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ZF将在DCT和行星自动变速器间进行权衡

在一项对于未来行业政策可能会产生深远影响的深度调查中，ZF针对其所认定的重要全新市场——即小型车与微型车中的高端车型，考虑了潜在的变速器配置。 ZF认为，此类车型的购车者希望拥有高标准的舒适性与精致设计，并且对于小型车有着同样高的预期。 据该公司介绍，这种趋势不仅适用于前轮驱动车型，也适用于自动变速器与混合动力兼容的先进车型。

尽管在欧洲手动变速器仍然占有超过四分之三的市场份额，但与体积更大、更昂贵的后轮驱动车型相比，自动变速器的比例在前轮驱动车型中的提升速度更快。 前横置发动机车辆在全球汽车产量中占五分之四，这意味着在此类应用中采用先进的自动变速器的巨大潜在可能性。

西欧地区的市场局势
西欧地区的变速器派系

ZF选择280牛米扭矩的涡轮增压发动机作为同系列B类和C类（Polo与Golf）车型的主要动力来源，并将其变速器主要研发目标设置为减少燃料消耗与排放、提供富有竞争力的生产成本以及小巧的车身设计。 此外还包括先进的驾驶动感、混合动力性能以及高度舒适性。

五大优势简介

面对成本最小化的挑战，ZF的Gerhard Gumpoltsberger博士排除了CVT变速器，并将选择范围缩小至仅限两种基本的多级变速器类型，即行星自动变速器与双离合变速器。 然后他在这些类型中确定了若干变化种类，作为值得进一步调查的变速器类型。

从ZF自主研发并获得高度成功的8马力八速行星自动变速器开始，Gumpoltsberger和他的团队认为，七速和八速变速器的复杂程度相同，因此决定专注于八速变速器的研发。 然而，由于轴长对横置发动机而言十分关键，为了提升具有四个行星齿轮箱的8HP的适用性，ZF巧妙地重新安排了两个齿轮箱，使其呈放射状，从而使内圈齿轮箱的大轮也构成外圈齿轮箱的太阳齿轮。 三齿轮箱变速器的轴长设计便可以此为依据，并装入前驱式箱壳内。

据ZF介绍，这款变速器的另一项优势在于大多数齿轮具有较少开放换档组件，这有助于使拖曳转矩保持在最低水平。 作为此设计的演变，ZF还研发了一款采用油冷湿启动离合器与换档组件、使用双质量调速轮的车型。 该版本可拥有多达九种速度，与采用变矩器版本拥有的7.5:1变速比率相比，可获得高达10.0:1的更大变速比率跨度。 在采用湿式离合器的版本上需要更高比率，以便可在较大变速范围内进行轻松变速。 每种情况下，速率都可在一系列变速步骤中得到优化。 液压与泵设计也有所优化，轴偏移叶片泵能够提供非常出色的性能。

双离合解决方案

由于ZF拥有大量离合与驱动系统，因此决定及早采纳模块方案。模块方案将针对相同类别的变速器应用不同系统，并且可以在更多细节上检查大多数潜在解决方案的利弊。 最复杂的解决方案是基于现有ZF产品设计、但降低了转矩性能的湿式双离合变速器。 离合器与变速杆均由液压活塞控制，采用油冷方式冷却的离合器让大量应用和功能成为可能。 ZF宣称，该解决方案是最接近于满足自动变速器客户经典需求的解决方案。

第二处变化是使用机电驱动进行变速和离合器操作的干式离合器设计，这是一种仅在确实需要时才获取电能的解决方案。 取消油泵可进一步节约能源。 采用泼溅方式润滑齿轮，并且仅有两个电动驱动器控制变速选择，其中第一个驱动器将旋转齿轮轴，直至驱动器的触手碰触到滑圈，而第二个驱动器将执行所需的轴运动，以进行变速。 尽管离合器摩擦片的制动扭矩可以忽略，但ZF警告说，对于连续滑移操作存在诸多限制条件。

被称为“潮湿”双离合变速器的第三个版本是前两个版本的综合体现。 与干式离合变速器相同，离合器操作与变速选择采用机电方式驱动。 由于使用油泵驱动离合器的需求有所降低，油泵采取高效手动变速器中所用的低压类型。 它能够间歇性地冷却离合器，以保证制动扭矩保持在最低水平。 油从离合器流出时，将对齿轮组进行润滑，从而提高齿轮组的效率。 ZF介绍，这个版本可为具有重型需求（如重型车辆需求）的客户提供油耗优化型解决方案。

七速变速组也得到了进一步优化，与行星自动变速器搭配。由于使用多个驱动轴齿轮进行多档变速，该设计非常小巧紧凑，很适合前置应用。

性能与油耗

我们试验了每种变速器类型的仿真模型，以便充分考虑各种因素的影响。 其中包括单个组件的具体效率与损失、各个离合器或开放换档组件的制动扭矩图、齿轮与轴承的损失与效率、驱动系统的能源消耗以及旋转组件的液浸泡阻力等所有内容。

在这些参数的基础上应用各种发动机和车辆系统，以及强制式测试周期和源自客户体验的现有测试周期。 五种系统的模拟燃料消耗和加速度数据如下表所示：

燃油效率与加速度NEDC：0—100公里/小时（失速速度）

这些结果是基于1200公斤、配备可产生75马力和160牛米扭矩的1.6升汽油发动机的B类车计算的，用于与六速自动变速器进行对比。 与三款双离合变速器对比的结果非常清楚，两款八速行星自动变速器解决方案能够出色地实现高达100公里/小时的加速度。所有五款变速器在燃油经济性方面的表现平分秋色，其性能比参考用变速器提高了13%至16%。

尽管干式双离合变速器（表中的T-DKG）在燃油使用方面的效率最高（几乎比参考所用6AT提高了近16%），ZF指出双离合变速器的轴承和同步器存在巨大的制动损耗，“无法忽略的大量”损耗。

公司还发现升级版行星变速器液压系统的功率消耗仅比两款双离合变速器的电动驱动器略高一点，如果考虑发电机、控制电子设备与伺服发动机之间的转换损耗，情况更是如此。

配备湿式离合器的行星变速器（8P-FQ）由于其较大换档组件产生的可观制动扭矩而略处劣势。

干式双离合变速器相对较差的加速性能是由于临时存储启动时产生的热能所需的离合器与调速轮较大重量而导致的。 从整体而言，ZF认为配备了变矩器的变速箱所具备的扭矩倍增效应将成为最佳的方案。

封装

在B类紧凑车型上安装精密的自动变速器并不是一件易事。 ZF的模拟试验说明，会导致最严重限制的三个主要窄点分别为：干扰车辆左侧的转向装置、紧凑纵向底盘结构部件（仍然位于左侧）以及关闭与前方散热器、软管的接触。

由于干式双离合设计的长度和大型离合器输出齿轮箱与转向齿轮存在冲突，干式双离合设计存在一些特定问题。 在某些程度上，这可以通过采用更小尺寸的齿轮和不同主减速器比率而得以解决，但是性能与油耗也会因此受到损害。

如果左侧底盘组件过于接近车辆中心，则在安装方面无法进行改进，可以通过将散热器和软管重新安放至机盖或改道软管上方，解决散热器与软管干扰变速箱液压控制系统的问题。

系统成本比较

系统成本

ZF在单车应用以及在德国年生产200,000台这一数据的基础上，计算出了研制中的替代性系统的相对成本。 此外还新增了第六项变化，即使用行星齿轮组的双离合变速器。

ZF选择八速湿式离合行星变速器作为基础成本选项，计算出了变矩器的额外生产成本可予以忽略，仅为2%。 电驱式干式双离合为下一代最便宜的产品，与行星变速器相比间接成本约为6%。 两种湿式双离合变速器解决方案明显更为昂贵，F-DKG和全湿式N-DKG 分别比基准成本高11%和19%。 然而这两种都比不上未包含在技术分析中的使用行星变速器的双离合变速器造价昂贵。

结论

从事此项研究的ZF仿真工程师们的意见非常明确。 两种双离合变速器和行星自动变速器适合此类汽车，其中双离合变速器的低油耗优势略逊于行星自动变速器的低成本、出色封装性以及带来超级动感的扭矩倍增效应。 “我们还要继续观察双离合变速器塑造的动感形象是否足以击败行星自动变速器的优势。”该研究发起人做出上述结论。

文章归档日期：2011年1月26日
归档人：DCTfacts.com主编Tony Lewin