汽车最新技术论文
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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。下面小编给大家分享汽车最新技术论文，大家快来跟小编一起欣赏吧。
汽车最新技术论文篇一
国外汽车传动技术的一些最新发展
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]。
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-DCT。如图9所示，当x=y=3，z=1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]。
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20%。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轮、发动机分离离合器和离合器操纵机构，电机采用高转矩、高功率密度的同步器和高功率、低电流的磁性材料以及具有最小轴向尺寸的集中绕阻。模块的轴向尺寸主要取决于电驱动功率，其直径可以适应于大部分的安装空间(轴向尺寸为70～190 mm，直径为280 mm)，同时具有与发动机和基本传动系统相同的机械接口，可以很方便地与机械系统进行连接，能够很好地进行扭转振动解耦，并可以应用于各种版本的HEV和充电式HEV。目前采埃孚公司混合动力变速器模块的组合方案已经应用于奥迪的Q5h、A6h、A8h和宝马的ActiveHybrid5系等车型中。
6 电驱动
汽车电动化是不可逆转的趋势。图21为采埃孚公司总结的汽车电动化路线图[11]。
在纯电驱动方面，有美国Protean电气公司最新研发的具有较高的转矩输出、较小的安装尺寸和较高的功率密度的轮电机[12]，德国大陆公司研发的具有两挡变速和同步机构的集成轴驱动系统[13]，舍弗勒公司的能够进行主动转矩分配提高车辆性能的电子机械转矩矢量控制和主动电驱动系统[14](图22)，德国格特拉克公司开发的可提高10%续驶里程的混合动力和电动车用2挡DCT变速器模块[15]，以及英国传动系统设计公司研发的可用于电动车、增程式电动车以及全轮驱动电动车的高效3挡电动车传动系统等[16]。
7 关键零部件
同步器是车辆传动系统的关键零部件之一，目前世界上超过90%的车辆采用传统博格华纳同步器，其传动效率和换挡舒适性互相制约。瑞士苏尔寿美科公司研发的分段式同步器系统[17](图23)，该同步器采用内外径具有不同锥角的分段摩擦环将“同步”和“分离”功能分解至不同的功能面，实现用较小的换挡力在较短的时间内完成换挡且能快速顺畅地分离，获得较高效率的同时具有很好的换挡舒适性。
该分段式同步器系统的设计图如图24所示，其中①为标准内毂，同时也是一个套筒作为同步器系统的装配支撑;②为用钢冲压成型的同步器环，其内圈有大量与分段环凸耳相对应的驱动槽内锥角;③为相对于一般同步器增加的一个分段环组件，该分段环被分为3段，其外部锥角较大用于分离面，内部锥角较小用于摩擦面或者同步面，其凸耳与同步器环的内锥角驱动槽相连接;④为齿轮。该同步器系统使用较小的内锥角，实现摩擦及同步功能，可以大大降低同步转矩;使用较大的外锥角实现分离功能，可以实现快速平稳分离功能。
8 总结
汽车传动系统在节能、减排和低成本的推动下不断进行方案创新，并逐渐向轻量化、小型化、高效化、集成化、电气化及智能化方向发展。变速器作为传动系统的关键零部件，目前包括AT、AMT、CVT及DCT等类型的变速器共同存在于世界汽车市场中并各自进行着持续的优化设计。不断发展创新的变速器速比范围在逐渐增大，各类型变速器的挡位数也在不断增加。混合动力作为汽车传动技术不断发展过程中的必经阶段，近几年的技术发展速度较快，其技术将在未来较短的时间内实现成熟应用。电驱动作为一种高效节能的车辆传动形式在对传动系统提出新的挑战的同时带来了新的发展机遇，其技术的创新成为国内外研究的重点。
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