加特可推出的新一代CVT7和CVT8通过提高效率与扩大传动比范围大幅度地提高了燃油经济性,而且该技术现已成功搭载在日产汽车、东风日产等公司生产的整车上。以CVT8为基础,日产汽车与加特可共同开发了在头壳内藏有电动机和具有与发动机连接、切断功能离合器的混合动力车用自动变速器。
搭载自动变速器的车辆可以将发动机产生的转矩自动转换成最适合车辆行驶的驱动力,不需要像手动变速器(MT)的车辆那样反复进行繁琐的离合器和变速杆操作。在市区堵车或者长距离行驶情况下,自动挡的车辆使得驾驶者不易疲劳且驾驶舒适性较高,因而全球汽车市场搭载自动变速器(双踏板变速器)的车辆在逐年增加。
图1 自动变速器 全球汽车市场的发展趋势(来源于IHS汽车2014和加特可的分析)
据市场调查显示,在美国和日本等汽车市场,90%以上的新车搭载了自动变速器。而近年来,中国市场也有30%以上的车辆搭载自动变速器,预计今后还会不断增加。
图2 CVT燃油经济性特征
自动变速器的发展趋势
按照变速机构的不同,自动变速器可以分成三类:通过切换行星齿轮来变速的STEP AT,通过切换平行轴齿轮的AMT/DCT和通过钢带和两个带轮实现无级变速的CVT。为了提高燃油经济性,同时减少CO2的排放量,各国对汽车排放技术的需求在逐年提高。据市场调查显示,搭载最优控制程序自动挡车辆的燃油经济性能有不少已超越同款手动挡车辆。
从全球汽车市场发展趋势看,STEP AT的总量基本平稳(见图1)。但从细分市场来看,4挡及5挡自动变速器在减少,整体向6挡自动变速器及更多挡位化发展。自2010年以后,CVT和DCT在不断增加。按自动变速器技术的发展趋势来看,STEP AT向6挡,近年更是向7挡、8挡、9挡之多挡位化方向发展,CVT则是通过降低摩擦损耗和扩大传动比范围来实现更好的燃油经济性能,DCT也在往多挡位化方向发展。显而易见,自动变速器技术在不断创新进化。
图3 加特可全新一代CVT提高了效率、扩大了速比范围
CVT出色的节能效果
CVT基于其无级变速的特点,可以自由地控制发动机的转速,使得车辆在发动机燃烧效率高的区域行驶(见图2)。相较其他自动变速器技术而言,在堵车和红绿灯多等的城市工况下,车速变动频率越大其燃油经济性能越好。因此,像中国、日本及北美等车速变动频率较高的汽车市场,可以期待CVT在节油方面有更好的表现。
另外,CVT可设定很宽的锁止范围,并且通过与发动机的协调控制可延长断油时间,能够实现更高的燃油经济性能。
图4 混合动力车用自动变速器
全新一代CVT
20世纪80年代初,荷兰人开发了CVT钢带,之后CVT搭载在欧州和日本的1~1.5L排量车上。日产汽车(自动变速器部门已剥离至现在的加特可)从20世纪80年代初就着眼于燃油经济性能卓越的CVT并开始了研发工作。1997年,日产汽车在全球率先成功量产2L排量车用CVT;2002年,在全球第一个成功量产3.5L排量大型FF乘用车用CVT;2006年,世界上首家以4款CVT覆盖0.66~3.5L排量并形成全序列产品线;在2010年和2012年,加特可面向日产汽车分别推出了Jatco CVT7(以下简称“CVT7”)和Jatco CVT8(以下简称“CVT8”),该技术通过提高效率与扩大传动比范围大幅度地提高了燃油经济性,并将原有的4款CVT整合成为2款新一代CVT。
日产汽车在普及“零排放车”的同时,也在积极推进“低油耗车”的扩大。加特可全新一代CVT,在第一阶段提高了转矩容量,扩充了产品线,在第二阶段提高效率和扩大速比范围,大幅提高了燃油经济性(见图3)。截止到2012年底,其搭载CVT技术的车辆在全球已累计销售1336万辆。预计到2016年,搭载CVT技术的车辆将进一步扩大至2000万辆。
图5 加特可新开发的FF混合动力车用自动变速器结构
小型车用CVT7是世界首款使用副变速机构的CVT,拥有世界最高水平之7.3传动比范围(相较前款CVT约增加了22%),CVT内部的摩擦损失降低了30%,重量减少了13%,燃油经济性提高了约10%。
中、大型车用CVT8通过扩大17%的传动比范围、降低40%的摩擦损失等措施,使得燃油经济性约提高了10%。CVT8采用了新开发的低刚性锁止阻尼器,通过与车辆起动时的滑磨控制相结合,车辆起动后立刻就能进入锁止,由此降低了发动机动力传递损耗,实现了起动时燃油经济性能的提高。
上述燃油经济性能卓著的最新一代CVT技术现已成功搭载在日产汽车、东风日产等生产的整车上。
图6 小野田司先生:2013年,加特可销售的CVT台数约占全球CVT份额的49%
持续发展的CVT技术
以变速比范围较宽且高效率的CVT8为基础,日产汽车与加特可共同开发了在头壳内藏有电动机和具有与发动机连接、切断功能离合器的混合动力车用自动变速器(见图4),在不改变尺寸的前提下实现了电动化,混合动力车用自动变速器具有小型化、轻量化及搭载性能优越等优势。
图7 山本清成先生:搭载了新一代CVT技术的东风日产多款车型的综合油耗均优于同款手动挡车
能量回收时,通过离合器Ⅰ将电动机与发动机完全断开,这样减速时的能量能得到有效回收。这是通过基于日产汽车高度控制技术的车辆整体离合器控制系统以及混合动力车用世界首创干式多板离合器等技术革新而实现的(见图5)。该离合器除了降低摩擦损失外,由于电动机为内置,实现了FF混合动力车较小搭载空间也可安装的尺寸。
近年来,基于环境意识的高涨及能源安全的关注,为实现更好的燃油经济性能,自动变速器技术革新日新月异。在追求快乐驾驶的同时,应该充分利用CVT兼具自由控制发动机转速的特性,实现车辆在发动机高燃料消费效率领域的行驶。与此同时,将通过进一步提高变速器内部效率等措施,朝着更为优异的燃油经济性目标迈进。
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