德甲历届最佳射手:变速箱的档位数对汽车性能有什麽影响

90年代自动变速器的发展 本文来自：博研联盟论坛
【摘要】本文介绍了90年代自动变速器（Automatic Transmission）技术的最新发展情况，包括：五档化、闭锁离合器精确控制和变矩器的高效率化、手动模式以及智能控制。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
一、 前言 本文来自：博研联盟论坛
80年代，在美国AT（Automatic Transmission）装车率达到90%，日本为60~70%；90年代，AT的装车率进一步提高，在美国和日本有些机种的AT装车率已占100％，技术上有很大的发展，主要有以下特点： 本文来自：博研联盟论坛
1、 5档化：80年代以4档自动变速箱为主。90年代，朝5档自动变速箱和CVT方向发展； 本文来自：博研联盟论坛
2、 变矩器高效率化及闭锁离合器的精确控制：90年代变矩器闭锁离合器采用了精确控制措施，变矩器进一步高效率化； 本文来自：博研联盟论坛
3、 手动模式：为保留了MT（Manual Transmission）自由选档的驾驶乐趣，90年代AT增加了手动模式； 本文来自：博研联盟论坛
4、 智能化控制：从设有固定的有限的几个换档模式发展到满足司机愿望和适应行驶工况变化的智能化控制技术。 本文来自：博研联盟论坛
下面就这4个方面展开阐述。 本文来自：博研联盟论坛
二、 五档化 本文来自：博研联盟论坛
为了提高汽车的动力性和经济性，使驾驶平稳，要求增加速比范围，减小速比间隔。头档速比大，起步性能好；最高档速比小，在高速公路上行使时油耗低，噪声小。速比间隔小，换档相响应快、冲击小、驾驶平稳。 本文来自：博研联盟论坛
日产公司于1989年开发了世界上首台液力机械式五档AT，接着丰田、三菱、宝马以及奔弛公司也相继推出了五档AT。 本文来自：博研联盟论坛
日产公司还专门研究了档位数对汽车的起步加速性能和燃油经济性的影响，其结果如下： 本文来自：博研联盟论坛
1、档位数和速比范围对起步加速性能的影响如图1所示。 本文来自：博研联盟论坛
通常4档变速箱最小速比（超速档时）为0.7，最大速比的增加可提高汽车的加速性能。从图中可以看出，档位数大于6或1档速比大于4时对加速性能的提高作用已不明显。 本文来自：博研联盟论坛
2、档位数和速比范围对燃油经济性的影响见图2。 本文来自：博研联盟论坛
通常4档变速箱的最大速比（1档时）取3.0,增加速比可提高燃油经济性，从图中可以看出，档位数大于6或最小速比低于0.7时，对燃油经济性提高影响很小。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
从结构角度来看，档位的增加，AT的结构必然复杂，从4档增加至5档，变速箱的行星排数必须从双排增至3排，使制造成本增加，降低了性能价格比。因此目前五档变速箱宜用于高级轿车，而中低档轿车仍然以4档为主。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
三、 闭锁离合器精确控制和变矩器高效率化 本文来自：博研联盟论坛
（一）闭锁离合器的精确控制 本文来自：博研联盟论坛
变矩器可以缓冲发动机传送过来的扭矩波动，降低传动系统的振动和噪声,提高车辆行驶的平稳性和舒适性；但是变矩器的严重问题是传动效率很低，使得整车的油耗增加，因此自动变速箱中常采用闭锁离合器来提高燃油经济性。80年代，变矩器通常在高档高速小油门开度这样狭窄的领域闭锁，在低档低速时，由于发动机不稳定性，变矩器不闭锁，这样的闭锁控制对车辆燃油经济性的提高作用不大。为此，变矩器的闭锁进一步向低速小油门开度领域扩张。闭锁离合器闭锁后，变矩器失去作用，成为直接机械传动，作为振源的发动机所发出的振动和噪声就无法隔绝。因此，就存在着燃油经济性和平稳性的矛盾，为了调和这两者之间的矛盾，采用闭锁离合器打滑控制，使得变矩器在低档时采取分流传动，部分动力经液力传动，部分动力经闭锁离合器机械传动。这样在缓和冲击同时也提高燃油经济性。在控制上就必须合理确定闭锁离合器的目标打滑率，采用反馈控制技术。 本文来自：博研联盟论坛
90年代，对闭锁离合器采取了精确的控制，如下所述： 本文来自：博研联盟论坛
1、 全档位范围闭锁 本文来自：博研联盟论坛
为进一步提高效率，变矩器在整个档位范围内都可以闭锁。 本文来自：博研联盟论坛
2、 目标打滑率控制 本文来自：博研联盟论坛
为获得最佳的燃油经济性和平稳性，在不同的行驶工况和条件下，目标打滑率的要求的不一样，打滑控制要能适应行驶工况和条件的变化，对目标打滑率进行调整。 本文来自：博研联盟论坛
3、 缩短闭锁结合的时间 本文来自：博研联盟论坛
提高闭锁结合油压的控制精度：过去为避免变矩器闭锁时产生冲击，必须使控制闭锁离合器的油压从低压缓慢上升，以保证结合平缓，但结合的时间长。为了既保证结合的平缓，又实现快速结合，控制系统必须快速确定闭锁所需要的油压，并进行精确控制。 本文来自：博研联盟论坛
提高压紧活塞的响应：从结构上保证闭锁时作用在压紧活塞上的压力按要求分布，使结合平滑，动作响应快。 本文来自：博研联盟论坛
4、 确保低速时闭锁的油压 本文来自：博研联盟论坛
通常在低转速时，油泵的流量会下降，闭锁离合器结合的油压也随之下降。为此，在变矩器控制油路中增加了闭锁压力调节阀，使得低速时进入冷却器的流量减小，从而保证闭锁所需要的油压。 本文来自：博研联盟论坛
5、 噪声控制 本文来自：博研联盟论坛
发动机作为加振源，其扭矩波动机械地传至传动系引起传动系的扭矩振动，进而发出嗡嗡的噪声；另外，发动机振动的反作用力经车架传至车身，产生嘎哒嘎哒的噪声。新的闭锁离合器控制系统采取了各种措施来消除或减小这些噪声。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
（二）变矩器进一步高效率化 本文来自：博研联盟论坛
1、 匹配的优化 本文来自：博研联盟论坛
改进了发动机与变矩器的匹配，使变矩器在高效区工作； 本文来自：博研联盟论坛
2、 变矩器特性曲线的改进 本文来自：博研联盟论坛
为进一步提高变矩器的效率，对变矩器的特性曲线进行改进，如图3所示，虚线是原来变矩器的特性曲线，实线是改进后的特性曲线，从图中可以看出，改进后的曲线： 本文来自：博研联盟论坛
力矩系数的设计更合理，失速时力矩系数要小，否则输入力矩大，油耗高；但过小，微驱动力小，使低速区域操纵性差；因此失速时力矩系数值要合理选取。在高速比范围力矩系数特性要与车辆的动力性相匹配。尽量提高变矩器区域的最高效率。 本文来自：博研联盟论坛
3、 设计方法的提高 本文来自：博研联盟论坛
采用三维叶栅理论，合理确定循环圆的形状，对泵轮、涡轮的叶片角度和定子叶片形状最优化设计，使得结构紧凑，效率高。同时进行计算机模拟仿真，正确预测性能。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
四、 手动模式 本文来自：博研联盟论坛
装有AT的汽车驾驶容易、行驶平稳，给人于高级舒适的感觉，已为广大用户接受；装有MT的汽车驾驶困难、动作迟滞、不连续令人感到不舒服，但是，司机可以自由地选择档位，体会驾驶的乐趣。为了同时满足用户的这两种要求：既有AT容易驾驶的好处，又有MT自由选择档位的驾驶乐趣，在AT上设有手动模式（手动顺序换档）已成为90年代AT发展的一个新特点。 本文来自：博研联盟论坛
为满足客户的要求，日产公司提出了以下的指标来衡量变速器的性能： 本文来自：博研联盟论坛
1、直接感：踩下油门踏板，立即产生加速感觉； 本文来自：博研联盟论坛
2、发动机制动感：油门放松时，发动机制动起作用； 本文来自：博研联盟论坛
3、换档响应：换档操作开始至换档终止的时间； 本文来自：博研联盟论坛
4、换档的平顺性：换档过程中冲击要小； 本文来自：博研联盟论坛
5、档位选择性：按司机的愿望自由地选择档位的灵活性； 本文来自：博研联盟论坛
6、最高转速：发动机能上升的最高转速。 本文来自：博研联盟论坛
AT、MT以上性能指标的比较如图4所示，虚线表示MT，点划线表示AT。MT的直接感、发动机制动感、最高转速以及档位选择性等指标比较好；AT的换档平顺性比较好。为了改善AT的性能，加上了手动模式，如图中实线所示，加上手动模式后，AT的直接感、发动机制动感、最高转速、档位选择性以及换档响应都有很大提高，原因如下所述： 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
1、 直接感及发动机制动感 本文来自：博研联盟论坛
由于直接机械传动，MT对油门操作直接产生加减速反应。为此，手动模式在2－4档，变矩器闭锁；考虑到要使全部档位发动机制动均能起作用，为手动模式设计了新的电液控制系统。 本文来自：博研联盟论坛
为提高燃油经济性开发闭锁离合器控制技术的基础上，为了在广的范围内踩油门时变矩器不解锁，开发了手动模式专用的闭锁离合器控制油路。因此变矩器平滑感感觉不到，踩油门直接感提高。 本文来自：博研联盟论坛
手动模式的1－3档用于发动机制动的结合元件始终结合。放油门时，由于自由轮作用，发动机的转速不会降低。因此通过此结合元件结合和减速时闭锁离合器不解锁，使放油门时发动机制动感提高。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
2、 换档响应和换档平顺性 本文来自：博研联盟论坛
为了综合AT模式的平稳换档和手动模式换档的快速响应，开发了新的换档控制系统。手动模式根据司机愿望换档，要求所对应的不同油门开度和车速求得最佳的油压变化规律。 本文来自：博研联盟论坛
为得到驾驶乐趣，要求换档响应快，不采用换档过程中逐步修正油压的反馈控制，而采用快速处理确定调压值的换档控制。 本文来自：博研联盟论坛
由于采用了手动模式专用的与换档条件和过程相适应的确定油压控制方法，使得在全领域内既实现快速的换档响应，又得到良好的力矩关系，特别是在换档频率高的自动换档线附近（不仅重视换档响应而且重视力矩关系），其换档性能不比AT差。 本文来自：博研联盟论坛
为了获得良好换档性能，充分利用了电子控制的特点，提高阀的响应，缩短油路，降低油路阻力。 本文来自：博研联盟论坛
另外，为降低低转速下泵的流量采用了摆线泵，并对各结合元件的活塞和蓄能器尺寸进行最优化设计。 本文来自：博研联盟论坛
3、 换档选择性及最高转速 本文来自：博研联盟论坛
对手动模式，司机可以在更广阔的范围内自由选择档位。特别是反复快速降档操纵时，能一下就换到所希望的档位，能快速得到希望的发动机制动效果。 本文来自：博研联盟论坛
另外因为即使在高转速下不自动升档，容易实现在自动换档模式下很难到达发动机燃料切断转速和维持高转速高功率输出行走。 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
在换档条件和搭接条件下禁止降档，即使未进行降档操作，停车时会自动降至1档，使起步性能好，操作简便。 本文来自：博研联盟论坛
4、 换档操纵性 本文来自：博研联盟论坛
为了提高换档操纵方便性，采用换档杆和转向盘上开关两种操纵方式，可以实现手不离开方向盘实现手动换档。 本文来自：博研联盟论坛
方向盘转角大时，方向盘上开关使用不便，可使用换档杆，见图－5。在手动模式使用比率最高的山路行驶（方向盘转角大）和山路中高速公路行驶时（方向盘转角小）有两种操纵方式很合适 本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
本文来自：博研联盟论坛
五、 智能控制 本文来自：博研联盟论坛
80年代，为了满足各种驾驶员的兴趣、性格和愿望以及不同的行驶情况，设定了固定的控制程序供选择，例如，运动型（动力性最佳）适宜于喜好运动的年轻人；经济型（燃油经济性最佳）适宜于老年人和妇女；雪地型适宜在冬天下雪光滑的路面行驶等。 本文来自：博研联盟论坛
但是这些固定的有限的换档模式无法完全满足以下驾驶要求： 本文来自：博研联盟论坛
1、按照驾驶员的意愿进行换档。根据不同类型的驾驶员的驾驶习惯以及驾驶员在不同时刻的驾驶情绪进行换档。 本文来自：博研联盟论坛
2、满足行使环境发生变化时的换档要求。自动变速箱不但要在普通的路面上行驶时能够正常换档，而且在某些特殊环境条件下，例如在上坡下坡、不同路面，公路行驶和市内驾驶、弯道以及拖挂车等，也能够正确换档。 本文来自：博研联盟论坛
3、适应车辆自身参数变化时的换档要求。车辆的许多参数随着使用时间的增加会发生变化，例如发动机性能下降、摩擦材料的磨损、润滑油的变质等。自动变速箱要能够根据这些变化在控制上自行进行调整。 本文来自：博研联盟论坛
为了达到以上的要求，自动变速箱必须要有获取信息、分析信息和处理信息的能力。这些信息包括反映司机心理的信息、识别行驶工况和条件的信息以及判断车辆参数变化的信息。此时变速箱控制系统成为了非线形的大规模的复杂的控制系统，采用过去传统的控制方法和信息处理技术是不够的。必须采用智能控制技术如模糊控制、自适应控制、学习控制、神经网络等，以适应各种司机类型、环境条件和行驶状况。给自动变速箱赋予灵性，能够更好地理解和领会人的意图，具有更好的适应环境的能力和自身的调节能力。 本文来自：博研联盟论坛
在国外，对自动变速箱的智能控制技术的研究已经成为自动变速箱研究的一个热点，也是一个发展的趋势。例如： 本文来自：博研联盟论坛
日本三菱新型四档自动变速箱中，采用神经网络作为新的控制逻辑，以实现最优化换档。它把各种道路条件下许多司机驾驶操作的资料收集起来，根据神经网络原理，将各种输入信息和司机选档建立联系，利用神经网络的学习功能，可以得到高精度的换档判断。日产公司开发了模糊控制器，把司机看作是一个综合的物理环境传感器，通过模糊逻辑的方法从驾驶员驾驶行为的统计数据中判断某些行驶工况和驾驶员的操作意图，按照判断的结果来选择相应环境下的换档规律，从而避免换档循环和提高加速性能。Hayashi等在1993年发表的一篇论文中介绍了一种神经－模糊自动变速箱控制器。采用该控制器可在上坡和下坡行驶条件下避免换档循环。该控制器的基本控制变量为汽车负荷和司机意图。它包括一个用于识别司机意图的模糊逻辑接口、一个模糊逻辑负荷估计器和一个可模仿司机换档行为的前馈神经网络控制器该控制器可模仿司机的换档行为对换档点作出选择，使驾驶非常平稳，并且换档次数大为减少。 本文来自：博研联盟论坛
从1992年起，宝马公司陆续推出了用于四档和五档自动变速箱的自适应控制系统（AGS），使选档与司机类型（运动型或经济型）、特殊的环境条件（重载、爬坡或在平滑路面行驶）和具体行驶状况（下坡行驶、曲线行驶或慢行工况）相适应。与常规控制系统相比，AGS通过减少司机的干预改善了操纵舒适性，在运动行驶模式下降低了换档次数，在平稳行驶工况降低了油耗，在平滑路面上提高了行驶安全性。[/post]