飞速发展的变速箱系统

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飞速发展的变速箱系统

作者：格特拉克(GETRAG)集团 Stephan Rinderknecht

降低排放的压力 在欧洲, 汽车制造企业正面临逐年增加的降低CO2排放的压力。过去几年，由于柴油发动机市场份额的增长，使基于NEDC（新欧洲行驶工况标准）基础上的平均值远远低于欧洲汽车制造商协会的目标，这表明，开发新技术的压力将继续增加。与开发新的发动机技术相比，推动新的变速箱技术更易于降低额外的成本（图1）。 变速箱技术的差异 目前已有的变速箱技术包括手动变速箱（MT）、传统的自动变速箱（AT）、带式或链条式驱动无级变速箱（CVT）、自动化手动变速箱（AMT）以及双离合器变速箱（DCT）。 最近，GETRAG集团的两种新型自动化手动变速箱AMT452/453投入生产（图2），它们均提供了整体的AMT优化变速箱系统，有双鼓式换挡系统的电子机械启动设计，在奇偶数档独立启动时可显著降低扭矩中断时间。另外，换挡逻辑装置避免了跳级换挡时使用中间齿轮。AMT 247使用单一换挡连杆机构驱动的高性能液压系统，使扭矩中断时间缩短为65ms。 近几年，工程师改进了传统的变扭器式自动变速箱行星齿轮组（Lepelletier）的配置，增加了变速级数、优化了变扭器锁定方式。最近工程师正在开发用浸油离合器代替液体变扭器的变扭器式自动变速箱。 无级变速箱-带式或链条式驱动（CVT）在欧洲已有应用，并在日本市场也已成功地立足，但无级变速的优势同时也导致了扭矩能力的限制和传动效率的降低。 大众公司的动力换挡变速箱（DSG）作为第一种双离合器变速箱，在市场取得了巨大成功。继大众、奥迪之后，许多其它的汽车制造商正准备在今后几年推出类似的产品。 图3和图4中由GETRAG FORD变速箱公司开发的双离合器变速箱是用于前轮驱动的产品。MPS6型是一个三轴设计, SPS6型则采用非常短而紧凑的设计，这两种变速箱使用同一自动部件-液压启动装置、TCU以及平行双离合器。此外，GETRAG集团还在研发用于后轮驱动的产品以及纵向横驱的带有液压启动装置的浸油双离合器变速箱DCT 。 采用无油双离合器的DCT很容易与机电启动器相结合。在效率和成本上都显示出许多优势，但由于热传递的原因，无油双离合器在动力流上的限制低于浸油离合器。 AVL、GETRAG和Thien共同合作的项目Eco Target的目标是在中档轿车上加入新型的混合动力，以实现新欧洲行驶工况标准制定的每公里CO2排放量为90～120g的要求。该混合动力实现了以2L柴油发动机和5速手动挡为基准的舒适感和驾驶动力学性能，这个混合系统采用3缸HDTI柴油发动机（60kW和190Nm）和一个异步电机（10kW和18Nm额定扭矩，50Nm瞬时扭矩）。电机与6速453型AMT可切换的中间变速箱实行平行布置（双鼓型换档系统），因此电动机可以连接至变速箱输入侧（发动机启动）或者变速箱输出侧（恢复、助推、换档期间的扭矩支持）。与传统的AMT相比，该系统换档的舒适性更高。 变速箱技术的比较 在现有的变速箱系统中，AMT和DCT-w（浸油离合器系统）在新欧洲行驶工况标准范围内， AT和CVT则比MT在低速时显示出更明显的低燃料经济性（图5）。与DCT-w相比，AT较低效率以及相应速比的柔性化的特点造成了燃料消耗和驾驶性能的不足。将液变扭器更换为湿式离合器的AT（AT-w）、使用无油双离合器的DCT（DCT-d），可以使油耗进一步降低。恢复、起步-停车步骤、内燃机缩小化等方法，可使中档轿车实现新欧洲行驶工况标准所要求的每公里CO2排放小于100g。 图5 根据新欧洲行驶工况标准(NEDC)，对于减少燃料消耗的贡献 无级变速箱（CVT）的速比的柔性化大于副轴式变速箱（MT，AMT，DCT），但这种变速器内部所耗能量损失过大。AMT和DCT可以通过软件来启动，因而不需要硬件的适配器。与AT和CVT相比，发动机不存在转速（约7000r/min）的限制，甚至可以超过9000r/min。 对于舒适性，CVT、AT6/7以及DCT-w处于领先位置；在成本上，CVT和MT则标志着较高成本和较低成本，DCT已广泛地出现在当前市场上，为将来的降低成本提供了多种可能；从技术角度来说，DCT可以被认为是AMT发展的下一步（图6）。 由于未来混合动力市场份额的不确定性，对已有变速箱技术应用的联合使用将十分重要。AMT和DCT为混合电力驱动的配置构建了一个绝佳的平台。柔性模块整合混合动力（FMH, 中级或全混合）综合了混合体系的灵活性和AMT和DCT的速比柔和性以及最佳的传动效率等优点。与AT和CVT相比, 加入电机的投入相应较小。 图7 车辆档次的要求相应合适的技术 车辆档次的需求和市场预测 让我们粗略设想一下，如果所有的车辆都需要配置变速箱系统，低档车辆的总体产量很高，因此对平均燃料经济性改进的影响非常大，而对舒适性、重量和搭载等因素的要求不高，但是舒适性的需求对高档次的车辆非常重要。因此，不同档次的车应配置合适的变速箱技术,而DCT对所有档次的车都非常适合（图7）。 除了客观标准外，主观期望也扮演着重要角色。在手动变速箱占多数的欧洲，引入CVT的变革工作十分艰难，传统的运动理念使客户对发动机和汽车产生直接相连的期望，而这是自动变速箱所达不到的，这对整体CVT技术潜能的使用（发动机优化驱动和不用改变发动机转速进行加速）产生了主观上的抵制。但在日本，这并不是问题，在那里，CVT已经得到了广泛的认可。由于对高舒适性的需求和大范围的高扭矩发动机的应用，AT在美国占支配地位。在新市场如中国，很少有传统观念，因而主观期望值较低。 综合考虑欧洲、美国和日本的市场证明，除了合法的标准和政策以外，主观愿望仍然扮演重要的角色。然而，在欧洲、在美国、在日本降低燃料消耗的压力将持续增加，因此，拥有显著的燃油经济性的DCT在整个世界市场将有广阔的前景。 总结 对于燃油经济性来说，变速箱系统的创新与发动机开发相比，产生的附加成本较少，而且可为下一步混合动力的改进服务。因此，对于基础的变速箱和柔性模块全和混合动力（FMH）来说，AMT和它的下一代DCT都展示出了非常好的性能表现。不同档次的车都存在着相应匹配的技术，变速箱的多样化导致了不同技术，它们各有明显的优势和缺点。除了要符合法律和政策的要求以外，主观期望也在影响着市场，在欧洲已经有了一个好兆头的DCT适合宽泛的车辆层次，将在各个市场展示出它的潜能。 (end)

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