汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)
2012年以來(lái)，霧霾問(wèn)題在我國(guó)首都及中東部大部地區(qū)頻繁出現(xiàn)，我國(guó)的霧霾問(wèn)題形成機(jī)理復(fù)雜，但與汽車(chē)離不開(kāi)關(guān)系。在國(guó)家、社會(huì)對(duì)改善環(huán)境的要求下，而又不能放棄汽車(chē)這個(gè)讓我們便利的交通工具，我們需要在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)汽車(chē)進(jìn)行改進(jìn)，以盡可能地減少尾氣排放和能源的消耗。而汽車(chē)能源消耗最直觀的體現(xiàn)形式是汽車(chē)的動(dòng)力性，傳動(dòng)系做為汽車(chē)動(dòng)力傳輸?shù)闹饕h(huán)節(jié)，提高其平順性和傳動(dòng)效率并對(duì)其進(jìn)行其他方面的技術(shù)改造對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性和舒適性具有重大意義。
一、傳動(dòng)系的改進(jìn)策略
傳動(dòng)系統(tǒng)為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展提供了動(dòng)力支持，現(xiàn)以提高傳動(dòng)效率為例對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系進(jìn)行技術(shù)上的研究。
1.傳動(dòng)系的組成和作用
傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)由離合器、變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸等部分組成。動(dòng)力傳遞過(guò)程為發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器、半軸到驅(qū)動(dòng)輪。
離合器作為發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的結(jié)合工具，其由主動(dòng)部分(飛輪、離合器蓋等)、從動(dòng)部分(摩擦片)、壓緊裝置(膜片彈簧)和操縱機(jī)構(gòu)組成。作用主要有以下幾點(diǎn):①保證汽車(chē)平穩(wěn)的起步;②保證擋位改變時(shí)的順滑性;③防止傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載造成機(jī)件損壞。
變速器是實(shí)現(xiàn)不同行駛路況下的行駛速度改變的重要工具，主要有變速器殼、蓋、輸入軸、輸出軸、中間軸、倒擋軸、齒輪、軸承、油封、操縱機(jī)構(gòu)等組成，利用不同直徑的齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)變，為實(shí)現(xiàn)變速變矩、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)倒行、中斷傳輸動(dòng)力和實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸?shù)墓δ堋?br />
萬(wàn)向傳動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵裝置，位于傳動(dòng)軸的末端，鏈接傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)橋和半軸等零件。
作用是在汽車(chē)車(chē)身空間、汽車(chē)軸距、裝配誤差等各方面因素引起的發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)軸線不在同一位置，解決動(dòng)力傳遞過(guò)程、適應(yīng)轉(zhuǎn)向和汽車(chē)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的上下跳動(dòng)角度變化問(wèn)題。
驅(qū)動(dòng)橋，即主減速器、差速器和半軸的總稱。其中主減速器是通過(guò)增加轉(zhuǎn)矩、減少轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。差速器是主減速器傳遞的動(dòng)力傳遞給兩輪，其目的是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)兩車(chē)輪的不同速度需求。半軸是將差速器的動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪的裝置。
現(xiàn)以輕型轎車(chē)為例，從離合器、變速器以及傳動(dòng)部件材料等方面分析研究汽車(chē)傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率的改進(jìn)方向。
2.離合器改進(jìn)策略
作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的傳遞裝置，離合器的作用是保證汽車(chē)起步的平順性、便于換擋、防止傳動(dòng)系過(guò)載和降低扭振沖擊。隨著科技的發(fā)展，離合器可以分為以下幾種:①液力偶合器，也稱液力變矩器，通過(guò)油液傳動(dòng)，用油液帶動(dòng)渦輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞;②電磁離合器是通過(guò)線圈的電磁感應(yīng)，通電時(shí)產(chǎn)生磁性實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞;③摩擦式離合器又分為干式和濕式摩擦離合器兩種，根據(jù)從動(dòng)盤(pán)的數(shù)量又分為單雙多盤(pán)式等種類(lèi)。隨著電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，一些自動(dòng)離合器也應(yīng)運(yùn)而生，由控制單元(ECU)來(lái)代替手動(dòng)的離合器操作，減少了汽車(chē)駕駛者在使用過(guò)程中的不規(guī)范操作造成的能量損失。自動(dòng)離合器可分為機(jī)械電機(jī)式自動(dòng)離合器和液壓式自動(dòng)離合器兩種。機(jī)械式是通過(guò)ECU分析油門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車(chē)輛行駛速度后控制馬達(dá)拉動(dòng)拉桿驅(qū)使離合器工作的運(yùn)動(dòng)形式，而液壓式是用電動(dòng)油泵代替拉桿。裝有自動(dòng)離合器的汽車(chē)比AT和CVT汽車(chē)具有耗油低、成本低的優(yōu)勢(shì)。
3.變速器的改進(jìn)策略
傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞主要通過(guò)變速器將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力以改變傳動(dòng)比的方式傳遞給車(chē)輪，用來(lái)適應(yīng)周?chē)h(huán)境的變化及自身重量的改變，在汽車(chē)發(fā)展的歷程中，汽車(chē)的變速器經(jīng)歷了從手動(dòng)到自動(dòng)的技術(shù)變革。
1）手動(dòng)變速器(MT)的改進(jìn)
手動(dòng)變速器也就是通俗講的手動(dòng)擋，是需要駕駛者在使用汽車(chē)時(shí)根據(jù)個(gè)人意愿和實(shí)際情況自我調(diào)節(jié)汽車(chē)的一種變速方式。它通過(guò)大小不同的齒輪在駕駛者的操控下完成高速和低速的不同動(dòng)力傳輸需求。
采用新型技術(shù)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)是MT發(fā)展的道路，可采用以下幾種方法:①采用高性能的鋼材，增加齒輪的剛度，減少變速器齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的變形磨損，增加齒輪間的結(jié)合，減少滑動(dòng)產(chǎn)生的能量損失。②采用不同的軸承結(jié)構(gòu)，用球和柱軸承結(jié)構(gòu)替換錐軸承，減少齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦錯(cuò)位帶來(lái)的能量損失。③采用高性能的潤(rùn)滑劑，減少換擋時(shí)齒輪的摩擦，增加契合度減少能量損失。④減少變速器潤(rùn)滑油的油量，可以減少汽車(chē)在空載時(shí)能量損失6%～8%。
2）液力機(jī)械式自動(dòng)變速器(AT)的改進(jìn)
AT是通過(guò)液體壓力的方式傳遞和改變扭矩，實(shí)現(xiàn)控制機(jī)構(gòu)的閉鎖功能。運(yùn)用液體壓力和齒輪傳動(dòng)與電控系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)速度的改變和扭矩的轉(zhuǎn)換。
寶駿630采用了新型的6AT變速器，改變4AT的變速箱結(jié)構(gòu)，在材料上運(yùn)用耐久材料，又運(yùn)用空擋怠速控制技術(shù)和通用的行星齒輪組專(zhuān)利，增加了換擋速度，平順性更好，在油耗方面與4AT相比更加經(jīng)濟(jì)。且配合通用公司的DVVT發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用的可變進(jìn)氣道VIN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了較高的燃油經(jīng)濟(jì)性。
奔馳研發(fā)了9G－TＲONIC變速器，把齒比擴(kuò)大到了9．15，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速被有效地降低，節(jié)油效果較好。采用了雙扭減振和離心技術(shù)保證了舒適性，運(yùn)用最新式的行星齒輪直控單元，使齒輪控制迅速;在材料方面采用了新型的鋁合金材料，將整車(chē)質(zhì)量減小;在箱體中采用了兩個(gè)油泵，鏈傳動(dòng)的離軸式設(shè)計(jì)主油泵在保證潤(rùn)滑的同時(shí)增加了冷卻效果。
3）無(wú)級(jí)變速器(CVT)的改進(jìn)
CVT是通過(guò)傳動(dòng)帶將動(dòng)力傳遞給一個(gè)可改變槽齒寬度的棘輪完成動(dòng)力的傳遞，達(dá)到變速的目的。
奧迪公司提出了對(duì)CVT進(jìn)行改進(jìn)，用鏈條作傳動(dòng)方式，能實(shí)現(xiàn)更大的扭矩，但噪音大。傳動(dòng)比的范圍越大，對(duì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性更有利，所以CVT的最大傳動(dòng)比為7.7，燃油經(jīng)濟(jì)性能相對(duì)較好。
4）機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)的改進(jìn)
AMT是在原來(lái)的固定軸式有級(jí)變速器的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，即ECU。簡(jiǎn)單的就是在手動(dòng)變速箱的基礎(chǔ)上增加電控離合系統(tǒng)和電控?fù)Q擋系統(tǒng)。
AMT繼承了MT的優(yōu)點(diǎn)在燃油經(jīng)濟(jì)性方面比傳統(tǒng)的4AT相比，油耗降低20%～30%，這是一個(gè)相當(dāng)可觀的數(shù)據(jù)，AMT相比于MT減少了不熟練駕駛者在操作時(shí)的燃油消耗，但舒適性與其他車(chē)型相比略差，在換擋時(shí)存在頓挫感，一直沒(méi)有被廣泛使用。
5）雙離合器自動(dòng)變速器(DCT)的改進(jìn)
DCT變速器通過(guò)兩組被自動(dòng)控制的離合器交替工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)間間隔換擋。
2012年?yáng)|風(fēng)與格特拉克這個(gè)變速器巨頭展開(kāi)了4年的合作，由格特拉克研發(fā)的6速DCT150與東風(fēng)A14TD缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)成功匹配，并裝備在東風(fēng)風(fēng)神AX5上，這款格特拉克的第三代DCT是世界上第一款小扭矩濕式雙離合自動(dòng)變速器，質(zhì)量相對(duì)較輕，適合小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)適時(shí)精確控制換擋時(shí)機(jī)，能使發(fā)動(dòng)機(jī)在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持較低速度運(yùn)轉(zhuǎn)，效率高，更加省油，在離合器方面采用了格特拉克獨(dú)有的微滑摩技術(shù)，摩擦器片和摩擦片之間會(huì)有一層油膜，能緩解發(fā)動(dòng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。
4.傳動(dòng)裝置材料的改進(jìn)
運(yùn)用于汽車(chē)的材料可以分為兩大類(lèi):(1)用作汽車(chē)構(gòu)造的結(jié)構(gòu)材料，主要有鋼鐵材料、合金材料、復(fù)合材料、非金屬材料;(2)汽車(chē)工作過(guò)程中的功能材料，如:磁性材料、保溫材料、傳感器材料和電子材料等。
鋼鐵材料是汽車(chē)制造的基礎(chǔ)材料，但是隨著科技的進(jìn)步，一些強(qiáng)度更高、彈性更好、剛度更好的高分子材料被逐漸研究出來(lái)，給汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。占汽車(chē)重量很大部分的傳動(dòng)系也應(yīng)采用新型的輕量化材料來(lái)減輕汽車(chē)自重，這些輕量化材料有低密度和高強(qiáng)度兩大類(lèi)，低密度的包括鋁、鎂、鈦合金、復(fù)合材料(鋁基、鎂基)，高強(qiáng)度的有高強(qiáng)度鋼、高強(qiáng)度不銹鋼、高強(qiáng)度鑄件等。
二、未來(lái)傳動(dòng)系技術(shù)發(fā)展方向
根據(jù)我國(guó)的基本情況，汽車(chē)的離合器仍然存在不足之處，研究新型的離合器很有必要�，F(xiàn)在一種新型的粉磁離合器正在被研究用于汽車(chē)，粉磁離合器通過(guò)改變輸入電流的方式改變輸出轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁線圈通電后，磁通形成閉合回路，流動(dòng)的磁粉凝固，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，磁粉就足夠堅(jiān)硬，電磁鐵和從動(dòng)盤(pán)之間形成磁鏈，電流越大，磁鏈越多，足夠多的磁鏈回到主動(dòng)部分與從動(dòng)部分結(jié)合起來(lái)，電流消失，磁鏈消失，兩者分離，實(shí)現(xiàn)了離與合。這種離合器性能優(yōu)越，對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制精度高，磁粉耐高溫性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng);使用鋁合金結(jié)構(gòu)散熱性能好，質(zhì)量輕，啟動(dòng)時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲，響應(yīng)速度快，輸出轉(zhuǎn)矩恒定，平順性較好，但多運(yùn)用于工業(yè)設(shè)備以及機(jī)械加工，在車(chē)輛上應(yīng)用很少，鑒于其優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)離合器研究的一個(gè)方向。
變速器在傳動(dòng)系中的比重更大，根據(jù)國(guó)家對(duì)乘用車(chē)平均燃料到2020年實(shí)現(xiàn)每百公里耗油5L的目標(biāo)規(guī)劃，研究CVT和DCT等高效節(jié)能變速器、多擋化變速器以及速比優(yōu)化是我們汽車(chē)的技術(shù)選項(xiàng)。
近年來(lái)，混動(dòng)力汽車(chē)在國(guó)家的大力支持下發(fā)展迅速，主要有單電機(jī)并聯(lián)、雙電機(jī)混聯(lián)和動(dòng)力分流三種，豐田THS和通用Voltech2采用了分流混動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)。目前新能源汽車(chē)還處于起步階段，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要發(fā)展插電式混動(dòng)，在大電池的幫助下，規(guī)避了單電機(jī)并聯(lián)和雙電機(jī)混聯(lián)的工作效率低劣勢(shì)，所以混動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展也必須提上日程。
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