汽車最新技術論文

　　在低碳、節(jié)能、環(huán)保的要求下，汽車行業(yè)將不斷進行高效率、低排放汽車傳動技術的創(chuàng)新發(fā)展。下面小編給大家分享汽車最新技術論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　汽車最新技術論文篇一

　　國外汽車傳動技術的一些最新發(fā)展

　　摘 要：在低碳、節(jié)能、環(huán)保的要求下，汽車行業(yè)將不斷進行高效率、低排放汽車傳動技術的創(chuàng)新發(fā)展。在各種類型變速器共存的全球汽車市場中，汽車傳動方案的創(chuàng)新和產(chǎn)品設計的優(yōu)化影響著其市場份額。特別是近年來高速發(fā)展的混合動力技術逐漸趨于成熟，各工程公司爭相研究的電驅(qū)動技術也將成為未來汽車傳動技術研究的重點和挑戰(zhàn)。從市場狀況、方案創(chuàng)新、產(chǎn)品優(yōu)化、混合動力、電驅(qū)動和關鍵零部件等幾個方面對國外汽車傳動技術最新發(fā)展情況進行了概述，為國內(nèi)汽車傳動技術的開發(fā)研究提供參考。

　　關鍵詞：傳動技術;混合動力;電驅(qū)動;變速器;同步器

　　中圖分類號：U463.2文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.04.01

　　在石油短缺和大氣嚴重污染的今天，節(jié)能和環(huán)保無疑是各行業(yè)技術發(fā)展的最基本要求，“綠色、節(jié)能、環(huán)保”的發(fā)展理念對汽車行業(yè)提出了新挑戰(zhàn)。日益嚴格的排放法規(guī)，促使汽車行業(yè)不斷創(chuàng)新，以降低汽車的二氧化碳排放，提高其燃油經(jīng)濟性。汽車傳動系統(tǒng)是汽車行駛的基礎，也是國內(nèi)外高效、節(jié)能新技術研究的重點領域。

　　1 全球變速器市場狀況

　　變速器是汽車傳動系統(tǒng)的核心部件，對整車經(jīng)濟性、動力性、舒適性起決定性作用。當前的變速器類型主要包括：MT(手動變速器)、AT(液力機械式自動變速器)、AMT(電控機械式自動變速器)、CVT(無級變速器)、DCT(雙離合變速器)等。圖1為加特可公司對2011年全球按區(qū)域和變速器類型統(tǒng)計的汽車市場需求情況[1]，圖2為舍弗勒集團對區(qū)域變速器類型的預測情況[2]。從圖中可知，目前各類型變速器共同存在于全球汽車市場，隨著時間的變化和地域技術背景、用戶特點等的不同，各類型變速器的市場份額將不斷發(fā)生變化。

　　2 技術發(fā)展狀況

　　回顧近十年汽車變速器技術的創(chuàng)新發(fā)展，各類型變速器技術的革新都與車輛二氧化碳排放的降低以及燃油經(jīng)濟性的提高密不可分。DCT從濕式離合器向干式離合器技術的創(chuàng)新提高了傳動效率，降低了油耗;AT擋位數(shù)的不斷提高以及變速范圍的不斷擴大，在提高車輛燃油經(jīng)濟性的同時得到了更好的乘坐舒適性;混合動力技術的不斷發(fā)展和成熟實現(xiàn)了車輛的高燃油經(jīng)濟性和低排放的要求。如圖3所示，各種新技術的應用影響著該類型自動變速器的市場份額。伴隨著各類型變速器新技術的使用，相應的控制系統(tǒng)及控制策略技術也在不斷革新，如圖4所示[1]。

　　3 方案創(chuàng)新

　　方案創(chuàng)新是變速器技術最核心的原始創(chuàng)新，也是國外各大汽車公司和研發(fā)機構最關注和知識產(chǎn)權保護最嚴格的領域。近年來，各車企均有變速器新方案推出，如奔馳公司的SG6-310(圖5)，通過輸入軸的5組齒輪實現(xiàn)6個前進擋位，改進后的變速器結構更加緊湊，重量更輕[3]。

　　采埃孚公司的S7-45[4](圖6)，該款7MT是基于保時捷的911 7DCT/46進行設計的(圖7)。通過圖示機械換擋機構巧妙的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了與傳統(tǒng)MT相同的換擋習慣和規(guī)律，創(chuàng)新設計的MT不僅減小了箱體尺寸，而且獲得了自動變速器的換擋優(yōu)點并提高了傳動效率，變速比范圍最高5.5，實現(xiàn)了手動變速器擋位數(shù)的突破。

　　電控自動變速器(EAT)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了用較少的傳動元件獲得更多的擋位及更寬的傳動比范圍，在降低傳動元件功率損失的同時提高了傳動系統(tǒng)的傳動效率，如8EAT使用3個傳動齒輪、1個行星排、6個離合器和4個換擋撥叉實現(xiàn)了8個前進擋和2個倒擋，其結構簡圖如圖8所示。在8EAT中增加一個傳動齒輪即可實現(xiàn)9個前進擋和2個倒擋的9EAT，目前已經(jīng)設計完成具有12個前進擋和2個倒擋的12EAT[5]。

　　德國FEV公司的10擋DCT，只使用4個換擋撥叉實現(xiàn)了10個前進擋和1個倒擋。該公司對輸入軸齒輪的傳動結構進行了創(chuàng)新，從而拓展了輸出擋位數(shù)，設計出X-DCT。如圖9所示，當x=y=3，z=1時，理論計算的擋位數(shù)為12，去除實際應用中不可實現(xiàn)的擋位即通過4個換擋撥叉實現(xiàn)10個擋位的DCT[6]。

　　該10DCT的擋位分布示意圖如圖10所示，變速器傳動簡圖如圖11所示。

　　4 產(chǎn)品優(yōu)化

　　各類型變速器方案的創(chuàng)新可以實現(xiàn)車輛傳動系統(tǒng)節(jié)能減排的要求，同時對產(chǎn)品的優(yōu)化可以在現(xiàn)有變速器基礎上進一步提高其傳動效率、降低功率損失。以馬自達的自動變速器SKYACTIVE-Drive、加特可帶副變速器的CVT7，以及博格華納使用優(yōu)化離合器的DCT為例說明產(chǎn)品優(yōu)化對車輛傳動系統(tǒng)帶來的好處。

　　馬自達公司針對一款5AT(圖12)進行了控制策略的優(yōu)化以及液力變矩器、油泵、密封、軸承、主減速器和差速器等零部件的優(yōu)化。圖13所示為詳細的優(yōu)化技術路線圖，優(yōu)化之后的自動變速器在新歐洲行駛循環(huán)工況(New European Driving Cycle，NEDC)下，液力變矩器鎖止范圍從64%提高到約89%，并降低了16%的機械損失[7]。

　　加特可帶副變速器的CVT7，即在傳統(tǒng)的CVT中加入副變速器代替?zhèn)鹘y(tǒng)CVT中的制動系統(tǒng)實現(xiàn)變速器的啟停功能，同時縮小帶輪的尺寸，如圖14和圖15所示[8]。優(yōu)化后的變速器速比范圍從6.0擴展到7.3，并且在啟動時通過加速度的平滑提升獲得了同樣快速的車速提高效果，實現(xiàn)了啟停的平穩(wěn)無沖擊。

　　博格華納公司從摩擦材料的選擇、離合器摩擦槽類型、波形彈簧以及盤分離等方面對離合器的設計進行優(yōu)化。將具有更好的耐熱性并且能夠承受更高壓力的新型摩擦材料BW6910用于離合器，在離合器的摩擦片之間加裝分離部件，并且通過油氣混合、濕氣冷卻的方式進行冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化。通過試驗發(fā)現(xiàn)加裝摩擦片分離部件的離合器帶排損失減少了90%以上，加裝啟停系統(tǒng)的DCT燃油經(jīng)濟性提高了15%以上[9]。

　　5 混合動力

　　混合動力汽車由于電動力源的使用，使動力系統(tǒng)可以按照整車的實際運行工況要求進行靈活調(diào)控，同時發(fā)動機保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而提高了整車傳動效率、降低了油耗與排放。下面通過舍弗勒公司的CVT混合動力、采埃孚公司的AT混合驅(qū)動模塊設計來說明目前國外混合動力技術的進展情況。 　　舍弗勒公司通過3種方式對CVT進行混合動力設計：將電動機(功率為11 kW或19 kW)連接到CVT的驅(qū)動輪的電混合方案，如圖16所示;根據(jù)泵馬達蓄能器原理加入液壓泵馬達的液力混合方案，如圖17所示;帶功率分流結構的機械混合方案，如圖18所示[2]。將3種混合動力方案進行NEDC循環(huán)的油耗測試，得到不同混合方案相對于傳統(tǒng)CVT設計方案的油耗比較，結果如圖19所示。這3種方式的混合動力設計的油耗節(jié)省均超過10%，用功率為19 kW的電動機完成的電混合動力設計的節(jié)油接近20%?？梢娀旌蟿恿υO計對車輛傳動系統(tǒng)燃油經(jīng)濟性的提高有非?？捎^的效果，不同的混合動力方案，其節(jié)能效果也有所不同。

　　為了通過混合動力設計獲得更高的傳動效率、高功率密度，以及提高系統(tǒng)的魯棒性和縮短系統(tǒng)的研發(fā)時間，采埃孚公司開發(fā)了無液力變矩器的自動變速器混合驅(qū)動模塊，如圖20所示[10]。該模塊的扭振減振器采用成熟的雙質(zhì)量慣性飛輪、發(fā)動機分離離合器和離合器操縱機構，電機采用高轉(zhuǎn)矩、高功率密度的同步器和高功率、低電流的磁性材料以及具有最小軸向尺寸的集中繞阻。模塊的軸向尺寸主要取決于電驅(qū)動功率，其直徑可以適應于大部分的安裝空間(軸向尺寸為70～190 mm，直徑為280 mm)，同時具有與發(fā)動機和基本傳動系統(tǒng)相同的機械接口，可以很方便地與機械系統(tǒng)進行連接，能夠很好地進行扭轉(zhuǎn)振動解耦，并可以應用于各種版本的HEV和充電式HEV。目前采埃孚公司混合動力變速器模塊的組合方案已經(jīng)應用于奧迪的Q5h、A6h、A8h和寶馬的ActiveHybrid5系等車型中。

　　6 電驅(qū)動

　　汽車電動化是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。圖21為采埃孚公司總結的汽車電動化路線圖[11]。

　　在純電驅(qū)動方面，有美國Protean電氣公司最新研發(fā)的具有較高的轉(zhuǎn)矩輸出、較小的安裝尺寸和較高的功率密度的輪電機[12]，德國大陸公司研發(fā)的具有兩擋變速和同步機構的集成軸驅(qū)動系統(tǒng)[13]，舍弗勒公司的能夠進行主動轉(zhuǎn)矩分配提高車輛性能的電子機械轉(zhuǎn)矩矢量控制和主動電驅(qū)動系統(tǒng)[14](圖22)，德國格特拉克公司開發(fā)的可提高10%續(xù)駛里程的混合動力和電動車用2擋DCT變速器模塊[15]，以及英國傳動系統(tǒng)設計公司研發(fā)的可用于電動車、增程式電動車以及全輪驅(qū)動電動車的高效3擋電動車傳動系統(tǒng)等[16]。

　　7 關鍵零部件

　　同步器是車輛傳動系統(tǒng)的關鍵零部件之一，目前世界上超過90%的車輛采用傳統(tǒng)博格華納同步器，其傳動效率和換擋舒適性互相制約。瑞士蘇爾壽美科公司研發(fā)的分段式同步器系統(tǒng)[17](圖23)，該同步器采用內(nèi)外徑具有不同錐角的分段摩擦環(huán)將“同步”和“分離”功能分解至不同的功能面，實現(xiàn)用較小的換擋力在較短的時間內(nèi)完成換擋且能快速順暢地分離，獲得較高效率的同時具有很好的換擋舒適性。

　　該分段式同步器系統(tǒng)的設計圖如圖24所示，其中①為標準內(nèi)轂，同時也是一個套筒作為同步器系統(tǒng)的裝配支撐;②為用鋼沖壓成型的同步器環(huán)，其內(nèi)圈有大量與分段環(huán)凸耳相對應的驅(qū)動槽內(nèi)錐角;③為相對于一般同步器增加的一個分段環(huán)組件，該分段環(huán)被分為3段，其外部錐角較大用于分離面，內(nèi)部錐角較小用于摩擦面或者同步面，其凸耳與同步器環(huán)的內(nèi)錐角驅(qū)動槽相連接;④為齒輪。該同步器系統(tǒng)使用較小的內(nèi)錐角，實現(xiàn)摩擦及同步功能，可以大大降低同步轉(zhuǎn)矩;使用較大的外錐角實現(xiàn)分離功能，可以實現(xiàn)快速平穩(wěn)分離功能。

　　8 總結

　　汽車傳動系統(tǒng)在節(jié)能、減排和低成本的推動下不斷進行方案創(chuàng)新，并逐漸向輕量化、小型化、高效化、集成化、電氣化及智能化方向發(fā)展。變速器作為傳動系統(tǒng)的關鍵零部件，目前包括AT、AMT、CVT及DCT等類型的變速器共同存在于世界汽車市場中并各自進行著持續(xù)的優(yōu)化設計。不斷發(fā)展創(chuàng)新的變速器速比范圍在逐漸增大，各類型變速器的擋位數(shù)也在不斷增加?；旌蟿恿ψ鳛槠噦鲃蛹夹g不斷發(fā)展過程中的必經(jīng)階段，近幾年的技術發(fā)展速度較快，其技術將在未來較短的時間內(nèi)實現(xiàn)成熟應用。電驅(qū)動作為一種高效節(jié)能的車輛傳動形式在對傳動系統(tǒng)提出新的挑戰(zhàn)的同時帶來了新的發(fā)展機遇，其技術的創(chuàng)新成為國內(nèi)外研究的重點。

　　參考文獻

　　ISHIDA S.Transforming the Transmission Industry[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　Schaeffler Group.Comparison of Different Hybrid Concepts Within the CVT Drive Train[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011

　　W?RNER U A.Effiziente Front-Quer-Getriebe von Mercedes-Benz[Z]. ATZ 2011.

　　PATZNER J.The First 7-Speed Manual Transmission for Passenger Cars in the World[C]. International Congress Drivetrain for Vehicle ，F(xiàn)riedrichshafen：2012.

　　TENBERGE P.Two-Mode Hybrid Drive：A New Approach for Very Compact and Efficient Transmissions[C]. Inter-national Congress Drivetrain for Vehicle，F(xiàn)riedrichshafen：2012.

　　HELLENBROICH G，RUSCHHAUPT J. 10-Speed Dual Clutch Transmission with Only Four Shift Sleeves[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011. 　　DOI J，MARUSUE T，SAKA T，et al. New MAZDA SKYACTIV-Drive Automatic Transmission[C]. 10th Inter-national CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　SCHULTZE C.SKYACTIV-Drive[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　WAKU K. Newly Developed CVT for Compact Vehicles with Start-Stop System[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　SCHNEIDER J. Hybrid Module for Automatic Trans-missions with Torque Converter[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　RIEGERT P. Hybrid Drive Systems for City Buses by Voith Turbo[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin： 2011.

　　VAHLENSIECK B. First Results from Driving Tests with ZF's EVD1[C]. International Congress Drivetrain for Vehicle， Friedrichshafen：2012.

　　FRASER A. In-Wheel Electric Motors[C]. 10th Inter-national CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　SMETANA T. Electric Drive with Integrated Electric-Mechanical Torque Vectoring[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin：2011.

　　BLESSING U C，RUHLE G，KENNEDY M. 2EDCT-

　　Modular Transmission Kit for Hybrid and Electric Vehi-cles[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibi-tion，Berlin：2011.

　　BIRDSALL A T，WARD D C，WOOLMER T J. Highly Efficient 3 Speed Electric Vehicle Powertrain[C]. 10th International CTI Symposium and Exhibition，Berlin： 2011.

　　AUGUSTIN S，SPRECKELS M，SKIPPER B E G. Comfort and Efficiency Optimised Synchronization―an Innovative Approach to Solving the Target Conflict[C]. International Congress Drivetrain for Vehicle，F(xiàn)riedrichshafen：2012.

點擊下頁還有更多>>>汽車最新技術論文