双离合自动变速器关键技术的开发与实践

——访吉利汽车研究院副院长陈勇博士

作者:陈芳芳 文章来源:AI汽车制造业 发布时间:2015-11-11
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全球自动变速器的发展总体上是呈现上升趋势,目前搭载率达到40%以上,在中国的比例会更高一些,接近50%,美国约为90%、日本和韩国约为80%,欧洲约为40%以下。国内自动变速器的核心零部件的同步开发和批量生产能力是比较弱的,包括软件开发方面经验也不足,面临着比较大的挑战。

全球自动变速器的发展总体上是呈现上升趋势,目前搭载率达到40%以上,在中国的比例会更高一些,接近50%,美国约为90%、日本和韩国约为80%,欧洲约为40%以下。国内自动变速器的核心零部件的同步开发和批量生产能力是比较弱的,包括软件开发方面经验也不足,面临着比较大的挑战。陈勇博士强调,在变速器开发过程中,吉利很好地利用了核心零部件的台架试验数据和CAE仿真工具,有效地缩短了研发周期,在开发的初期可以对产品的设计方案进行很好地模拟,在实际样机试制完成前更多地发现和改善技术问题。

吉利汽车研究院副院长陈勇博士

变速器的发展趋势

关于变速器的分类,从传动系统来分类包括AT、AMT、DCT和CVT,还有混合动力和纯电动车的变速器。从新能源汽车的研究角度来看,包括从带启停式混合动力的中度混合动力在欧洲的普遍应用研究,到深度的混合动力和插电式混合动力的应用开发,深度混合动力的代表是以日本丰田汽车的普锐斯车,中国车企业即将投放市场.还有插电式的混合动力,国内车企都在不断的开发过程中。从电动汽车领域来看,传统的单极减速器以及到更高利用效率的两级以上的变速器,甚至包括轮边驱动和轮毂电机都在不断地发展中,可谓是百花齐放。

从变速器总的发展来说,这必须和整个汽车市场的大环境是结合在一起,包括油耗的降低、更大的速比、高转矩的容量、高效率,初步智能的功能以及安全的角度。之所以考虑安全角度,主要是给整车碰撞留有更大的缓冲空间。陈勇博士提及,全球自动变速器的发展总体上是呈现上升趋势,目前搭载率达到40%以上,在中国的比例会更高一些,美国、欧洲、日本和韩国高一些,欧洲相对低一些。国内自动变速器的核心零部件批量生产能力和同步开发设计试验能力还是比较弱的,包括软件开发方面经验也不足,面临着比较大的挑战。

随着排放法规的日益严苛,法规要求低碳、高效、环保,而从消费者的角度来看,则更多的是关注舒适性、动力性、经济性,这是存在一定矛盾的。但对于变速器开发本身来说,我们要采用更先进和高效的技术。例如从大的速比和多档位的变化方面探究,如何提高传动效率和公扭矩容量,轻量化的设计,这是我们非常重要的开发目的。

国内变速器核心零部件的发展状况

首先,所有的变速器都离不开齿轮和轴的高精度加工。目前来说,国内仍以展成磨齿为主,有些新的SOP厂家采用的是内齿轮砂轮绗齿工艺,该项工艺在欧洲和日本是广泛应用的工艺,而我们目前还处于起步阶段。其次,双离合器,包括摩擦片和钢片甚至是整个的控制系统,目前我们还不具备这方面的开发和生产制造能力。第三,AT自动变速器核心零部件之一是液力变矩器,虽然上海离合器厂给通用供货,但不可否认的是,从总体来看我们这方面的研究和国外近30年的研究还是有比较大的差距。最后,传感器和控制系统,目前大部分还是依赖以国外公司协助开发和制造为主。

国内的变速器核心零部件,不管是AT,还是CVT、DCT系统,其中包括液压控制系统,其整体的开发研究国内还是处于起步阶段和模仿开发阶段。例如CVT核心的零部件带轮和钢带,全世界只有少量的厂家,像钢带主要是荷兰博世的一家公司,还有链条主要是德国的LUK公司。我们的DCT、AT、CVT也好,目前国内对于核心技术的研发还处于起步的阶段,变速器润滑油绝大部分的采用的都是国外公司的润滑油。

从软件开发方面来说,国内已经有部分大公司完成了部分自主开发,但在模块化开发规范和故障诊断和安全功能开发上还经验不足。但国外这方面的发展非常快。在欧洲开发基本上是全面贯彻ISO2662的标准,在软件平台化开发,发动机做得比较好,变速器我们的很多方面和开发模式上和国外还有比较大的差距。特别是在一些控制部件的大批量的制作和量产方面,国内是有比较大的差距。同时软件的开发不管是在人才的构成上还是整体的开发规范上,我们还处于一个起步阶段。阻碍中国自动变速器发展的因素,特别是我们关键核心技术的因素是多方面的,这就要求我们,必须脚踏实地,稳扎稳打,在引进国外技术的基础上培养自己的技术力量,形成自己的技术规范,切勿急于求成。可以这么说,目前我们的自主设计开发能力相对来说是比较欠缺的,特别是油耗和实验验证、数据库的积累,像欧洲、日本的自动变速器技术有40余年的开发,美国则时间更长,已接近70年。此外,我们的试制精度还不能满足对自动变速器厂的开发支持。如果在开发过程中过多地使用国内公司制造的零部件的时候,往往我们不是解决设计问题,而是解决试制零部件的加工精度问题。但另一方面,国内车企也不要自我鄙视,一切都觉得国外的月亮圆,国外的技术人员能力强。中国的工程技术人员经过近10年的开发锻炼在能力与经验上已经取得了长足的进步。

吉利自动变速器的关键技术开发情况

陈勇博士介绍了吉利汽车自动变速器的关键技术开发,从壳体系统到润滑系统,到双离合器系统和上层控制软件的一些系统开发。

首先关于双离合器系统的开发,吉利汽车因为初期的资金并不是很充足,吉利首代DCT的开发是完全自主开发的。从某种程度上来说,采用的是和关键零部件供应商一起开放式同步方式开发,在这个开发过程中取得了比较好的经验,重要零部件都做了充分的实验。从双离合器,液压系统,驻车系统到同步器和选换档机构,轴齿系统,开发前期是采用的是以自主研发为主,在开发后期阶段能够和关键供应商密切配合,请他们对我们的开发进行一定程度的校核修正。包括对双离合器的硬件设计开发和液压响应实验上做了一些工作,所以取得了比较好的效果。

吉利对润滑油的开发从2008年开始的,不断的与油品供应商一起开发研究,取得了非常好的效果。润滑油的开发对我们整体开发是非常重要的,特别是双离合器控制方面、耐久性以及对整体功能方面都是有着非常重要的作用,而且润滑油的开发在国外的优秀企业中也是非常重要的开发内容。目前,从这点来说,国内企业还是有一点欠缺的,当然包括我们自己,吉利也是和国际上的优秀企业合作共同开发。从开发的角度来讲,我们从润滑油的基本性能列了一下,从耐久性到超低温,以及动,静、摩擦系数都是非常重要。当然,在开发过程中要完成最基本的实验,还包括其他一些必要的实验。

另外,从上层控制软件的开发方面来看,从软件架构的制定一直到软件的编写到最后代码的形成是非常复杂的开发过程。吉利在首代DCT上就尝试了开发,当然我们在开发过程中是和澳大利亚的DSIH公司一起配合工作的。变速器的开发和整车对变速器的标定匹配,包括发动机的标定、发动机和变速器之间的标定都是非常重要的,这个也是我们在开发过程中,逐渐通过对DCT、AMT的开发积累的一些经验。

开发过程中如何运用仿真分析的手段来完成

实践充分证明,充分地利用仿真技术可以有效地缩短研发周期,同时在开发的初期可以对产品的设计方案进行很好地模拟,也能达到在产品的试制以前更多地发现问题。例如,吉利有专门的软件在初期变速器啸叫声和齿轮对的啮合作出分析判断,对在实际不同载荷的条件下变形做预修形,考虑各种复杂的载荷条件,重点是从齿向角度来完成修形的。在这个过程中,像斑点接触实验和其他的实验结合起来,NVH噪声和耐久性矛盾点在齿轮的修形也好,齿轮的开发也好,这两点要尽可能找到统一点做。

变速器啸叫的改进不只是单纯的变速器问题,它跟整个传动系统和DMF及悬置的刚性和减振的特性都有关,需要我们综合各种因素考虑,这就需要和整车及底盘开发一起来完成工作。润滑问题对变速器的开发非常重要的,一方面保证耐久的寿命,另一方面降低搅拌润滑对效率的提升是有重要影响的。我们在开发的不同阶段做了CFD仿真模型,通过多次的模拟实验取得了一定经验。在对润滑油轨和被动压力润滑方面,我们也做了仿真实验。

我们采用Fluent软件对整体润滑、润滑油的流量做了一些分析,也取得了比较好的效果。对壳体强度、传统系统,还包括齿轮寿命的影响也做了分析,同时在实际中运用也有一定效果。驻车机构自动变速器是关键的安全重要件,我们用MASTA软件做了一些分析。

在变速器的开发过程中,对用户来说,如何有一个好的换挡感觉也是非常重要,同时它和我们驻车机构也有相当大的关系。吉利对液压系统的仿真分析也做了一定的工作。对离合器的模型做了一些分析。同时对所有的零部件都做了CAE的解析和刚度的校核,我们在AT、AMT和DCT的研发过程中,建立了自己的实验数据库,做了拓扑的优化,充分满足轻量化、节能减排等设计要求。

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