本文首發(fā)《汽車測試報告》5月下刊期，由作者授權發(fā)布
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摘 要：隨著汽車智能駕駛、無人駕駛等概念不斷深化，以及年輕司機群體的不斷增加，司機對車輛駕駛的舒適性及操作簡便性等要求不斷提高，驅(qū)動著變速箱向智能化、電控化方向發(fā)展?；?/span>于此，結(jié)合商用車電子控制機械自動變速器發(fā)展趨勢及市場應用情況，針對選換擋執(zhí)行機構(gòu)的發(fā)展趨勢做簡要探討。

關鍵詞：機械自動變速箱；選換擋執(zhí)行機構(gòu)；發(fā)展趨勢

作者簡介：
王鮮艷，瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向為車輛工程；
李傳武，瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司正高級工程師，研究方向為車輛工程；
顏建華，瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司工程師，研究方向為車輛工程。

隨著時代的進步與科技的發(fā)展，汽車在人類生活中越來越重要。變速器作為汽車的重要組成部分，經(jīng)過幾十年的進步，已經(jīng)從原來的手動變速器（MT）、液力自動變速器（AT），發(fā)展為現(xiàn)在電子控制機械自動變速器（AMT）。MT作為最早出現(xiàn)的技術，已非常成熟，具有技術成熟、價格低廉、維護成本低等優(yōu)點，但是也有很多缺點，比如駕駛強度大，選擋、換擋不及時不準確，汽車耗油量高，不經(jīng)濟等。AT相對于MT來說，不需要用離合器換擋，擋位少，換擋平穩(wěn)，操作容易，但是它速度變化慢，不靈活，環(huán)境適應有限，傳動效率低，保養(yǎng)困難，且維護成本高。AMT綜合了AT和MT的優(yōu)點，繼承了MT制造工藝成熟、效率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，采用電子控制，而電控的準確性和及時性，大大提高了它的舒適性、換擋及時性、環(huán)保性和經(jīng)濟性。

1 AMT背景介紹

汽車自動變速技術是汽車實現(xiàn)無人駕駛必不可少的一部分，同時也是汽車電控技術的重要部分。隨著汽車保有量的迅速增加，以及電子技術和智能駕駛技術的迅速發(fā)展，汽車自動變速技術為實現(xiàn)無人駕駛、智能駕駛奠定了基礎。自動變速器可以根據(jù)車況、周邊工況以及駕駛員的操作意圖，在確保車輛正常運行的前提下，智能判斷決策選擇最優(yōu)的傳動比，實現(xiàn)車輛運行的安全性及燃油經(jīng)濟性。自動變速器技術同時還能消除由于駕駛員技術水平差別或疲勞駕駛等而誤操作所造成的影響。汽車自動變速技術還可方便駕駛員操作，減少其勞動強度，保證行車安全性，減少維護成本。這是人們一直以來所追求的目標。

2 AMT國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

AMT在MT和AT基礎上，采用電子控制，確保了準確性和及時性，大大提高了車輛的舒適性、換擋及時性、環(huán)保性和經(jīng)濟性。

AMT在AT的基本結(jié)構(gòu)上進行改造，通過改造選換擋執(zhí)行機構(gòu)及增加感知部件傳感器、ECU控制的自動操縱系統(tǒng)，能夠根據(jù)傳感器識別的車輛狀態(tài)及路面狀況等信息作出判斷，從而實現(xiàn)自動選擋、換擋，主要由變速器、電控選擋和執(zhí)行機構(gòu)、離合器、控制器（TCU）、傳感器等組成。AMT工作時，TCU結(jié)合車輛信息，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速等信號進行控制離合器和變速箱的選換擋動作。其工作原理如圖1所示。

 圖1 AMT工作原理圖

與MT相比，AMT操作更方便便捷，換擋更及時，動力更足，安全性更優(yōu)，駕駛成本更低，可省油9%左右；與AT相比，AMT的動力更強，生產(chǎn)成本低，維護成本低，可節(jié)約燃油20%左右。AMT憑借其成本低、使用方便、省力等優(yōu)點，在商用車市場中占據(jù)著不可動搖的地位。

2.1 AMT的國外發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀60年代，歐洲的一些發(fā)達國家就開始研究AMT技術，在20世紀80年代開發(fā)出第一代AMT產(chǎn)品，并首次在重型車輛上進行裝車驗證。隨著首臺驗證和后期AMT技術不斷進步，其技術水平越來越成熟，變速器技術順利在復雜多變的環(huán)境下得到了驗證，進一步改善了它的起步、換擋技術等的性能，同時解決了前期換擋不平穩(wěn)、換擋聲音大和舒適性差等問題，于是市場上裝配AMT的車型逐漸增多。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從20世紀90年代開始，美國、德國開始在重型商用車上推廣AMT；到20世紀90年代，AMT重卡開始在歐洲市場崛起，經(jīng)過近20年的培育和發(fā)展，從2002年占比12%，迅速增長到2019年的95%，AMT已處于市場絕對主導地位。

2.2 AMT的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

在十年前，國產(chǎn)AMT重卡受當時環(huán)境、市場、技術等多種影響，門庭冷落，少人問津。隨著國內(nèi)貨運、物流行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，以及年輕司機群體的逐漸增多，司機對車輛駕駛舒適性和操控簡便性等需求與日俱增，2019年，國產(chǎn)AMT重卡銷量達到8000輛，同比增長550%。2020年，受新冠肺炎疫情影響，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)整體遭受重創(chuàng)，但在AMT重卡銷量方面不降反升，僅上半年銷售就突破10000輛。國產(chǎn)AMT重卡在我國重卡市場上已逐步駛上了快車道，但不可否認的是，我國AMT重卡市場占有率仍然很低，僅為1%～2%，遠低于歐美的95%。國內(nèi)AMT市場正處于一個爆發(fā)的臨界點，甚至有行業(yè)人士預判，到2025年，我國AMT重卡比例將增長至80%以上。當前，我國AMT的選換擋執(zhí)行器總成依賴于德國采埃孚等公司的技術進口，國內(nèi)尚沒有同類產(chǎn)品。國產(chǎn)AMT技術存在的問題包括以下三個方面。

2.2.1技術理論水平與國際水平相當，但在產(chǎn)品應用方面，與國外的差距較大

我國在20世紀80年代初就開始研究AMT技術工作，并取得了一系列成果，例如：吉林大學、北京理工大學、哈爾濱埃姆特汽車電子有限公司、重慶東方歐翔汽車電子有限公司等國內(nèi)高校、企業(yè)紛紛對AMT技術進行了研究，其技術研究成果接近于成熟，部分研發(fā)成果成功轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，實現(xiàn)小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化?？偟恼f來，我國的AMT技術在理論上的研究與國際水平相當，但在產(chǎn)品應用及產(chǎn)業(yè)化方面，與國外的差距較大。

2.2.2國內(nèi)市場商用車安裝的AMT大部分采用進口總成產(chǎn)品或進口技術

早在2004年，一汽解放汽車公司就開始聯(lián)合德國采埃孚研發(fā)重卡AMT變速器選換擋技術，并在2008年正式推出了自主研發(fā)的AMT奧威車型。中國重汽公司在2007年與汽車控制系統(tǒng)公司威伯科聯(lián)手，共同研發(fā)AMT選換擋執(zhí)行器總成，并于2008年投放了首輛AMT豪沃A7車型。2019年6月東風柳汽發(fā)布了全新一代乘龍H7 3.0牽引車，配了采埃孚型號為ZF12TX2620TD的AMT。在2019年7月廣汽日野700臻值系牽引車大馬力版的上市發(fā)布上，廣汽日野700臻值系AMT版牽引車也亮了相，配裝的是原裝進口的采埃孚新一代商用車AMT。2019年12月，福田戴姆勒汽車在歐曼超級重卡全系自動擋發(fā)布會上發(fā)布，由康明斯X系列發(fā)動機與采埃孚AMT組成超級動力鏈的歐曼EST-A、EST、GTL全系產(chǎn)品。2020年5月份，陜汽重卡推出陜汽德龍X5000智行版，該車型配裝法士特研發(fā)的AMT，可根據(jù)實際情況實現(xiàn)自動切換擋位。

2.2.3國產(chǎn)商用車AMT產(chǎn)品使用的是進口電控換擋執(zhí)行器

一汽集團AMT上的選換擋執(zhí)行器總成依賴于德國采埃孚公司供貨。中國重汽集團開發(fā)了系列AMT產(chǎn)品，并裝車使用，但AMT產(chǎn)品中的關鍵部件——電控換擋執(zhí)行器，采購于威伯科公司。東風商用車量產(chǎn)具有自主產(chǎn)權的D14系列變速器，并配裝東風天龍KL、東風天龍VL車型，但裝配的電控換擋執(zhí)行器采購于KNORR公司。國內(nèi)吉林大學、北京理工大學、重慶東方歐翔汽車電子有限公司等對AMT技術進行了深入研究，但在國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)化階段，難以找到質(zhì)量穩(wěn)定、性能匹配的控換擋執(zhí)行器，國內(nèi)缺乏同類產(chǎn)品，急需研發(fā)自主品牌汽車零部件替代進口。

2.3 AMT選換擋執(zhí)行機構(gòu)關鍵技術研發(fā)現(xiàn)狀

目前，AMT關鍵技術的研究主要集中在換擋規(guī)律、離合器接合分離控制、與整車系統(tǒng)匹配等控制策略方面，并且取得了顯著的成果，極大改善了AMT的綜合性能水平，也逐漸為廣大用戶所接受。商用車AMT大部分采用多電機驅(qū)動方式，即離合器的分離接合、選擋動作、換擋動作分別由電機驅(qū)動。例如：國外的奔馳、MAN、VOLVO等汽車公司，以及國內(nèi)的一汽解放、重汽、東風等，在中重卡上均采用多電機驅(qū)動方式。

AMT選換擋執(zhí)行機構(gòu)由原先機械實現(xiàn)換擋改為采用電機驅(qū)動換擋，目前存在兩個問題：一是電機種類眾多，其驅(qū)動電機選型難度大；二是一般中重卡商用車需要的選擋力大，但直流電機的輸出功率不高，需要通過機構(gòu)裝置來進行增扭減速，并需將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，所以整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，輸出功率小，一般需通過齒輪機構(gòu)進行減速增扭。在國內(nèi)，各大生產(chǎn)商針對AMT選換擋執(zhí)行機器的研究主要集中在機械結(jié)構(gòu)的布置及設計改進、驅(qū)動電機選型匹配等方面。例如某公司研發(fā)生產(chǎn)的一種選換擋執(zhí)行機構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖見圖3，以AMT選換擋執(zhí)行機構(gòu)總成為研究對象，分別開展支取選換擋系統(tǒng)的建模、設計與參數(shù)優(yōu)化分析，選換擋執(zhí)行機構(gòu)的三維建模、有限元分析與可靠性校核，選換擋執(zhí)行過程的綜合控制策略等關鍵技術研究。將選擋電機與換擋電機垂直布置，并通過滾珠絲杠機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，實現(xiàn)選擋、換擋等動作。其傳動精度高，可滿足選換擋及時性和準備性要求。另外設有緩沖機構(gòu)，緩解了絲杠在電機帶動下的沖擊力，從而大大提升了選換擋壽命。

1—選擋電機  2——換擋電機  3—緩沖裝置，4、5—傳感器
圖2選換擋執(zhí)行機構(gòu)總成

3結(jié)束語

AMT選換擋執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)業(yè)正處于快速迭代發(fā)展階段，正確的發(fā)展方向決定了后續(xù)行業(yè)的成長。隨著各大整車廠及駕駛員對選換擋執(zhí)行機構(gòu)的性能要求越來越高，急需研發(fā)質(zhì)量穩(wěn)定、性能匹配的自主品牌汽車零部件替代進口。

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