变速器是整车电气化及电动化的关键技术 附汽车自动变速器现状及发展趋势分析+变速器的文献总结.docx

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1、变速器是整车电气化及电动化的关键技术摘要（变速器是汽车的核心竞争力】变速器的价值在于，作为核心部件它很大程度上决定着汽车动力性、经济性和可靠性等关键技术指标，因此变速器是汽车产品核心竞争力的体现。实际上，很多企业都把变速器作为自己的核心竞争力，将其打造为技术品牌标签。【优质变速器需系统研发】一款变速器从开发到量产，是一个从基础研究到工程技术、制造技术，再到试验测试技术，最后到整车标定匹配等支撑技术的完整过程,这些环节缺一不可,只要有一点没有突破，就无法做出优质的变速器产品。【创新才能突破国外技术封锁】如果买图纸跟着他们的方案来做，是永远也超越不了国外技术的。因此一定要有新的理论、新的方法、新的

2、技术手段去突破国外专利的封锁，创新提出全新的方案，这是自动变速器攻关中非常困难的一点。【制造业水平是变速器创新基础】自动变速器是多学科多领域技术集成的成果结晶，自动变速器的研发不只是设计方案先进或落后的问题，也不只是某一个关键零部件的制造问题，而是中国高精尖整车、整机研制水平和制造业综合实力的体现。【变速器未来将多路线发展】中国自动变速器市场肯定也会是多种技术路线同时发展的格局，不可能某一种类型的自动变速器在所有车型上都广泛使用。【自主变速器与国际水平相当】现在国内的自动变速器在技术上并不落后国外，某些指标我们还要略优，也有个别指标略差，总体来讲技术水平相当。【变速器产业应“抱团攻关”】中国变

3、速器产业应该借助自发或者国家组织建立的行业组织，成立动力总成技术创新联盟，联手攻关关键技术。要把研发机构、整车企业、发动机企业、变速器企业及其他关键零部件企业都吸引到联盟中来，由国家提供政策和资金上的支持，让各方各司其职、共同努力。【电动化也需要变速箱】电动车本身仍然需要变速器。只是不会像传统汽车一样需要那么多个挡位，因为电机特性确实比较好。电动乘用车用2-3挡变速器，电动公交车用3-4挡变速器，即可获得良好的能耗经济性，而且结构也比较简单，性价比很好。正文今天借此机会，想和您交流一下自动变速器的发展现状、主要问题以及未来机遇。本栏目今年的主题是“汽车技术创新”，而自动变速器是传统动力总成中重

4、要的组成部分，也是一直困扰中国汽车产业的核心技术之一。变速器其实不是简单的零部件，而是一个总成，是一个传动机构。您研究自动变速器这么多年，感受肯定很深，首先请您和我们分享一下中国自动变速器产业的发展情况。变速器是汽车动力总成的核心部件，行业普遍认为自动变速器是汽车上技术含量最高、最复杂的产品之一。长期以来，国内自动变速器严重依赖进口和外资供应商，这主要是因为国内外开展自动变速器技术研究的时间相差非常大。一般认为，国外自动变速器的研究开始于1937年，以通用把自动变速器安装在奥兹莫比尔汽车上为标志。而国内自动变速器的研究是从本世纪初才开始的，相比之下有70年的差距。我们开始研究自动变速器时，这一

5、领域的人才储备、产业链、核心技术和行业标准等方面都基本处于空白状态。要改变这种状态是非常困难的，涉及到方方面面的突破。经过十多年的自主创新，国内自动变速器产业已经取得了非常大的进步。以盛瑞为代表的一些企业，在8AT技术上取得了产业化突破。上汽混合动力电驱变速器EDU也取得了重大突破。此外，吉利、长城的7速双离合变速器(7DCT)也在去年实现了产业化。可以说，最近十年来，自动变速器是中国汽车技术创新中最活跃的领域，也是成效最显著的领域。结合市场数据来看，可以更直观地看到中国自动变速器领域的成果。2013年之前，中国自主自动变速器的市场份额几乎是0,2014年市场份额约占1%,2015年约3%,2

6、016年约7%,2017年达到了12%。我预计到2018年底，自主自动变速器的市场份额将接近20%o您刚才讲自动变速器复杂，技术攻关很难。但是核心技术不只是难的问题，更要有价值，否则也没必要去做。那么自动变速器的重要性如何？它在汽车动力传动系统中的价值体现在哪里？变速器的重要性在于它是汽车上不可或缺的一个总成。汽车的行驶工况非常复杂，现在汽车的最高车速可以达到每小时200公里，还有速度更高的车型；而在怠速工况下，车速只有每小时5-6公里，最低车速和最高车速之间的跨度是40倍。我们知道，发动机在怠速状态下转速约为每分钟800转，在车辆行驶中最高转速大概可达每分钟6500转左右，高低转速之间的跨度

7、是8倍。如果用发动机直接驱动，其转速和扭矩特性并不能满足汽车的行驶需求。所以必须要有一个变速机构，把发动机的转速和扭矩进行适当地调节，使其满足行驶需求。从这个角度来讲，变速器是十分重要的核心部件。另外，从整车的角度讲，变速器的技术水平在很大程度上决定了整车的技术水平。变速器的研发投入巨大，动辄需要几十亿、上百亿研发资金；同时研发周期非常长，全新变速器的开发需要5-7年；而且车用变速器的应用还有非常高的技术门槛，整车企业把变速器视为核心总成来看待，技术不过关的变速器根本拿不到车企的订单。变速器的价值在于，作为核心部件，它在很大程度上决定着汽车动力性、经济性和可靠性等关键技术指标，因此变速器是汽车

8、产品核心竞争力的体现。实际上，很多企业都把变速器作为自己的核心竞争力，将其打造为技术品牌的标签。比如，一提到大众汽车，大家立刻就会想到其双离合器自动变速器。变速器能把发动机的动力非常平稳、高效地传递出去，是最重要的传动机构之一。因为它的特殊作用，所以对其性能的要求非常高。变速器研发既有设计方案上的难点，更有制造工艺上的难点，所以，各家企业都把自动变速器作为一个技术壁垒或者说技术门槛来确保自己的核心竞争力。同时，卓越的变速器也是企业品牌的重要支撑点。发达国家在上个世纪30年代就开始了自动变速器的研发。而中国乘用车产业起步比较晚，汽车核心技术的研发起步更晚，自动变速器是到本世纪初才真正开始研发。所

9、以中国市场上的自动变速器曾经都是通过合资企业从国外引进的技术。自主自动变速器产品进入市场仅仅是最近两三年的事情，应该说，我们的进步很快，自主自动变速器在国内市场的份额去年已经达到了12%,今年可能更高。也诞生了像盛瑞这样优秀的变速器企业，同时不少本土整车企业也在产业化各种不同的变速器，我们正在奋起直追。那么，自动变速器技术到底难在哪里？是设计的问题？制造的问题？还是材料的问题？中国汽车工业起步晚，为什么没有发挥出后发优势呢？变速器技术涉及面非常广，与理工科的多个基础学科都相关。首先，变速器开发先要进行方案设计。好的方案直接决定着变速器的结构、成本和关键技术指标。但是，要找到好的方案并不是一件容

10、易的事情。比如在结构上，通常有三个行星排或者四个行星排传动可选，同时有5个换挡元件可选，这样要设计一款8挡或者9挡自动变速器，排列组合下来就会有数十亿、上百亿个方案可选，要在这里面找到最优或者较优的方案是很难的，因为这同时涉及到机械结构、运动学和动力学等多学科的相关技术问题。其次，进行变速器的寿命和轻量化开发时，需要用不同类型的材料，包括金属材料、复合材料，这又涉及到材料科学的很多问题。再次，变速器的核心技术指标是传动效率，要提高效率就要研究摩擦学的很多科学及工程技术问题。最后，自动变速器是机电液控一体化的系统，除了机械、液压之外，还涉及到控制科学和计算机科学等领域的问题。因此，变速器涉及到理

11、工科的众多基础学科，要设计开发出一款优秀的变速器产品需要多领域的基础理论提供支撑。在设计开发变速器的过程中，包括机械系统、液压系统、电控系统等各个方面的工程技术问题，都需要我们一一攻克。而且不仅仅是完成设计，还要制造出来，这涉及到制造工艺的复杂技术问题。还要看供应商能不能为变速器总装厂提供质量合格、技术达标的零部件，这又涉及到整个配套产业链的技术水平和工艺装备能力问题。最终，生产出变速器之后，要与发动机以及整车进行匹配标定和系统集成，也就是说，还涉及到匹配标定和整车集成的相关核心技术。总之，一款变速器从开发到量产，是一个从基础研究到工程技术、制造技术,再到试验测试技术，最后到整车标定匹配等支撑

12、技术的完整过程，这些环节缺一不可，只要有一点没有突破，就无法做出优质的变速器产品。如果我们买来图纸，按照人家成熟的变速器方案来开发，难道就不能做好吗？这其中是制造更难，还是设计更难？如果做个排序，您觉得哪个环节最难？很难说哪个环节更难，不同的阶段各有各的难点。在设计阶段，最大的难点就是方案设计。因为变速器作为核心技术，跨国公司建立了很多的技术壁垒，包括知识产权方面的布局。跨国公司围绕自动变速器注册了很多专利，这些注册过专利的结构和方案就不能再用了。所以在开发之前，我们还必须对现有变速器的专利进行系统的研究。例如6挡及以上的AT,比较好的传动方案差不多都已经被跨国公司注册了专利。核心问题是，国外

13、比我们早发展70年，好的技术方案早就被国外企业申请过专利了。是的，核心技术都被专利保护起来了。如果买图纸跟着它们的方案来做，是永远也超越不了国外技术的。因此一定要有新的理论、新的方法、新的技术手段去突破国外专利的封锁，创新提出全新的方案，这是自动变速器攻关中非常困难的一点。上百亿个方案不可能靠人工去筛选，我们需要设计理论的创新。自动变速器既涉及到基本的机械结构，也涉及到材料，更涉及到液压、传动、电控和制造，所有这些技术共同构成了自动变速器的产品竞争力，最终体现为性能、效率、噪声、重量、体积等技术指标。实际上，变速器领域面临的问题可以说是中国汽车产业目前面临问题的缩影，因为自动变速器是一个“古老

14、”的学科，是一个机电液控一体化的集大成者,是多学科多领域技术集成的成果结晶，任何一方面落后都会成为创新道路上的“绊脚石二所以，自动变速器研发不只是设计方案本身先进或落后的问题，也不只是某一个关键零部件的制造问题，而是中国高精尖整车、整机研制水平和制造业综合实力的体现。下面我们来谈谈您主导的变速器技术创新成果。刚才说到发达国家的汽车工业已经有一百多年历史，自动变速器也有超过80年的发展史，期间产生了很多专利，形成了森严的技术壁垒。在这种情况下，由您作为第一完成人的8AT自动变速器研发与产业化项目取得了成功，一举荣获国家科技进步一等奖，这非常不容易。那么，这个项目的独到之处在哪里？为什么在如此困难

15、的情况下还能实现重大突破呢？这款自动变速器产品从专利、设计和性能的角度，都有哪些优势？首先，8AT项目实现了传动方案上的创新，从而突破了国外专利的封锁。我们刚开始启动这个项目的时候，国际上还只有6AT,国外专利保护的6AT技术主要是三自由度的行星齿轮机构，这种结构下较好的技术方案都被国外专利封锁To所以当时我们面临两个选择：一个是继续做6AT研发，那只能仿造别人的6AT,但跟随永远也不可能超越，我们最终摒弃了这个选择；另一个就是努力突破专利封锁，想办法找到新的传动方案。为此我们开发了一套寻找优秀方案的算法，不再分析三自由度，而是直接去分析四自由度的结构，在四自由度行星齿轮的所有组合里去寻找新的

16、传动方案，以便在技术上超跃国外。在这种情况下，我们决定直接做8挡变速器，因为挡位越多，变速器的速比范围就越宽，也就可以和发动机有更好的匹配，从而更大地降低燃油消耗。基本上变速器每增加一个挡位，可额外节油3%。从6AT到8AT增加了两个挡位，意味着可以多节油6%。最终，我们成功做出了世界上首款前置前驱8AT产品。在这款产品上，我们取得了三个重要的创新突破。第一，传动方案的创新。我们创新地提出了一个四自由度、双轴、复合传动的变速器方案。既有行星齿轮传动，又有定轴齿轮传动，行星排布置在两根平行轴上。不仅突破了国外的专利，而且因为挡位数的增加，变速器更为高效。这是一个非常重要的创新。第二，机电液精准控制的创新。装备自动变速器的车辆，在行驶中挂到前进挡就可以了，随着驾驶员踩油门，挡位会自动切换。但是如果换挡过程不平顺，驾驶员就会觉察到车辆的顿挫，驾驶感受就不好。如何确保行驶中自动变速器的挡位切换能够不让