ZF6档自动变速器燃油经济性和对环保的贡献

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-06 阅读:541

  1刖言自从2001年决定开发6档自动变速器后,一个显而易见的事实是该变速器应成为替代4档和5档自动变速器的新一代变速器。除了新的特征和功能外,新变速器的主要目标是在改善油耗和加速性,与它们的前辈相比,6档变速器可在不增加重量和尺寸的前提下同时满足上述两方面的要求,为轿车制一造商提供完整系列的变速器并与他们一起改善效率和排放的目标即将启动。

  对于欧洲开发的新涡轮增压柴油发动机,发动机转矩有了明显的增加,因此开发新变速器时必须考虑其产品系列的范围。MyTronic系列最先推出的是6HP26、发动机转矩为600Nm,然后是转矩达750Nm的6HP32,以及被设计成面向大批量中级车市场的转矩为400Nm的6HP19.由于所有型号变速器都采用相同的Lepelletier轮系结构使得设计的3种变速器具有相当数量的通用和相似零部件,这有助于减少工程量和生产成本。

  2环境保护综述为改进变速器的环境特性,开发工程师可在许多方面做出贡献。从变速器概念出发,轴和齿轮的设计必须非常仔细以及采用不同的材料和制造工艺等。以下是一些主要目标:更佳的油耗和更低的排放和消费者驾驶条件相关的方案更长的使用寿命全寿命润滑油减轻重量减少制造时间禁止使用违禁材料限制合成材料的使用变速器和零部件翻新的可能性除了上述直接和变速器设计相关的项目外,还必须改进整个开发和制造过程,在变速器全寿命周期内节约能源和资源。

  3产品规格由于6、8、12缸发动机的输出转矩仍然在增大(特别是柴油机),确定每种变速器输入转矩前进行了仔细的市场研究。比较先前的5档变速器,一方面需增加最大转矩,另一方面必须用一种变速器覆盖转矩范围。为优化产品以适合各种轿车,开发了3款基于相同齿轮结构的变速器()。

  6HP19适用转矩6HP32适用转矩为优化每个产品的动力重量比,采用了模块化的变矩器、齿轮和离合器。

  所有这些变速器可通过托森差速器成为全轮驱动系统。变速器也能适配4X 4的分动器,同时变速器可完全满足4X4SUV的动力系。

  一变速器设计所有3种变速器采用相同的轮系,前提是这些变速器具有高度的通用零部件。该轮系有3排行星轮(一单排轮系和一拉威挪轮系)和5个换档执行元件。在不同档位处利用多功能换档执行元件,具有6个划分合理的档位和6.04的大速比()。

  首先是2001年9月开始的6HP26然后在2002年中期引入6HP32,随后在2003年实施6HP19.变速器结构、控制单元布置及零部件设计是部分相同的,起码非常相似,因此开发时间相重叠,在开发和产品规划方面的大量协作可在各方面减少工程时间和资源。特别在开发阶段,引入功能和元件试验的结论节省了试验设备和能源。6HP26和6HP32的耐久性试验被引入6HP19中。由于这些变速器具有最高的相似性,重要的是其重量和品质特性的开发超过了预期水平。

  所有变速器具有相似的设计特征,如油泵、轮系、油底壳和输出组件等,另外还有许多在6HP19和6HP32上使用的零部件和6HP26中的零部件是一6一已实现的一个主要目标是各种变速器均采用相同的液压控制单元和32位控制器。利用现代化的机电一体化模块,控制单元能分别适应4X2和4X4传动的变速器。这不仅减少了投资和加工成本,相同的控制单元能确保所有变速器的基本控制和软件功能的相同。因此工程工作可集中于基本的控制系统,而所有变速器都具有可选择的各项功能,如:线控换档空挡怠速控制锁止离合器滑差控制策略故障换档策略软件正如第2节所述,在产品末端有多种有助于/改善环保的措施,如:变速器重量和尺寸变速器寿命减少零部件数量再循环利用的可能性5.1燃油经济性和排放从2007年欧洲汽车制造商的排放目标可知,车辆的每个零部件都必须为达到该目标作出贡献。先前的研究表明更大速比和更小的速比间距能显著降低燃油消耗。问题是必须找到一种新的不增加轮系和轴数量的变速器结构,因为这将增加变速器内部的损失抵消速比所带来的好处。Lepelletier轮系既能增大速比又可减少变速器零部件数量。另外还有以下特点:减少油泵尺寸低的润滑油粘度空挡怠速控制在低的发动机转速和所有档位下实现变矩器锁止变速器零部件和润滑达到最佳以减少变速器损失与5档变速器相比可节约至少5%的油耗。在某些工况下节油可达10%或更多()。

  对注重燃油经济性的动力系而言,在“起步4秒后行驶距离”和“0-60英里加速时间”这两个参数下加速性提高了8%. 5.2变速器重量和尺寸当采用6档变速器替代5档变速器时,必须优化变速器的尺寸。即在相同零部件和轻量化设计之一7一间达到一种平衡。然而,前提条件是首先必须满足不同用户对安装的要求。与上一代变速器相比,6HP19的动力重量比提高了20%,而6HP26是30%,6HP32则为60%()。

  不仅变速器结构有助于减少重量和尺寸,对车辆使用载荷的测试和分析也提供了缩小轴和齿轮尺寸的可能性。尤其是在较高的转矩范围,数据显示变速器承受全发动机转矩的时间非常有限。因此,与5HP30相比6HP32重量减轻是最多的。

  最后,设计和材料选择也对燃油经济性油贡献。

  变速器有一个一体化的壳体。采用压力铸造的壁厚减少至3.5mm.6档变速器系列安装一个塑料的油底壳和一个集成的滤器。和钢制油底壳及独立滤器相比,重量减轻了40%.虽然6HP19和5HP19具有相同的长度,但6HP26和5档变速器相比缩短了50mm,6HP32贝丨J缩短了100mm. 5.3变速器寿命在涉及环保时,变速器寿命方面有两个问题。

  一是在寿命周期内的服务和维护,另一个是修理和变速器的寿命。

  1992年以来,在ZF公司自动变速器采用全寿命润滑油是非常时髦的,因此新型低粘度牌号的润一8一轮系数量0油底壳滑油也必须满足该目标。甚至对摩擦性能和可靠性有更高要求的齿轮和轴承也无须改变润滑油。所以ZF6档自动变速器在寿命周期内无须对润滑油进行任何服务。

  在新的载荷循环策略下,仿真和计算方法作了改进以获得更精确的变速器耐久性设计。通过大量的台架试验和装车试验,对中级轿车而言,变速器寿命从15万千米延长至15万英里,因此变速器的更换和修理量减少了。

  5.4变速器兀件除减轻重量外的另一贡献是节约资源。变速器减少元件数量有助于降低零部件的加工费用。和5档变速器相比,6档变速器齿轮机构的优点是减少了轴的数量和组合了拉威挪轮系。

  自1996年以来,所有ZF新变速器的特征是在所有档位采用同步换档,因而无须单向离合器。表1对ZF各种变速器的轮系、离合器和单向离合器进行了比较。

  表1轮系数量和离合器采用了将功能集成在单一部件上的设计策略后,零部件数量减少了30%.通过多种措施,减少了简单零部件如螺栓和电器及复杂零部件如管路板和离合器壳等。广泛采用薄板材料零部件有助于减一1BC离合器壳在产品规划和制造的并行工程支持下,两部件的焊接设计改为一个部件,如将两花键合并。采用深拉和轧制工艺后该零件在一道工序下完成,然后将其焊接在太阳轮轴上,无须其它加工。

  在机电模块中集成了速度传感器、位置开关和32位控制器等。在可减少大量内部和外部线束和接插件。同时也为汽车制造商带来了巨大的好处,因为这也能减少车辆内部的线束和接插件数量(2)。

  2控制单元和机电模块3是和5档变速器相比所减少的零部件数,主要部分是在变速器机械部件上,但在设计液压系统时也减少了20%.这是通过将液压、电子元件和电机模块集成在一个阀体和一块中间夹板上。

  *一由于6HP26是第一个进入市场的产品,必须有尽可能多的部件适用于其它变速器。表2是公用部件的数量,约30%的6HP26部件可用于6HP19和6HP32(表2)。

  表2公用部件用不同的发动机,必须提供一模块化的变矩器以完全满足所需的变矩器匹配特性和阻尼系统。起步感觉、powertrain振动、加速和油耗都直接受变矩器影响。因此从汽车制造商的角度看该变量非常敏感,因为所有这些参数都与驾驶舒适性相关。

  4所示的各种变矩器具有不同的特性和阻尼系统,针对每台发动机调整锁止策略,而油耗和加速性也随之得到优化。W255和W270变矩器是新开发的系列。通过仿真,可为不同的发动机预选阻尼系统和在开发阶段对硬件进行微调,所以powertrain的振动可避免。由于锁止离合器在发动机低速工况和所有档位处均能锁止,节约了油耗。

  5.5材料和重复利用由于重复利用愈来愈重要,现代变速器中钢铁和铝合金部件的数量应该增大。

  6HP系列变速器中复合材料(如带橡胶密封唇口的活塞)部件的数量明显减少,放弃了对环境有影响的加工过程。其结果是,提高了重复利用的能力。

  由于重量减轻,铝和钢铁部件减少,同时这些材料占到变速器总重量的88%. 5材料比例塑料油底壳的材料是聚酰胺6.6可单独回收。6档自动变速器的元件符合禁止使用铅、汞、镉的规范,该规范是2003年7月1日生效的EU Directive附件。进一步,为六价铬新开发新镀层或防腐材料将在明年投入使用。

  6结论Tronic系列包含3种变速器,为车辆提供了几乎是最佳的装置。具有集成或满足全轮驱动能力的变速器可适用于各种powertrain和发动机的安装方式。高的燃油经济性、轻量化设计和通用的零部件使得6档变速器系列在产品设计、生产和车辆使用的各个方面都满足环保要求。

  高水平的换档品质辅以久经考验的技术如可靠的线控换档,变速器展现了最现代化的技术。ZF将在今后数年间为新车提供第一流的变速器。为满足在燃油经济性方面更苛刻的要求,ZF改善了变矩器机械阻尼,锁止离合器可在任何工况下锁止以确保进一步减少6档变速器系列的油耗,即至少再减少3%.为扩展变速器的使用范围,特别在柴油机领域,提高了各变速器的转矩特性。另一目标是改进换档时间和换档响应以提供真正的动态运动标准选择。6档变速器系列的“翻新”正在进行中,它将成为今后的选择;并且可以确认6档自动变速器技术将是今后数年内变速器行业的基准。

标签: 燃油
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