汽車動力傳動裝置的新技術與發(fā)展動向

【日】 荒川一哉 服部仁

0 前言

2016年，日本最新汽車銷量相比2014年減少了1.5%（含輕型車），與2015年相比，總銷量也有所減少，輕型車的減少幅度更大。在世界范圍內，2016年全球新車銷量比2014年增加了4%，創(chuàng)歷史新高，呈現平穩(wěn)增長態(tài)勢。美國、中國、大洋洲等地區(qū)汽車銷量均已創(chuàng)新高。

近年來，各國的環(huán)保法規(guī)逐年收緊，要求采用零排放車輛（如電動汽車、燃料電池車等）及面向插電式混合動力車輛的推廣應用。動力傳動裝置即將面臨重大變革，急需技術上的應對措施以適應市場要求。與此同時也應著力提升傳統(tǒng)部件的性能。本文歸納總結了日本國內2016年汽車行業(yè)最新動力傳動裝置采用的新技術、新結構及新設計理念，同時，探討了下一代動力傳動裝置的發(fā)展動向。

1 手動變速器（MT）

Magna getrag公司開發(fā)出新型前置發(fā)動機前輪驅動（FF）車型，并采用5檔／6檔T215手動變速器，扭矩達到215N·m。由于使用了低損失潤滑油等改進措施，有效實現了變速部件的高傳動效率（圖1）。此外，比傳統(tǒng)變速裝置減輕質量達20%，實現了輕量化。在低變速級采用復合式同步順鎖止環(huán)，倒車齒輪也采用同步器鎖止環(huán)，提高變速性能。

2 自動變速器（AT）

豐田汽車公司開發(fā)了配裝于新型Lexus LC500車上的“LC 500”FR10檔自動變速器（AT），在前瞻性上兼顧了與下一代Premium車輛宣稱的“愉悅的駕駛體驗”與“低燃油耗”等顯著優(yōu)勢（圖2）。由于始終對乘駕體驗進行精心策劃，使其具備規(guī)則且順暢的高響應變速，實現了完美的駕駛性能。

圖1 Magna getrag公司T215手動變速器

新開發(fā)的齒輪傳動系采用與原8檔AT相同的參數，制成新款10檔AT。齒輪傳動比經過精心設定，獲得了均勻的變速間隔與連續(xù)不斷的加速感等駕駛體驗，進而實現理想的交叉換檔。另外，為了實現直接行駛與低燃油耗的目標，優(yōu)化了低速檔位鎖緊機構的工作過程，并實現了液力變矩器的低慣性化。

新開發(fā)的液力變矩器在高阻尼減振器上采用了圓環(huán)狀渦輪模塊，以構成動態(tài)減振器。由于采用了小型多片離合器，可有效實現低速檔位鎖緊機構的工作過程優(yōu)化。

新開發(fā)的液壓控制系統(tǒng)，對線性螺管及閥門進行優(yōu)化配置，油路的管道阻力最高可降低67%，實現了高響應變速。此外，將變速特性進行優(yōu)先考慮，并著力開發(fā)硬件結構，比原有8檔AT減輕4.9kg，實現了輕量化，降低車輛燃油耗達6.7%。

圖2 豐田公司FR10檔自動變速器

3 無級變速器（CVT）

2016年10月，斯巴魯公司向市場推出新型impressa車［1］，該車型采用了全新的技術開發(fā)理念，按照環(huán)保性能、動態(tài)質感等開發(fā)目標，大幅度改善了中等容量型的豎置鏈式CVT（圖3）。該變速器外觀尺寸及基本規(guī)格參照傳統(tǒng)變速器，而對結構參數進行了改良，力求提高性能。尤其是在世界范圍內率先采用變速器用短節(jié)鏈（表1），并投入批量生產。在提高減振降噪性能的同時，由于不使用副變速器，為確保最大有效比例范圍（7.0），拓寬了其傳動齒輪變速比。一方面確保其起步加速性能，另一方面實現了發(fā)動機的低轉速化。

圖3 斯巴魯公司的lineartolonick變速器

表1 傳動鏈帶規(guī)格

4 混合動力車專用混合動力傳動系統(tǒng)

4.1 日產公司note e-POWER

日產汽車公司推出了note e-POWER車型，據稱這款車型無論行駛到何地，都不必擔心充電問題，展示了電動汽車的全新技術水平。e-POWER車使用發(fā)動機發(fā)電，由電動機提供驅動力，替代了外部充電方式，有效實現了強勁而順暢的駕駛感覺、優(yōu)異的燃油耗性能，以及電動機驅動的靜音性。

圖4表示e-POWER專用齒輪箱，圖5則示出e-POWER車用動力傳動系統(tǒng)的外觀。傳動系統(tǒng)配置為：車輛右側布置發(fā)動機，車輛左側布置驅動電機與發(fā)電機，并配置薄型的齒輪箱。在結構上，齒輪箱將驅動電機的動力傳遞到驅動軸的減速器，并將發(fā)動機動力傳遞到發(fā)電機的增速器，如圖6所示。由于優(yōu)化了潤滑油流動循環(huán)結構，充油量也降低到1.93L，力求實現低摩擦化，從而構建了低成本、高可靠性的潤滑油循環(huán)系統(tǒng)。

圖4 e-POWER車用齒輪箱

圖5 e-POWER車用動力傳動系統(tǒng)外觀

圖6 齒輪箱內部結構

4.2 Lexsu LC500h混合動力車專用多級變速器

豐田汽車公司開發(fā)了世界上首臺混合動力車專用多級變速器（L310）（圖7），能夠實現更優(yōu)秀的燃油經濟性與動力性。

圖7 豐田公司Lexus LC500h車上配裝的混合動力車專用多級變速器

L310將大幅提高高速運行時的燃油經濟性能作為開發(fā)的主要目的。具體而言，在變速器的增速范圍內追加高效率的工作點（圖8）。這是通過將變速機構的4檔齒輪傳動比設定為合適的值而實現的。

圖8 理論傳動效率

5 四輪驅動裝置

本田公司于2016年發(fā)布了一款將于2017年2月上市銷售的全新運動體驗車NSX的消息。NSX要求具備理想的運動性能，如在加速及轉彎性能方面也能有效應用電機的驅動力，即運動型混合動力精準操控的全時四驅技術。然而由于只使用發(fā)動機作為動力來源，難以實現高水平的靈敏度及操控性能，從而降低了駕駛愉悅性。

新開發(fā)的高效率、高功率的混合動力系統(tǒng)布置在中置式V型6缸雙渦輪增壓式發(fā)動機的曲軸上，直接與高效率電動機連接，并配備9檔雙離合變速器（DCT）。由于能夠與前置左、右獨立的電機實現扭矩引導功能（圖9），可實現線性而強勁的加速（圖10），以及更優(yōu)異的轉向性能（圖11）。

圖9 本田汽車公司的運動型混合動力精準操控全時四驅系統(tǒng)

圖10 驅動力性能示意圖

6 動力傳動裝置的研究動向

圖11 扭矩定向示意圖

近年來，為滿足環(huán)保需求，開始大力普及電動車以及插電式混合動力車。環(huán)境問題由來已久，世界各地的汽車賽事上，也舉辦了嚴格遵守規(guī)定的電動車比賽，即便在驅動系統(tǒng)的開發(fā)方面，也有必要向電驅動方向發(fā)展。但是，如考慮到發(fā)展中國家的現狀，傳統(tǒng)的內燃機也有繼續(xù)發(fā)展的必要。作為面向改善環(huán)境性能的動力傳動系統(tǒng)，應努力降低各部件的摩擦，并進一步拓寬變速范圍，實現輕量化，與發(fā)動機更好地進行協(xié)調。除此之外，針對動力傳動、變速技術的研究開發(fā)也是當務之急，要求開展多學科、多領域的廣泛研究開發(fā)工作。