汽车传动系统节能改进
摘 要：主要以传动效率为研究对象对轻型轿车传动系的离合器、变速器以及汽车引擎的放置方式等方面进行技术上的分析，通过改变引擎放置方式、减轻传动系的整体质量、传动系统自动化等方式改变汽车的传动效率，减轻整车质量，减少汽车使用时的能源消耗。并根据现有的技术及现价段的环境要求思考未来传动系技术变革的方向和发展趋势。
关键词：传动系统;轻型轿车;节能;动力性;燃油消耗
中图分类号：U463.2 ? ? ? ?文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.014
作者简介：王谦（1978-），男，河南安阳人，工程师，研究方向：汽车维修及运用技术，邮箱：[email protected]。
0 引言
2012年以来，雾霾问题在我国首都及中东部大部地区频繁出现，我国的雾霾问题形成机理复杂，但与汽车离不开关系。在国家、社会对改善环境的要求下，而又不能放弃汽车这个让我们便利的交通工具，我们需要在现有的技术基础上对汽车进行改进，以尽可能地减少尾气排放和能源的消耗。而汽车能源消耗最直观的体现形式是汽车的动力性，传动系做为汽车动力传输的主要环节，提高其平顺性和传动效率并对其进行其他方面的技术改造对汽车的动力性和舒适性具有重大意义。
1 传动系的改进策略
传动系统为汽车行业发展提供了动力支持，现以提高传动效率为例对汽车传动系进行技术上的研究。
1.1 传动系的组成和作用
传统传动系统由离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器、半轴等部分组成。动力传递过程为发动机、离合器、变速器、传动轴、差速器、半轴到驱动轮。
离合器作为发动机与传动系的结合工具，其由主动部分（飞轮、离合器盖等）、从动部分（摩擦片）、压紧装置（膜片弹簧）和操纵机构组成。作用主要有以下几点：①保证汽车平稳的起步;②保证挡位改变时的顺滑性;③防止传动系统过载造成机件损坏。
变速器是实现不同行驶路况下的行驶速度改变的重要工具，主要有变速器壳、盖、输入轴、输出轴、中间轴、倒挡轴、齿轮、轴承、油封、操纵机构等组成，利用不同直径的齿轮啮合实现转速和转矩的转变，为实现变速变矩、实现汽车倒行、中断传输动力和实现动力传输的功能。
万向传动装置是实现汽车传动系动力传输的关键装置，位于传动轴的末端，链接传动轴驱动桥和半轴等零件。作用是在汽车车身空间、汽车轴距、装配误差等各方面因素引起的发动机与汽车轴线不在同一位置，解决动力传递过程、适应转向和汽车运行时所产生的上下跳动角度变化问题。
驱动桥，即主减速器、差速器和半轴的总称。其中主减速器是通过增加转矩、减少转速来实现动力传递。差速器是主减速器传递的动力传递给两轮，其目的是实现转弯时两车轮的不同速度需求。半轴是将差速器的动力传递给驱动轮的装置。
现以轻型轿车为例，从离合器、变速器以及传动部件材料等方面分析研究汽車传动系的传动效率的改进方向。
1.2 离合器改进策略
作为发动机动力的传递装置，离合器的作用是保证汽车起步的平顺性、便于换挡、防止传动系过载和降低扭振冲击。随着科技的发展，离合器可以分为以下几种：①液力偶合器，也称液力变矩器，通过油液传动，用油液带动涡轮实现动力的传递;②电磁离合器是通过线圈的电磁感应，通电时产生磁性实现动力传递;③摩擦式离合器又分为干式和湿式摩擦离合器两种，根据从动盘的数量又分为单双多盘式等种类。随着电子技术在汽车领域的应用，一些自动离合器也应运而生，由控制单元（ECU）来代替手动的离合器操作，减少了汽车驾驶者在使用过程中的不规范操作造成的能量损失。自动离合器可分为机械电机式自动离合器和液压式自动离合器两种。机械式是通过ECU分析油门、发动机转速和车辆行驶速度后控制马达拉动拉杆驱使离合器工作的运动形式，而液压式是用电动油泵代替拉杆。装有自动离合器的汽车比AT和CVT汽车具有耗油低、成本低的优势。
1.3 变速器的改进策略
传动系的动力传递主要通过变速器将发动机的动力以改变传动比的方式传递给车轮，用来适应周围环境的变化及自身重量的改变，在汽车发展的历程中，汽车的变速器经历了从手动到自动的技术变革。
1.3.1 手动变速器（MT）的改进
手动变速器也就是通俗讲的手动挡，是需要驾驶者在使用汽车时根据个人意愿和实际情况自我调节汽车的一种变速方式。它通过大小不同的齿轮在驾驶者的操控下完成高速和低速的不同动力传输需求。
采用新型技术进行技术升级是MT发展的道路，可采用以下几种方法：①采用高性能的钢材，增加齿轮的刚度，减少变速器齿轮在转动过程中的变形磨损，增加齿轮间的结合，减少滑动产生的能量损失。②采用不同的轴承结构，用球和柱轴承结构替换锥轴承，减少齿轮转动的摩擦错位带来的能量损失。③采用高性能的润滑剂，减少换挡时齿轮的摩擦，增加契合度减少能量损失。④减少变速器润滑油的油量，可以减少汽车在空载时能量损失6%～8%。
1.3.2 液力机械式自动变速器（AT）的改进
AT是通过液体压力的方式传递和改变扭矩，实现控制机构的闭锁功能。运用液体压力和齿轮传动与电控系统相结合实现速度的改变和扭矩的转换。
宝骏630采用了新型的6AT变速器，改变4AT的变速箱结构，在材料上运用耐久材料，又运用空挡怠速控制技术和通用的行星齿轮组专利，增加了换挡速度，平顺性更好，在油耗方面与4AT相比更加经济。且配合通用公司的DVVT发动机运用的可变进气道VIN技术，实现了较高的燃油经济性。
奔驰研发了9G-TRONIC变速器，把齿比扩大到了9.15，发动机的转速被有效地降低，节油效果较好。采用了双扭减振和离心技术保证了舒适性，运用最新式的行星齿轮直控单元，使齿轮控制迅速;在材料方面采用了新型的铝合金材料，将整车质量减小;在箱体中采用了两个油泵，链传动的离轴式设计主油泵在保证润滑的同时增加了冷却效果。
1.3.3 无级变速器（CVT）的改进
CVT是通过传动带将动力传递给一个可改变槽齿宽度的棘轮完成动力的传递，达到变速的目的。
奥迪公司提出了对CVT进行改进，用链条作传动方式，能实现更大的扭矩，但噪音大。传动比的范围越大，对提高燃油经济性更有利，所以CVT的最大传动比为7.7，燃油经济性能相对较好。
1.3.4 机械式自动变速器（AMT）的改进
AMT是在原来的固定轴式有级变速器的基础上增加了自动控制机构，即ECU。简单的就是在手动变速箱的基础上增加电控离合系统和电控换挡系统。
AMT继承了MT的优点在燃油经济性方面比传统的4AT相比，油耗降低20%～30%，这是一个相当可观的数据，AMT相比于MT减少了不熟练驾驶者在操作时的燃油消耗，但舒适性与其他车型相比略差，在换挡时存在顿挫感，一直没有被广泛使用。
1.3.5 双离合器自动变速器（DCT）的改进
DCT变速器通过两组被自动控制的离合器交替工作，实现无时间间隔换挡。
2012年东风与格特拉克這个变速器巨头展开了4年的合作，由格特拉克研发的6速DCT150与东风A14TD缸内直喷发动机成功匹配，并装备在东风风神AX5上，这款格特拉克的第三代DCT是世界上第一款小扭矩湿式双离合自动变速器，质量相对较轻，适合小排量的发动机，同时采用电机驱动适时精确控制换挡时机，能使发动机在较长的一段时间内保持较低速度运转，效率高，更加省油，在离合器方面采用了格特拉克独有的微滑摩技术，摩擦器片和摩擦片之间会有一层油膜，能缓解发动的瞬时转速。
1.4 传动装置材料的改进
运用于汽车的材料可以分为两大类：（1）用作汽车构造的结构材料，主要有钢铁材料、合金材料、复合材料、非金属材料;（2）汽车工作过程中的功能材料，如：磁性材料、保温材料、传感器材料和电子材料等。
钢铁材料是汽车制造的基础材料，但是随着科技的进步，一些强度更高、弹性更好、刚度更好的高分子材料被逐渐研究出来，给汽车轻量化设计提供了技术支持。占汽车重量很大部分的传动系也应采用新型的轻量化材料来减轻汽车自重，这些轻量化材料有低密度和高强度两大类，低密度的包括铝、镁、钛合金、复合材料（铝基、镁基），高强度的有高强度钢、高强度不锈钢、高强度铸件等。
2 未来传动系技术发展方向
根据我国的基本情况，汽车的离合器仍然存在不足之处，研究新型的离合器很有必要。现在一种新型的粉磁离合器正在被研究用于汽车，粉磁离合器通过改变输入电流的方式改变输出转矩，当电磁线圈通电后，磁通形成闭合回路，流动的磁粉凝固，当磁场强度足够大时，磁粉就足够坚硬，电磁铁和从动盘之间形成磁链，电流越大，磁链越多，足够多的磁链回到主动部分与从动部分结合起来，电流消失，磁链消失，两者分离，实现了离与合。这种离合器性能优越，对转矩的控制精度高，磁粉耐高温性能稳定，使用寿命长;使用铝合金结构散热性能好，质量轻，启动时无振动、无冲击、无噪声，响应速度快，输出转矩恒定，平顺性较好，但多运用于工业设备以及机械加工，在车辆上应用很少，鉴于其优点，是未来离合器研究的一个方向。
变速器在传动系中的比重更大，根据国家对乘用车平均燃料到2020年实现每百公里耗油5 L的目标规划，研究CVT和DCT等高效节能变速器、多挡化变速器以及速比优化是我们汽车的技术选项。
近年来，混动力汽车在国家的大力支持下发展迅速，主要有单电机并联、双电机混联和动力分流三种，丰田THS和通用Voltech2采用了分流混动变速器结构。目前新能源汽车还处于起步阶段，现在国内主要发展插电式混动，在大电池的帮助下，规避了单电机并联和双电机混联的工作效率低劣势，所以混动汽车的发展也必须提上日程。
