国外中重型商用车辆自动变速器和发动机技术的现状及趋势

国外中重型商用车配备的发动机主要是涡轮增压柴油机，变速器主要分为MT、AT 和AMT，且自动变速器的市场占有率正逐年增长。欧洲和北美对AMT 与AT 有着不同的青睐。

1.欧洲重型商用车辆自动变速器发展现状

欧洲重型商用车配备的自动变速器以AMT 为主，目前AMT 在中重型商用车的占有率已超过60%。欧洲重型商用车供应商主要有沃尔沃（Volvo）集团、MAN 集团、戴姆勒－奔驰公司、斯堪尼亚公司、雷诺公司、依维柯商用车集团等。目前，上述供应商生产的重型商用车主要配备AMT 变速器。

德国ZF 公司是AMT 技术的佼佼者，其产品在全世界范围内得到广泛应用。ZF 公司早在1997年就批量生产了AS－Tronic 1 系列的16 挡AMT 变速器，该产品目前仍被广泛采用，2005年该公司又推出了采用智能换挡程序的AS－Tronic 2 系列、AS－Tronic mid 系列和AS－Tronic lite 系列。其中AS－Tronic 2 系列及AS－Tronic mid 系列采用电控气压操纵方案，具有12 个前进挡，前者输入扭矩范围1 600 ～3 100 N·m，适用于重型车辆，后者输入扭矩范围800 ～1 600 N·m，适用于中型车辆，AS－Tronic lite 系列采用电控液压操纵方案，具有6 个前进挡，输入扭矩范围500 ～1 050 N·m，适用于轻型车辆。近几年又推出新一代AMT 产品TraXon，与AS－ Tronic 系列相比，该TraXon AMT 重量更轻、传动比范围更广、更加智能。该变速器可传递的扭矩高达3 400 N·m，有12 挡和16 挡两种型号，12 挡的最大扭矩－质量比可达12.83 N·m／kg，16 挡的传动比范围为1 ～16.69，产品设计的使用寿命为160万千米，并配备PreVision GPS （全球定位系统），拥有更加智能的控制策略。该AMT 已成为ZF 公司向中重型车辆的主要供应产品。MAN 公司使用的TipMatic AMT 变速器，源自ZF 公司的AS－Tronic 变速器。

瑞典Volvo 公司的I－Shift 变速器也是比较有代表性的AMT 产品。Volvo公司20 世纪90年代开始研究AMT 产品，推出的I－Shift 第一代产品于2001年装配于卡车和公交车上，至今已经过多轮产品提升，该公司推出的最新一代I－Shift 系统硬件和软件都有很大的升级，中间轴制动器的改进使得换挡更加平顺、迅速；电控系统控制策略的改进也提高了对负载和道路环境的适应性；离合器的耐久性和扭振抑制能力也得到提升，可与D11 和D13 发动机更好地匹配。新一代的I－Shift 系统不仅油耗低，而且具有更好的耐久性、降噪减震性，有助于延长变速器使用寿命。需要指出的是新一代I－Shift 与I－See智能巡航控制相结合，使车辆更加节能、智能。新一代I－Shift 已于2017年开始装车，并成为Volvo 公司的主要供应AMT 产品。

德国Mercedes－Benz 公司的Powershift 变速器是另一代表性的AMT 产品。Mercedes－Benz 公司经过30 多年的研究，已成功推出多款Powershift 系列产品，并装配于各型号卡车。当前使用的是第三代Powershift 产品，可实现8 挡、12 挡和16 挡，主要产品型号有G 140－8、G 211－12、G 230－12、G 280－16、G 281－12、G 330－12 等。第三代Powershift 变速器没有同步器，通过主动调速，实现无同步器换挡。该变速器具有慢行 （maneuvering）、动力性（power）、经济性（ecoroll）和应急（rocking free）等模式，可满足不同驾驶需求。图1.7所示为欧洲中重型车辆代表性AMT 产品。

图1.7　欧洲中重型车辆代表性AMT 产品

（a）TraXon；（b）As Tronic；（c）Powershift；（d）I－Shift

随着欧洲排放标准的提高以及AMT 技术的广泛应用，不难得出，AMT 将继续主导欧洲中重型商用车市场，并且市场份额会不断扩大。

2.北美重型商用车辆自动变速器发展现状

与欧洲不同，北美更青睐于自动变速器，特别是AT，北美中重型商用车多配备Allison 公司的3000 系列、4000 系列大功率液力自动变速器。近年来，AMT 在北美中重型商用车的占比逐年快速增长，北美中重型商用车已由AT主导逐渐向AT、AMT 并驾齐驱转变。北美货运效率委员会（North American Council for Freight Efficiency，NACFE）对北美货运市场进行调查统计，于2014年给出的一份关于重型车辆变速器的报告Confidence Report：Electronically Controlled Transmissions 中指出：相比于手动变速器，AMT 可降低1% ～3%的油耗，每辆卡车按每年平均120 000 mi （1 mi≈1.609 3 km），每mi 油耗0.65美元计算，每年可节省2 300 美元。每gal （1 gal≈3.785 L）柴油会释放22.38 lb 的CO2，如果按4 美元／gal 的油价计算，每台卡车每年可以减少13 000 lb 的温室气体。该报告显示北美中重型商用车市场已打破AT 的垄断，走向AT、AMT 共存局面，而且AMT 市场前景广阔。

（1）北美四大变速器供应商：Allison、Daimler、Eaton、Volvo 中的后三家都已推出AMT 相关产品，并装配于中重型商用车。例如Daimler 公司的DT12 系列（如型号DT12OA、DT12DA、DT12OB、DT12DB 等）、Eaton 公司的Ultrashift 系列（如型号MHP、MXP、LAS 等）、Volvo 公司的I－Shift 系列（如型号AT2612D、ATO2612D、ATO3112D 等）。图1.8所示为Eaton 公司的AMT 产品研发历程，Eaton 公司经过30 多年的研究，实现了AMT 产品的多轮更新换代，其软硬件水平已达到北美甚至全球领先水平。

图1.8　Eaton 公司的AMT 产品研发历程

（2）北美中重型卡车制造商也纷纷出台相应政策，增加AMT 产品的配备比例。Kenworth 公司已与Eaton 公司合作，并指出AMT 产品的配备比例为20% ～25%，在未来几年内将增加至30% ～50%；北美最大的卡车制造商Paccar 公司于 2017年推出一款自主 AMT 产品“Paccar Automated Transmission”，该变速器为12 挡，于2018年装配在Kenworth T680 型重型卡车上；Navistar 公司长期以来一直与Allison 合作，装配AT 变速器，近年来也开始与Eaton 公司合作，投产装配AMT 的卡车；Volvo 北美分部在2014年的报告中指出，I－Shift 变速器在新产品中的占比达到70%，Mack 公司也指出旗下卡车的mDRIVE 配备率已超过40%，并于2016年3月推出新一代mDRIVE AMT，包含13 挡和14 挡两种型号。图1.9所示为Volvo 公司和Mack公司卡车的AMT 配备比例，表1.3 给出了北美重型卡车（8 级）动力系统的主要供应商。(www.xing528.com)

图1.9　Volvo 公司和Mack 公司卡车的AMT 配备比例（见彩插）

表1.3　北美重型卡车（8 级）动力系统的主要供应商

续表

表1.3 中所示变速器供应商，除了Allison （TC10）的为AT 产品，其他均为AMT 产品。由此可见，AMT 在北美中重型车辆的市场份额将会持续增加。从发动机供应商来看，Cummins 是北美最大的发动机供应商，已与Eaton公司建立长期合作关系，该公司于2017年首届亚特兰大“北美商用车展”上推出了新一代中重型商用车动力传动系统，该系统配备康明斯发动机和Eaton的AMT 变速器，如图1.10所示。

图1.10　Cummins 新一代中重型商用车动力传动系统

（3）AMT 高效节油的优点，可有效降低运输成本。NACFE 的报告指出，装配AMT 变速箱的重型商用车，平均每台车每年可节省2 300 美元的成本，减少5.8 t 温室气体。Navistar 公司也表示，装配AMT 变速箱可增加3 000 ～5 000 美元的利润。图1.11所示为Detroit DT12 AMT 与手动变速器的油耗对比曲线。对比显示，装配自动变速器的车辆能帮驾驶员提高驾驶车辆的平均燃油经济性。

图1.11　Detroit DT12 AMT 与手动变速器的油耗对比曲线（见彩插）

（4）AMT 多挡位使其在中重型商用车中更具优势。中重型商用车为得到良好的动力性、经济性，需要配备多挡位变速器。从技术角度来讲，国外大功率AT 的最高挡位基本是7 挡，而AMT 可达到16 挡甚至更高挡位。北美重型卡车配备的Allison TC10 变速器，并非传统意义的AT，应属于复合型AT，其结构形式如图1.12所示，有液力变矩器、定轴式变速器（图中的MT 的三轴结构）和行星齿轮机构（图中的AT 的行星齿轮机构）。为保证良好的经济性，液力变矩器只在起步和低速时使用。

图1.12　Allison 的TC10 变速器结构形式

综上所述，AMT 在北美中重型商用车的渗透率正在快速增长，已经打破AT 在北美中重型商用车自动变速器市场一家独大的局面。AMT 良好的发展前景和快速增长趋势，很有可能在未来成为中重型商用车的首选。民用车辆的发展往往会影响军用车辆的发展方向，AMT 在北美中重型商用车具有良好的发展现状和前景，很有可能被用于军用车辆。