新能源乘用汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及變速箱潤滑性能要求
2024-09-02
作者：周軼
介紹了國內(nèi)外新能源乘用汽車的發(fā)展情況，變速箱的類型特點(diǎn)以及潤滑性能要求?；旌蟿?dòng)力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱，根據(jù)不同的摩擦性能要求進(jìn)行區(qū)分；純電動(dòng)汽車減速箱對(duì)油品的抗泡沫性、氧化安定性等性能提岀了更高的要求，油品趨于低黏化發(fā)展；電機(jī)與變速器一體化（油冷電機(jī)）系統(tǒng)所采用的油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能。
隨著石油資源的日益緊缺、油價(jià)的高漲以及生態(tài)環(huán)境壓力的不斷加大，新能源逐步替代并最終取代傳統(tǒng)能源將是大勢(shì)所趨，同時(shí)，在大力提倡節(jié)能、低碳的形勢(shì)下,新能源汽車成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。
各國紛紛出臺(tái)強(qiáng)制政策，推進(jìn)新能源汽車國際市場(chǎng)發(fā)展。美國ZEV法案（Zero Emission Vehicle：零排放車輛）規(guī)定在加州及其他9個(gè)州內(nèi)銷量超過一定數(shù)量的汽車企業(yè)必須使其環(huán)保汽車達(dá)到一定的比例，要求2018年車型中ZEV的比例為4.5% ，之后逐漸增加，2025年車型將達(dá)到22%。歐洲汽車排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，到2021年歐盟地區(qū)的新車平均排放量不得高于95g/km，不達(dá)標(biāo)者將面臨數(shù)億歐元的罰款。中國工信部等5部委于2017年9月28日正式印發(fā)了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，該辦法自2018年4月1日起執(zhí)行，新能源汽車積分比例從2019年開始設(shè)定，目標(biāo)是中國乘用車新車油耗在2020年下降至0.05L/km左右。
同時(shí)，全球多個(gè)國家已經(jīng)制定禁售燃油車的時(shí)間表，荷蘭（2025年）、挪威（2025年）、法國（2040年）和英國（2040年）等。目前中國也正在制訂傳統(tǒng)能源汽車退出的時(shí)間表，以推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
在中國，得益于北京等限購城市需求的快速啟動(dòng)，新能源車補(bǔ)貼公告和購置稅免稅公告的按節(jié)點(diǎn)發(fā)布，以及越來越多的廠家把新能源車作為發(fā)展重點(diǎn)，不斷推出新車型，中國新能源乘用車市場(chǎng)將會(huì)持續(xù)拉升。
01 國內(nèi)外新能源乘用汽車發(fā)展市場(chǎng)現(xiàn)狀
全球各國2016年及2017年新能源乘用汽車的銷量及市場(chǎng)份額見表1, 2017年中國新能源乘用車銷量位列第一，達(dá)55.36萬臺(tái)左右，占據(jù)全球市場(chǎng)比例達(dá)47.3%；美國新能源乘用汽車銷量位列第二, 為19.75萬臺(tái)左右，市場(chǎng)份額較2016年有所回落；日本的新能源乘用汽車銷量位列第三，為14.01萬臺(tái)左右，2017年市場(chǎng)份額較2016年大幅度增長，這得益于日產(chǎn)的NOTE增程式電動(dòng)車市場(chǎng)銷量增加。
全球新能源車的發(fā)展線路差異較大，2016年及2017年全球各國新能源乘用車的線路分化如表2所示，各國仍以發(fā)展純電動(dòng)汽車（EV）以及混合動(dòng)力汽車（HEV）為主，氫燃料汽車市場(chǎng)份額仍是0.3% 的微小數(shù)量。全球新能源汽車的市場(chǎng)銷量，混合動(dòng)力汽車占據(jù)三分之一，純電動(dòng)汽車占據(jù)三分之二。
由表2可以看出，中國市場(chǎng)以純電動(dòng)汽車銷量占多數(shù)，而日本市場(chǎng)以增程式混合動(dòng)力汽車為主。
02 新能源乘用汽車變速箱類型及潤滑現(xiàn)狀
新能源乘用汽車變速箱的類型
廣義上說，混合動(dòng)力汽車是指車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或共同提供。通常所說的混合動(dòng)力汽車，一般是指油電混合動(dòng)力汽車，即采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)或汽油機(jī)）和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也有的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過改造使用其他替代燃料，例如壓縮天然氣、丙烷和乙醇燃料等。
目前主流的混合動(dòng)力系統(tǒng)分類是按照混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式，混合動(dòng)力系統(tǒng)主要分為三類：串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)、并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)以及混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，見圖1。
應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上的變速箱主要有以下幾種：一檔位或多檔位減速箱、手動(dòng)變速箱（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、雙離合變速器（DCT）、無級(jí)變速器（CVT）以及專有的混動(dòng)變速箱（如豐田EVT等）。
純電動(dòng)汽車，是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鐐鎘電池、鐐氫電池或鋰離子電池）提供動(dòng)力源的汽車。純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)目前仍以傳統(tǒng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)為技術(shù)基礎(chǔ)，但因其自身設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，其傳動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)有很大不同，即構(gòu)造更簡化，體積更小，重量更輕，傳動(dòng)效率更高。
目前市場(chǎng)上應(yīng)用的純電動(dòng)乘用車以獨(dú)立一檔減速機(jī)構(gòu)為主，見圖2，但未來發(fā)展將向電控、電機(jī)及減速一體化方向邁進(jìn)，將會(huì)出現(xiàn)多檔位減速機(jī)構(gòu)。
02 新能源乘用汽車變速箱的潤滑現(xiàn)狀
新能源汽車中，不同的變速箱其結(jié)構(gòu)差異有較大區(qū)別，所需配套的潤滑油品種有所不同，表3列出了新能源乘用汽車各類型變速箱的油品應(yīng)用情況。
目前，市場(chǎng)上的混合動(dòng)力變速箱基本上沒有使用專用的混合動(dòng)力變速箱油品，以變速箱類型專用油應(yīng)用為主，純電動(dòng)汽車變速箱以ATF（自動(dòng)傳動(dòng)液）、齒輪油或者低黏度的手動(dòng)變速箱油品為主。
03 新能源乘用汽車變速箱潤滑性能要求
對(duì)于混合動(dòng)力汽車而言，由于AT、CVT和DCT等變速機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)及傳動(dòng)形式上存在差異，其中AT屬于行星齒輪傳動(dòng)，CVT通過帶輪傳遞扭矩，DCT通過雙離合器的嚙合、分離來換擋，因此各類型的變速箱油品需要兼顧各類型變速箱，根據(jù)不同的摩擦性能要求進(jìn)行區(qū)別。ATF需要良好的摩擦性能和抗抖動(dòng)性能，CVT的鋼帶和盤之間需要合適的摩擦力，DCTF要同時(shí)兼顧ATF良好的摩擦性能和抗抖動(dòng)性能以及MTF對(duì)齒輪和同步器磨損、點(diǎn)蝕良好的保護(hù)性能。
對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，由于轉(zhuǎn)速大幅提高（一般輸入軸轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)速以上）、體積減小，造成工況更為苛刻、運(yùn)轉(zhuǎn)溫度更高、油品運(yùn)行負(fù)荷增大，因此對(duì)油品的抗泡沫性、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求。由于各家對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的要求，效率是目前各家OEM比較關(guān)注的方向，低黏度的油品是發(fā)展方向。因此，在降低油品黏度的同時(shí)，需要考慮油品的承載性能，以保證減速箱軸承齒輪的潤滑可靠性。
此外，為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，并最大限度地降低功率消耗、減輕部件磨損、冷卻摩擦副，通常采用電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)部分“一體化”潤滑的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就要求潤滑油不僅要保證對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分的良好潤滑和冷卻，還要滿足電機(jī)的潤滑冷卻要求。目前，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)絕大多數(shù)是電機(jī)與變速器耦合的形式（油冷電機(jī)），同時(shí)這也是未來純電動(dòng)汽車發(fā)展的重要趨勢(shì)。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)變速箱，電機(jī)與變速器一體化（油冷電機(jī)）系統(tǒng)中增加了電機(jī)，所以油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、極端情況下的熱保護(hù)性能以及與漆包線等非金屬材料良好的相容性等。
油品的電化學(xué)性能一般會(huì)測(cè)試油品的介電常數(shù)、電阻率、介損值以及擊穿電壓等性能，測(cè)試方法如表4所示。
總之，未來電機(jī)與變速器一體化（油冷電機(jī)）系統(tǒng)油品的配方，將會(huì)在電化學(xué)性能、材料相容性以及其本身變速箱油品性能要求之間尋求平衡。
04 結(jié)論
（1）隨著中國新能源車與傳統(tǒng)車的雙積分政策的實(shí)施，未來中國新能源乘用車市場(chǎng)是可期待的較快增長。
（2）2017年全球新能源乘用車銷量前三名國家為中國、美國和日本。中國市場(chǎng)以純電動(dòng)汽車為主，日本市場(chǎng)則以增程式混合動(dòng)力汽車為主。
（3）混合動(dòng)力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱，根據(jù)不同的摩擦性能要求進(jìn)行區(qū)分。純電動(dòng)汽車減速箱對(duì)油品的抗泡沫性、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求，同時(shí)低黏化是發(fā)展方向。
（4）電機(jī)與變速器一體化（油冷電機(jī)）系統(tǒng)所采用的油品必須具備優(yōu)異的電化學(xué)性能、極端情況下的熱保護(hù)性能以及具有與漆包線等非金屬材料良好的相容性。
來源：《中國潤滑技術(shù)論壇(2018)暨中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車燃料與潤滑油分會(huì)第十八屆年會(huì)論文專輯》
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