AT变速箱-6AT

主流6AT的技术分析

2018年，爱信宣布与吉利、广汽合资生产6AT，一下子6AT在国内成为热门话题。个人认为，6AT是现阶段平衡成本和性能的最佳的挡位数，是家用买菜车的较为理想的传动形式。变矩器带来的起步和低速性能都是双离合器所不能比拟的，当然需要增加点油耗。但随着AT技术的进一步完善和提高，如离合器带低排功率损失（拖曳功率损失）、低粘度润滑油、液压操纵系统的优化、低功耗液压泵、低摩擦损失轴承、扁平变矩器、多片闭锁离合器、高性能扭转减震器等技术的应用，AT技术也一直在进步。前面一篇简单介绍了Hyundai和GM的6AT，现在再对主流的乘用车6AT进行简单的梳理和技术分析，一方面便于对6AT的传动方案的理解，另一方了解6AT开发的难点。

1、ZF 6AT

ZF是第一个研发乘用车6AT的厂家，其6HP系列6AT经历了2代，2000-2007年为第一代，2007年以后发展了第二代，是第一个采用莱佩莱捷行星机构的6AT，应用了油缸动态压力均衡，抵消离心压力，取消单向离合器等技术。该6AT揭开了乘用车自动变速箱的多挡化进程，同时也奠定了莱佩莱捷机构在6AT的重要地位。

▲ZF的6HP系列6AT

▲ZF的6HP系列6AT传动简图

2、爱信的6AT

爱信从TF-60SN开始，授权生产ZF的6AT，并大量用于大众系列的车型，随后研发了系列化的6AT。爱信的6AT以其成本、可靠性慢慢占领了很大部分的市场份额。其6AT同样采用莱佩莱捷式3自由度行星机构、5个操纵元件，1个单向离合器。

相比于其他的6AT传动机构，为什么莱佩莱捷式成为经典，个人觉得更多是因为工艺合理、简单，成本低和可靠性高。例如：（1）所需的轴承数目较少，而且几乎一半都是滑动轴承，节省了成本和大量的径向空间；（2）除了齿轮，基本上都是冲压件，适合批量生产，降低成本；（3）经过技术迭代，结构设方面已经非常合理（不知道是德国人还是日本人的工作，不探究了），可靠性高。最终在乘用车传动系统的产品迭代中，慢慢胜出。

▲爱信的横置6AT

▲爱信莱佩莱捷式6AT传动简图

在结构设计方面，爱信的横置6AT通过增加拉维纳机构的行星轮数目，减小了行星轮的啮合力，从而缩短了拉维纳行星机构的轴向长度。相比于5AT和4AT，6AT的重量没有增加，轴向长度更短，并且零件数目还比5AT减少了29%，这些结构上的好处都是莱佩莱捷机构带来了，从而使6AT迅速替代了4AT。

▲爱信的横置6AT结构图

▲爱信的横置6AT拉维纳结构的行星轮数目

▲爱信的横置6AT与5AT的零件数目对比

在爱信6AT研发过程中，也出现了两种非莱佩莱捷形式的6AT传动方案。如U660的横置6速，用于雷克萨斯等车型。该传动方案与莱佩莱捷式机构原理是一样的，不同的是：采用3个制动器、2个离合器，输出为拉维纳机构的行星架；有直接挡（4挡）；分箱面的位置不同。结构设计也非常巧妙，紧凑性不低于莱佩莱捷机构的6AT，主要体现在C1离合器和B3制动器方面，可见爱信在结构设计方面的功力深厚。

▲爱信的U660横置6AT传动简图

▲爱信的U660横置6AT结构图

爱信也研发了纵置的6AT（A761），用于雷克萨斯车型。该传动方案采用两个辛普森机构进行复合，与Allsion的系列传动方案一样；但改动的地方是：把第一个行星排从普通牌变为内外啮合行星排。该变速箱最大的特点是操纵件特别多，有4个制动器、4个离合器还有4个单项离合器。其实这个行星机构实现6个挡位，只需3个制动器和2个离合器即可，爱信采用那么多的操纵机构，特别是4个单向离合器，主要是提高换挡的平顺性（单向离合器可以提高换挡品质，简化换挡的控制，GM的自动变速箱也采用较多的单向离合器；也与雷克萨斯车型定位于高端有关，需要保证换挡的舒适性）。

▲爱信的A761E纵置6AT传动简图

▲爱信的A761E纵置6AT结构图

3、马自达的6AT

马自达比较有特点，他坚信6AT就够了，谁让人家发动机牛啊！马自达的6AT是传说中的调校好、聪明、换挡快，本人开过，的确不错。

▲马自达的6AT

马自达的6AT型号为FW6A-EL，网上很多资料都说是爱信代工，马自达进行调校的。刚开始我也相信了，因为其行星排的布置形式与爱信的6AT很像。但在网络上折腾了2个小时，终于找到其传动方案。真实的传动方案与Allison的6AT一样，都是两个辛普森机构的复合，也与丰田的A761E的传动方案一样。采用3个制动器和2个离合器的三自由行星机构，通过拆联的形式实现6个挡位，与莱佩莱捷式6AT有根本的区别，因此估计跟爱信没太大的关系，是马自达自己设计和生产的。

▲马自达的6AT传动简图

该变速箱的结构设计方面也比较有特点：（1）屁股后面开了个大洞，便于安装三个行星排和三个制动器；（2）行星排和制动器的位置非常合理，不浪费行星排的径向空间，制动器配油也简单；（3）输入为2个离合器，工艺比莱佩莱捷式的结构更简单；（4）缺点为中心的套轴层数较多。

▲马自达的6AT的结构图

该变速箱的技术亮点为偏平液力变矩器，采用多片闭锁离合器，扩大了闭锁区间，在NEDC工况，闭锁时间高达到89%，提升了传动效率和响应性能。

▲马自达6AT的变矩器

▲马自达6AT的变矩器闭锁区间

4、Hyundai的6AT

Hyundai的6AT前面的文章详细介绍过了，Hyundai的6AT和GM的6AT传动方案本质上是一样的，各个挡位的实现方式、功率流、离合器/制动器的操纵序列都是一样的。与GM一样，Hyundai的6AT同样是用辛普森机构和1个普通行星排组成，主要区别是：Hyundai改进了辛普森机构，把辛普森机构的一个普通行星排换成内外啮合行星排，再把辛普森机构的两个行星排的位置调换一下。

▲Hyundai的横置6AT传动简图

5、GM/Ford的6AT

Ford与GM共同开发的纵置6AT，系列代号为6R，是与ZF合作的，采用的是莱佩莱捷式行星机构。结构设计最大特点是：（1）相比于其他变速箱的多段式壳体，6R系列采用单段式壳体，提供了结构刚度，有利于提高NVH性能；（2）新增美式皮卡的拖车模式，保证发动机的功率输出；（3）增加手动换挡模式和PTO取力口；（4）粉末冶金行星架材料。

▲GM/Ford的纵置6AT（6R系列）

▲GM/Ford的纵置6AT（6R140）传动简图

Ford除与GM合作外，还与爱信合作过研发横置6AT（AWF21 ），同样采用莱佩莱捷式行星机构。

▲Ford与爱信合作开发的横置6AT（AWF21）

Ford与GM合作开发的横置平台的6AT，代号6F和6T系列，采用的是GM原创的行星机构，在前面的文章介绍过，不详述了。

▲Ford与GM合作的横置6AT传动简图（6F/6T系列）

6、克莱斯勒的6AT

克莱斯勒也在2007年开发了自己的横置6AT（62TE），老实说，还采用4AT后面串联高低挡行星排的结构形式，未免有点落后了。体积重量、换挡时间、成本等多方面都不占优势，2007年，GM、ZF、GM、AISIIN等都发展了自己的6AT，克莱斯勒有足够的参考和对标，不知为何还选用这样的传动方案。

▲克莱斯勒横置6AT（62TE）

克莱斯勒的横置6AT（62TE）布置了2根轴，输入轴是一个4AT（CR-CR结构4AT），另外一根轴为一个高低挡行星排，这样的结构是典型的5AT结构。相比于莱佩莱捷式6AT，增加额外的轴承、离合器、行星机构等传动元件，带来结构的复杂，成本的增加、换挡时间的延长等。不管怎看，都不是好的设计，克莱斯勒的设计初衷就不得而知了。

▲克莱斯勒横置6AT结构图

▲克莱斯勒横置6AT（62TE）传动简图

克莱斯勒同样开发了纵置平台的6AT，代号为545RFE\65RFE\68RFE\66RFE。采用的是CR-CR机构与单行星排组合的三自由机构，也是6AT的经典传动方案，唯一的缺点是机构迂回度有点高（主要是CR-CR机构引起的），行星排的结构设计有点复杂。

▲克莱斯勒纵置6AT（545RFE）

▲克莱斯勒纵置6AT（545RFE/65RFE/68RFE/66RFE）传动简图

7、DSI的6AT

澳大利亚的DSI被吉利收购，旗下的6AT也算是中国的6AT了。DSI的横置6AT平台也是采用莱佩莱捷式行星机构，网上说该6AT传动效率不高，匹配车型的油耗较高。结构设计基本与爱信的6AT一样，特别是拉维纳机构及其离合器C1、制动器B2；与爱信6AT最大的不同是，制动器B2采用带式制动器（这好像是4AT年代的产物哦）。

▲DSI的横置6AT

▲DSI的横置6AT传动简图

▲DSI横置6AT的带式制动器

DSI的纵置6AT同样采用莱佩莱捷式行星机构，依然采样带式制动器实现拉维纳行星机构行星架的制动。不知道带式制动器的响应、摩擦特性、接合的滑摩控制是否能与多片湿式制动器媲美，没有相关数据，不好下结论。

▲DSI纵置6AT结构图

8、东安的6AT

这是我们中国人自己研发的6AT，已经开始量产了，质量很不错。从网上发布的照片来看（各个离合器、制动器的布置与爱信的横置6AT差不多，拉维纳机构上的制动器、离合器与爱信的如出一辙），应该是采用莱佩莱捷行星机构，没有更多的数据，其他的不好判断。单从技术层面来说，选择莱佩莱捷式行星机构应该是最佳的选择，再结合我国的规模和成本优势，还是非常有竞争力的。

▲东安的横置6AT

9、6AT的行星机构总结

分析完主流的6AT，是时候做个总结了。从机构学的角度来看，三自由度、3个行星排、5个操纵元件是6AT的最佳传动元件，组成7个挡位（6+1），理论有3C5=10个操纵序列，机构利用率也不低了。上两篇文章中分析了，6AT的传动机构都是辛普森机构、拉维纳机构和CR-CR机构的组合，这三个机构都是4AT的最典型机构，因为6AT包含了4AT的传动比的，4AT好用的行星机构在6AT中依然适用。6AT传动方案的行星机构组成，本人把它总结成矩阵形式，如下图所示。从结构优劣方面进行对比，莱佩莱捷式6AT>Mazda 6AT>GM=Hyundai 6AT>Chrysler 6AT。

▲6AT传动方案的机构组成矩阵

10、小结

1、6AT传动方案的机构组成矩阵，能很好的理解6AT；
2、从结构优劣方面进行对比，莱佩莱捷式6AT>Mazda 6AT>GM=Hyundai 6AT>Chrysler 6AT；
3、6AT的研发历程中，美国人、德国人最牛，都是原创，依仗雄厚的基础研究；日本人最精，也有局部创新，依仗工匠精神；韩国人最累，好不容在专利夹缝中开发成功6AT，依仗低头研究；中国人最慢，但也看到曙光了，只能依仗成本和中国市场的规模了；澳洲人最不幸，起了个早，干了个晚。