2015-2016年中國汽車變速器行業市場現狀及發展趨勢分析（圖）
發布時間：
2016-04-22 11:21
自動變速器直接決定或影響了汽車的行駛平順性、燃油經濟性和動力性，因而世界各大汽車巨頭均投入巨資，爭相開發各種形式的自動變速器，自動變速器的拓撲結構、工作原理及相應的控制方式至今仍在不斷發展和革新。近年來，隨著電控技術的發展和相關材料性能的提升，在全球能源危機和環境壓力導致的汽車排放法規日益嚴格、燃油經濟性受到空前重視的背景下，以提升傳動效率和換擋品質為主要方向，自動變速器進入了一個快速發展的全新階段。
1、自動變速器的總體分類
自動變速器可以按照多個標準進行分類，比如按速比變化是否連續或換擋時動力傳遞是否中斷等。然而傳動裝置是自動變速器的核心，按所采用傳動裝置的不同對自動變速器進行分類是進行自動變速器技術分析的基礎。
自動變速器的分類方式和類型
分類方式 |
類型 |
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按速比變化方式 |
有級式、無級式 |
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按換擋時動力是否中斷 |
動力換擋式（換擋動力不中斷）、非動力換擋式（換擋動力中斷） |
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按采用的傳動裝置 |
液力變矩器與齒輪組合式、帶-輪摩擦式、離合器與定軸齒輪組合式 |
資料來源：公開資料整理
照傳動裝置的不同，汽車自動變速器在進化過程中逐步出現了液力變矩器與齒輪傳動組合式、帶-輪摩擦式、主離合器與定軸齒輪傳動組合式等三種主要形式。三種形式的自動變速器具有各自不同的結構和工作原理，因而在成本、性能等方面各具特點。
各種傳動形式自動變速器的的傳動裝置、換擋方式和特點
形式 |
代表類型及名稱 |
傳動裝置 |
換擋方式 |
特點 |
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液力變矩器與齒輪傳動組合式 |
液力式機械變速器AT（AutomaticTransmission） |
液力變矩器+行星齒輪組 |
摩擦原件（離合器或制動器）搭接控制 |
+換擋品質好；結構復雜；控制難度大；傳動效率低 |
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帶-輪摩擦式 |
無級式變速器CVT（Continuously Variable Transmission） |
液力變矩器+行星齒輪+鋼帶-錐形輪 |
改變錐形輪半徑 |
一定范圍內速比連續變化，無頓挫感；傳動效率低；轉矩容量有限 |
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主離合器與定軸齒輪組合式 |
機械式自動變速器AMT（Automated Manual Transmission） |
離合器+ 定軸齒輪組 |
主離合器控制+同步器開關控制 |
結構簡單、傳動效率高、換擋動力中斷，平順性差、 |
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主離合器與定軸齒輪組合式 |
雙離合器變速器DCT（ Dual ClutchTransmission） |
濕式DCT（Wet DCT-WDCT） 干式DCT（Dry DCT-DDCT） |
雙離合器+定軸齒輪組 |
同步器預先結合，雙離合器搭接控制 |
傳動效率高、換擋品質好、控制難度大、結構較復雜 |
資料來源：公開資料整理
2、變速器的發展情況
液力變矩器與齒輪傳動組合式以液力式機械自動變速器（Automatic Transmission, 簡稱AT）為主要代表。
AT 通常由液力變矩器、行星齒輪系、多個摩擦結合原件（離合器、制動器）和相應的電控系統所組成，依靠摩擦結合原件間的搭接控制實現動力換擋。AT 自20 世紀30 年代推出以來不斷更新換代，20 世紀末6 擋AT 誕生，德國采埃孚（ZF）公司于2009 年推出了8 擋AT 并裝備于多款高級轎車上，目前9 擋AT 也已接近量產。AT 具有技術成熟，工作可靠，換擋品質較好的優點，目前仍占有世界上大部分自動變速器的市場份額，其缺點是傳動效率較低、控制難度大、結構復雜、對相關產業鏈要求較高。
帶-輪摩擦式變速器是汽車用無級式自動變速器（Continuously Variable Transmission，簡稱CVT）的主要代表，目前CVT 主要是指帶-輪摩擦式CVT。
CVT 依靠傳動帶與帶輪的摩擦傳遞動力，通過連續改變帶輪的工作半徑使傳動比在一定范圍內連續變化。1958 年荷蘭DAF 公司開發出橡膠帶CVT，20 世紀70 年代中后期，荷蘭VDT 公司又推出了金屬帶CVT，其后金屬帶的結構得到不斷改進，CVT 的可靠性和耐久性也在不斷改善，20 世紀末CVT 逐漸市場化。
CVT 變速平順、操縱方便，但由于依靠摩擦傳動，受限于所能傳遞的轉矩，目前只能應用于中小型乘用車，在大型乘用車和商用車上無法得到應用，且CVT 仍需要液力變矩器和齒輪傳動機構，結構和制造較為復雜。
主離合器與定軸齒輪傳動組合式以機械式自動變速器（Automated ManualTransmission，簡稱AMT）和雙離合器式變速器（Dual Clutch Transmission，簡稱DCT）為主要代表。
AMT 保持了MT 的機械傳動結構基本不變，由控制機構自動完成換擋過程中對于離合器和選換擋裝置的操縱，繼承了MT 結構緊湊、傳動效率高、工作可靠的優點，對各種車輛具有廣泛的適用性。
全自動AMT 在20 世紀80 年代已開發成功，但由于存在換擋動力中斷，換擋品質的提高受到限制，因而目前主要應用在燃油經濟性要求較高的小型乘用車和商用車上，在乘坐舒適性要求較高的中高級乘用車上的應用較少，但近年來由于其高效節能的優勢，AMT 又逐漸引起了人們的興趣。DCT 可以看作是AMT 的一種變形，其采用了類似于兩套AMT 系統交替工作的模式，兩套AMT 系統分別負責奇數擋位和偶數擋位的傳動。DCT 在2003 年左右正式推向市場，目前正在快速發展，可靠性、耐久性不斷提高，適用范圍不斷擴大。通過雙離合器的搭接控制，DCT 實現了動力在奇數擋和偶數擋之間的無動力中斷切換，克服了AMT 換擋動力中斷缺點的同時，也產生了控制難度大、工作可靠性降低、生產成本高等問題。
自動變速器的發展歷程
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現在自動變速器已經形成了AT、CVT、AMT、DCT 等多條技術路線協同發展的格局，隨著電子控制技術的進步和材料性能的提升，4 種類型自動變速器仍在持續的改進和優化，未來或許還將有其它類型的自動變速器出現。
自動變速器的生產制造技術掌握在通用、福特、克萊斯勒、大眾、本田、豐田、PSA 等世界主要汽車公司及其控制的非獨立供貨商和德國采埃孚（ZF）、德國格特拉克（Getrag）、美國伊頓（Eaton）、日本加特可（Jatco）等少數獨立供貨商手中。
3、變速器的性能分析
自動變速器的各項性能是由所采用的傳動裝置和換擋方式決定的。由于傳動裝置和換擋方式不同，各種自動變速器的性能也有很大的差別。
自動變速器中應用的傳動裝置主要有液力變矩器、金屬帶-錐形輪、行星齒輪系和定軸齒輪系這4 種類型。
液力變矩器以液壓油為工作介質，是一種非剛性轉矩變換器。液力變矩器的輸入軸與輸出軸間靠液體聯系，工作構件間沒有剛性聯接，因而能消除沖擊和振動，具有較好的過載保護性能和起動性能，但傳動效率較低、質量大、成本高。
液力變矩器原理圖
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帶-輪變速傳動原理圖
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CVT錐形輪工作半徑的改變
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金屬帶-錐形輪是一種摩擦傳動裝置，摩擦傳動的原理即壓緊不打滑，即金屬帶需要較大的壓（張）緊力來保證動力的可靠傳遞，施加壓緊力亦需要耗費較多能量。帶-輪傳動裝置是通過改變帶兩端錐形輪的工作半徑來實現傳動比的改變。由于錐形輪工作半徑的改變是漸進式的，因而傳動比的改變也是連續的，即所謂的無級變速。但受限于所能傳遞的轉矩，帶-輪傳動還必須要和液力變矩器以及齒輪傳動裝置串聯使用，實現發動機啟動以及擴大速比變化的范圍。
行星齒輪系具有兩個自由度，即必須固定行星齒輪、太陽輪或齒圈中一個傳動元件，才能以固定速比傳遞動力，而固定的元件不同，其速比也不同，所以行星齒輪需要額外的離合或制動元件才能工作。其優點在于輸入\輸出同軸、結構緊湊、可以以較小的尺寸實現大速比傳動，但需要較高的加工工藝，且額外的制動或離合元件工作需要耗費能量。行星齒輪組不僅應用于汽車變速器中，由于其2個自由度的特點，還在混合動力系統用作雙動力源的耦合裝置。
定軸齒輪系在機械傳動中使用最為廣泛，是各種機械傳動裝置中效率最高的，其缺點主要是尺寸較大。
行星齒輪系組件示意圖
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定軸齒輪及齒輪軸
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自動變速器中主要傳動部件的特點對比
傳動部件 |
傳動方式 |
優點 |
缺點 |
應用類型 |
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液力變矩器 |
液力傳導 |
能夠吸收振動和沖擊 |
效率低、質量大 |
AT、CVT |
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金屬帶-錐形輪 |
摩擦傳動（壓緊不打滑） |
速比連續變化 |
效率低傳遞轉矩受限 |
CVT |
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行星齒輪 |
齒輪嚙合（2自由度） |
同軸傳動結構緊湊 |
工藝要求高需額外控制元件 |
AT、CVT |
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定軸齒輪 |
齒輪外嚙合（1自由度） |
效率高 |
尺寸大 |
AMT、DCT |
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以對自動變速器中各主要傳動部件特點的分析和對比為基礎，可以對4 種自動變速器的性能及其未來的發展方向進行總結：
AT 的傳動部件一般包括液力變矩器和行星齒輪組。AT 換擋品質好，適用于各種功率范圍的乘用車和商用車，但結構復雜，控制精度要求高，成本高、重量大、傳動效率低，是目前應用比例最高的自動變速器，未來的發展方向是進一步提高傳動效率并簡化結構和控制，減輕質量。
CVT 的傳動部件一般包括液力變矩器、行星齒輪組和金屬帶-錐形輪組件。換擋舒適性好是CVT 的主要優點，但轉矩容量小限制了適用范圍，液壓部件造成了傳動效率較低，目前在日系車中應用較多，未來的發展方向主要是擴大轉矩容量和提高傳動效率。
AMT 采用同步器換擋，同步器通過機械結構實現掛入擋位的轉速同步，其工作的前提是主動部分的轉動慣量足夠小，所以AMT 換擋時離合器必須分離。離合器分離造成動力中斷，所以AMT 的換擋品質較差。AMT 雖然適用于任何功率范圍的車輛，但相對較差的舒適性限制了應用比例。未來的發展方向主要是避免或緩解換擋動力中斷，以提升換擋舒適性。
WDCT 和DDCT 通過下一擋位同步器的預先結合，兩離合器搭接控制的方式實現擋位切換，既克服了AMT 換擋動力中斷的缺點，又實現了較高的傳動效率。
WDCT 的液壓組件需要耗費較多能量，降低了傳動效率，且增加了質量和成本，但扭矩容量更大，適用范圍更廣。DDCT 采用干式離合器，結構簡單、體積小、質量輕，但熱容量有限，承載扭矩范圍小。總體來看，WDCT 的應用比例將會進一步提高。DCT 的可靠性和適應性仍需進一步提高，適用范圍將會進一步擴大。
各種自動變速器的性能對比
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各種自動變速器的發展和提升方向
類型 |
發展和提升的方向 |
發展和提升空間 |
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AT |
提高傳動效率，簡化結構和控制、減輕質量 |
★ |
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CVT |
提升扭矩容量，提高傳動效率 |
★★ |
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AMT |
克服換擋動力中斷，提升換擋品質 |
★★★ |
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DCT |
提高產品穩定性，擴大適用范圍 |
★★★★ |
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4、各種類型自動變速器的搭載情況
對世界主要汽車品牌的自動變速器搭載情況進行了統計，從搭載的品牌數量來看，AT 仍是當今世界的主流，特別在北美地區占據絕對的統治地位；DCT 已在歐洲占有領先優勢，并正在快速發展；CVT 主要在日系品牌中得到應用；AMT 在乘用車中應用較少。
世界主要汽車品牌的自動變速器搭載情況
類型 |
搭載品牌 |
|
AT |
通用 福特 克萊斯勒 豐田 本田 三菱 現代 標致 大眾 雪鐵龍 寶馬 奔馳 |
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CVT |
日產 豐田 本田 奧迪 克萊斯勒 |
|
AMT |
菲亞特 |
|
DCT |
大眾 奧迪 福特 菲亞特 沃爾沃 保時捷 寶馬 奔馳 三菱 |
資料來源：公司公告
目前世界自動變速器的產業格局是各國汽車產業長期發展的結果。
2009-2014年中國汽車自動變速器供求平衡統計（萬臺）
年份 |
產量 |
進口 |
出口 |
需求量 |
|
2009年 |
222.3 |
207.4 |
13.8 |
415.9 |
|
2010年 |
294.8 |
277.6 |
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