汽车零部件行业研究报告———金准报告

http://www.qipei.hc360.com2018年03月13日09:46 来源:新浪汽车T|T

    【慧聪汽车配件网】1变速器:汽车动力总成核心部件自动替代手动是趋势1.1实现扭矩收放自如三大功能决定核心位置变速器解决发动机输出扭矩与实际需求扭矩的矛盾。汽车动力总成主要由发动机和变速器构成,发动机一旦被制造出

    1变速器:汽车动力总成核心部件自动替代手动是趋势

    1.1实现扭矩收放自如三大功能决定核心位置

    变速器解决发动机输出扭矩与实际需求扭矩的矛盾。汽车动力总成主要由发动机和变速器构成,发动机一旦被制造出来,其排量大小是不变的,可燃混合气的成分也基本不变,因此发动机输出的转矩变化范围较小;但是,汽车在起步和上坡时,一般需要的扭矩要比发动机直接输出的大很多,而在平坦的路面上高速行驶时,需要的扭矩甚至可以小于发动机直接输出扭矩。为了解决这些矛盾,变速器应运而生;变速器通过齿轮之间的配合实现扭矩的增大与减小,有效解决发动机输出扭矩与实际需求之间的矛盾。

    变速器主要有三种功能:

    1)通过变矩实现变速:由实验得知,汽车在沥青路低速均速行驶,需要克服约为1.5%总重力的滚动阻力,假设某车自重为9,290Kg,总重为91,135N,最小滚动阻力为1,367N,该车发动机(6100Q1)最大输出扭矩为353N•m,但传送到驱动轮上产生的牵引力仅为784N,小于1,367N;这说明:如果没有变速器,即便在平路上,汽车也是启动不了的。如果有变速器的存在,利用小齿轮带动大齿轮增大扭矩,大齿轮带动小齿轮减小扭矩的原理实现变矩,就可以实现通过变矩实现变速。

    2)实现倒车:内燃机不可能实现反向旋转,在保证发动机旋转方向不变的情况下,只能通过变速器来实现驱动轮的反转,实现倒车。

    3)中断动力传送:发动机在不停止运转情况下,要实现汽车暂时停驻,仅需要变速器保持与发动机中断状态即可。

    1.2手动挡逐渐势微自动代手动是趋势

    按照是否需要手动操作换挡,变速器可分为手动变速和自动变速两类。其中手动变速的变速器又分为手动变速器(MT)和自动离合变速器(AMT)两种,两者都采用齿轮传动的变速结构,其区别是MT有离合器踏板,而AMT无离合器踏板。AMT是在MT的基础上改进而来的,可以理解成电控的手动挡,当踩下刹车的时候,电脑会控制变速器断开离合器,因此不需要离合器踏板。

    自动变速的变速器可分为自动变速器(AT)、双离合变速器(DCT)和无级变速器(CVT)。AT、CVT与DCT这三种变速器都没有离合器踏板;AT可分为纯自动变速器和手自一体变速器,采用液力变矩器+齿轮变速的结构。DCT和CVT都是手自一体变速器,既可自动换挡也可手动换挡;其中,DCT采用纯齿轮变速结构,CVT采用液力变矩器+金属带变速的结构。

    手动挡占比持续下滑,自动变速器多技术同发展。从国内汽车上牌数量数据来看,MT车型的市占率持续下滑,从2009年的53%下滑到2015年的44.6%;MT占比下滑的主要原因在于:1)自动变速器技术已经成熟;2)自动变速器操作性优于MT;3)自动变速器更加适宜于城市路况驾驶。2015年AT、CVT、DCT的市占率分别为37.9%、9.3%、7.7%。

    图1:国内2015年不同变速器新车占率情况(单位:%)

    置换新车时变速器的选择倾向:自动变速器成为首选,CVT与DCT份额提升。据汽车之家的汽车置换市场调研得知,72%的消费者会选择自动变速器置换车型;细分到自动变速器的选择,CVT和DCT在置换时的比例有所增加,分别达到17%与18%。

    2地域技术路线分析:日系CVT/美系AT/欧系AT与DCT

    2.1日本汽车启停频繁自动变速器偏爱CVT

    日本汽车自动变速器的配套比例在80%以上,尤其偏爱CVT。日本自动变速器中CVT在数量上占据绝对优势,主要原因在于,CVT有利于提高燃效和更适应于城市交通拥堵导致的频繁启停情况。日系车中,排量为2.5L及以下的FF(发动机前置/前轮驱动)/4WD(基于FF)车型(含微车型)几乎均搭载CVT;其中,全球CVT龙头加特可为全部日产车型配套CVT;爱信AW生产的E-CVT(THS-II)为丰田等车企的混合动力车型配套,因此近年来日本的E-CVT配套量逐年增多。

    图2:日系车2015年变速器市占率情况(单位:%)

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    2.2美国大型车居多AT占绝对主流

    AT占比90%以上,档位增多趋势明显。与日本市场相同,美国也是自动变速器的主力市场;但与日本市场不同的是,美国以大型车居多,因此自动变速器以AT居多,CVT主要配套于通用乐驰(Spark)等极少数小型车,而通用和福特的HEV和PHEV车型则分别搭载自主生产的E-CVT。据Marklines统计,2011年美国本土汽车自动变速器渗透率为95.6%(AT占比达到90%以上),比2009年增0.7个百分点;美国汽车AT档位增多趋势明显,其中,6AT从2009年的29.1%激增至2011年的53.7%,4AT从28.4%减半至15.3%。

    图3:美国发售汽车变速器市场格局(单位:%)

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    2.3欧洲消费者重驾驶操纵AT与DCT表现佳

    MT占比在50%左右,AT与DCT表现良好。欧洲汽车消费者喜欢MT手动操纵带来的刺激感,同时对油耗也比较看重,因此一直以来欧洲的手动变速器的渗透率一直维持较高水平。自动变速器方面,欧洲D级和E级车型配套自动变速器的比例逐步增加,而且从CVT过渡到多档AT,我们预计CVT在欧洲仍将处于少数比例,8AT与9AT逐渐取代7AT,开始成为主流。除此之外,欧洲多数车企开始在中低端车领域开发DCT,德国大众继续保持技术领先。

    图4:欧系车2015年变速器市占率情况(单位:%)

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    2.4国内自动挡配套率低多技术路线共存

    自主品牌汽车自动变速器匹配率低,未来将加速提升。盖世汽车对2015年在售的394款主流车型变速器的统计表明,国内车型MT占比45%,AT占比34%,DCT与CVT占比分别为9%和8%,少量车型为AMT与电动变速器。其中,自主品牌MT配套车型占比达56%,AT占比仅为25%,其他变速器占比均低于10%;外资品牌车型整体以AT为主,占比达44%,MT占比为34%,DCT和CVT占比分别为12%和9%。值得注意的是,虽然自主品牌在车型数量上MT占比为56%,但销量占比却达到80%,说明自主品牌汽车自动挡车型销量并不多,主要原因在于:1)自主变速器企业配套能力弱,外资变速器企业对自主品牌配套限量;2)之前自动品牌汽车主拼性价比,自动变速器价格较高。随着自主品牌的加速崛起和自主变速器企业在自动变速器领域的突破,自主品牌汽车的自动变速器占比将越来越高。

    受外资影响,自动变速器多技术共发展。国内AT应用市场中,上汽通用、上汽大众、北京现代、一汽丰田和一汽大众是AT产销的主体,独立供应商以日本爱信和德国采埃孚为主。DCT的大户主要是一汽大众、上汽大众和长安福特三家公司,市场占比达95%以上,其余份额主要为广汽菲亚特和比亚迪。CVT主要以日系品牌为主(东风日产占比很大的市场份额),供应商主要是日本加特可(广州),其他还有丰田常熟、本田佛山、南京邦奇(主要配套自主车型)等。

    3AT:自动变速器中的老大哥中高端市场中的绝对霸主

    3.1AT多档位趋势加快供应商市场集中度较高

    AT多档位化趋势加快,中低端市场份额发生微变。AT全球市场的主要变化趋势有两个:1)AT升级多档位趋势明显,目前7AT、8AT和9AT均已在中高端汽车领域规模量产,同时本田、福特和通用均发表投放10AT的计划;2)中低端领域,AT市占率虽占优势,但CVT和DCT加快市场渗透,正蚕食AT在中低端领域的市场份额。

    不考虑整车自主生产,供应商市场集中度相对较高。具有代表性的供应商包括生产乘用车和轻型车专用AT的日本爱信AW与加特可、生产乘用车和轻/重型商用车AT的德国采埃孚、生产重型商用车AT的Allison。除此之外,整车厂自主生产方面情况有,日系车,本田全部自产,三菱和日产不进行自产(加特可前身就是日产自动变速器工厂,三菱在2002年就将京都、水岛和八木各大工厂的全部AT和CVT统一由加特可生产);欧美系乘用车中,美系三大整车厂(通用、福特和克莱斯勒)、欧系的德国戴姆勒和法国雷诺与标致均实现自主生产,其他整车厂基本接受采埃孚和爱信AW的供应。

    3.2AT结构解析:液力变矩器+行星齿轮组

    AT=液力变矩器+变速机构。世界最早的‚可自动变速的变速器‛就是AT,最早可追溯到100年前的T型车,但真正意义上的AT还是‚液力变矩器+行星齿轮组‛组合的出现。时至今日,AT还是保持着液力变矩器和其后方变速机构的基础性结构。

    液力变矩器工作原理如同插电的风扇能够带动对面不插电的风扇转动。液力变矩器由泵轮、定叶轮、涡轮以及锁止离合器组成的,动力传递路径由‚壳体-泵轮-涡轮-变速器‛单向传递。工作时,液力变矩器中充满传动油,发动机带动泵轮旋转,传动油带动与输出轴相连的涡轮一起转动,从而将动力传递出去;当车速超过一定范围时,锁止离合器会将发动机与变速机构直接相连,以此降低油耗。

    液力变矩器不仅仅是缓冲器,更可以将其看成一个无级变速器。液力变矩器除了相当于缓冲器外,还可以实现变矩。由于液力变矩器是靠液压传动的机构,液力本身具备储能特性,工作时可以实现扭矩的放大;这其实在某种程度上可以把它视作一个可以瞬间工作、小齿比范围的无级变速器。

    行星齿轮组是AT扭矩输出的核心。AT每一个档位对应一组离合片控制,一组离合片对应一套行星齿轮组。AT均采用电磁阀对离合片进行控制,ECU获得指令和车速后,控制电磁阀运动,从而改变变速器油在阀体油道的走向,当某档位的多片式离合片油压达到致动压力时,离合片结合从而促使相应的行星齿轮组输出动力。值得注意的是AT与MT所用的传动齿轮不同,AT是通过行星齿轮组实现扭矩的转换。

    3.3新型AT:换挡不输DCT舒适度不输CVT

    传统AT过度依赖液力变矩器,以至于出现CVT和DCT。传统AT由于技术和工艺的限值,难以增加太多档位,因此常见传统AT的档位一般少于MT的,即4MT普及时代对应着3AT,5MT普及对应着4AT的发展。在发动机扭矩范围不是很宽泛的年代中,要让4AT实现5MT甚至6MT的齿比范围就必须要让液力变矩器担任更多的任务,甚至起到用传动油传递动力的工况。这样设计的结果就造成了传统AT传动效率低,油耗高,加速满的缺点。随着动力总成工作效率提升的要求日益升高,矛盾越来越尖锐,矛盾的尖锐促使了CVT和DCT的出世。

    新型AT变革实现多档位,在液力变矩器的辅助下性能得到极大地提升。传统AT一直停滞在6档位,本世纪初,戴姆勒推出了7AT;后来,采埃孚推出8AT,并匹配大多数纵置宝马车型。从8AT开始,AT的性能得到全面的提升,完全可以做到比同款车MT省油。由于档位的增多,液力变矩器的变矩作用被弱化,更多的时候在担任缓冲器的作用;与此同时,极小的齿比落差和伺服机构的革新,使得多档位AT换挡速度直接与DCT媲美,舒适性不输CVT。

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    低档位AT油耗指标获得长足发展。在AT不断实现多档位的同时,低端少档位AT也获得了长足的发展;在基于发动机技术的进步和伺服控制机构的提升,少档位AT在避免冲击的情况可以提升换挡速度和增加液力变矩器的锁止频率,从而实现高效运转,达到降低油耗的目的。例如,爱信配备在威驰和乐风RV等车型上的4AT综合油耗可以做到与5MT完全一样。

    3.4AT在高端车型中竞争力十足

    在高端车型领域,AT有可能会进一步扩大市占率。在中高端车型中,除了大众还在继续推广DCT外,其他汽车品牌几乎全部改用AT,其中包括之前尝试DCT的福特和沃尔沃等;同时,随着大众宣布放弃10速DSG的研发,其旗下的多数SUV和顶级豪华轿车奥迪A8等也开始采用AT。多档位AT在高端车型中的优势和竞争力十足,未来仍有进一步扩大市场份额的可能。

    在中低端领域,DCT与CVT将与AT分庭抗礼。虽然低档位AT性能得以提升,但考虑到不同车系选择技术路线的不同,不同车系在DCT、CVT和AT上均投入大量资金;在成本、性能、布置方式等多方权衡的情况下,DCT和CVT依然具备足够的竞争力与4AT、5AT或6AT分庭抗礼。从目前的竞争格局来看,未来AT在中低端车型中的市占率可能会进一步下降,最终与DCT和CVT形成三足鼎立局面。

    4DCT与CVT将大放异彩中低端将与AT达三足之势

    4.1DCT:大众全力推广中低端或将大有所为

    4.1.1DCT结构解析:双离合器+定轴齿轮组

    DCT换挡可实现无停滞。一般手动挡汽车换挡时,离合器在分离与结合之间存在动力传递中断的现象;为了消除换挡时的动力传递停滞现象,实现更快的平稳换挡,双离合变速器DCT应运而生。

    双离合器是DCT的核心部件,市场集中度较高。DCT基本是由双离合器和后续的换挡机构构成,其中双离合器是技术壁垒最高的零部件,目前主要被博格华纳舍弗勒旗下的Luk所垄断。

    闲置离合器提前挂挡,实现最快换挡。以6档DCT为例,两个离合器与变速器装配在同一机构内,其中一个离合器负责挂1、3、5和倒挡;另一个离合器负责控制2、4、6档。

    当驾驶人挂上1档,松开离合器踏板起步时,另外一个离合器预先挂上2档,但保持离合器分离状态;当车速提上来准备换挡时,第一个离合器分离同时,第二个离合器结合,2档开始工作;与此同时,第一个离合器所控制的3档齿轮组完成啮合并等待换挡指令。这样的换挡构架省略了档位控制的一刹那,使动力传递更加连续。

    4.1.2DCT技术不断优化大众全力推广应用

    DCT换挡快、更省油,德国大众为其推广主力军。DCT采用四轴两组传动轴和两个离合器的构架,由于离合器是硬传动,因此DCT主打的宣传口号是:换挡快+传动效率高(省油)。大众在国内率先大力推广DCT,2007年3月,大众发布‚中国动力总成技术‛,计划将TSI(同时装载涡轮增压和机械增压,并采用分层燃烧的发动机)+DSG(DCT变速器大众自称)技术引入中国,实现本土化生产,TSI+DSG也自然而然成为大众旗下大众品牌和斯柯达的主要卖点。除此之外,福特推出自己的DCT,将其命名为Powershift;2011年3月份,长安福特新上市蒙迪欧2.0T版本就搭载进口的福特Powershift;沃尔沃2011款和2012款的S60和XC60均有配备DCT。

    DCT出现抖动、过热和失速等质量问题。随着AT和动力总成的技术进步,多档位AT大幅度突破档位数瓶颈,在效率、加速度和油耗方面丝毫不差于DCT,DCT在高端领域开始失去竞争优势;而低端AT源于发动机扭矩变宽,同样可以增加液力变矩器的锁止频率,油耗接近DCT。2012年3月,315曝光大众DSG存在抖动、顿挫感强力、不能换挡、过热和失速等质量问题;随后,福特和沃尔沃等车型陆续曝光出现类似情况,因此福特新蒙迪欧和沃尔沃S60与XC60等车型均改用8AT或者6AT替代原有DCT。目前,国内主要的DCT车型均是大众系车型。

    DCT问题属于软件问题,需要时间来优化解决。很多人认为,DCT的抖动、过热和失速是结构性缺陷,这些问题其实出在控制系统,更准确的说是控制软件。从DCT的保有量来看,出问题的比例其实并不高,符合一个新兴变速器的正常范畴;大众近年来一直在优化其DSG变速器,是国内推广DCT的主力军,目前大众天津和大连变速器基地主要生产大众DSG,大连基地年产销在100万套左右,天津基地2016年产能开始释放,未来具备180万套的产能潜力。我们认为随着时间和技术的积累,不断发现问题,不断优化算法,DCT的这些问题终将会得到解决。

    4.1.3DCT市场在中低端干式或许更符合发展需要

    湿式DCT多用于大车型,干式DCT用于小车型。双离合变速器又分为干式双离合和湿式双离合,以大众DSG为例,其拥有6速湿式双离合变速器(离合器由博格华纳提供)和7速干式双离合变速器(离合器由舍弗勒旗下Luk提供)。从工作原理和基本构造上,干式双离合与湿式双离合并没有本质上的差别;不同之处在于双离合摩擦片的冷却方式:湿式DCT的两组离合器在一个密封的油槽中,通过浸泡着离合器片的变速器油吸收热量,而干式DCT摩擦片则没有密封油槽,需要通过风冷散热。一般来讲,湿式DCT因具备良好的散热效果,可以承载较大的动力传递,也能更好地适应较为激烈的驾驶环境,因此在一些发动机功率和扭矩输出较大的车型往往配备湿式DCT(大众汽车一般会为2.0TSI或更高级的发动机配备6速湿式双离合,例如迈腾、帕萨特和CC的2.0TSI、3.0LV6FSI版本、高尔夫GTI、速腾GLi等车型)。干式DCT少了液力系统,结构简单,成本降低,燃油经济性也有所提高,多用于小扭矩动力传递,适用于小车型,大众的1.2TSI、1.4TSI、1.8TSI等‚小排量低功率‛发动机一般匹配7速干式离合器。

    湿式DCT在跑车领域具备竞争力,豪华车领域依然弱于多档位AT。由于双离合变速器换挡速度快,动力衔接几乎没有中断,这在很多追求加速性能表现的车型上获得认可。湿式DCT在超级跑车上得到比较广泛的应用,例如,法拉利已经全面使用双离合变速器替代之前助推的序列式变速器,保时捷跑车系列、日产GT-R、迈凯轮MP-4、甚至布加迪威航都采用的是双离合变速器。我们认为湿式DCT在超豪华跑车这个细分领域具备一定的市场竞争力;但在中高端豪华车市场中,多档位AT的竞争力依然要强于湿式DCT。

    图7:搭载湿式DCT的保时捷911

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    DCT市场空间在中低端车型,干式或许能更好满足市场需求。考虑到双离合变速器自身特点以及AT的发展,我们认为DCT更大的发挥空间应该在中低端汽车市场。干式与湿式相比最大的优势是效率高、重量轻、成本低,这些特性符合中低端车型的设计诉求,也符合轻量化、低能耗、发动机小型化的发展趋势。而且限于成本要求,中低端车型尚不可能全面普及8AT(或以上),这就让干式DCT的竞争优势凸显出来。干式DCT换挡速度快、操纵感强、油耗低等特性突出,与主流的6AT相比具备一定的性价比优势。

    大众DSG国产化进程加快。大众在中国的业务约占整个大众全球汽车产量的30%,面对国内汽车市场竞争越加激烈,大众率先实行变速器国产化。2010年5月,大众投资1.7亿欧元的大众汽车自动变速器(大连)有限公司投产,由此拉开了大众动力总成国产化的序幕。2014年,大众汽车自动变速器(天津)有限公司成立,投资额达10亿欧元,主要生产DQ380、DQ500和DL382系列变速器。

    4.1.4自主品牌加强技术储备后期发展值得期待

    12家自主整车厂与博格华纳成立合资公司,解决DCT核心零部件技术短缺问题。2009年3月,国家发改委牵头成立博格华纳联合传动系统有限公司,该公司在国内生产双离合器模块、扭振减震器模块和控制模块等核心零部件,目的在于引进博格华纳双离合器核心技术,实现自主品牌DCT的国产化。合资公司由博格华纳(中国)投资有限公司(66%)和中发联投资有限公司(34%)设立。中发联投资有限公司由一汽、上汽、东风、长安、奇瑞、华晨、江淮、长丰、吉利、广汽、北汽、天海、长城12家整车企业组成;一汽、上汽各占20%股份,长安、东风、奇瑞各占10%,除长城2%、中顺3%外,其余5家都是5%(天顺于2011年初退出,股份拍卖给了北汽和天海)。合资公司大连工厂于2011年4月开始正式投产,设计产能50万套,首批优先为上汽和一汽供货;合资公司的成立缓解自主品牌DCT核心零部件技术短缺问题,同时也为自主品牌整车厂积累一定的技术经验。

    自主品牌整车厂陆续开始上市DCT车型。近年来,自主乘用车陆续开始上市搭载DCT的车型。其中,上汽集团MG、荣威两大品牌已经多款车型匹配;比亚迪几乎已经是全系自动挡均搭载DCT;广汽逐步将DCT普及于旗下各级别车型;奇瑞观致3开始采用DCT,艾瑞泽7后推车型也将配套;长安逸动、CS35、致尚XT等车型也陆续换装DCT;吉利帝豪GS搭载DCT车型也开始开售。

    自主品牌DCT技术近年来得到了快速发展,得到了政府和整车企业的重点关注。主要原因在于:1)DCT与其他自动变速器不同,传承了部分的MT技术,是在手动变速器基础上开发的,70%的手动变速器生产能力都可以利用,比较适合MT生产基础雄厚的中国。2)与AT相比,AT国外发展70余年,产品档位提升速度快,工艺投入较大,专利壁垒比较高,DCT属于新型自动变速器,与国外的技术差距相对较小,市场相对开放;3)大众重点在国内推行DSG国产化,基础配套体系较为健全。

    4.2CVT:中低端市场有望与AT和DCT构建三国演义

    4.2.1日本加特可与爱信AW主导全球CVT市场

    第三方供应商掌握更大的市场份额。日本的加特可和爱信AW两大CVT供应商主导着全球CVT市场,德国采埃孚虽然是混合动力变速器的供应商,但并不生产CVT。整车自主生产方面,日系整车厂本田、富士重工、大发全部自主生产,三菱、日产和铃木不进行自主生产(均由加特可供应);美系的福特和欧系的戴姆勒和奥迪自主生产,其他车企均由爱信和加特可供应。

    4.2.2CVT结构解析:两个滑轮+一条金属带

    ECU通过控制V型槽宽窄,进而实现变速。CVT无级变速器的主要部件是两个滑轮和一条金属带,金属带套在两个滑轮上。滑轮由两块轮盘组成,这两片轮盘中间的凹槽形成一个V形,其中一边的轮盘由液压控制机构控制。液压控制机构可以视不同的发动机转速,进行分开与拉近动作,V形凹槽也随之变宽或变窄,将金属带升高或降低,从而改变金属带与滑轮接触的直径,相当于齿轮变速中切换不同直径的齿轮。两个滑轮呈反向调节,即其中一个带轮凹槽逐渐变宽时,另一个带轮凹槽就会逐渐变窄,从而迅速加大传动比的变化。主动滑轮调节V型槽应对不同的工况。当汽车慢速行驶时,可以令主动滑轮的凹槽宽度大于被动滑轮凹槽,主动滑轮的金属带圆周半径小于被动滑轮的金属带圆周半径,即小圆带大圆,因此能传递较大的转矩。当汽车逐渐转为高速时,主动滑轮的一边轮盘向内靠拢,凹槽宽度变小迫使金属带升起,直至最高顶端,而被动滑轮的一边轮盘刚好相反,向外移动拉大凹槽宽度迫使金属带降下,即主动滑轮金属带的圆周半径大于被动滑轮金属带的圆周半径,变成大圆带小圆,因此能保证汽车高速行驶时的速度要求。

    钢带是核心零部件,被博世和Luk等企业把控。钢带是CVT的核心部件,直接关系到动力的传输稳定性,目前博世占据全球CVT钢带60%的市场份额,钢带设计寿命高达30万公里;舍弗勒旗下Luk也占有一定的市场空间。除此之外,日产、斯巴鲁等主机厂和加特可等一级供应商也会自产部分钢带。电子控制系统供应商有大陆汽车电子以及联合汽车电子。

    图8:舍弗勒Luk的CVT钢带结构图

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    4.2.3CVT优点与缺点针锋相对

    CVT独特的结构特性决定了其优点与缺点是针锋相对的,具体来看:

    CVT主要优点有:

    1)换挡顺滑:换挡平顺性可以受伺服机构和软件程序的影响,但是归根到底还是传动比的落差决定的,全世界只有CVT的传动比落差可以做到无穷小,因此只有CVT可以做到彻底没有换挡冲击。

    2)油耗低:由于CVT速比连续可变且可和车速联动,因此发动机转速区间不再受车速变速的限值,这也是CVT与AT和DCT等齿轮传动变速器最大的区别之一,可以保证发动机保持在经济转速区间,从而实现更好的节油效果。虽然说AT技术的进步使得油耗可媲美CVT,但是依然不能说CVT没有节油优势,只能说节油的优势开始不明显。

    3)更好的爬坡性能:CVT在爬坡过程中不会出现其他类型变速器由于换挡出现的动力中断问题,发动机可以实现很好的动力输出。

    4)成本低:CVT结构比多档位AT更简单,成本也更低,这也是CVT存在的主要原因之一。

    5)适用于城市街道:城市街道行车需要不断启停,CVT由于自身特点,可以实现更好的节油效果,这也是日本大力推广CVT的主要原因之一。

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CVT的主要缺点几乎都是优点的伴随者:

1)换挡速度慢,驾驶操作性差:换挡速度是衡量一款变速器技术和性能的重要指标,DCT号称换挡速度超过优秀的赛车手,新型多档位AT换挡速度甚至赶超DCT,而且可以实现跳档换挡;而CVT不管是钢带还是链条传动,传动比都是一个递进的过程,也就是说换挡顺滑的优点造成了换挡慢的缺点。

    2)在重型车中限制使用:CVT采用的是钢带摩擦传动,重型车辆易超出静摩擦力而出现相对摩擦,从而磨损钢带。目前,通过设计优化、结构强化和控制系统智能化,小型车的CVT打滑几率已经几乎为零。

    3)限制发动机的输出功率和扭矩:过大的发动机输出功率或扭矩一样会损坏钢带,所以CVT一般搭载自然吸气发动机,影响驾驶感。但这并不意味着油耗高,相反自然吸气发动机与CVT可以实现更好的匹配,使得自然吸气发动机在经济转速区内工作,同样可以发挥较好的节油效果。

    4.2.4高端领域逐步退出中低端家用领域大有可为

    配套车企的一进一出说明CVT市场在中低端家用领域。在CVT阵营里有两个非常重要却方向相反的标志性事件:1)奥迪Multitronic退出CVT,转投DCT或AT;2)丰田、本田重新启用CVT,并且将其作为下一步最主要的变速器;尤其是本田,几乎涵盖了从小型车到B级车、从小型SUV到紧凑型SUV的大部分领域,普及度直逼日产,俨然已成为除了日产外的第二大CVT支持者;有了丰田、本田的加盟,再结合斯巴鲁、三菱等固有支持者,CVT的阵营可谓不降反增。上述的一系列变化表明CVT在逐步退出高端汽车市场的同时,正在加快中低端市场的渗透。

    4.2.5日系占国内CVT半壁江山自主品牌表现优秀

    日系掌控国内CVT市场,自主品牌表现抢眼。在国内装配CVT的乘用车市场中,大约60%为国内厂商直接供应,其余40%则依赖国外进口。国内市场上的CVT变速器又可分为四大板块,主流的CVT变速器是加特可7CVT和8CVT两个系列,为日系汽车品牌配套;德国舍弗勒集团和奥迪研发生产的MultitronicCVT变速器装备于奥迪车型,但目前已经逐步退出市场;丰田所用的CVT来自丰田和爱信进口;自主品牌企业中只有奇瑞实现自主开发(变速器业务被万里扬收购),其他车企基本是采购南京邦奇的CVT产品。

    5新能源汽车:综合性能的提升依然离不开变速器

    5.1‚限购城市牌照+购置补贴‛驱动新能源汽车高增长

    新能源汽车快速增长,2020年产销有望达到260万辆。2015年在新能源汽车购车补贴和限购城市免费牌照的刺激下,新能源汽车迎来了大幅度增长,全年生产37.9万辆,同比增长3.5倍,一举成为全球最大新能源汽车市场。2016年1-9月,在克服查骗补和补贴政策推迟落地等利空因素,新能源汽车累计生产35.5万辆,同比增长77.9%。我们认为随着充电基础设施的完善,新能源汽车支持政策的继续执行以及用车费用低等因素的推动下,新能源汽车将继续保持高增长,2020年全年产销有望接近260万辆。

    5.2混合动力:技术路线‚百花齐放百家争鸣‛

    混合动力汽车基本上都可以CVT、DCT和AT变速器,与传统内燃机变速器不同的是,混合动力在选择变速器的时候主要要考虑一下几点问题:1)如何有效地将电机与内燃机的输出动力进行合理耦合;2)由于多了电机及其扭矩传送机构,如何合理有效地将多余的零部件装载在有限的空间内;3)在保证性能的前提下,如何更好地降低设计成本与生产成本。由于各大车企解决以上问题的方式不同,目前混合动力汽车变速器的技术路线呈现多样化。

    5.2.1CVT:混合动力汽车应用最多

    CVT逐步成为量产混合动力汽车车型应最多的传动方案。CVT的速比可以在一定范围内实现连续变化,若用于混合动力汽车传动,可以根据整车的状态,灵活地调整发动机工作点,使发动机工作在燃油效率高的工况下,提高整车的综合性能。

    基于CVT的混合动力汽车关键技术主要集中在动力总成的协调与控制。其中包括发动机与电机输出转矩如何进行耦合,动力如何分配以实现高效的传动,CVT的速比与夹紧力如何调整,多种工作模式间切换时如何保证模式切换的平顺性,整车控制算法如何实现多目标优化等。

    基于CVT的混合动力汽车动力系统常见的构成方案有以下三种:

    1)分轴四驱方案:内燃机驱动前桥(或后桥),电动驱动另一个桥;优点在于对CVT的改动少(主要对CVT速比控制、离合器控制和制动器控制进行技术更改),方案简单易行;缺点在于电机的转矩未经过变速器,需要在电机的驱动桥上增加一个两档变速器,导致系统更加复杂。

    2)纵置后驱方案:发动机纵置同轴并联ISG电机,经CVT驱动后桥;优点在于对CVT改动较少(改动主要集中在CVT前部,前壳体与ISG电机外壳机械连接,液力变矩器与ISG电机定子机械连接,电子控制方面改动),因此怠速停机、发动机排量减小、制动能量回收等功能均可以实现,具有很大的发展前景。

    3)横置前驱方案:发动机横置前驱是大多数轿车的动力总成布置形式,为实现该方案,CVT需要取消液力变矩器,以此来节省出一定的空间。如果能够在CVT的主动轮上集成驱动电机,则可以较好的实现低速纯电动,同时电机转矩经过变矩,电动性能更好,但是对CVT的改动较大。

    从国内外应用开发状况来看,CVT自动变速器和驱动电机正在朝着一体化方向发展,即电机与变速器成为一个整体,比较典型的方案就是丰田THS-C系统总成。

    丰田E-CVT由一套行星齿轮构成。丰田混合动力汽车搭载的E-CVT是通过一套行星齿轮实现无级变速的;其中,丰田E-CVT是由外齿圈(连接2号电机和输出轴)和行星齿轮架(连接发动机)和太阳齿轮(连接1号电机)组成。其电机的动力传递流为:2号电机—外齿圈—输出轴;内燃机的动力传递流为:发动机—行星组—外齿圈—输出轴。

    图10:丰田THSE-CVT变速器系统

汽车零部件行业研究报告———金准报告

    控制MG1与MG2这两个电机的转速就可以实现无级变速。E-CVT其实就是一套行星齿轮减速机构,并没有CVT中的链条或钢带,也没有AT的液力变矩器。因为行星齿轮组的巧妙特性,发动机、车轮、电动机能够实时连接在一起运转而又能互不干扰,所以不需要离合器。如此简单的E-CVT,却可以实现无级变速,主要的原因在于:因为齿数的比例关系(外齿圈齿数78,太阳轮齿数30),可以得到公式:S=C×3.6-R×2.6(S为太阳齿轮转速;C为发动机转速;R为外齿圈转速)。

    汽车从启动到刹车停止的一系列不同工况下,对扭矩的要求是有极大变化的,传统动力汽车就是因为这样需要变速器来调节发动机的输出动力。但是在E-CVT这种特定结构里面由于存在两个电机,在不同的工况下,只要控制MG1与MG2这两个电机的不同转速就能使外齿圈上获得的发动机动力无极变化,从而汽车达到无极变速。

    5.2.2DCT:自身结构特点更加适应于混合动力基于DCT的性能特点,其适应于混合动力汽车,并且具备以下优势:1)降低动力总成的复杂度和传动系的成本:DCT没有液力变矩器,同时双离合的紧凑结构使得变速器体积远小于其他类型变速器,质量更加轻便;2)符合取消发动机怠速的要求:DCT因在停车时可将发动机与变速器完全分离,从而彻底取消发动机怠速,进一步提高燃油经济性;3)电机布置更加灵活:根据DCT自身结构特点,其换挡可实现无动力中断,可改善电机工作效率;4)换挡动力性与燃油经济性二者可兼得:混合动力汽车构型设计和参数匹配时,有时需要牺牲换挡动力性以换取整车燃油经济性,而DCT具有动力性换挡的优势,弥补了此项缺陷。鉴于DCT应用于混合动力汽车的独特优势,各大汽车厂商先后提出多种技术方案。

    我们按照主电机与DCT的位置关系,DCT混合动力汽车可分为3大类,共6种构型方案:1)主电机DCT后布置方案:BSG+主电机DCT后布置方案,ISG+主电机DCT后布置方案;2)主电机DCT前布置方案:BSG+主电机DCT前布置方案,单电机DCT前布置方案;3)主电机DCT内部改造方案:BSG+DCT奇数轴电机双电机结构,BSG+DCT奇偶数轴电机三电机方案。短期看主驱动前后置方案可行性高,长期看好集合程度高的BSG+DC奇数轴电机双电机结构。BSG与主驱动电机前、后置结构的工程化改动最小,短期内具有较高的可行性,比亚迪插电混合动力秦与唐都是采用主驱动电机后驱动方案。而从长远来看,集成化是混合动力总成发展的主要趋势,BSG+DC奇数轴电机双电机结构作为高度集成化的混合动力DCT方案,其奇数轴电机即可单独,也可配合发动机介入双离合变速器的换挡过程,进一步实现双离合变速器的协调控制应该是DCT混合动力汽车的主要发展趋势。

    5.2.3AT:采埃孚在8AT领域技术领先

责任编辑:江源

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