汽车变速器的角色变迁（一）：自动变速器的控制

在驱动系统发展的历史中，发动机的绝对主导地位至今没有动摇过，驱动系统中的其他部件都是按照发动机的各项性能来设计和控制。

变速器与发动机的历史地位

变速器，是驱动系统中除发动机外最为重要的部件，负责（通过档位控制）将发动机的输出扭矩和转速调整到最佳区间，再将其输送到驱动轴上驱动汽车。历史上，变速器几乎消失在发动机的光芒之后。人们称赞一辆汽车的动力性能时，基本不会记得发动机后面的变速器，更不会想到变速器设计对汽车动力性能的巨大影响。

驱动系统中这两个关键部件——发动机与变速器——的控制则更形象地体现了两者地位的区别：历史上的很长一段时间内，屈居次席的变速器只能被动地接收发动机的输出，无法主动对发动机的运行做出任何影响。

虽然如此，历史上有两次技术的变迁，使得变速器相对于发动机的角色发生了改变。第一次的变迁使得变速器能够控制发动机。第二次变迁今天正在我们身边发生，由此带来的革新可能使得变速器与发动机平起平坐。

这篇文章里面我们谈谈第一次变迁，之前，我们先来看看这次变迁前变速器是什么样的。

自动变速器的液压控制

MB W4A 040 是梅赛德斯 • 奔驰于1979年投入市场的一款4速自动变速器。在今天看来，它的控制老式得很经典。与今天的自动变速器不同，MB W4A 040 变速器内没有电控阀门，挡位完全由液压控制。车速的增加、发动机负荷的升降等都会间接地导致油压的改变，由此，大大小小的机械阀门被油压推动，导致变速器内离合器（Kupplung）、制动器（Bremse）被打开或关闭，从而实现换挡。液压系统中的油，说是变速器的血液还不够形象，应该说是变速器的肌肉，支配者变速器内档位的一切控制。

这种老式的变速器控制，在许多汽车工程师的眼中是最纯粹、最稳定的控制方式。德国教授 Hans-Joachim Förster 在他1990年那本著名的《汽车自动变速器》（Automatische Fahrzeuggetriebe）一书中写道：“纯机械液压控制的变速器是一个和谐的系统”。

如之前所说，发动机负荷是变速器（液压）控制的一个重要指标。在那个没有电控的年代，传感器（Sensor）的应用不成熟。奔驰的工程师于是从发动机进气管（Saugrohr）上拉出一根管子，把它连接到了变速器的阀门系统上。通过这根管子，发动机的进气压力（这个压力在很大程度上反映了发动机的负荷）与变速器液压系统直接相连（下图中C）。这个压力在变速器内紧接着被转化为相应的油压，参与变速器的控制。

然而，变速器的换挡控制在当时受到很大局限。其中很重要的一点是——由于当时技术所限——变速器在换挡过程中无法控制发动机的运行。

电控系统进入汽车——变速器角色的第一次变迁

80年代，大街上的解放牌大卡车还风驰电掣，我当时还在课本里读鲁迅和他的三味书屋 。这个年代，电子控制器 ECU（Electronic Control Unit）逐渐成熟，开始进入汽车，负责控制发动机和变速器。其中，发动机控制器叫 ECU（Engine Control Unit）¹，变速器控制器叫 TCU（Transmission Control Unit）。

自动变速器的换挡，其实是将变速器内离合器与制动器的打开和关闭的过程。在这个过程中，如果不对发动机做任何控制，变速器的输出扭矩会发生突变。通俗地来讲，就是驾驶员在换挡时会感觉到“换挡震动”。

为了使档位变换平顺，避免震动，工程师利用 TCU 和 ECU 的控制，使得发动机在换挡中的某一时刻降低扭矩输出，待换挡完成后，再将扭矩重新升至之前的水平。整个过程，从变速器发出指令，发送至发动机控制器，到其调整发动机点火时间，总共只有几毫秒的时间。

这个在缺乏电控系统的时代无法实现的功能，在80年代成为了可能。采埃孚（ZF）的4HP 22是这次变迁后第一批进入市场的一款4速自动变速器。电控的引入，不仅提高了换挡质量，还使得变速器可以为驾驶员提供 Economy 和 Sport 两种档位控制模式²。此外，大量传感器也在这个年代进入变速器，代替了更重体积更大的机械部件，变速器从而可以做得更小更轻。

到90年代时，几乎所有的自动变速器都配备了电控系统。由此，变速器的第一次变迁完成，变速器历史上第一次能主动地控制发动机。

变速器角色的第二次变迁开始于90年代，源于混合动力汽车的兴起。这一次的变迁，将使得变速器逐渐成为驱动系统的控制和决策中心。我在下一篇文章里会试着去说一说这一次正在发生的、更为显著的变迁。