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游记-动力传动系统及变速器的现状与远景

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本文首要论说了当时内燃机与动力传动体系的技能现状与开展前景。

1 内燃机与动力传动体系

以典型汽油机为例,研讨其动力传动体系所应具有的功用与技能。论说了其间对轿车正常行进、转向、泊车有较大的联络的变速器技能。

配装有传统发动机的轿车,其动力传动体系首要的功用要求是可依照驾驶员的志愿供给并传递驱动力,并统筹发动机的燃油经济性。一起,要求有较好的操纵性及顺利滑润的噪声-振荡-平顺性(NVH)功用。

一般,在低转速工况下发动时机发生低扭矩,而在高转速工况下则会发生高扭矩。换言之,轿车起动或从低速向高速过渡时,需求较大的驱动力。即在低车速行进状况下,需求逐步过渡到高转速工况。此外,要使进入行进状况的车辆的速度维持在稳定的巡航状况,可运用较小的扭矩行进。为了使这种对立的两种状况进行正常过渡,需求装备合适的变速器。

为了依照驾驶员的志愿操控车辆行进动力,其技能要害是敏捷而顺利地完成变速器的变速动作。为此,技能人员进行了以减少多级AT的级间变速比为意图的研讨,以及关于CVT的开发。此类技能,关于扩展AT的有用变速比规模及紧缩变速时向起到了明显作用。此外,跟着变速器的多级化、无级化技能的开展,依照转速与扭矩的联络,充分地改进了发动机的燃油耗费率,一起从其他方面临燃油经济性进行继续改进,如改进变速器的传动功率,即减少冲突带来的能量丢失。如齿轮等旋转体因为拌和润滑油而发生阻力,以及离合器、制动器的拖曳阻力矩等为首要要素,均可视作冲突带来的能量丢失。关于拌和阻力,选用挡板的间壁阻隔旋转体与机油室,并进行合理的转轴安置,使旋转体(如一级和二级带轮)安置在油面上方(图1)。冲突以外的损耗,因为油泵发生油压而需求较高的作功量,尤其是在高压下作业的CVT。为减少损耗,可运用进步作业油(CVT流体)的金属冲突要素,以下降传动带夹紧液压力,以及减少各部位的润滑油走漏量以下降输油量。别的,一般与主动变速器匹配运用的液力变矩器,不需求操作离合器即可运用,一起,因为其扭矩的扩展作用,有利于进步起步时的驱动力。另一方面,液力联轴节会带来必定的能量丢失。因为在液力变矩器中内置了锁止离合器,直接衔接输入轴与输出轴的方法,可以减少能量丢失。近年来,拓展锁止规模的研讨还在不断进行中。



图1 经过转轴的合理安置以减少润滑油拌和阻力

在轿车的NVH功用中,噪声对变速器有着较大影响。典型的齿轮噪声是由齿轮的啮合率与齿形精度所决议的。此外,跟着锁止规模的不断扩展,在相同的作业条件下形成发动机转速下降,有时会导致噪声出现。其解决计划是经过与液力变矩器直接衔接以进步传动功率,以及经过改进改动减振器的功用以进步减振性。在CVT的输入侧、输出侧的带轮间传递动力有金属传动带与链条两种方法(图2)。链条传动的功率更高,但因为与链轮的触摸距离较大,触摸时的能量密度高,从而简单发生噪声。在投入量产时,其对策是运用短节链带,缩短销的节距以下降能量密度,以及在变速器壳体的外部设置隔噪资料。



图2 CVT的动力传动要素

2 动力传动体系的要害零件——齿轮



图3 轧钢机人字齿轮座

因为齿轮具有的传动才能较高,以及较低的制形本钱,可以高精度地进行大量生产等明显优势,所以,从机械式挂钟用的小齿轮,到轧机用的人字齿轮等大型齿轮(图3),因而现在仍在广泛运用。

在轿车的动力传动体系中,首要运用的齿轮游记-动力传动系统及变速器的现状与远景是斜齿轮(图4)、直齿圆柱齿轮、行星齿轮(图5)、伞齿轮、双曲面齿轮(图6)等。



图4 斜齿轮


图5 行星齿轮


图6 双曲面齿轮

斜齿轮大都被运用于MT、DCT、HV和EV的变速器上。近年来,为了进步传动功率,并完成轻量化方针,运用资料、热处理加工方法、外表改性等方法,力求大幅进步斜齿轮强度。为改进燃油经济性,相同也需改进齿轮传动功率。齿面的冲突因数会直接对齿轮传动功率形成影响,冲突因数则是依据齿面粗糙度与油膜厚度所决议的。乘用车用的变速器的齿轮传动功率十分高,可达99%左右。可是因为变速器的多级化,使齿轮的数量有所添加,要求进行技能开发,以求进一步完成齿轮传动的高效化。

行星齿轮是在太阳齿轮周边与多个小齿轮啮合,小齿轮外侧与内齿轮的齿圈相啮合,现在被运用于AT、CVT和HV。齿轮反作用力可在行星齿轮内部得以消除。因为添加了小齿轮个数,可以完成紧凑的规划。并且,因为输入及输出的部件较多,经过将行星齿轮安置成3~4列,制成8~10档的变速组织,使多级AT完成了高功用的方针。

双曲面齿轮传动在最末端减速器上得以运用,一方面使来自轿车传动轴的传递动力与轮胎方向相互笔直,另一方面则进行减速。双曲面齿轮则经过减小偏移量及螺旋角,抛光滚筒,以下降齿面粗糙度,进步双曲面齿轮传动功率。此外,经过将不等高齿优化为等高齿以完成齿轮的高强度化。一起提出了运用5轴加工机率,加工出新式的锥齿轮。

表1 各国置办环保车型补助(奖赏)、法规的意向


3 HV、PHV用的动力传动体系

自1997年丰田轿车公司在国际上首先推出HV产品车辆“Prius”,距今已有20年的开展前史。因为其燃油耗、动力功用方面比较传统型内燃机轿车具有必定优势,HV的商场份额扩展到23%,在轿车商场占有一席之地。

近年来,为了维护生态环境,各国拟定的燃油耗法规在测验精度及技能等方面可谓日趋严厉。仅配装有传统发动机的车辆,现已难以完成节能减排的方针。依照日本政府设定的方针,至2030年,要求HV的商场占有率为30%~40%;插电式混合动力车(PHEV)为20%~30%;燃料电池车(FCV)的商场份额为3%,新一代轿车仍需大幅度遍及,并在充电设备和氢气站等基础设施完善方面要点投入。各国为了完成燃油耗法规及环保法规规则的方针,为促进PHEV,EV等环保型车辆的遍及,施行国家补助政府及拟定相关法规(表1),估计往后环保型车辆销量会大幅添加游记-动力传动系统及变速器的现状与远景(图7)。



图7 未来国际不同车种的猜测

为了遍及新一代轿车EV,需到达与汽油车势均力敌的续航路程(500 km以上),但电池储能容量较为有限。为此,将大幅度超越现在锂电池功用极限的革新式电池投入有用势在必行,但要完成新式电池的有用化还需求很长时刻。

综上所述,现在以矿藏燃料为动力来历的HV(柴油机、汽油机HV)及PHEV,在一段时刻内还将作为主力车型并得以运用,估计在将来连续开发的各式各样的HV体系之间会出现剧烈竞赛的态势。

关于HV所要求的首要功用除了要具有与传统内燃机轿车相匹配的动力功用之外,还应保证电动机的驱动及制动功用杰出,并使其具有较低的本钱。近年来,尤其是PHEV运用电动机驱动以扩展行进规模,有利于满意环保法规。现在,可大致分为双电机(指驱动电机、发电用电机)、单电机、带传动沟通发电机等体系,并已被运用至HV车辆中。

依据电机的热负荷极限,在以前置发动机、前轮驱动车(FF)为主体的较小型车辆上,以电力操控为主体的双电机体系运用较多;而大型的前置发动机、后轮驱动车辆(FR)以及中置发动机、后轮驱动车辆(MR)则以发动机为主体,组合了传统的变速器的单电机体系现在已成为干流(图8)。估计该趋势还将继续开展下去。



图8 本田公司全新运动体会车(NSX)的动力传动体系组成部分

双电机体系的自由度较高。如以丰田公司的Prius为代表的混合动力车型,是以其间一台电机进行驱动与制动能量收回,而以另一台电机进行发电的进程作为根本运作方法,运用组织衔接,构成可以并联方法进行机械式动力传动与电动式动力传动的体系(图9)。日产轿车公司的note e-Power车上则彻底撤销了机械式动力传动,只运用电驱动的发动机(图10)。因为各类车辆的运用环境有所不同,各种体系的好坏功用会改动,上述体系可能会一起选用。动力传动体系需求继续下降冲突,以及进步对电机的冷却作用,一起,为了满意PHEV的技能需求,除改进燃油经济性外,还应下降耗电量,也要引进进一步进步功率的机械辅佐体系。


图9 丰田公司Prius动力传动体系部件


图10 日产公司note e-Power发刘晓波去世动机

因为单电动机体系大都用于大型前驱车,作为基础部件的变速器功用的重要性是显而易见的。最初曾提出过撤销液力变矩器,并将其置换为电机的计划。但考虑到其起步功用,配装液力变矩器的计划的运用规模在不断添加。

4 EV中的动力传动体系

为减少游记-动力传动系统及变速器的现状与远景CO2排放,2010年日产轿车公司向商场推出“LEAF”轿车及相应的电机(图11和图12)。以电机为动力源的EV,除了行进平稳、噪声低以及,还可及时呼应驾驶员的动力要求。可是,蓄电池具有储能容量缺乏的技能难点,现在尚无法完成与配装内燃机的传统轿车相同的续航路程。



图11 日产公司的LEAF EV车


图12 日产轿车公司LEAF车辆的电机——减速器组件

为了满意未来环境法规要求,EV的商场份额将不断扩展,为了促进EV的遍及,各国出台了相关方针及方法(如鼓舞购买EV的补助方法),经过相关法规的施行,会大幅度添加EV的销量。



图13 日产轿车公司LEAF轿车减速器内部结构

现在关于EV而言,至关重要的技能要求是不断延伸其续航路程。为了在蓄电池的储能容量有限的条件下完成该意图,变速器可进步传动功率并改进电动机的作业点。如图13所示,现在的EV用变速器,不依托变速组织,仅仅是经过减速器的方式,其动力传动功率极为优异,但进一步进步传动功率的空间较小。另一方面,跟着电机的型式不同,传动功率也存在必定差异。尽管因为电机工况的改动引起其功率的改动与内燃机比较并不大,但经过改进作业点而进步能量功率,仍有必定的改进空间。因为在EV上选用了具有变速功用的高功率变速器,续航路程也得以延伸。

从EV在行进方面的功用来看,其变速功用是必不可少的。除了要求与内燃机轿车有相同的行进功用状况外,还应具有快速起步的和高速行进的长处。假定可以保证必要的起步驱动力,则电机因为本身的转速上限,车辆最高速度会因而受到限制。为了改动这一下风,需求添加变速功用。

可是,即使具有了变速功用,也不该削弱EV安静且顺利的的行进功用。未来电时机逐步完成小型化及高转速化,也是适应了该开展趋势的表现。为满意环保要求,EV仍是有可继续开展的价值与潜力。

5 结语

近年来,AT的多级化以及DCT技能,引领着国际变速器技能潮流。可是,未来发动机与电机的混合动力技能会逐步成为干流。将发动机、电机、变速器进行有机结合,运用杂乱的操控以进步车辆功用,即“电控匹配”技能。经过对相关零件的有用改进,与新式的多学科、多范畴技能组合起来,保证在不远的未来可以开发出具有较高价值的职业产品,并继续领先于国际。

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