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1、 ZF 8档自动变速器的详细剖析及行业发展趋势 日前，宝马BMW 760i、5系列高级跑车、劳斯莱斯幽灵等高端车型相继搭载八档自动变速器，那么，八档自动变速器除了档位数的增加，从技术层面上说，与过去的MT、DCT、CVT等变速箱相比有何优越之处？在此，本文将以专业视角为您解读她的奥秘。文中提到多项全新概念的关键技术以及解决前几代自动变速箱所存在问题的灵活多变的设计思维，在国内均未见有相关文献或报道。而自动变速器，一直是我国汽车行业的薄弱环节。在这里和业内人士及发烧友共同探讨。 众所周知，MT（Mechanical Transmission）虽然具有传动效率高的优点，但在城市中，由于需要频繁换挡
2、，手动变速劳动强度较高，且难以保证发动机处于最有利的工况下工作。DCT（Double Clutch Transmission）的主要问题是制造加工的精度要求很高，无法降低成本。另外，DCT依靠离合器来传递动力，在城市路况下，司机通常要在较慢的速度下驾驶车辆，此时DCT的离合器经常处于半离合状态，在较拥堵的城市路况下，长时间处于半离合状态的离合器容易过热，因此温度传感器会感知温度过高，从而使变速器停机。CVT（Continuously Variable Transmission）的主要问题是传动带的强度和寿命问题，以及传动带与带轮之间的滑磨问题，这些问题限制了CVT的传递功率，降低了传动效率。而
3、具有全新理念的八档自动变速器克服了其他变速器的缺点，称得上是独领风骚的一代天骄。最具代表性的就是德国ZF公司出品的八档自动变速器。 1. 最大化的灵活度提供最high的驾驶乐趣换挡时间仅用200ms a) 更快的加速度 由于八档自动变速器具有了更大的传动比范围（i7.05，之前的传动比最大为6.05），更小的梯比速度，能够使发动机工作在最优运转范围，从而极大的改善了汽车的动力性和低档工况的换挡品质，特别是由一档升到二档。自动变速箱的两个副变速齿轮可以在为变速箱提供更高的传动比的同时，不再需要为承载更大的扭矩和速度而增加独立的齿轮系统。柔和的扭矩和速度分配可以减小对其他部件冲击，整车的NVH性能
4、得以显著提高。 b) 更精确的换挡 200ms对于八速自动变速器更换一个档位来说意味着快速和平顺。即使是专业的驾驶员也无法在如此短的时间内完成换挡。这样的换挡过程会带来更加愉快、高效和最大的舒适性。由于八挡自动变速箱提供了更短的响应及完成换挡时间使得直接跨过两档或更多的档位（包括从八档到二档的换挡极限）进行换挡也是可以实现的。加上智能自适应换挡策略，保证了最大的灵活度和驾驶乐趣。 2. 最小化的CO2排放，减少约11%的燃油消耗 a) 所有的改进只为一个目标：降低油耗！ 这些创新性的改进有：只有四排行星齿轮的全新概念的传动系统，只有两套换挡元件，更宽范围的传动比，可变油泵，新的传扭器，优化的液
5、压和传动控制系统。自动启停技术的应用更大大降低了油耗和废气的排放。此功能为一项可选功能。处于空转时发动机自动关闭。而当离合器接合，发动机又自动运转。即使空转时间只有10秒发动机也会关掉，节能减排效果十分明显。启停功能要归功于液压驱动油料储存系统（HIS， Hydraulic impulse oil storage）。它为启动时传动系统换挡单元提供所需的液压油。当需要启停功能而发动机又处于关闭状态时它要快速启动。带有HIS启停功能的传动系统可较其他同等装置节能5%。若与之前效率最高的六档自动变速器相比，新开发的八档变速器要节能约11%。 b) HIS(Hydraulic impulse oil
6、storage)会带来什么实惠？ 在发动机关闭之后，车辆可以在350毫秒之内重新启动。这都归因于神奇的HIS。HIS迅速淘汰了其他复杂的解决方案，比如传动系统中高功率油泵或电动液压泵。尺寸稍大的传动系统油泵在连续操作时不利于节油，电动泵对于主要能量的供给来说又是额外的负担，同时伴随着噪音，因此需要下大力气开发出更高度的集成系统。与之形成对比的是HIS，工程师们开发出具有最低成本和方便安装性的HIS。其他廉价的同类产品无法适用于新开发的传动系统。研发人员在保证元件具有良好的设计和各自油路的前提下，考虑了HIS的集成度。在发动机启动后五秒钟内，HIS就可由100ml的自动变速器油充满，同时电磁锁止
7、活塞（上图）。当驾驶员将脚移开制动踏板时，活塞被松开，在液压泵开始工作之前，油液流回传动系统的齿轮换挡元件来满足启动车辆需要的液压油。HIS系统可再节油5%，较六档自动变速箱节油11%。 c) 告别传统齿轮系统设计理念 八挡自动变速箱诞生于人们不断寻找全新的传动系统并放弃所有过去建立行星排组变速器的概念。开发工程师们用综合标准来系统地评价数以千计的布局多种多样的齿轮传动系统。最终选定了这个仅有4个行星排和5个换挡元件的8档自动传动系统。这个传动系统在构件成本、效率以及传扭能力上都有很大飞跃。 d) 更低的带排功率损失，更高的齿轮啮合效率 整个传动系统中，仅有5个换挡元件（多片离合器和制动器），
8、每个档位只有2个换挡元件分离。分离的换挡元件越少，具有带排转矩的部件也越少。从传动系统末端可看出，带排功率损失显著减少。开发工程师们也能够用全新的传动系统概念来提高齿轮啮合效率。当动力通过齿轮系统时一些齿轮要损失能量。在全新的自动传动系统中，这些损失总计将低于2%，对于降低油耗具有深远的意义。 e) 大大地降低CO2排放 在降低油耗的同时，CO2的排放量必然会降低，与3升6缸发动机共同使用的八档传动系统，可以降低CO2排放量大约为200 g/km到178 g/km。 f) 特别设计的主离合器 这种离合器被称为液体冷却式离合器（HCC，Hydrodynamically Cooled Clutch
9、），同双离合器式传动系统具有同等的NVH特性，但她的质量转动惯量却更小。这款离合器是湿式离合器，摩擦片的数目取决于热负荷的大小。闭环式启动控制单元，可视为集成启动设备（IAE，Integrated starting device ），使传动系统设计的更加紧凑。 3. 为未来技术准备的可变模块包1+x 八档自动变速箱的开发原则简单而又具独创性：可变模块包。由此我们可以用现有的和未来的技术来满足各种各样的需求，而不需要改变车内的安装空间和其他模块。从轻混到重混电动汽车甚至是整体全轮驱动系统她均可适用。大约可降低油耗6%（标准传动系）到30%（重混电动车）。 a) 可扩展技术 除了降低油耗和改善性能
10、之外，工程师们更深远的目标是实现传动系统的通用性。在市场环境下需要模型化的产品，一个新的传动系统应形成系列以满足更广范围的不同需求。同系列的变速箱安装相同的液压控制单元和电子控制单元，这样也可以使模块管理系统效率更高。出于此种理念，八档自动变速箱特别关注了作为模块包的适用性，这个模块包也可用于其他启动和全轮理念，而基本的传动系统理念不需任何改变。在离合器壳体中，传扭器可以由新的启动元件（比如液力冷却离合器）或完全删除这种离合器而由带有综合启动离合器的辅助设备来代替。这种理念将是一个重要的发展趋势。 b) 与混合驱动系统的兼容 新的八档自动变速箱也可以很好地与混合动力系统匹配。在城市循环工况下能
11、够节约燃油30%以上。下图的八挡自动变速箱是ZF公司为应用于重混电动汽车而设计的，其中电机、离合器、减扭器和液压系统均集成在一个模块包内。既节约了空间又提高了效率。 已应用于乘用车和商务车，被称为电动机（DynaStart）的电动驱动元件，能够发出功率10-100kW，扭矩100-1000Nm，为能够应用于重混电动汽车，ZF公司将发动机和内燃机用离合器隔开。Mercedes-Benz S-400 混合动力电动汽车第一个应用了DynaStart。 4. 总结八档自动变速器的亮点及变速器研发趋势 a) 全新齿轮系统设计理念 只有4个行星排和5个换挡操纵元件，每个档位只有两个换挡操纵元件分离。3个多
12、片离合器和2个制动器，可使传动系统的设计更加紧凑和高效。 b) 更大的总传动比 总传动比为7.05。可使发动机工作于最佳工作区域，以提高动力性和经济性。 c) 更高的功率密度 革新的齿轮系统设计理念使构件更加轻量化：2个附加的副齿轮可用更少的构件传递更高的扭矩，并不需改变传动系统的重量。 d) 更低的带排功率损失和更高的效率 由于每个档位只有2个换挡操纵元件不结合，由此能量损失已降到最低。 e) 自动变速器发展趋势 从行业整体来看，ZF公司基本上可以认为是自动变速器的领军企业，多数高端汽车搭载了他们的产品。其研发方向值得我们同行思索。 1）是档位数目的逐步提高以及行星排的应用。档位数目的提高使传动系统更加接近于无极传动，从而使发动机在任何工况下均工作于最佳工作区域，给整车带来了更好的动力性和经济性。 2）自动启停功能所需要的液压技术，实现该功能的液压元件要求安装方便以及成本低廉。 3）变速器的模块化、系列化、通用化。产品功能的可扩展性是研发过程中需考虑的重要因素。 4）设计中尽可能减少每个档位时不结合的换挡操纵元件，可有效降低带排功率损失，提高传动系统效率。
