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制约我国自动变速器发展的几大关键技术及建议
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传动/转向/制动系统展厅
变速箱, 离合器, 制动系统...
很多现有的文献大多在谈自动变速器的控制问题是当前制约我国自动变速器自主品牌发展的关键,诚然自动变速器的本土化发展离不开先进的电子控制器、执行器和算法,但控制策略的制定是建立在对控制对象工作特性的详细掌握基础之上的,在还不了解对象的特性,控制就无从谈起。从每一个具体的关键技术来看,根据我国国情,有些技术可以通过加强科研开发力度进行自主研发,大胆的依靠创新开拓出新天地,并不是所有的技术都要走“引进-消化-吸收”的路线,应该相信我们自己有这个能力和实力,不要一味依赖、模仿和照搬国外的技术,进而使我国整个自动变速器行业的本土化处于十分被动的状态。本文从技术根源上详细剖析制约我国自动变速器发展的几大关键技术,并提出相应的建议。

目前汽车所使用的自动变速器大致分为四类:液力自动变速器(Automatic Transmission, AT)、电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission, AMT或称为Electronic Automatic Transmission, EAT)、无级自动变速器(Continuously Variable Transmission, CVT)和双离合器自动变速器(Dual Clutch Transmission, DCT)。

AT是由液力变矩器、行星齿轮机构及电液控制系统组成的液力自动变速器,虽然现在所使用的自动变速器通常还被称作AT,但实际上已随着微电子技术的迅猛发展成为一种电控液力自动变速器(Electronic Controlled Automatic Transmission, ECT),过去的液控AT已被淘汰。AMT是由普通的手动换挡变速器、换挡控制器、电子控制单元(ECU)、离合器控制机构、选挡与换挡控制机构、发动机油门控制机构、传感器、电源系统组成的电控机械式自动变速器,它是在传统固定轴式变速器和干式离合器的基础上应用电子技术和自动变速理论,以电子控制单元为核心,通过执行机构控制离合器的分离和接合,档位的变换以及油门的调节,来实现汽车起步、换挡的自动操纵。CVT则主要有四种产品类型:与手动变速器接合的无级变速器、与电磁离合器组成的无级变速器、与液力变矩器组合构成的双状态无级变速器和与湿式离合器组合构成的无级变速器。DCT则可以认为是双套AMT,每套AMT分别负责奇偶档位。

目前,有几大难点制约了自主品牌自动变速器的发展,希望这些问题能够引起政府有关部门、行业组织及科研机构的重视。

1.湿式离合器接合过程动态特性的掌握及控制

离合器在整个变速过程中仍然是必不可少的单元,对离合器的控制也一直是自动变速器产品开发和设计的关键技术之一。用在液力自动变速器上的湿式离合器是主要的摩擦组件,在包括换挡和闭锁在内的各工况中,需要对湿式离合器摩擦片进行精确控制,其关键技术的核心内容是对湿式离合器主、被动摩擦片动态接合特性的掌握。在双离合器自动变速器上的离合器湿式和干式的都有,对双离合器自动变速器的控制问题主要是对两个离合器的重叠度控制和车辆的起步控制,而其关键技术的核心内容也是对湿式离合器主、被动摩擦片动态接合特性的掌握。对于没有液力变矩器的无级自动变速器,要加起步用的湿式离合器,对湿式离合器的控制是CVT的核心技术之一。

自动变速器在换挡过程中,离合器要产生大量的热量,如果不及时散热,离合器摩擦面会产生局部高温导致摩擦片的翘曲变形甚至烧结在一起。离合器摩擦片的材料、耐磨性、摩擦系数及其摩擦面的沟槽设计形式是急需解决的关键技术问题。另外,车辆的换挡的品质会直接影响到车辆的舒适性和系统的强度,容易引起传动系统较大的瞬态纵向冲击,换挡过程牵涉到的主要部件就是湿式离合器。它是提高车辆NVH性能的关键部件。

掌握湿式离合器的动态接合特性是对湿式离合器进行精准控制的前提。湿式离合器动态接合特性的研究是自动变速器研发的重要共性技术之一。

湿式离合器是典型的非线性系统,它接合过程数学模型建立的难点在于,不止涉及了液粘传动,还涉及到热弹等问题。表现出的传递转矩和动力的能力是很多复杂因素共同作用的结果。目前国外也没有令人们满意的数学模型,是研究的一大热点,国内对湿式离合器接合过程特性的研究更是远远不够。

湿式离合器接合过程的特性涉及到非线性动力学、粘性流体力学、计算科学、摩擦学等众多学科领域,而目前相比于国外的情况,是对湿式离合器的研发投入太少,重视不够。需要不断的投入财力来鼓励更多的来自不同学科领域的科研人员从事湿式离合器动态特性的研究。

2.AMT的控制系统和执行机构

要实现电控换挡,AMT对选换挡执行机构、离合器执行机构及变速器加工精度要求较高,而我国目前加工工艺水平较低,即使实现了批量生产,其可靠性也还是未知。


3.CVT中对金属带传动的基本理论的掌握

CVT中金属带传动的基本理论最关键的是对金属带夹紧力的研究和控制,金属带夹紧力直接影响到CVT的传动效率,当夹紧力过小,则金属带在轮上打滑,这将降低传动效率,加快金属带与轮的磨损,缩短它们的使用寿命。当夹紧力过大,会使金属带与轮之间出现滑动,也会引起不必要的损失,同样会降低传动效率。如果夹紧力过大还将导致金属带的张力过大,缩短带的使用寿命。夹紧力需根据汽车的运行状况控制在目标值的小范围内,是CVT传动系统的关键技术之一。

4.CVT中金属带的制造是关键技术之一

最初CVT采用橡胶材料的皮带进行无级变速传动,目前已改为许多薄钢片穿成的钢环,使其与两个锥轮的槽在不同半径上咬合来改变速比。这就是VDT(Von Doorne's Transmission),已于1982年正式成为商品装车出售。目前国际上只有博世等个别零部件巨头企业具备生产能力,国内企业短时间内实现产业化的可能性很小,钢带只能依赖国外采购。为提高带的传动容量,国际上湿式金属带带宽已增加为30mm(旧式为24mm),9层钢圈宽度扩大25%,同时采用了阶段式高油压系统。另外日本大发公司在新开发的汽车上采用了一种干式带,使用树脂和铝合金等材料。从传动带的材料及制造的发展可以看出,传动带材料是CVT技术突破的一个重要创新点,针对我国暂时技术落后的情况,可以跳出国外已有的专利技术的思维框架,投入科研力量做更多的创新研发工作,绕开现有的专利技术,开发自己的产品。

5.CVT电液控制系统的设计是难点

电液控制系统是无级变速器最重要的部分,包括TCU、液压控制装置以及执行机构3部分。其关键技术为:液压控制系统的设计和试验方法;比例电磁阀试验与开发技术;速比控制技术和产品一致性及可靠性的技术。迫切的需要系统的液压控制系统分析方法和设计理论,形成自主开发液压控制系统的能力。

6.液压阀体总成及电控单元是开发DCT的关键

DCT动力传递及换挡过程是通过电控单元发出控制信号,控制液压执行原件的执行动作来实现的,它的控制系统实质上属于电液控制系统。液压系统油路及各液压阀的工作状态的分析设计以及液压模块的生产制造是开发DCT控制系统的关键。DCT液控单元主要由定量泵、机油滤清器、主压滑阀、安全阀、安全滑阀、档位开关阀、多路调制阀等组成。液压控制系统则由离合器压力控制部分、同步器压力控制部分和润滑冷却控制部分组成。目前阀体、电磁阀等关键零部件的设计制造技术不能突破,成为制约了我国DCT的进一步发展。

7.总结

作为自动变速器的核心技术,世界各大生产企业都十分注重对知识产权的保护,以CVT的电液控制系统为例,不同的电液控制系统尽管在功能上基本一致,在实现方式上却大相径庭,即使在实现方式上有一定的相似之处,在结构设计上也会存在明显的差异。从技术的演变历史可以看出很多制约我国自动变速器产业化的核心技术仍有创新的潜力,我们应该投入更多的财力、人力、物力,加强产学研的联盟,强化相关企业同步开发自动变速器的合作,形成自动变速器公共技术研发平台,注重自主创新,针对我国国情,形成自主开发能力,而不是一味的去联合外资企业或者对国外的产品进行模仿改造。使我国从制造大国转变为制造强国。(end)
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