1、自動(dòng)變速器的總體分類
自動(dòng)變速器可以按照多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，比如按速比變化是否連續(xù)或換擋時(shí)動(dòng)力傳遞是否中斷等。然而傳動(dòng)裝置是自動(dòng)變速器的核心，按所采用傳動(dòng)裝置的不同對(duì)自動(dòng)變速器進(jìn)行分類是進(jìn)行自動(dòng)變速器技術(shù)分析的基礎(chǔ)。
自動(dòng)變速器的分類方式和類型
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分類方式
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類型
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按速比變化方式
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有級(jí)式、無級(jí)式
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按換擋時(shí)動(dòng)力是否中斷
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動(dòng)力換擋式（換擋動(dòng)力不中斷）、非動(dòng)力換擋式（換擋動(dòng)力中斷）
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按采用的傳動(dòng)裝置
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液力變矩器與齒輪組合式、帶-輪摩擦式、離合器與定軸齒輪組合式
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照傳動(dòng)裝置的不同，汽車自動(dòng)變速器在進(jìn)化過程中逐步出現(xiàn)了液力變矩器與齒輪傳動(dòng)組合式、帶-輪摩擦式、主離合器與定軸齒輪傳動(dòng)組合式等三種主要形式。三種形式的自動(dòng)變速器具有各自不同的結(jié)構(gòu)和工作原理，因而在成本、性能等方面各具特點(diǎn)。
各種傳動(dòng)形式自動(dòng)變速器的的傳動(dòng)裝置、換擋方式和特點(diǎn)
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形式
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代表類型及名稱
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傳動(dòng)裝置
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換擋方式
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特點(diǎn)
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液力變矩器與齒輪傳動(dòng)組合式
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液力式機(jī)械變速器AT（AutomaticTransmission）
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液力變矩器+行星齒輪組
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摩擦原件（離合器或制動(dòng)器）搭接控制
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+換擋品質(zhì)好；結(jié)構(gòu)復(fù)雜；控制難度大；傳動(dòng)效率低
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帶-輪摩擦式
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無級(jí)式變速器CVT（Continuously Variable Transmission）
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液力變矩器+行星齒輪+鋼帶-錐形輪
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改變錐形輪半徑
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一定范圍內(nèi)速比連續(xù)變化，無頓挫感；傳動(dòng)效率低；轉(zhuǎn)矩容量有限
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主離合器與定軸齒輪組合式
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機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT（Automated Manual Transmission）
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離合器+ 定軸齒輪組
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主離合器控制+同步器開關(guān)控制
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結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、換擋動(dòng)力中斷，平順性差、
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主離合器與定軸齒輪組合式
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雙離合器變速器DCT（ Dual ClutchTransmission）
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濕式DCT（Wet DCT-WDCT）
 干式DCT（Dry DCT-DDCT）
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雙離合器+定軸齒輪組
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同步器預(yù)先結(jié)合，雙離合器搭接控制
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傳動(dòng)效率高、換擋品質(zhì)好、控制難度大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜
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2、變速器的發(fā)展情況
液力變矩器與齒輪傳動(dòng)組合式以液力式機(jī)械自動(dòng)變速器(Automatic Transmission, 簡稱AT)為主要代表。
AT 通常由液力變矩器、行星齒輪系、多個(gè)摩擦結(jié)合原件(離合器、制動(dòng)器)和相應(yīng)的電控系統(tǒng)所組成，依靠摩擦結(jié)合原件間的搭接控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換擋。AT 自20 世紀(jì)30 年代推出以來不斷更新?lián)Q代，20 世紀(jì)末6 擋AT 誕生，德國采埃孚(ZF)公司于2009 年推出了8 擋AT 并裝備于多款高級(jí)轎車上，目前9 擋AT 也已接近量產(chǎn)。AT 具有技術(shù)成熟，工作可靠，換擋品質(zhì)較好的優(yōu)點(diǎn)，目前仍占有世界上大部分自動(dòng)變速器的市場(chǎng)份額，其缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率較低、控制難度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈要求較高。
帶-輪摩擦式變速器是汽車用無級(jí)式自動(dòng)變速器(Continuously Variable Transmission，簡稱CVT)的主要代表，目前CVT 主要是指帶-輪摩擦式CVT。
CVT 依靠傳動(dòng)帶與帶輪的摩擦傳遞動(dòng)力，通過連續(xù)改變帶輪的工作半徑使傳動(dòng)比在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。1958 年荷蘭DAF 公司開發(fā)出橡膠帶CVT，20 世紀(jì)70 年代中后期，荷蘭VDT 公司又推出了金屬帶CVT，其后金屬帶的結(jié)構(gòu)得到不斷改進(jìn)，CVT 的可靠性和耐久性也在不斷改善，20 世紀(jì)末CVT 逐漸市場(chǎng)化。CVT 變速平順、操縱方便，但由于依靠摩擦傳動(dòng)，受限于所能傳遞的轉(zhuǎn)矩，目前只能應(yīng)用于中小型乘用車，在大型乘用車和商用車上無法得到應(yīng)用，且CVT 仍需要液力變矩器和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和制造較為復(fù)雜。
主離合器與定軸齒輪傳動(dòng)組合式以機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated ManualTransmission，簡稱AMT)和雙離合器式變速器(Dual Clutch Transmission，簡稱DCT)為主要代表。
AMT 保持了MT 的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)基本不變，由控制機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成換擋過程中對(duì)于離合器和選換擋裝置的操縱，繼承了MT 結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)各種車輛具有廣泛的適用性。
全自動(dòng)AMT 在20 世紀(jì)80 年代已開發(fā)成功，但由于存在換擋動(dòng)力中斷，換擋品質(zhì)的提高受到限制，因而目前主要應(yīng)用在燃油經(jīng)濟(jì)性要求較高的小型乘用車和商用車上，在乘坐舒適性要求較高的中高級(jí)乘用車上的應(yīng)用較少，但近年來由于其高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，AMT 又逐漸引起了人們的興趣。DCT 可以看作是AMT 的一種變形，其采用了類似于兩套AMT 系統(tǒng)交替工作的模式，兩套AMT 系統(tǒng)分別負(fù)責(zé)奇數(shù)擋位和偶數(shù)擋位的傳動(dòng)。DCT 在2003 年左右正式推向市場(chǎng)，目前正在快速發(fā)展，可靠性、耐久性不斷提高，適用范圍不斷擴(kuò)大。通過雙離合器的搭接控制，DCT 實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力在奇數(shù)擋和偶數(shù)擋之間的無動(dòng)力中斷切換，克服了AMT 換擋動(dòng)力中斷缺點(diǎn)的同時(shí)，也產(chǎn)生了控制難度大、工作可靠性降低、生產(chǎn)成本高等問題。
自動(dòng)變速器的發(fā)展歷程
現(xiàn)在自動(dòng)變速器已經(jīng)形成了AT、CVT、AMT、DCT 等多條技術(shù)路線協(xié)同發(fā)展的格局，隨著電子控制技術(shù)的進(jìn)步和材料性能的提升，4 種類型自動(dòng)變速器仍在持續(xù)的改進(jìn)和優(yōu)化，未來或許還將有其它類型的自動(dòng)變速器出現(xiàn)。
自動(dòng)變速器的生產(chǎn)制造技術(shù)掌握在通用、福特、克萊斯勒、大眾、本田、豐田、PSA 等世界主要汽車公司及其控制的非獨(dú)立供貨商和德國采埃孚(ZF)、德國格特拉克(Getrag)、美國伊頓(Eaton)、日本加特可(Jatco)等少數(shù)獨(dú)立供貨商手中。
3、變速器的性能分析
自動(dòng)變速器的各項(xiàng)性能是由所采用的傳動(dòng)裝置和換擋方式?jīng)Q定的。由于傳動(dòng)裝置和換擋方式不同，各種自動(dòng)變速器的性能也有很大的差別。
自動(dòng)變速器中應(yīng)用的傳動(dòng)裝置主要有液力變矩器、金屬帶-錐形輪、行星齒輪系和定軸齒輪系這4 種類型。
液力變矩器以液壓油為工作介質(zhì)，是一種非剛性轉(zhuǎn)矩變換器。液力變矩器的輸入軸與輸出軸間靠液體聯(lián)系，工作構(gòu)件間沒有剛性聯(lián)接，因而能消除沖擊和振動(dòng)，具有較好的過載保護(hù)性能和起動(dòng)性能，但傳動(dòng)效率較低、質(zhì)量大、成本高。
液力變矩器原理圖
帶-輪變速傳動(dòng)原理圖
CVT錐形輪工作半徑的改變
資料來源：公開資料整理
金屬帶-錐形輪是一種摩擦傳動(dòng)裝置，摩擦傳動(dòng)的原理即壓緊不打滑，即金屬帶需要較大的壓(張)緊力來保證動(dòng)力的可靠傳遞，施加壓緊力亦需要耗費(fèi)較多能量。帶-輪傳動(dòng)裝置是通過改變帶兩端錐形輪的工作半徑來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的改變。由于錐形輪工作半徑的改變是漸進(jìn)式的，因而傳動(dòng)比的改變也是連續(xù)的，即所謂的無級(jí)變速。但受限于所能傳遞的轉(zhuǎn)矩，帶-輪傳動(dòng)還必須要和液力變矩器以及齒輪傳動(dòng)裝置串聯(lián)使用，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以及擴(kuò)大速比變化的范圍。
行星齒輪系具有兩個(gè)自由度，即必須固定行星齒輪、太陽輪或齒圈中一個(gè)傳動(dòng)元件，才能以固定速比傳遞動(dòng)力，而固定的元件不同，其速比也不同，所以行星齒輪需要額外的離合或制動(dòng)元件才能工作。其優(yōu)點(diǎn)在于輸入\輸出同軸、結(jié)構(gòu)緊湊、可以以較小的尺寸實(shí)現(xiàn)大速比傳動(dòng)，但需要較高的加工工藝，且額外的制動(dòng)或離合元件工作需要耗費(fèi)能量。行星齒輪組不僅應(yīng)用于汽車變速器中，由于其2個(gè)自由度的特點(diǎn)，還在混合動(dòng)力系統(tǒng)用作雙動(dòng)力源的耦合裝置。
定軸齒輪系在機(jī)械傳動(dòng)中使用最為廣泛，是各種機(jī)械傳動(dòng)裝置中效率最高的，其缺點(diǎn)主要是尺寸較大。
行星齒輪系組件示意圖
定軸齒輪及齒輪軸
自動(dòng)變速器中主要傳動(dòng)部件的特點(diǎn)對(duì)比
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傳動(dòng)部件
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傳動(dòng)方式
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優(yōu)點(diǎn)
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缺點(diǎn)
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應(yīng)用類型
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液力變矩器
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液力傳導(dǎo)
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能夠吸收振動(dòng)和沖擊
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效率低、質(zhì)量大
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AT、CVT
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金屬帶-錐形輪
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摩擦傳動(dòng)（壓緊不打滑）
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速比連續(xù)變化
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效率低傳遞轉(zhuǎn)矩受限
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CVT
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行星齒輪
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齒輪嚙合（2自由度）
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同軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊
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工藝要求高需額外控制元件
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AT、CVT
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定軸齒輪
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齒輪外嚙合（1自由度）
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效率高
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尺寸大
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AMT、DCT
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以對(duì)自動(dòng)變速器中各主要傳動(dòng)部件特點(diǎn)的分析和對(duì)比為基礎(chǔ)，可以對(duì)4 種自動(dòng)變速器的性能及其未來的發(fā)展方向進(jìn)行總結(jié)：
AT 的傳動(dòng)部件一般包括液力變矩器和行星齒輪組。AT 換擋品質(zhì)好，適用于各種功率范圍的乘用車和商用車，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制精度要求高，成本高、重量大、傳動(dòng)效率低，是目前應(yīng)用比例最高的自動(dòng)變速器，未來的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高傳動(dòng)效率并簡化結(jié)構(gòu)和控制，減輕質(zhì)量。
CVT 的傳動(dòng)部件一般包括液力變矩器、行星齒輪組和金屬帶-錐形輪組件。換擋舒適性好是CVT 的主要優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)矩容量小限制了適用范圍，液壓部件造成了傳動(dòng)效率較低，目前在日系車中應(yīng)用較多，未來的發(fā)展方向主要是擴(kuò)大轉(zhuǎn)矩容量和提高傳動(dòng)效率。
AMT 采用同步器換擋，同步器通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)掛入擋位的轉(zhuǎn)速同步，其工作的前提是主動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量足夠小，所以AMT 換擋時(shí)離合器必須分離。離合器分離造成動(dòng)力中斷，所以AMT 的換擋品質(zhì)較差。AMT 雖然適用于任何功率范圍的車輛，但相對(duì)較差的舒適性限制了應(yīng)用比例。未來的發(fā)展方向主要是避免或緩解換擋動(dòng)力中斷，以提升換擋舒適性。
WDCT 和DDCT 通過下一擋位同步器的預(yù)先結(jié)合，兩離合器搭接控制的方式實(shí)現(xiàn)擋位切換，既克服了AMT 換擋動(dòng)力中斷的缺點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了較高的傳動(dòng)效率。WDCT 的液壓組件需要耗費(fèi)較多能量，降低了傳動(dòng)效率，且增加了質(zhì)量和成本，但扭矩容量更大，適用范圍更廣。DDCT 采用干式離合器，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，但熱容量有限，承載扭矩范圍小。總體來看，WDCT 的應(yīng)用比例將會(huì)進(jìn)一步提高。DCT 的可靠性和適應(yīng)性仍需進(jìn)一步提高，適用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。
各種自動(dòng)變速器的性能對(duì)比
各種自動(dòng)變速器的發(fā)展和提升方向
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類型
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發(fā)展和提升的方向
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發(fā)展和提升空間
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AT
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提高傳動(dòng)效率，簡化結(jié)構(gòu)和控制、減輕質(zhì)量
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★
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CVT
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提升扭矩容量，提高傳動(dòng)效率
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★★
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AMT
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克服換擋動(dòng)力中斷，提升換擋品質(zhì)
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★★★
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DCT
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提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，擴(kuò)大適用范圍
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★★★★
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4、各種類型自動(dòng)變速器的搭載情況
對(duì)世界主要汽車品牌的自動(dòng)變速器搭載情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，從搭載的品牌數(shù)量來看，AT 仍是當(dāng)今世界的主流，特別在北美地區(qū)占據(jù)絕對(duì)的統(tǒng)治地位;DCT 已在歐洲占有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，并正在快速發(fā)展;CVT 主要在日系品牌中得到應(yīng)用;AMT 在乘用車中應(yīng)用較少。
世界主要汽車品牌的自動(dòng)變速器搭載情況
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類型
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搭載品牌
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AT
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通用 福特 克萊斯勒 豐田 本田 三菱 現(xiàn)代 標(biāo)致 大眾 雪鐵龍 寶馬 奔馳
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CVT
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日產(chǎn) 豐田 本田 奧迪 克萊斯勒
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AMT
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菲亞特
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DCT
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大眾 奧迪 福特 菲亞特 沃爾沃 保時(shí)捷 寶馬 奔馳 三菱
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資料來源：公司公告
目前世界自動(dòng)變速器的產(chǎn)業(yè)格局是各國汽車產(chǎn)業(yè)長期發(fā)展的結(jié)果。
2009-2014年中國汽車自動(dòng)變速器供求平衡統(tǒng)計(jì)(萬臺(tái))
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年份
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產(chǎn)量
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進(jìn)口
|
出口
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需求量
|
|
2009年
|
222.3
|
207.4
|
13.8
|
415.9
|
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2010年
|
294.8
|
277.6
|
58.6
|
513.8
|
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2011年
|
311.6
|
311.7
|
8.7
|
614.6
|
|
2012年
|
373.4
|
306.5
|
20.5
|
659.4
|
|
2013年
|
379.1
|
507.8
|
49.2
|
837.7
|
|
2014年
|
400.5
|
531.4
|
54.7
|
877.2
|
資料來源：中國海關(guān)
2009-2014年中國汽車手動(dòng)變速器供求平衡統(tǒng)計(jì)(萬臺(tái))
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年份
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產(chǎn)量
|
進(jìn)口
|
出口
|
需求量
|
|
2009年
|
1162.7
|
79.6
|
36.3
|
1206
|
|
2010年
|
1537.2
|
127.4
|
55.7
|
1608.9
|
|
2011年
|
1543.4
|
132.2
|
102.7
|
1572.9
|
|
2012年
|
1564.6
|
122.5
|
100.6
|
1586.5
|
|
2013年
|
1849.9
|
141.3
|
169.4
|
1821.8
|
|
2014年
|
1952.2
|
135.5
|
182.5
|
1905.2
|
資料來源：中國海關(guān)
產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2015-2022年中國汽車變速器行業(yè)全景調(diào)研及投資戰(zhàn)略咨詢報(bào)告》顯示，2012年我國汽車自動(dòng)變速器需求市場(chǎng)規(guī)模為717.2億元，2013年行業(yè)規(guī)模增長至734.6億元，較2012年同期增長2.4%。當(dāng)中國內(nèi)進(jìn)口產(chǎn)品金額達(dá)到50.8億美元。2014年我國汽車自動(dòng)變速器需求市場(chǎng)規(guī)模增長至820.8億元。
2009-2014年我國汽車自動(dòng)變速器市場(chǎng)規(guī)模走勢(shì)圖
資料來源：智研數(shù)據(jù)中心整理
我國生產(chǎn)的汽車以配套安裝液壓助力循環(huán)球轉(zhuǎn)向器及液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器為主。目前國內(nèi)市場(chǎng)上有140 余家轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件生產(chǎn)廠商，專業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向器的廠商有30 余家，年產(chǎn)量達(dá)20 萬臺(tái)以上的廠商有10 余家。目前我國轉(zhuǎn)向行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品種類齊全，已形成一定規(guī)模并達(dá)到較高水平，并向經(jīng)濟(jì)規(guī)模型、科技創(chuàng)新型方向邁進(jìn)。根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)， 2014年末，我國汽車轉(zhuǎn)向行業(yè)產(chǎn)能約為3600 萬臺(tái)(套)，總銷售額約350 億元。
2010-2014中國汽車轉(zhuǎn)向行業(yè)產(chǎn)量(萬套)
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年份
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產(chǎn)量
|
|
2010
|
1882
|
|
2011
|
2258
|
|
2012
|
2600
|
|
2013
|
3000
|
|
2014
|
3325
|
資料來源：智研數(shù)據(jù)中心整理
我國汽車轉(zhuǎn)向行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀如下：
(1)自主品牌廠商逐漸壯大
隨著我國自主品牌汽車的發(fā)展，汽車轉(zhuǎn)向行業(yè)自主品牌廠商逐漸壯大。根據(jù)《汽車轉(zhuǎn)向行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》(草案)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，目前中國生產(chǎn)的商用車約85%配裝自主品牌轉(zhuǎn)向器，乘用車約50%配裝自主品牌轉(zhuǎn)向器。部分實(shí)力較強(qiáng)的自主品牌廠商已經(jīng)成功進(jìn)入外資品牌整車配套市場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)替代。我國自主品牌轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件生產(chǎn)廠商已經(jīng)具備與外資品牌廠商競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力。
2)主流產(chǎn)品技術(shù)成熟
我國自主品牌轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件生產(chǎn)廠商的自主開發(fā)能力逐步提高，基本具備了商用車及經(jīng)濟(jì)型轎車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件配套開發(fā)能力。主流產(chǎn)品機(jī)械和液壓助力循環(huán)球轉(zhuǎn)向器、機(jī)械和液壓助力齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的制造技術(shù)已比較成熟。但在高端技術(shù)研發(fā)方面與國外知名廠商相比，尚存在一定差距。
(3)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零部件出口規(guī)模日趨擴(kuò)大
近年來，歐美及日本廠商加大了在我國的投資力度，建立生產(chǎn)工廠。而我國主要汽車零部件廠商也出國收購?fù)鈬鴱S商汽車零部件業(yè)務(wù)資產(chǎn)，例如2010 年北京太平洋世紀(jì)汽車系統(tǒng)有限公司成功收購?fù)ㄓ闷煜翹EXTEER 汽車轉(zhuǎn)向與傳動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)。隨著國際汽車零部件生產(chǎn)重心向我國及東南亞國家轉(zhuǎn)移，我國汽車零部件行業(yè)出口規(guī)模增長迅速。
資料來源：公開資料整理