[AT的进化]凯美瑞亚洲龙ES用横置8AT变速箱开发解密—下

在之前的文章中，我曾经介绍了丰田TNGA 2.5L发动机和2.0L用WCVT变速箱的开发解密。本文将对丰田TNGA 2.5L 配套8AT的技术进行解密，该变速箱搭载在凯美瑞、亚洲龙(图片|配置|询价)、雷克萨斯ES等车型上。此8AT变速箱保持了以前6AT同等的搭载性，通过对传动比的调整以及先进技术的导入，提高了运动性和燃油经济性。搭载改进的多片式锁止离合器，接近实现全域动力锁止，搭载更低损耗的齿轮机构，实现更直接的换挡感受。

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本文技术难度较高，普通车有只要知道结论就好：这是一款和爱信协同开发的变速箱，通过子零件的共通化设计，提高了开发效率，并促进了生产性的提高，在TNGA平台得到广泛的应用。与爱信6AT相比，传动效率提高了8%，加上扩大化的锁止范围，提高了整车燃油经济性，锁止范围扩大了10%，换挡有了直接感，提高了运动型。该8AT变速箱通过多种手段，在6AT基础上，降低了6kg质量，还缩短了5mm，保证和和传统6AT相同的搭载性。

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6 燃油经济性

新型8AT为了提高效率，在三方面进行提高：1齿轮传递的速比范围扩大化；2机械损失降低；3锁止区域扩大化。与传统6AT相比，燃油经济性有所提高。

图7 变速箱损失分析

6.1 齿轮传递速比范围扩大化

如图8所示，新型8AT相比原来的6AT，1挡齿比降低了24%，最高挡齿比提高了24%，起步加速性能得到提高，巡航的燃油经济性和NVH性能得到改善。

一档齿轮比的低速比，可以在低速领域扩大锁止范围，实现直驱模式，提高燃油经济性和加速的直接感。齿比范围从传统6AT的5.4提高到UA80的8.2和UB80的7.8，提高了TNGA全系车型的动力表现。

图8 齿轮传动比对比

6.2 机械损失降低

新型8AT与目前市面上相同扭矩范围的前驱AT相比，实现了世界顶尖的传动效率，极大提高了燃油经济性，如图9所示。

图9 机械效率对比

影响变速箱传动效率的关键因素之一是齿轮啮合的损失。啮合损失如图10所示，受到摩擦系数，载荷分布和滑动速度的影响。

图10 齿轮效率计算公式

新8AT的中间轴齿轮和主减速器齿轮进行齿面的特殊设计，一方面将齿面进行平滑处理（降低粗糙度），一方面设计了局部凹形状能够储存必要的润滑油，从而降低了啮合机械损失，如图11所示。

图11 齿轮齿面特性

6.3 扩大锁止范围

关于变速箱构成零件中的液力变矩器，伴随着锁止离合器的多片化，通过转动惯量的最优化，扩大了锁止范围，提高了燃油经济性，并获得直驱式的换挡响应性。图12为8AT和6AT的对比。

图12 锁止范围对比图

齿轮音的传递路径主要是发动机悬置，排气吊耳，悬架等，在低转速区域实施锁止的话，会恶化驱动轴的扭矩变动（D/S扭矩变动），主要是因为从悬架那传递了齿轮音。新型8AT上，C1离合器的高速部分进行了一体化设计，在不增加整体质量的前提下，提高了系统惯性，改善了高齿比阶段的齿轮音，如图13所示。

图13 C1离合器构造优化设计

针对4缸机使用的UB80，扩大锁止领域，在某些转速领域C1离合器的惯性无法有效发挥，导致D/S变动扭矩并没有随着转速的提高而降低，如图14所示。

图14 仿真和试验结果对比

通过大量分析验证，发现C1离合器相连的无负荷旋转部分的惯性导致，这部分零件在旋转中产生了高频振动，动平衡不安定。对此，增加了一个容错环，吸收转动方向的振动，该容错环的结构和材料也经过了大量的设计，从而抑制了振动，如图15所示。

图15 容错环的改善效果确认

7 轻量化

为了维持和传统6AT相同的质量，新型8AT采用了大量铝合金和树脂材料，如图16所示。

图16 轻量化手段

7.1 中央支架总成

为了承受中间轴齿轮的应力，保证结构强度，传统的中央支架总成的材料往往是铸铁。新型8AT开发了全新的高屈服/拉伸强度的铝材，并和衔接的座体进行一体化，降低了1kg重量，如图17所示。

图17 中央支架总成设计优化

7.2 C3离合器

在以前的8AT上，C3和C4离合器构造非常复杂，采用了多层钢板冲压组合。在UB80上，通过两个铝制零件的焊接，降低了1.2kg重量。该课题的难点在于焊接工艺的优化，如图18所示。

图18 C3离合器结构的优化设计

8 总结

通过子零件的共通化设计，提高了开发效率，并促进了生产性的提高，在TNGA平台得到广泛的应用。

与传统的6AT相比，传动效率提高了8%，加上扩大化的锁止范围，提高了整车燃油经济性。

与传统的6AT相比，锁止范围扩大了10%，换挡有了直接感，提高了运动型。

该8AT变速箱通过多种手段，在6AT基础上，降低了6kg质量，还缩短了5mm，保证和和传统6AT相同的搭载性。

该8AT产品在性能提高的基础上，实现了轻量化与小型化，并且成本并没有显著增加，是工程上的良好案例。