汽车变速器发展趋势

汽车变速器简介和发展趋势汽车变速器，是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。变速器的发展趋势是越来越复杂，自动化程度也越来越高，自动变速器将是未来的主流。变速器的作用发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置，来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。汽车变速器具有这样几个功用①改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作；②在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；③利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。变速器是由变速传动机构和操纵机构组成，需要时，还可以加装动力输出器。在分类上有两种方式：按传动比变化方式和按操纵方式的不同来分。一、各类变速器应用概况电控机械式自动变速器(Automatedmanualtransmission，AMT)目前，国外有代表性的AMT产品主要有德国奔驰公司的Sprintshift、美国伊顿公司的Autoshift、德国ZF公司的ZF-ASTronic等。美国和欧洲的大多数重型汽车都装有液力机械式自动变速器和手动机械变速器。随着自动变速器技术的成熟，欧洲国家重型汽车装配机械式自动变速器的车型不断增多，如奔驰Actros系列车型和依维柯Eurotrakker4×4、6×6系列车型都装用了机械式自动变速器。奔驰公司的Actros车已由EPS发展为“TELLI-GENT”的电子换档机构，其换档阀、传感元件均为电子控制。电子控制单元能够根据当时的车速、汽车负载工况等选择最佳档位，从而在电子换档后使汽车处于发动机的最佳转速、最佳特性曲线以及最适宜的油耗区。近年来，采用电子控制系统的变速器技术性能得到了进一步的改善。双离合器自动变速器(Dualclutchtransmission，DCT)当前，DCT的核心技术主要掌握在美国博格华纳(BorgWarner)和德国舍弗勒(Schaeffler)集团手中。博格华纳是大众第一代六速DCT(大众的DSG)关键技术的提供者，为大众DCT提供湿式双离合器。2007年，大众发布了新一代干式7速双离合变速器，由德国舍弗勒集团旗下的LuK公司提供，并在2008年2月起在高尔夫系列轿车上配备了第7档DCT。装备不同DCT的轿车试验数据对比见表1。此外，大众公司已经在Audi、Golf、PassatB6，途安、JettaA5等车型上使用6速DCT。同时，大众公司在我国成立大众汽车变速器(上海)有限公司于2010年5月在大连正式投产，主要为一汽大众和上海大众配套DCT。除大众之外，国外车企使用DCT的还有奥迪STronic、福特、沃尔沃Powershift、保时捷、三菱SST(SportShiftTransmission)。其它厂家DCT开发及应用情况如表2所示。液力自动变速器(AutomaticTranmission，AT)AT从20世纪70年代中期开始逐步实现4速，到20世纪80年代末期，美国的4速AT装车率达到了整体AT市场的60%，日本的4速AT则达到了80%。1989年日产公司在其生产的3L轿车Cedric上装用了JATCO公司研制的后轮驱动车用5速AT，开始了轿车5速化AT的进程。2001年，德国BMW公司在其生产的7系列后轮驱动轿车上装用了德国ZF公司研制的6速AT，随后又在其奥迪TT的KUBA前轮驱动轿车上装用了日本爱信AW公司生产的6速AT。2003年，德国奔驰汽车公司在后轮驱动轿车上装用了7速AT。变速多档化使得AT从低速档变速比到高速档变速比的范围扩大，使发动机所产生的驱动力的分配趋于合理。近年来，在AT传动部件的设计过程中，通过线性和非线性的有限元分析，并与零部件疲劳寿命试验有效结合，使得箱体厚度和部件的轴向及径向尺寸设计和构成更加趋于合理。对负载大的零部件材料的微粒强力喷丸工艺、磷酸锰涂层、二硫化钼涂层等表面改质工艺和软氮化或碳氮共渗等热处理工艺的采用也促进了AT小型轻量化的进展。高强度铝合金材料的离合器支架，行星轮支架，轴承支架，空心支轴被逐渐采用。在控制方面，在保证车辆起步和低速行驶技术要求的同时，适当减小低速比时的发动机输出扭矩，以降低零部件的设计载荷，促进了AT小型轻量化的设计。无级变速器(ContinuouslyVariableTransmission，CVT)1997年上半年，日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，于1998年开发了一种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式的CVT。新型CVT采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高液压控制系统，通过采用先进的技术来获得较大的扭矩能力，通过传动比的改变实行全档电子控制，汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动，而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。1997年5月，富士重工将它的Vistro微型车装配了全计算机控制的E-CVT(含有六档手动换档模式的CVT)，驾驶者无须操作离合器就可以进行六档变速。德国ZF公司从1999年中期开始为Rover216型汽车提供钢带驱动的VT1型CVT。这种CVT包括螺旋齿轮或变速器、合适的液压系统、湿式离合器。在系统中集成的ECU可以允许机械、液力和电子系统进一步组合，这就更好地利用了各种系统的独特优点。ZF公司称：与四档自动变速器相比，CVT系统能够将加速性能提高10%，燃油经济性提高10%~15%。与锁止式变矩器相比，CVT系统在不漏油的前提下效率更高。德国博世的电子式CVT控制系统是基于用传感器和执行器单元控制基础上的电子/液力模块。博世公司已经将独立部件、执行器、传感器和变速器换档ECU组成为一个单独的模块，变速器制造商只需增加一个集成控制单元即可。日本JATCO公司于2002年11月研制并应用在日本Murano轿车的CVT，是目前世界上最大扭矩(350N·m)的前轮驱动轿车(3.5LV6)用带式CVT。该型CVT的主要性能参数与该公司的2.5L型CVT的比较如表3所示。二、汽车变速器市场发展趋势分析市场发展趋势在全球汽车变速器市场上，目前采用液力自动变速器的乘用车已经占据了相当高的比例，几乎所有的乘用车都提供自动变速器和手动变速器的选装配置，而且在大部分高档豪华车型上只提供自动变速器。在汽车发达国家自动变速器乘用车已经占了主流地位。在世界不同国家和地区，自动档车的市场占有率有很大差别。这和各国自然地理条件、道路状况、交通法规、人均收入水平、用户购买心理等有很大关系。目前，AMT在全球乘用车自动变速器中的市场占有率还无法与AT相比。但由于AMT固有的优势，以及能够利用对现有MT生产线的改造进行生产，如果能够大批量生产，AMT的制造成本将大幅下降，AMT在自动变速器中的市场占有率将有所提高。由于AMT的换档冲击对重型车的影响相对较小，因此AMT在重型商用车领域的优势将更加明显。DCT变速器克服了AMT换档中断动力传递等缺点，实现了机械变速器的无动力传动中断换档，动力性能好、燃油经济性高，是未来乘用车市场上增长迅速的一种变速器。针对不同区域的市场特点，变速器市场发展趋势主要有以下几点：(1)从全球范围内来说，MT的市场占有率将下降，并且在轿车上趋于多档化，6MT将逐步取代5MT。(2)北美市场方面，由于AT的基础很深，6AT将占主导地位，目前美国三大汽车公司都在自行开发6AT以及更高档位的AT。(3)欧洲市场方面，由于手动变速器份额高，加上DCT的优良品质，DCT市场份额将大幅度提高。(4)日本市场方面，CVT将进一步发展。(5)中国市场方面，多档AT市场将逐渐增高，DCT市场逐渐扩大，AMT将在重型商用车上得到较大范围的应用，CVT将在小范围内得到快速应用。技术发展趋势随着时间的推移，手动变速器的市场占有率会逐渐降低，自动变速器将不断增加。发展趋势紧紧围绕安全、环保、节能、操纵轻便化、换档自动化、智能化、整车电子集成控制一体化等方面展开。同时，向以下方向发展。大功率、大扭矩化。为了节能、环保，降低发动机的比油耗，减少排放污染，降低噪声，汽车发动机朝着大功率、大扭矩和低转速的方向发展。与之匹配的轿车变速器最大输入功率已达450马力、扭矩已达800Nm；客车变速器最大输入功率已达380马力、扭矩已达2100Nm；商用车变速器最大输入功率已达650马力、扭矩已达3300Nm。系列化、多档位、组合化。为了适应各种不同的使用工况，汽车变速器普遍朝着系列化、多档位、组合化方向发展。轿车变速器档位朝6档方向发展，轿车用7档手动和自动变速器(如：奔驰新型7G-TRONIC自动变速器)已开发成功；微型车、轻型商用车及客车变速器朝6档方向发展，大型客车变速器已发展至8档；重型商用车变速器普遍采用组合式9档、10档，最多已达16档。大传动比、小档间级差化。为了满足商用车重载或坡道起步以及在困难路面上稳定行驶的要求，与之匹配的汽车变速器传动比范围均有不同程度的增大趋势，特别是重型商用车尤为明显，目前最低档传动比已至17左右，最高档传动比已至0.7左右；各档位之间的传动比级差逐步缩小，趋于“理想功率水平”。小型化、轻量化。小型化是指传递同等扭矩的情况下，变速器的尺寸朝着越来越小的方向发展。轻量化是指传递同等扭矩的情况下，重量越来越轻的发展趋势。广泛采用高强度镁铝合金，主、副箱整体集成化筒式结构壳体，进一步减轻变速器重量；采用短行程、双锥面、多锥面新型同步器，使结构更趋紧凑。大量采用CAD/CAE/CAM等辅助设计、分析、制造方法，不断地优化结构，减少零部件，提高制造精度，提高承载能力是变速器小型化、轻量化重要途径之一。操纵轻便化、换档自动化、整车电子集成控制一体化。汽车变速器正朝着换档力不断减小，操纵更加轻便、灵活以及多元化(AT、CVT、双离合器、AMT等)自动换档方向发展，采用的技术包括：优化设计齿形参数和操纵机构；采用新材料和高效、高精度加工方法；减小旋转零件的转动惯量；采用短行程，双锥面、多锥面同步器等。另外，整车电子集成控制一体化，全面优化车辆自动控制系统也是重要的发展方向，即将ECU与EDC、ABS、ASR等有机地集成一体，通过CAN总线技术适时进行数据同步交换、共享，实现全面优化自动控制。绿色环保化。汽车变速器是汽车节能技术重要的发展方向，未来汽车变速器将更加注重绿色环保化发展。对于汽车变速器而言，进一步降低噪声，防止渗漏油，与环保发动机有机、协调发展，全面配置兼容各种型式的缓速器，减少来自传统制动系的污染，并同时保证车辆制动安全、可靠等是变速器绿色环保化技术的重要发展方向。例如：进不久，为了着眼于低碳环保的行业发展趋势，吉利变速器技术，力求通过增加变速器档位从而拓宽速比范围、优化变速器结构从而实现更紧凑更轻量化、优化自动变速器换挡逻辑及换挡过程从而提升换挡品质及舒适性等方面的技术突破和创新，实现更低的油耗和更佳的操作性、舒适性；并形成了对于手动变速器未来逐渐过渡到6MT，对于自动变速器，小排量由6AMT支撑、中大排量由7DCT支撑、大排量同时对舒适性要求较高的由6AT支撑的清晰思路和长远规划。随着我国汽车市场规模的高速增长，汽车关键零部件进入高速发展期也是顺理成章之事。变速器作为汽车动力总成的重要组成部分，也正是处于这样的上升期。据统计，2009年我国汽车变速器市场规模达520亿元，并且以每年超过20％的速度增长，预计2015年有望达到1500亿元。变化的不仅仅是数量上的需求，而且与国际市场上的发展轨迹相吻合，尤其是我国变速器产业同时也处于由手动到自动的快速转型期。国内外的汽车制造与销售数据显示，人们对汽车驾乘的舒适性越来越重视。在欧洲市场，原本是手动变速器的市场，不断被自动变速器占领。如在英国.现在装配自动变速器的汽车占汽车总量的15%；而5年前，这个数字是13.5%。日前，世界著名的变速