汽車“三大件”之變速箱 現階段遇困局

全球禁售燃油車時間表臨近,推動著核心技術的迭代,諾基亞的例子同樣適用於汽車,無法適應時代大背景的企業終將被淘汰……

汽車“三大件”之變速箱 現階段遇困局/接下來將成技術分水嶺

曾經人們買車最為關注的“三大件”中,內燃機退出歷史舞臺將是一個不可逆的大趨勢,甚至現階段就已迫在眉睫(下文詳解)。能源轉型大背景與大趨勢之下,“觸電”勢在必行,而與發動機“同進退”的變速箱,也將成為車企技術水平的分水嶺。

[·禁售燃油車來臨之前 法規就已“迫在眉睫”·]

對於普通消費者來說,現在就提禁售燃油車確實尚早,但對於整個汽車行業來說,已是迫在眉睫:今年歐洲開始執行的碳排放標準(歐6排放標準的補充),汽車的平均二氧化碳排放量要從120g/km下降到95g/km,超標每克將罰款95歐元。

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據海外市場諮詢公司預測,歐洲所有車企在今年都無法達到“法規要求的95”,要面臨“95的罰款”。罰款總量將達到145億歐元,這其中大眾承擔的最多,預計在45億歐元左右。

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並且法規的標準還將逐年收緊,2030年碳排放降低的幅度不能少於37.5%,即59g/km左右。罰款金額是否增加尚不確定,但挪威現階段燃油車25%的重稅(增值稅)、減排方面巨大的成功,已然為全球降低碳排放“最前線”的歐洲市場定下了基調。

[·插電混動技術易轉型 技術難點直指變速箱·]

碳排放量的目標讓單內燃機的動力核心終將成為歷史,油電混動這個“觸電”的方案更符合實際,畢竟整個汽車行業深耕發動機技術已經一個多世紀了。

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從商業化的角度來看,要比重新打鼓另開張的純電動更容易轉型,以渡過排放法規收緊之前的第一道難關。

從技術角度來看,減少缸體數量、提升熱效率等等繼續壓榨發動機的手段,都不如混動系統來得直接。

如此一來,怎樣做好油電混動成為了車企的核心課題,問題關鍵也自然而然的直指銜接油與電的變速箱。

[·混動不新鮮 而增加“電”權重帶來了變速箱困局·]

提到油電混動的變速箱,就繞不開曾“獨領風騷”了20年的豐田E-CVT變速箱(HTS系統):單行星齒輪組從1997年開始長達20年的專利,把很多車企擋在了門外,這也是混動只分為豐田和其它兩種的說法,最靠譜的證據。逼得通用“繞了一大圈”才推出了雙行星齒輪組結構的變速箱,用在雪佛蘭沃藍達(增程技術路線)、邁銳寶混動(HEV)等車型上。

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豐田E-CVT變速箱剖面圖


而現如今的碳排放量要求,需要提升“電”在動力系統中權重來分擔發動機的工作。這個目標最直觀改變需要大功率電動機、高電壓平臺的鋰電池架構,對於豐田HTS系統、本田i-MMD系統,乃至更多HEV系統的專用變速箱來說,都屬於“超綱”的範疇。

最終的結果是,豐田THS系統從HEV車型鎳氫電池(平臺電壓240V左右),到雷凌與卡羅拉插電混動(雙擎E+)換裝了工作電壓和能量密度更高的鋰電池,E-CVT變速箱的平順性優勢依舊,但承載扭矩較小的先天不足反而被放大了,限制了電動機憑藉提升功率提升效率、分擔發動機動力輸出的效果。最重要的是,精密的結構導致成本並沒有降低。

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成本方面的因素,也帶來了與國內車企合作受阻的連鎖反應。豐田的御用同時也是旗下全球變速箱供應商巨頭的愛信,2018年與廣汽、吉利兩大集團的達成的合資項目,並未如期而至,廣汽方面本將於今年落成的變速箱合資工廠,尚給出了延期至明年的消息,而吉利去年重啟AT變速箱研發的消息,則被認為是一個合作擱淺的信號。曾經愛信給國內車企供貨變速箱產品單價9000元,利潤率高達20%的盛景也將一去不復返。

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另外,長安汽車推出熱效率高達40%的藍鯨系列發動機,但由於一直合作的愛信沒有好的插電混動變速箱,從而至今並未推出相關產品。讓變速箱這個核心部件,成為了接下來藍鯨NE平臺多款“觸電”衍生車型“最短的那塊木板”。

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長安汽車藍鯨系列1.4T發動機


環視整個行業,愛信與國內車企合作的主要產品前驅平臺的橫置6AT,在通用前驅8AT、本田前驅10AT已量產裝車,以擋位數量論英雄的今天,沒有了毫無任何技術前瞻性的優勢。橫置8AT包括愛信乃至ZF的產品,也都沒有太多轉型插電混動的空間。

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本田橫置10AT變速箱結構圖

[·自研混動變速箱成為了更早突破困局的選擇·]

提到ZF,其匹配單內燃機的8AT產品,無論是匹配前驅還是後驅的表現均可圈可點,但在轉型應對混動系統方面就有些捉襟見肘了。如我們此前測試過的保時捷卡宴E-Hybrid、奔馳S500 eL等,傳動系統方案全都來自ZF:電動機直接“入駐”變速箱、取代液力機構(P2位置),來協調油電之間的關係,只在原有燃油車變速箱的基礎上,做出這一處改變。

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一開始就沒有考慮到插電混動的變速箱,導致整車平臺也沒給變速箱留出太多的餘量,於是電動機集成到變速箱內部(P2位置),成了一個“不得已”的過渡。這種“不得已”,主要體現在三個方面。

第一,P2集成電機最直觀的劣勢,即技術層面存在著電動機驅動與能量回收無法兼顧、“一條腿走路”的先天不足。

第二,在需求動力性能和混動模式情況下的燃油經濟性表現,也跟“觸電”的關係不大,主要還是看發動機的水平。

第三,從燃油車變速箱衍生而來,相當於從只需對發動機負責,變成了要一起幹兩項工作,動力輸出的平順性勢必會受到影響,感覺有點像“二胎生活”的起始階段。

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如此表現,自然是無法適應歐洲新法規(歐6標準補充)的碳排放標準。當然了,ZF以及愛信等變速箱供應商也在積極求變,而面對排放罰款時間方面的壓力,一些車企已等不及供應商從研發到匹配的一步一步走了,開啟了自研之路。這其中的典型,近的是現代起亞集團,稍遠的是BMW。

現代起亞集團的插電混動車型變速箱,採用了雙離合(DCT)技術路線,如今已裝備在K3插電混動等車型上。雙離合變速箱成本方面的先天優勢,配合45kW電機的高動力輔助和回收表現,去年憑藉40L油箱容積就從上海開到了北京,完成了全程1260km左右的挑戰。

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BMW下一代(第五代)電力傳動系統和電池技術已經處於研發階段,新一輪產品將圍繞模塊化、輕量化、高效動力電池以及智能能量管理系統打造,預計將於2021年投入到量產車型中。

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從已知的信息來看,新產品最大的亮點是,將驅動電機、電控模塊、再加上插電混動的變速箱集成在一起,這種從研發就開始有意整合驅動和控制單元的做法,在整體性和效率上具備明顯優勢,要優於現階段類似ZF提供給奔馳、保時捷等插電混動車型,電機代替變速箱液力機構的方案。

[·混動車行變速箱破局需要時間 那麼純電動車呢?·]

如上文所言,增加“電”權重的插電混動車型,突破現有的困局尚有跡可循,只是時間的問題,那麼變速箱對於純電動車而言,未來將會如何發展呢?這將是另一個困局。

看到這,想來很多人會說純電動車不需要變速箱,有單一擋位的主減速器即可,現階段絕大部分車型確實如此。但保時捷Taycan帶著後橋的兩擋變速器來了,與傳統變速箱一樣可變減速比的特性,令其既有高功率電動機爆炸的性能,又降低了高速行駛電動車能耗高普遍難題,甚至在巡航等穩態行駛狀態下切斷後橋動力輸出,變成跟常見的電動車一樣單電機前輪驅動。

汽車“三大件”之變速箱 現階段遇困局/接下來將成技術分水嶺

而已有研究證明,電動機在車輛中最佳的佈局位置是輪轂,即常說的輪上電機,四個車輪分別提供動力帶來真正意義上的四驅,在減少動力傳輸損失的同時,效率能夠提升20%以上。

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如此相比現有前後橋電機的技術顛覆,變速箱如何佈置、能否發揮應有的效果等等疑問,均未有定論,這個人們買車十分看重、技術路線各有千秋的核心部件,未來將何去何從,是否也會伴隨內燃機一起成為歷史?則成為了變速箱面對的最大困局。

[·寫在最後·] 全球交通運輸行業的能源轉型,推動著汽車的又一次革命,畢竟人們日常生活可以沒有汽油,但不能沒有電。汽車“新四化”中電動化是基礎、也是最為迫切的,內燃機終將成為歷史,而其黃金搭檔變速箱也面臨著困局。

最後,套用兩位國內專家的言論。

國務院發展研究中心產業經濟研究部部長趙昌文此前演講中提到:歷史上三次工業革命汽車都是主角,如今當然還是。

中國工程院院士鄔賀銓說:汽車永遠在路上,汽車技術的進化也依舊前路漫漫。

而接下來的汽車技術會有哪些改變,我們將持續與各位網友分享,敬請鎖定搜狐汽車·黑客。


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