汽車最新技術(shù)論文

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

　　汽車最新技術(shù)論文篇一

　　國(guó)外汽車傳動(dòng)技術(shù)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(jìn)行高效率、低排放汽車傳動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。在各種類型變速器共存的全球汽車市場(chǎng)中，汽車傳動(dòng)方案的創(chuàng)新和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化影響著其市場(chǎng)份額。特別是近年來高速發(fā)展的混合動(dòng)力技術(shù)逐漸趨于成熟，各工程公司爭(zhēng)相研究的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)也將成為未來汽車傳動(dòng)技術(shù)研究的重點(diǎn)和挑戰(zhàn)。從市場(chǎng)狀況、方案創(chuàng)新、產(chǎn)品優(yōu)化、混合動(dòng)力、電驅(qū)動(dòng)和關(guān)鍵零部件等幾個(gè)方面對(duì)國(guó)外汽車傳動(dòng)技術(shù)最新發(fā)展情況進(jìn)行了概述，為國(guó)內(nèi)汽車傳動(dòng)技術(shù)的開發(fā)研究提供參考。

　　關(guān)鍵詞：傳動(dòng)技術(shù);混合動(dòng)力;電驅(qū)動(dòng);變速器;同步器

　　中圖分類號(hào)：U463.2文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文獻(xiàn)標(biāo)DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.04.01

　　在石油短缺和大氣嚴(yán)重污染的今天，節(jié)能和環(huán)保無疑是各行業(yè)技術(shù)發(fā)展的最基本要求，“綠色、節(jié)能、環(huán)保”的發(fā)展理念對(duì)汽車行業(yè)提出了新挑戰(zhàn)。日益嚴(yán)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(jì)性。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車行駛的基礎(chǔ)，也是國(guó)內(nèi)外高效、節(jié)能新技術(shù)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

　　1 全球變速器市場(chǎng)狀況

　　變速器是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、舒適性起決定性作用。當(dāng)前的變速器類型主要包括：MT(手動(dòng)變速器)、AT(液力機(jī)械式自動(dòng)變速器)、AMT(電控機(jī)械式自動(dòng)變速器)、CVT(無級(jí)變速器)、DCT(雙離合變速器)等。圖1為加特可公司對(duì)2011年全球按區(qū)域和變速器類型統(tǒng)計(jì)的汽車市場(chǎng)需求情況[1]，圖2為舍弗勒集團(tuán)對(duì)區(qū)域變速器類型的預(yù)測(cè)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(chǎng)，隨著時(shí)間的變化和地域技術(shù)背景、用戶特點(diǎn)等的不同，各類型變速器的市場(chǎng)份額將不斷發(fā)生變化。

　　2 技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

　　回顧近十年汽車變速器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，各類型變速器技術(shù)的革新都與車輛二氧化碳排放的降低以及燃油經(jīng)濟(jì)性的提高密不可分。DCT從濕式離合器向干式離合器技術(shù)的創(chuàng)新提高了傳動(dòng)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(kuò)大，在提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)得到了更好的乘坐舒適性;混合動(dòng)力技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟實(shí)現(xiàn)了車輛的高燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放的要求。如圖3所示，各種新技術(shù)的應(yīng)用影響著該類型自動(dòng)變速器的市場(chǎng)份額。伴隨著各類型變速器新技術(shù)的使用，相應(yīng)的控制系統(tǒng)及控制策略技術(shù)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(shù)最核心的原始創(chuàng)新，也是國(guó)外各大汽車公司和研發(fā)機(jī)構(gòu)最關(guān)注和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)最嚴(yán)格的領(lǐng)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(shí)現(xiàn)6個(gè)前進(jìn)擋位，改進(jìn)后的變速器結(jié)構(gòu)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(shí)捷的911 7DCT/46進(jìn)行設(shè)計(jì)的(圖7)。通過圖示機(jī)械換擋機(jī)構(gòu)巧妙的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)MT相同的換擋習(xí)慣和規(guī)律，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的MT不僅減小了箱體尺寸，而且獲得了自動(dòng)變速器的換擋優(yōu)點(diǎn)并提高了傳動(dòng)效率，變速比范圍最高5.5，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)變速器擋位數(shù)的突破。

　　電控自動(dòng)變速器(EAT)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了用較少的傳動(dòng)元件獲得更多的擋位及更寬的傳動(dòng)比范圍，在降低傳動(dòng)元件功率損失的同時(shí)提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，如8EAT使用3個(gè)傳動(dòng)齒輪、1個(gè)行星排、6個(gè)離合器和4個(gè)換擋撥叉實(shí)現(xiàn)了8個(gè)前進(jìn)擋和2個(gè)倒擋，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖8所示。在8EAT中增加一個(gè)傳動(dòng)齒輪即可實(shí)現(xiàn)9個(gè)前進(jìn)擋和2個(gè)倒擋的9EAT，目前已經(jīng)設(shè)計(jì)完成具有12個(gè)前進(jìn)擋和2個(gè)倒擋的12EAT[5]。

　　德國(guó)FEV公司的10擋DCT，只使用4個(gè)換擋撥叉實(shí)現(xiàn)了10個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。該公司對(duì)輸入軸齒輪的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，從而拓展了輸出擋位數(shù)，設(shè)計(jì)出X-DCT。如圖9所示，當(dāng)x=y=3，z=1時(shí)，理論計(jì)算的擋位數(shù)為12，去除實(shí)際應(yīng)用中不可實(shí)現(xiàn)的擋位即通過4個(gè)換擋撥叉實(shí)現(xiàn)10個(gè)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(dòng)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能減排的要求，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)化可以在現(xiàn)有變速器基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其傳動(dòng)效率、降低功率損失。以馬自達(dá)的自動(dòng)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(duì)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)帶來的好處。

　　馬自達(dá)公司針對(duì)一款5AT(圖12)進(jìn)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(xì)的優(yōu)化技術(shù)路線圖，優(yōu)化之后的自動(dòng)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(jī)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(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變速器的啟停功能，同時(shí)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(kuò)展到7.3，并且在啟動(dòng)時(shí)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(shí)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(duì)離合器的設(shè)計(jì)進(jìn)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(jìn)行冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化。通過試驗(yàn)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(jì)性提高了15%以上[9]。

　　5 混合動(dòng)力

　　混合動(dòng)力汽車由于電動(dòng)力源的使用，使動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求進(jìn)行靈活調(diào)控，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)效率、降低了油耗與排放。下面通過舍弗勒公司的CVT混合動(dòng)力、采埃孚公司的AT混合驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)來說明目前國(guó)外混合動(dòng)力技術(shù)的進(jìn)展情況。 　　舍弗勒公司通過3種方式對(duì)CVT進(jìn)行混合動(dòng)力設(shè)計(jì)：將電動(dòng)機(jī)(功率為11 kW或19 kW)連接到CVT的驅(qū)動(dòng)輪的電混合方案，如圖16所示;根據(jù)泵馬達(dá)蓄能器原理加入液壓泵馬達(dá)的液力混合方案，如圖17所示;帶功率分流結(jié)構(gòu)的機(jī)械混合方案，如圖18所示[2]。將3種混合動(dòng)力方案進(jìn)行NEDC循環(huán)的油耗測(cè)試，得到不同混合方案相對(duì)于傳統(tǒng)CVT設(shè)計(jì)方案的油耗比較，結(jié)果如圖19所示。這3種方式的混合動(dòng)力設(shè)計(jì)的油耗節(jié)省均超過10%，用功率為19 kW的電動(dòng)機(jī)完成的電混合動(dòng)力設(shè)計(jì)的節(jié)油接近20%?？梢娀旌蟿?dòng)力設(shè)計(jì)對(duì)車輛傳動(dòng)系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性的提高有非?？捎^的效果，不同的混合動(dòng)力方案，其節(jié)能效果也有所不同。

　　為了通過混合動(dòng)力設(shè)計(jì)獲得更高的傳動(dòng)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(shí)間，采埃孚公司開發(fā)了無液力變矩器的自動(dòng)變速器混合驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)分離離合器和離合器操縱機(jī)構(gòu)，電機(jī)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(dòng)功率，其直徑可以適應(yīng)于大部分的安裝空間(軸向尺寸為70～190 mm，直徑為280 mm)，同時(shí)具有與發(fā)動(dòng)機(jī)和基本傳動(dòng)系統(tǒng)相同的機(jī)械接口，可以很方便地與機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行連接，能夠很好地進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)解耦，并可以應(yīng)用于各種版本的HEV和充電式HEV。目前采埃孚公司混合動(dòng)力變速器模塊的組合方案已經(jīng)應(yīng)用于奧迪的Q5h、A6h、A8h和寶馬的ActiveHybrid5系等車型中。

　　6 電驅(qū)動(dòng)

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

　　在純電驅(qū)動(dòng)方面，有美國(guó)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(jī)[12]，德國(guó)大陸公司研發(fā)的具有兩擋變速和同步機(jī)構(gòu)的集成軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[13]，舍弗勒公司的能夠進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配提高車輛性能的電子機(jī)械轉(zhuǎn)矩矢量控制和主動(dòng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[14](圖22)，德國(guó)格特拉克公司開發(fā)的可提高10%續(xù)駛里程的混合動(dòng)力和電動(dòng)車用2擋DCT變速器模塊[15]，以及英國(guó)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)公司研發(fā)的可用于電動(dòng)車、增程式電動(dòng)車以及全輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的高效3擋電動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)等[16]。

　　7 關(guān)鍵零部件

　　同步器是車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)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(dòng)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(shí)現(xiàn)用較小的換擋力在較短的時(shí)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(shí)具有很好的換擋舒適性。

　　該分段式同步器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖如圖24所示，其中①為標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)轂，同時(shí)也是一個(gè)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(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)槽內(nèi)錐角;③為相對(duì)于一般同步器增加的一個(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)分離功能，可以實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)分離功能。

　　8 總結(jié)

　　汽車傳動(dòng)系統(tǒng)在節(jié)能、減排和低成本的推動(dòng)下不斷進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)的關(guān)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(chǎng)中并各自進(jìn)行著持續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。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?dòng)力作為汽車傳動(dòng)技術(shù)不斷發(fā)展過程中的必經(jīng)階段，近幾年的技術(shù)發(fā)展速度較快，其技術(shù)將在未來較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)成熟應(yīng)用。電驅(qū)動(dòng)作為一種高效節(jié)能的車輛傳動(dòng)形式在對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)提出新的挑戰(zhàn)的同時(shí)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，其技術(shù)的創(chuàng)新成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　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(diǎn)擊下頁還有更多>>>汽車最新技術(shù)論文