中国汽车自动变速器技术现状及市场展望

SAE鄄C2009C111中国汽车自动变速器技术现状及市场展望陈勇摇赵文江摇刘文忠浙江吉利汽车研究院有限公司摇摇揖摘要铱摇在中国汽车制造产业快速发展中一直呈薄弱环节和发展“瓶颈冶的汽车自动变速器技术和产业,已经得到了业界的广泛重视,已进入了多元化和创新发展的新阶段。文中概述了在中国各类自动变速技术的发展状况,重点讲述了吉利汽车在DCT、AT技术及产业化上取得的进展。摇摇揖关键词铱摇自动变速器摇AT摇DCTPresentSituationandFutureTrendsofAutomaticTransmissioninChinaChenYong,ZhaoWenjiang,LiuWenzhongZhejiangGeelyAutomobileInstituteCo郾,Ltd.摇摇Abstract:Intherapiddevelopmentoflocalautomobilemanufactureindustry,automatictransmissiontechnologiesandindustry,whichhavebeentheweaklinksandthe“bottleneck冶indevelopment,havearousedtheindustrypersonageawidespreadconcernandenteraperiodofgreat鄄leap鄄forwarddevelopment郾ThearticleoutlinesthevarioustypesofautomatictransmissiontechnologydevelopmentinChina,andfocusontheGeelyAutomobileatATandDCTtechnologies.摇摇Keywords:automatictransmission摇AT摇DCT引摇摇言摇摇自动变速器是汽车的关键零部件之一,是集机、电、液一体化的高新技术产品,其技术含量和制造难度可以与现代高新技术的发动机比肩。它对于汽车的节能减排,改善动力性,改善操控性,提高安全性和换档舒适性等方面产生的图1摇变速器发展趋势图2摇全球自动变速器搭载比例发展预测效果已经被汽车主机厂和广大汽车用户所认可和接受。图1所示为变速器技术围绕汽车方展的外界要求变化。摇摇对于我国越来越拥挤的城市路况及女士驾车的比例不断增加,自动变速器将更受到广大用户的青睐。如图2所示,未来全球汽车自动变速器发展预测所示,到2015年全球的自动变速器将占到55%以上的份额,尽管目前在中国手动变速器占主流,但装有自动变速器轿车的市场份额快速增加已是不可避免的趋势。1摇中国汽车自动变速器(AT、CVT、DCT、AMT)的技术现状摇摇尽管当前中国的汽车自动变速器技术与国外相比还存在相当大的差距,然而中国的汽车及变速器企业和高等院校、科研院所的科技工程人员经历了20多年的积累,先后对AMT、CVT、AT和DCT的理论原理,产品设计和各类试验作了大量的工作。其中在自动变速器的核心技术,如电子液压控制技术、离合器自动控制技术、起步规律和换档规律、坡道起步的特征与控制等方面的研究和试验取得了许多拥有自主知识产权的创新成果。最近几年,在全球经济一体化的推动下,国内积极学习消化和吸收国外的先进技术,在AT、DCT、AMT、CVT技术都有显著的进步。1郾1摇AMT技术研发和小批生产摇摇由于AMT技术相对其他类型的自动变速器设计难度较低,同时大部分零件沿用了原先的MT技术,目前国内已初步具备产业化的能力。如图3所示,2008年奥运会期间,40余辆搭载由我国自主研发的AMT锂电池电动车服务来自世界各地的运动员,这体现了我国在AMT技术上的突破。据悉,国内一家变速器公司自主研发的多台面向轿车的AMT样机也正在试运行。1921摇2009中国汽车工程学会年会论文集SAE鄄C2009C111图3摇服务2008年奥运会的自主AMT技术1郾2摇4AT产业化和6速AT研发摇摇在AT技术方面,吉利集团率先开始自主研发并取得了突破,历经3年时间,于2005年成功研发出了第一款AT。如图4所示,该产品目前已批量匹配在吉利的自由舰、金刚、熊猫等车型上。同时在原有的技术基础上,吉利集团也正加紧对4AT产品的不断更新和改进,其中包括高精度控制、多速比、大转矩、NVH及轻量化等方面。图4摇吉利汽车AT产品摇摇在吉利成功研发出轿车AT产品之后,中国的其他主要汽车公司也纷纷开始组织力量,加大各自在AT技术研发能力方面的提升,其中包括6速AT的研发。1郾3摇CVT技术产品化研发摇摇目前,我国已经有自主品牌的厂家在进行CVT的产品化开发,如图5所示,在2008年北京车展上某本土的汽车公司就展示了他们的CVT技术,并发表了量产计划。CVT技术除整车厂在研发之外,也有专门的CVT变速器厂对其进行产品化研发,包括从产品的开发到总装线的试作研发。图5摇自主品牌的CVT技术1郾4摇DCT研发和展望摇摇双离合器自动变速器(DCT),是在AMT技术上的一个突破,它集成了MT的传动效率高、安装空间紧凑、成本低等许多优点,克服了AMT换档时动力中断的不足,保留了AT、CVT换档质量好的优点,此外取消液力变矩器之后的直接传动提高了传动效率,降低了燃油消耗。尽管DCT问世不久,然而其特有的性能在中国得到了巨大的反响。中国有着丰富的手动变速器生产资源,相比AT和CVT,生产和开发DCT可以使原有的资源得到充分地利用,减少投资规模,降低市场和技术风险。也正因为这个原因,国内许多的整车厂和变速器公司在近几年开始加大了DCT的开发,这包括:吉利汽车通过两年并取得相当进展的6DCT研发项目和即将开展的7DCT产业化项目;一汽和上汽公司与国外公司联合开发的DCT项目等。2摇中国汽车自动变速器的市场需求和展望摇摇2008年中国的汽车产销分别超过900万辆,越居世界第二。可以预测像中国、印度等发展中国家将会是未来汽车市场的主要增长点。摇摇在中国,手动档汽车因其低廉的价格和给驾驶者的良好操纵感,一直占据着变速器的主流。据统计,2007年手动档车大概占整个轻型车(包括乘用车和轻型商用车)市场的75%。这其中有历史原因,也有现实的原因。但其中一个很重要的原因是我国本土的汽车及变速器生产厂商在自动变速器技术上基础薄弱,自动变速器产业发展严重滞后。然而随着国内自主研发和国外合作的不断深入,中国的自动变速器市场将会有很大的增长。如图6中国乘用车自动变速器发展预测所示,各类自动变速器都有不同程度的增长。图6摇中国自动变速器发展预测3摇吉利汽车AT自动变速器产品研发与产业化摇摇近十年来,国内多家企业都曾立项研发AT自动变速器,但终因控制规律、搭载匹配、结构仿真、总成检测等核心技术无法引进,以及壳体、阀体、阀芯、摩擦片、制动器等关键零部件的制造技术不能突破,而未能成功。摇摇吉利汽车在充分分析借鉴了国内各单位研发自动变速器的经验教训后,在不依赖对国外技术及零部件供货商的支持,不依赖国外生产、检测设备及相关技术标准引进的基础上进行了AT的自主研发及产品化。图7所示为已开发完成的4AT产品零件实物图。图7摇吉利自动变速器拆解图29212009中国汽车工程学会年会论文集摇SAE鄄C2009C1113郾1摇吉利4AT自动变速器的研发摇摇吉利在AT的研发上提出的技术路线是,自主研发自动变速器试验所需的各项专用试验设备,并对现有各种样品进行反复试验,从而积累数据、掌握规律、吃透原理,打好基础;从小排量3速、4速AT自动变速器研发起步,完成自动变速器总体设计及关键零部件的工艺攻关,构建完全自主的研发平台与相关产业链,最终实现AT自动变速器的产业化。摇摇吉利在以上技术路线的指导下完成了专用试验设备的研发,样品的多工况试验数据采集、处理及特征参数数据库的建立,产品系列总体结构设计选型,换档控制规律数学模型的建立、解算与相关工艺参数设计计算,产品二维、三维详细工程设计,样品试制与工艺攻关,产品企业标准体系的建立等开发工作。经过3年的时间完成了4AT产品以及系列化平台的开发工作。图8为吉利4AT总成的三维数模。图8摇吉利4AT总成三维设计图3郾2摇吉利4AT自动变速器的产业化摇摇吉利立足于国内现有的工艺基础及小批量、多品种的现实配套需要,陆续开发了ZA3速、ZB4速两个系列,匹配排量在1郾0~1郾6L范围内的6个品种的系列化产品。实现了各型变速器之间零部件互换率不低于85%,且外形尺寸与整车接口完全一致的目标。并创建了包括变矩器、摩擦片、制动带、阀芯、一体化活塞、异型弹簧、油封及壳体、阀体高精度铝合金压铸毛坯等专用零部件的国内配套产业链;建立了年产5万台具备总成、分总成100%在线检测功能的生产线和检测线,通过了销售公告规定的各项国家法规项目的检测。到2008年底总计生产近2万台,并实现了随车批量出口。图9为吉利4AT的柔性生产线一角。图9摇AT柔性生产线摇摇2009年3月,吉利成功收购澳大利亚DSI(DrivetrainSystemsInternational)公司,DSI公司是一家集研发、制造和销售为一体的自动变速器专业公司,是全球仅有的两家独立于汽车整车企业之外的自动变速器公司之一,拥有80多年的自动变速器研发和生产的历史,这一举措将加速吉利AT技术的发展,同时也将推动整个国内自主开发AT的技术水平。4摇吉利汽车6DCT自动变速器研发摇摇众所周知,双离合器式自动变速器(DCT)是一种适合中国国情的自动变速器结构。吉利的目标不仅仅是将其放在技术研究的层次上,最终目标是将其产业化,同时要实现平台化,并在此基础上实现产品的延续发展。4郾1摇吉利6DCT研发摇摇吉利在6DCT自动变速器的研发过程中,主要从以下几个方面进行了技术研究:摇摇(1)进行电控系统软硬件开发和控制策略研究。摇摇(2)开展双离合器分离接合机理、动态特性和换档策略研究。摇摇(3)进行匹配标定软硬件开发,开展匹配标定技术研究。摇摇(4)开展故障诊断与安全保护技术研究。摇摇(5)进行产品台架和装车性能、可靠性、电磁兼容性试验研究。摇摇(6)对每个零部件进行设计开发并试制,认真分析其功能原理,掌握其设计及制造技术关键的难点,建立了部件开发及生产制造产业链。摇摇如图10所示,为软件开发过程中对竞品样车进行了换档规律测试和研究,这为之后的软件开发提供了参考。图11所示为开发的TCU硬件以及DCT的控制软件模型。图10摇换档规律试验分析图图11摇DCT控制策略仿真图及自制的TCU板摇摇如图12所示,在研发过程中,利用计算机辅助设计对DCT的传动系进行设计和CAE分析;根据湿式双离合器的接合与控制特性,设计了湿式双离合器式试验台,并通过台架试验,对其动态接合机理及数值解析方法进行了研究;双质量减振技术的开发;转速信号发生器脉冲轮的设计研发;如图13所示,完成样机的开发试制,包括核心零部件双离合器总成、液压阀体等。3921摇2009中国汽车工程学会年会论文集SAE鄄C2009C111图12摇传动系CAE分析模型图13摇6DCT样机及自制零部件摇摇通过第三方试验,将装有DCT的样车与装有MT的样车进行比较,油耗在市区运转循环下测试,节油近5%,百公里加速性能也高出10%以上,并且换档平顺行驶良好。4郾2摇吉利DCT技术展望摇摇经过两年对国家科技部863DCT项目的研究,吉利已经基本掌握了DCT开发的关键技术,包括DCT的总体设计技术、DCT电液控制技术、换档策略及其标定等关键技术及DCT的开发流程。在DCT样机试制的过程中,吉利形成了自己的DCT产业供应商链,为后期DCT的批量化打下了基础。在未来的几年中吉利汽车将以多元化的自动变速器轿车面向市场。在动力总成方面,吉利汽车的基本理念是通过发动机排量的差异化,实现产品的差异化。超前设计先进发动机、变速器,赶超行业最佳水平,对于变速器,将建立多个变速器平台,共可衍生约十几款变速器。变速器与发动机对应,但一款变速器可覆盖多款发动机。5摇结束语摇摇在中国汽车制造产业快速发展中一直呈薄弱环节和发展“瓶颈冶的汽车自动变速器技术和产业,已经得到了业界的广