機(jī)接到一組脈沖信號(hào)，帶動(dòng)絲杠迅速完成旋轉(zhuǎn)固定轉(zhuǎn)數(shù)，使換檔撥桿滑動(dòng)到預(yù)換檔位，快速完成選檔動(dòng)作。選檔完成后，換檔步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，同樣迅速完成旋轉(zhuǎn)固定轉(zhuǎn)數(shù)，絲杠帶動(dòng)換檔撥桿迅速縱向移動(dòng)固定距離，完成換檔動(dòng)作。需要副箱高低檔轉(zhuǎn)換時(shí)，主箱必須在空檔情況下，副箱先完成換檔，主箱再按換檔指令完成換檔。由于Eaton Fuller AMT變速器主箱不帶同步器，為能實(shí)現(xiàn)平順換檔，需要在換檔過(guò)程中通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或者變速器制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)換檔前滑動(dòng)齒套和結(jié)合齒轉(zhuǎn)速的同步，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊換檔。主箱在換檔過(guò)程中離合器無(wú)需動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無(wú)離合器換檔。由于主箱沒(méi)有同步器，這種結(jié)構(gòu)使換檔更為迅速，沒(méi)有同步器早期失效壽命不足的困擾。無(wú)離合換擋并不是沒(méi)有離合器，只是離合機(jī)構(gòu)只在車(chē)輛起步和停車(chē)時(shí)起作用，變速器在自動(dòng)換擋過(guò)程中則不需要離合器動(dòng)作。

　　PT02

　　PT03

　　主箱在不帶同步器情況下通過(guò)控制輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速差來(lái)實(shí)現(xiàn)同步換檔，其換檔控制過(guò)程如下。

　　輸入軸和輸出軸各有一套轉(zhuǎn)速傳感器，隨時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)速。例如3檔增4檔時(shí)，先從3檔換到空檔，此時(shí)4檔換檔齒套轉(zhuǎn)速低于4檔輪的轉(zhuǎn)速，中間軸的制動(dòng)裝置開(kāi)始制動(dòng)，中間軸帶動(dòng)4檔齒輪迅速降速，當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速除以輸出軸轉(zhuǎn)速等于4檔傳動(dòng)比時(shí)，4檔齒套和4檔輪轉(zhuǎn)速一致，換檔步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)4檔齒套快速向4檔輪移動(dòng)，迅速完成換檔動(dòng)作。當(dāng)4檔減3檔時(shí)，齒套從4當(dāng)移到空檔，此時(shí)3檔齒套轉(zhuǎn)速高于3檔輪轉(zhuǎn)速，ECU從駕駛員要回發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)控制權(quán)，主動(dòng)控制節(jié)氣門(mén)使發(fā)動(dòng)機(jī)升速，輸入軸帶動(dòng)中間軸，中間軸帶動(dòng)3檔輪迅速升速，當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速除以輸出軸轉(zhuǎn)速等于3檔傳動(dòng)比時(shí)，3檔齒套和3檔輪轉(zhuǎn)速一致，換檔步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)3檔齒套快速向3檔輪移動(dòng)，迅速完成換檔動(dòng)作。換檔動(dòng)作完成后，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)控制權(quán)再次交給駕駛員來(lái)控制。

　　4. Eaton Fuller AMT變速器副箱換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　副箱有兩個(gè)檔位，即高檔和低檔，并配裝了鎖銷(xiāo)式同步器。副箱換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是傳統(tǒng)的氣缸，氣缸活塞桿也是副箱的叉軸，當(dāng)氣缸通氣時(shí)，活塞桿帶動(dòng)換檔撥叉移動(dòng)，前后位移固定高、低檔兩個(gè)位置，只是換檔時(shí)機(jī)由自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制。

　　下圖為典型的Eaton autoshift變速箱及電控系統(tǒng)，和此臺(tái)Eaton Fuller AMT變速器電控系統(tǒng)相似。

　　AMT變速器非常適合我國(guó)的國(guó)情，它性價(jià)比高，價(jià)格是AT的1/4~1/3，生產(chǎn)繼承性好，改造資金投入少，生產(chǎn)批量靈活，相對(duì)于各種車(chē)型，其硬件開(kāi)發(fā)和軟件研制在結(jié)構(gòu)上、理論上是相通的，成果可推廣到各類(lèi)型汽車(chē)上，由于可傳輸大扭矩和成本低廉， AMT變速器將長(zhǎng)期成為汽車(chē)自動(dòng)檔的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)之一，尤其在大型客車(chē)和載貨汽車(chē)領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。