舍弗勒贸易公司牛铭奎：LUK CVT 技术

　　中国汽车工程学会联合中汽翰思管理咨询公司于2010年4月23日-24日、第十一届北京国际汽车工业展览会期间，在北京国家会议中心举办“2010国际汽车自动变速器技术及中国产业化研讨会”。搜狐汽车全程报道。

　　舍弗勒贸易（上海）有限公司变速器技术部高级项目经理牛铭奎：女士们，先生们，大家下午好，在座的朋友知道，我们目前这段时间专著于LUK中国的项目，今天由于众所周知的原因，我的德国同事不能亲自来现场跟大家做技术交流。所以今天我介绍的是LUK公司新一代的技术。

　　首先我们看一下这是未来几年，整个CVT市场在全球范围内产量的预测，我们可以看到，在2015年以前，整个CVT的总的市场占有率，总的销量是在持续上升的，从中我们可以看到，销量主要集中在像丰田、本田等等，主要集中在亚洲地区，特别针对在快速发展的中国的汽车市场，就是说，我们应该针对这种变化，做一些什么样的新的技术开发呢？这就是说，我们LUK公司目前在CVT方面，所着重要解决的问题。我们从这张图片上可以看到，这是LUK公司目前投入量产的两款CVT产品，第一个是奥迪的自动变速器，在这款自动变速器里面可以看到，利用LUK链条的产品，最大产品扭矩可以达到450牛米，这应该说是一个比较可观的数字了，下面一款同样采用了LUK公司的技术，是400牛米，发动机功率达到了220千瓦，同样注意到，应该是比较紧凑的结构设计。

　　基于这个CVT来讲就是说，它有一个扭矩的容量和功率力度的问题，我们可以对比看一下，前面的三款产品，都是LUK公司的链式CVT开发的，第二个是我们同行的带式CVT的产品。我们要比较的是扭矩容量和功率力度。我们首先要比较的是产品容量，我们可以看到，我们所比较的对象是基于奥迪的这样一款车型，CVT变速器，作为比较的标准，我们作为百分之百的标准比较。相对于其他的几款应用，特别是我们同行的一些产品，它的扭矩传递容量还是有比较大的差距的。接下来看一下关于变速器的功率密度的问题，我们所采用的基准是奥迪的3.2升排量的变速器，用它作为百分之百的比较基准，我们可以看到。相对于其他的几款产品，特别是我们同行的产品，LUK公司的这种链式CVT的技术，无论是扭矩传递的方面，还是功率力度方面，有比较大的优势。在应用基础上，我们现在LUK公司在考虑，为接下来这种自动变速器的发展趋势，我们应该做哪些新的开发，以满足客户不断增长的需求。所以我们现在把目光逐渐转到了日本等新兴的亚洲地区，我们要考虑变速器的成本问题，考虑到小排量发动机的车型的应用问题，所以给我们的研发目标，我们就是说是做了这样一款应用。

　　这款自动CVT自动变速机的开发，是应用于A级车的。考虑到控制策略，结构尺寸，以及一些成本方面的特点，所以说在这个应用里面，我们采用的湿式离合器。但是这并不是这款CVT技术的选择，我们要采用干湿离合器，作为我们这款CVT产品，它的起步元件，这是没有问题的。

　　这些我们看一下变速箱的技术参数，他的中心距达到了155毫米，是非常紧凑的结构设计，我们完全可以控制在三百毫米以内，整个变速箱完整的轴向尺寸，关于它的速比，我这儿想强调一下，就是说，我们把整机CVT变速器本身的速比范围，我们定位在达到七以上，如前面几位，一些其他的专家曾经讨论和介绍过的一样，变速器的速比范围，对燃油有非常大的影响的。所以我们希望对整车的油耗带来更多的改善，这样一款变速箱的重量，我们的目标达到55公斤以下。当然了，为了适应当前车辆混合动力化的发展趋势，这款变速箱能够实现混合动力，那我们看到的，就是说，对于我们的这样一种研发的目标，我们所开发出来的方案，到底是什么样子的。首先看一下，这是CVT变速器里面所需要的主动锥轮，从动锥轮，以及链条。在链条传动系统之前，这是我们的一个，这是前面一个起步的湿式离合器，在这款离合器之中，我们没有其他的湿式离合器。

　　同时配合这种链条的传动技术，我们依然采用了LUK具有优势的扭矩传感器的方案，但是并没有直接拿来采用，而是重新开发了孔式的传感器，我会有详细的介绍。此外变速器里面还有一些技术，是值得大家关注的。比如说锥轮，不再是过去这种靠锻压成型的方式，因为成本太高，技术难度太大。在这儿采用这种板式的，然后焊接形式的，可以把锥盘做的非常轻，而且我相信它的成本也可以大大降低。对变速器的传动轴，我们采用了冷轧成型的制造工艺。特别是对于变速器，它的前进档的切换，我们采用了这种齿轮的方案，我们不再需要湿式离合器。

　　而且呢，我们在这个变速箱里边，采用了这种特有的轻量化的超速器方案，这个结构非常紧凑。所以完成这样一款CVT变速箱的设计，有几个主要的参数。这个变速箱的整个的尺寸，是在289毫米，从前端到后端，整个速比，跟选用不同规格链条的型号，可以实现从7.7到8.4，整个大速比范围的变化。它的设计的有机容量，根据链条的不同，可以在150毫米到200毫米之间，进行选择。而且整个变速箱的重量，是控制在53到55公斤之间。同样为了适应车辆混合动力化的要求，我们根据这款CVT变速箱的结构特点，可以把电机集成在变速箱之中，我们对轴向尺寸有很小的影响，我们依然控制在300毫米以内，只有296毫米，实现各种功能。

　　当然了同时要对变速器之内各个部分的系统，进行新的优化和新的设计。所以首先介绍一下锥盘的改进设计，我们针对不同的锥盘的母线设计方案进行了研究，比如说我们研究了子母线的设计方案，同时研究了对LUK所具有很大的技术优点的设计方案。而且我们对锥盘的锥角，不同的锥角带来的影响，进行了非常深入的研究。可以看到，我们优化过的系统，采用这种系统以后，我的整个的变速器的效率，可以得到明显的提高，特别在扭矩比较小的时候，我的整个效率的提高，可以达到将近3%，这是一个比较大的改善。

　　另外呢，对于整个变速器效率的改善，还要考虑整个系统，这个控制压力的优化。这是通常来讲，对于一个CVT的变速箱所需要的压力。首先我们分析一下，我实际控制的压力，跟明的压力之间有差值的时候，会带来哪些影响。比如说实际的控制压力，低于所需要的理想压力，大概是2.5公斤，这个时候看效率会降低到多少？低速档的时候，效率降低五分之一，如果说控制压力进一步降低的话，在这个名义压力基础上，降低五分之一，看到效率会进一步降低，所以说要优化我们的控制所需要的液压系统的压力，这对整个CVT变速箱，对它的效率会有比较大的影响。所以呢，我们采用了LUK公司这种新开发的传感器，我们看到会实现什么效果。

　　首先这是一个需要加顶压力的一个理想值的曲线，这条红色的曲线，是采用LUK这种传统的，已经经过大量时间证明的，就是说是技术上成熟的这种两极式的扭矩传感器，所能提供的控制压力。因为它只有两级控制压力，所以讲就是说，它跟我理想的控制压力曲线之间呢，有一定的差值，也就是说中间这个区域，是我控制压力所浪费的这一部分，怎么样降低实际的控制压力，更加逼近理想的控制曲线，从而提高整个效率，所以开发了这样一种五极式的孔式扭矩传感器。当然这只是我们的控制方案，根据这种设计概念呢，我们当然可以实现更多极的设计。所以利用这种扭矩传感器，可以使扭矩系统的实际输出的压力，逼近理想的控制值，这样的话，上面的区域是我所能节省的效率这一部分。

　　我们接下来看一下，我们的孔式扭矩传感器是怎么实现的？左侧部分是钢球，检测变速器实际传递的扭矩，通过检测到实际的扭矩之后，对右端对系统的输出压力进行调节，这个是CVT变速器的锥盘，后面是一个活塞，再后面是一个副活塞，也就是说在主动锥轮的这一轮，有两极活塞设计方案，这边是进油孔，那边是出油孔，调整孔的开闭，来实现阶梯变化。看一下怎么实现的，比如说当数据变化的时候，链条向上移动，这个时候我会第一个小孔打开，而其他的孔没有影响。这个时候呢，我会使副活塞输入一部分压力，也就是说我这个时候，实际作用在锥盘上的力呢，除了第一级活塞输出的实际加紧力，还有副活塞另外的压力，这两个力的合力，才是锥盘的加紧力。在我们数据变化的时候，第一个锥孔是第一个打开的，第二个小孔被封死了，这个时候，第三个小孔也封死了，我使富有的压力有了进一步的变化。由此类推，在活塞进一步移动的时候，可以最终做到把两个输入孔封死，进入孔打开，使主活塞的控制压力和副活塞达到平衡，使四个很小的节流孔，两个进油孔和两个出油孔，可以实现输出压力的多极调节，从而更好逼近我理想的控制压力。

　　除了扭矩传感器之外，我们还同时对CVT变速器的锥盘的控制活塞的面积进行了优化，我们看一下，上面是主动锥轮，活塞的工作面积是A1，沿这个方向移动的。下面是关于从动锥轮的，它的工作半径和工作面积，纵向是工作效率以及能量的损失，这样我们通过对三者之间关系的深入研究，我们发现他们存在着整个曲面的关系。在这个里面，可以非常直接地看到，这个红色的点所处于的位置，是对于整个变速器系统的效率来讲，是一个最佳的位置。根据这个点，可以很容易地确定，我的主动锥轮的控制面积和从动锥轮的控制面积。

　　这里有两个阀，是控制湿式离合器的。这两面有两个压力控制阀，是控制主动锥轮和从动锥轮的加紧力。蓝色的这一部分，是提供系统润滑和冷却所提供的液压油。最后还有绿色的部分，是提供平衡活塞的控制压力。在前面介绍了对锥盘，应该讲成本相对较低的新式的CVT的设计方案，同样需要开发新的链条，满足变速器的需要。我们现在看到的这几款链条的规格，CVT的链条，这个链条目前成熟应用在奥迪CVT变速箱里面了。在此基础上，我们又开发了07系列的，以及06系列的这样两个系列的链条。这个链条我们看到，它的扭矩传递范围是不一样的，它最大可以传递500牛米的扭矩，对于2007系列来讲，可以传递350牛米的扭矩，这个2006到2008代表的不是三个规格的链条，是指三个系列的链条，在每个系列里面，依然有很多规格，提供不同的扭矩传递能力，这样实现了系列化，一种模块化的设计方案。

　　接下来呢，我们看一下就是说，对这三个系列，不同的链条规格来讲，在整个变速器总的速比设计上，有哪些不同点。首先我们看一下，这些黑色的方块，是代表我们的同行，目前正在应用的一些CVT产品。也就是说我们看一下它的整个的速比范围，大约在这个范围，将近六左右，而这个蓝色的方块，是我们2008系列的链条，产品的应用，它的速比范围可以接近七左右，这是我们2007系列链条所能达到的范围。刚才我已经介绍过的，2006的链条能够达到8：4，对整车燃油经济性，会带来非常大的益处。所以说呢，我们整个变速器可以实现小型化一种设计方案，提供系统的效率，降低二氧化碳的排放，基于这两种链条方案，我们开发出了LUK新一代的CVT。

　　最后我们看一下，就是说LUK这种新一代的CVT技术方案，它的燃油经济性，它的油耗到底是怎么样的。我们所比较的对象，是一款5MT的变速箱。我们首先看一下，对于5MT的车辆来讲，驾驶员可以根据换档指示器，按照最佳的规律进行换档，提高车的燃油经济性，我们可以看到，相对普通的5MT，把油耗降低到4%到6%。如果存在新的技术，油耗可以降低6%到9%左右，换挡指示器的车辆，依然有比较大程度的燃油经济性的改善。

　　最后做一下简单的总结，LUK新开发的2006，2007系列的链条，本身的有机容量比较高，整个的速比范围比较大，效率比以前相对得到了提高，噪音得到了降低，而这种新的CVT的变速箱来讲，我们做到了重量减轻，降低了成本，我们的外形做到了更紧凑，结构更优化，我们的油耗降低9%，对于减排，降低二氧化碳排放的这样一种需求。这是我所介绍的LUK公司所开发的这样一款新的CVT技术，各位有什么问题，欢迎提问。或者在报告之后，大家可以随时跟我们进行单独交流，谢谢各位。（掌声）

　　王振榕：谢谢牛博士的介绍，我们看看很有意思的创新形式，大家有什么建议？

　　提问者：第一个问题，刚才谈到了起步元件的选择，提到了干湿离合器，客户选择还是你们选择不太清楚，你的选择的原则和标准是什么？

　　牛铭奎：其实作为CVT变速箱的元件来讲，不管是干湿离合器，跟其他所有的变速箱来讲，并没有本质的区别，因为功能只是起步，所以就是说，如果你追求突破性能，你的变速器有很大的优点，追求效率，干湿离合器是不错的选择。如果变速箱更加专注于结构尺寸的减少，当然我认为湿式离合器能够提供比较小的结构尺寸的。

　　提问者：把这个选择交给客户了。

　　牛铭奎：是这样的。

　　提问者：最后完成你这个锥盘，减少它的加工工艺的复杂性。我想问一下，因为我们知道做带式的锥盘的时候，对它的工艺性和材料有很严格的要求的，你这个锥盘，从材料到热处理，是怎么考虑的？

　　牛铭奎：首先我简单介绍一下，在于冲压工艺方面，LUK公司有非常独特的技术的，不管在材料的选择上面，在冲压工作的实现方面，包括后期处理，LUK公司是有很多的Knowhow在里面。针对这一款CVT锥盘的新的设计要求，我们做了很多的工作。确实我想不是我简单几句话能够说清楚的。

　　提问者：是不是能理解为传统的合金钢材料，如果是冲压件就另外一回事。

　　牛铭奎：是冲压件。

　　提问者：最后一个问题，现在的CVT在什么阶段，是A样级还是B样级，还是到达了SOP的阶段。

　　牛铭奎：坦率地讲，SOP没有达到，在开发和测试的过程之中，谢谢。

　　提问者：谢谢您精彩的介绍，有两个问题，第一在您的介绍的第五页当中提到了您的这种CVT，目标价低于AT，请问低于几AT，从最早的3AT，到现在的8AT，不同的AT有不同的价格。在第25页用这种链条式的CAT，还可以带来噪声的减少，按照我的理解，链式传动的噪音，比带式传动的噪音多一些，你现在用链式替代了带式，可能因为您时间的关系，来不及做详细的介绍，如果方便的话，给大家解释一下。

　　牛铭奎：首先说噪音的问题，链式在噪音方面是一个弱点，过去噪音偏高一点，我们讲噪音的降低，并不是针对带式的而言，而是针对CVT技术，我们在每个链片结构上面做了很多更新的设计，也就是说改善了互相在运用过程之中的摩擦，包括跟锥盘接触的点做了很多优化，是指针对我们过去的链条技术有了改善。

　　另外就是说，您前面提到关于成本的问题，这个您提的确实非常对，我们这儿没有准确地讲，是跟几AT做比较，有一个问题，LUK公司专注于提供不管是CVT，其他的产品也这样，我们专注于提供其中的关键性模块，对于整个变速箱的成本，说实话很大程度上取决于客户的具体的要求，取决于客户的其他选择，和生产的组织方式等等，这个可能确实我想不同的计算方式，会有比较大的差距。

　　王振榕：谢谢牛博士的精彩演讲。