国外汽车传动技术一些发展

国外汽车传动技术一些最新发展 摘要在低碳、节能、环保的要求下，汽车行业将 不断进行高效率、低排放汽车传动技术的创新发展。在各种 类型变速器共存的全球汽车市场中，汽车传动方案的创新和 产品设计的优化影响着其市场份额。特别是近年来高速发展 的混合动力技术逐渐趋于成熟，各工程公司争相研究的电驱 动技术也将成为未来汽车传动技术研究的重点和挑战。从市 场状况、方案创新、产品优化、混合动力、电驱动和关键零 部件等几个方面对国外汽车传动技术最新发展情况进行了 概述，为国内汽车传动技术的开发研究提供参考。 关键词传动技术；混合动力；电驱动；变速器；同步 器 中图分类号U463.2文献标文献标识码A文献标DOI 10. 3969/j. issn. 2095-1469. 2013. 04. 01 在石油短缺和大气严重污染的今天，节能和环保无疑是 各行业技术发展的最基本要求，“绿色、节能、环保”的发 展理念对汽车行业提出了新挑战。日益严格的排放法规，促 使汽车行业不断创新，以降低汽车的二氧化碳排放，提高其 燃油经济性。汽车传动系统是汽车行驶的基础，也是国内外 高效、节能新技术研究的重点领域。 1全球变速器市场状况 变速器是汽车传动系统的核心部件，对整车经济性、动 力性、舒适性起决定性作用。当前的变速器类型主要包括 MT （手动变速器）、AT （液力机械式自动变速器）、AMT （电 控机械式自动变速器）、CVT （无级变速器）、DCT （双离合变 速器）等。图1为加特可公司对2011年全球按区域和变速 器类型统计的汽车市场需求情况［1］,图2为舍弗勒集团对 区域变速器类型的预测情况［2］。从图中可知，目前各类型 变速器共同存在于全球汽车市场，随着时间的变化和地域技 术背景、用户特点等的不同，各类型变速器的市场份额将不 断发生变化。 2技术发展状况 回顾近十年汽车变速器技术的创新发展，各类型变速器 技术的革新都与车辆二氧化碳排放的降低以及燃油经济性 的提高密不可分。DCT从湿式离合器向干式离合器技术的创 新提高了传动效率，降低了油耗；AT挡位数的不断提高以及 变速范围的不断扩大，在提高车辆燃油经济性的同时得到了 更好的乘坐舒适性；混合动力技术的不断发展和成熟实现了 车辆的高燃油经济性和低排放的要求。如图3所示，各种新 技术的应用影响着该类型自动变速器的市场份额。伴随着各 类型变速器新技术的使用，相应的控制系统及控制策略技术 也在不断革新，如图4所示［1］。 3方案创新 方案创新是变速器技术最核心的原始创新，也是国外各 大汽车公司和研发机构最关注和知识产权保护最严格的领 域。近年来，各车企均有变速器新方案推出，如奔驰公司的 SG6-310 （图5）,通过输入轴的5组齿轮实现6个前进挡位, 改进后的变速器结构更加紧凑，重量更轻[3]。 采埃孚公司的S7-45[4]（图6）,该款7MT是基于保时 捷的911 7DCT/46进行设计的（图7）。通过图示机械换挡机 构巧妙的转换，实现了与传统MT相同的换挡习惯和规律， 创新设计的MT不仅减小了箱体尺寸，而且获得了自动变速 器的换挡优点并提高了传动效率，变速比范围最高5.5,实 现了手动变速器挡位数的突破。 电控自动变速器（EAT）的出现，实现了用较少的传动 元件获得更多的挡位及更宽的传动比范围，在降低传动元件 功率损失的同时提高了传动系统的传动效率，如8EAT使用3 个传动齿轮、1个行星排、6个离合器和4个换挡拨叉实现 了 8个前进挡和2个倒挡，其结构简图如图8所示。在8EAT 中增加一个传动齿轮即可实现9个前进挡和2个倒挡的 9EAT,目前已经设计完成具有12个前进挡和2个倒挡的 12EAT[5]O 德国FEV公司的10挡DCT,只使用4个换挡拨叉实现了 10个前进挡和1个倒挡。该公司对输入轴齿轮的传动结构进 行了创新，从而拓展了输出挡位数，设计出X-DCTo如图9 所示，当xy3, zl时，理论计算的挡位数为12,去除实 际应用中不可实现的挡位即通过4个换挡拨叉实现10个挡 位的 DCT［6］0 该10DCT的挡位分布示意图如图10所示，变速器传动 简图如图11所示。 4产品优化 各类型变速器方案的创新可以实现车辆传动系统节能 减排的要求，同时对产品的优化可以在现有变速器基础上进 一步提高其传动效率、降低功率损失。以马自达的自动变速 器SKYACTIVE-Drive、加特可带副变速器的CVT7,以及博格 华纳使用优化离合器的DCT为例说明产品优化对车辆传动系 统带来的好处。 马自达公司针对一款5AT 图12进行了控制策略的优 化以及液力变矩器、油泵、密封、轴承、主减速器和差速器 等零部件的优化。图13所示为详细的优化技术路线图，优 化之后的自动变速器在新欧洲行驶循环工况New European Driving Cycle, NEDC下，液力变矩器锁止范围从64提高 到约89,并降低了 16的机械损失［7］。 加特可带副变速器的CVT7,即在传统的CVT中加入副变 速器代替传统CVT中的制动系统实现变速器的启停功能，同 时缩小带轮的尺寸，如图14和图15所示［8］。优化后的变 速器速比范围从6.0扩展到7. 3,并且在启动时通过加速度 的平滑提升获得了同样快速的车速提高效果，实现了启停的 平稳无冲击。 博格华纳公司从摩擦材料的选择、离合器摩擦槽类型、 波形弹簧以及盘分离等方面对离合器的设计进行优化。将具 有更好的耐热性并且能够承受更高压力的新型摩擦材料 BW6910用于离合器，在离合器的摩擦片之间加装分离部件， 并且通过油气混合、湿气冷却的方式进行冷却系统的优化。 通过试验发现加装摩擦片分离部件的离合器带排损失减少 了 90以上，加装启停系统的DCT燃油经济性提高了 15以 上［9］。 5混合动力 混合动力汽车由于电动力源的使用，使动力系统可以按 照整车的实际运行工况要求进行灵活调控，同时发动机保持 在综合性能最佳的区域内工作，从而提高了整车传动效率、 降低了油耗与排放。下面通过舍弗勒公司的CVT混合动力、 采埃孚公司的AT混合驱动模块设计来说明目前国外混合动 力技术的进展情况。舍弗勒公司通过3种方式对CVT 进行混合动力设计将电动机（功率为11 kW或19 kW）连 接到CVT的驱动轮的电混合方案，如图16所示；根据泵马 达蓄能器原理加入液压泵马达的液力混合方案，如图17所 示；带功率分流结构的机械混合方案，如图18所示［2］。将 3种混合动力方案进行NEDC循环的油耗测试，得到不同混合 方案相对于传统CVT设计方案的油耗比较，结果如图19所 示。这3种方式的混合动力设计的油耗节省均超过10,用 功率为19 kW的电动机完成的电混合动力设计的节油接近 200可见混合动力设计对车辆传动系统燃油经济性的提高 有非常可观的效果，不同的混合动力方案，其节能效果也有 所不同。 为了通过混合动力设计获得更高的传动效率、高功率密 度，以及提高系统的鲁棒性和缩短系统的研发时间，采埃孚 公司开发了无液力变矩器的自动变速器混合驱动模块，如图 20所示［10］。该模块的扭振减振器采用成熟的双质量惯性飞