AT变速箱最新资讯及技术分析（十九）—本田的平行轴式自动变速箱
本田的平行轴式4AT/5AT/6AT自动变速箱技术分析
本田的平行轴变速箱在上世纪90年代是非常具有自身的特色的，在那个4AT/5AT的年代，可谓是一股清流了。在其他厂家都采用行星机构的4AT和5AT技术方案时，本田则另辟蹊径，采用平行轴齿轮和湿式离合器换挡的技术方案。但该技术方案为什么在AT多挡化的进程中，慢慢的输给了行星齿轮式的AT呢？
▲本田的平行轴6AT
本田平行轴AT的历史
本田从上世纪96年开始研发平行轴的4AT，那时候自动变速箱领域都是辛普森式或者拉维纳是的4AT。2000左右，本田在平行轴4AT的基础上研发5AT，那时候的5AT相比于行星式的4AT还是有技术优势的，传动范围较大，挡位多一个，还能省了点油。2010年左右，本田在其平行轴5AT的基础上开始研发6AT，但该6AT相比于市面上的莱佩莱捷式6AT就没有什么技术优势了，体积重量都比后者大，效率也不占优。再往后，本田继续研发了平行轴式8AT（8DCT），算是平行轴式AT的技术延续了，但再往后，估计本田的平行轴式AT要落幕了。
本田平行轴4AT
本田的平行轴式AT与行星齿轮式AT最大的不同是内部采用平齿轮传动、湿式离合器换挡，有点像AMT。但不同于同步器换挡，湿式离合器换挡可实现平滑的换挡操纵，保证换挡过程中的动力不中断和换挡平顺性，换挡感觉基本上与行星齿轮式AT无异。
▲本田的平行轴4AT内部结构
本田的平行轴式4AT采用3轴布置的形式，分别为输入轴、第二轴和中间轴。3、4挡离合器布置在输入轴上，1、2挡离合器布置在第二轴上，前进挡/倒挡机构、单向离合器布置在中间轴上。倒挡通过齿套进行切换，其他4个前进挡位分别用4个湿式离合器进行切换。与行星齿轮式的4AT类似，1-2挡的切换，也通过单向离合器完成，2挡换挡时，直接控制2挡的离合器，1挡齿轮由于单向离合器的转速超越就自动脱开了，这样简化了1-2切换的控制，保证换挡过程的平顺性。
▲本田初期的平行轴4AT传动简图
后续，本田改进了4AT，为了简化结构和缩短轴向长度，取消了单向离合器，通过离合器控制实现1-2挡之间的平顺换挡。这也是网上很多评测，本田的4AT/5AT在1-2挡切换时没有丰田的4AT/6AT平顺的原因，丰田的4AT/6AT一直都有单向离合器的。
▲本田改进型的平行轴4AT传动简图
本田在取消单项离合器后，应对1-2挡平顺切换的主要措施：
（1）、离合器离心油压消除装置；
（2）、独立的离合器压力控制回路；
（3）、新型的离合器操纵逻辑；
本田通过离合器油缸的特别设计，使旋转油缸的两侧都进液压油，保证离合器油缸在分离状态下两侧的离心压力相同，从而抵消油缸的离心油压，为离合器油压的精确控制打下基础。这个技术在后续ZF的6AT和爱信的6AT中也广泛使用。
▲本田4AT的抵消离合器离心油压的措施
没有取消单项离合器前的本田4AT，1-2挡切换只需控制2挡离合器的油压就可以，但取消单项离合器后，则需要分别对1、2挡离合器进行精确的控制。为此，本田设计了独立的压力控制回路，通过两个电磁阀进行压力的调节。
▲本田4AT的1、2挡离合器的独立压力控制回路
本田通过在2挡离合器中引入压力开关，获得2挡离合器的冲油压力，从而进行反馈控制，实现了离合器切换过程中转矩相和惯性相的过渡，从而实现1-2挡之间的平滑切换。
▲本田4AT的1、2挡离合器的控制逻辑
▲本田4AT有单向离合器时的1-2切换曲线
▲本田4AT取消单向离合器后的1-2切换曲线
本田平行轴5AT
本田的平行轴5AT是在4AT的基础上研发，相比于4AT，如下图所示，最大的改进是增加了齿轮15、齿轮17、离合器16，从而增加了一个挡位。同时齿轮7由4AT的过渡齿轮变为1个塔轮，用于稍微调整1挡、2挡和5挡的传动比。
▲本田平行轴式5AT传动简图
本田的5AT是在4AT的基础上，增加了一个5挡，其他挡位的传动比基本不变，也就是说为了扩大传动比范围而增加的挡位，主要用于降低高速时的燃油经济性，而不是改善低速时的换挡平顺性。传动范围由4AT的4.07变为4.7，这15%的传动比范围的增大，相比于本田的4AT或者丰田的4AT就很有优势了，能减少高速时的油耗。
▲本田平行轴式5AT和4AT的传动比参数
其实本田也发展了带单向离合器形式的平行轴式5AT，具体的研发时间和研发型号我就不探究了，因为这些不是技术问题。该5AT与没有单向离合器形式的5AT最大的不同是：在中间轴中设置了1个3挡离合器，在第二轴上设置了1个单向离合器。单向离合器对简化1-2挡之间的换挡操纵，提高换挡平顺性，是有很好的效果。
▲本田带单向离合器的平行轴式5AT传动简图
▲本田带单向离合器的平行轴式5AT
本田平行轴6AT
2000年后，随着ZF、爱信、GM等厂家推出了横置6AT后，本田也着急了。工程师们又开始在自己的5AT基础上做文章了，改成了6AT。轴系布置有一定的变化，变成四轴式，齿轮和离合器的位置也发生了改变（不改变不行，有限的空间内无法容纳更多的齿轮和离合器了）。
▲本田平行轴式6AT
结构上新增了一根倒挡轴，倒挡的操纵机构从5AT的中间轴改动到倒挡轴上，并在倒挡轴上设置4挡离合器。其他的齿轮、轴与5AT共享。这样，在原来的5AT的空间内实现了6AT，轴向空间还缩短了18mm。但6AT增加了轴系，增加了结构的复杂度，体积和成本都不占优势。
▲本田平行轴式6AT传动简图
本田重新调整了各挡位的传动比，这次主要增加低挡的传动比，并降低了各挡位的换挡阶比，传动范围也从5AT的4.7扩大到6左右。因此，6AT的改进主要是：提高低速的加速能力，改善换挡平顺性。
▲本田平行轴式6AT的各挡传动比
本田平行轴4AT/5AT/6AT的结构对比
本田平行轴式AT的结构演变：从4AT、5AT的三轴式，到6AT的四轴式，湿式离合器数目从4AT的4个、5AT的5个到6AT的5个。齿轮数目方面，6AT的14个齿轮，基本上与大众的7DCT相同。但其最大的问题是：离合器占用了更多的轴向空间，也限制了挡位数的进一步增多。
▲带单向离合器的本田平行轴式4AT
▲不带单向离合器的本田平行轴式4AT
▲本田平行轴式5AT
▲本田平行轴式6AT
因此本田的8AT（8DCT）用同步器替换了湿式离合器，节省了轴向空间，从而布置更多的齿轮，实现了8个前进挡位。
平行轴AT的技术出路
那么本田平行轴式AT还能进一步发展吗？个人认为不改变设计思路，再想增加挡位已经不可能了。
深层次的原因为：定轴齿轮机构的机构复用率太低，也即是说1对齿轮、1个离合器对应1个挡位，要想增加挡位必须增加相应的齿轮和离合器数目。而行星机构则不同，它通过离合器/制动器的组合实现不同的操纵序列（挡位组合），机构复用率很高，每个挡位都是用这几个行星排和这几个离合器，就是不同的排列组合而已。可以在不增加太多机构的情况下，使挡位数实现倍增。因此行星齿轮是AT在自动变速箱的多挡化进程中得到快速的发展，并逐渐脱颖而出，战胜了平行轴式AT。
其实2010年以来，平行轴形式的变速箱也开始追求机构的复用率，通过提高机构的自由度，每个挡位需要操纵多个同步器，通过排列组合实现多挡位。例如大众的10DCT（项目已下马）、IAV的7DCT和扶桑的6DCT，都是每个挡位需要操纵2个或者3个同步器，扶桑的6DCT用5对齿轮实现6个挡位，IAV的7DCT用5对齿轮实现7个挡位、大众的10DCT用7对齿轮实现10个挡位，这些传动方案都大大提高了机构的复用率，可有效缩小变速箱的体积。但会带来控制的难度，估计也是大众10DCT下马的原因。
说回本田平行轴式AT，要想再进一步发展，必须提高机构的复用率，通过增加传动机构的自由度，跟多自由度行星齿轮机构一样，用离合器的排列组合多挡位，尽量实现齿轮机构、离合器机构的复用。后续在写DCT时，再详细介绍多自由定轴齿轮机构的设计方法。
小结
1、本田的平行轴式4AT、5AT、6AT很有自己的特色，在一定的历史时期内具备一定的技术优势，例如成本、工艺等；
2、但在自动变速箱多挡化的进程中，由于机构复用率低，导致与多自由度行星齿轮式AT的竞争中处于不利的位置；
3、本田平行轴式AT要想再进一步发展，必须提高机构的复用率，但谈何容易，大众的10DCT都下马了；多挡化还得依仗多自由行星机构。
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参考文献：
1、 Ohashi T , Asatsuke S , Moriya H , et al. Honda's 4 Speed All Clutch To Clutch Automatic Transmission[C]// International Congress & Exposition. 1998.
2、Wakamatsu H , Ohashi T , Asatsuke S , et al. Honda's 5 Speed All Clutch To Clutch Automatic Transmission[J]. 2002.
3、High Efficiency 6-speed Automatic Transmission. SAE paper: 2010-01-0858
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