新能源乘用汽車的發展現狀及變速箱潤滑性能要求
2024-09-02
作者：周軼
介紹了國內外新能源乘用汽車的發展情況，變速箱的類型特點以及潤滑性能要求。混合動力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱，根據不同的摩擦性能要求進行區分；純電動汽車減速箱對油品的抗泡沫性、氧化安定性等性能提岀了更高的要求，油品趨于低黏化發展；電機與變速器一體化（油冷電機）系統所采用的油品必須具備優異的電化學性能。
隨著石油資源的日益緊缺、油價的高漲以及生態環境壓力的不斷加大，新能源逐步替代并最終取代傳統能源將是大勢所趨，同時，在大力提倡節能、低碳的形勢下,新能源汽車成為全球汽車產業發展的趨勢。
各國紛紛出臺強制政策，推進新能源汽車國際市場發展。美國ZEV法案（Zero Emission Vehicle：零排放車輛）規定在加州及其他9個州內銷量超過一定數量的汽車企業必須使其環保汽車達到一定的比例，要求2018年車型中ZEV的比例為4.5% ，之后逐漸增加，2025年車型將達到22%。歐洲汽車排放標準規定，到2021年歐盟地區的新車平均排放量不得高于95g/km，不達標者將面臨數億歐元的罰款。中國工信部等5部委于2017年9月28日正式印發了《乘用車企業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日起執行，新能源汽車積分比例從2019年開始設定，目標是中國乘用車新車油耗在2020年下降至0.05L/km左右。
同時，全球多個國家已經制定禁售燃油車的時間表，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能源汽車退出的時間表，以推動汽車產業持續發展。
在中國，得益于北京等限購城市需求的快速啟動，新能源車補貼公告和購置稅免稅公告的按節點發布，以及越來越多的廠家把新能源車作為發展重點，不斷推出新車型，中國新能源乘用車市場將會持續拉升。
01 國內外新能源乘用汽車發展市場現狀
全球各國2016年及2017年新能源乘用汽車的銷量及市場份額見表1, 2017年中國新能源乘用車銷量位列第一，達55.36萬臺左右，占據全球市場比例達47.3%；美國新能源乘用汽車銷量位列第二, 為19.75萬臺左右，市場份額較2016年有所回落；日本的新能源乘用汽車銷量位列第三，為14.01萬臺左右，2017年市場份額較2016年大幅度增長，這得益于日產的NOTE增程式電動車市場銷量增加。
全球新能源車的發展線路差異較大，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，各國仍以發展純電動汽車（EV）以及混合動力汽車（HEV）為主，氫燃料汽車市場份額仍是0.3% 的微小數量。全球新能源汽車的市場銷量，混合動力汽車占據三分之一，純電動汽車占據三分之二。
由表2可以看出，中國市場以純電動汽車銷量占多數，而日本市場以增程式混合動力汽車為主。
02 新能源乘用汽車變速箱類型及潤滑現狀
新能源乘用汽車變速箱的類型
廣義上說，混合動力汽車是指車輛驅動系統由兩個或多個能同時運轉的單個驅動系統聯合組成的車輛，車輛的行駛功率依據實際的車輛行駛狀態由單個驅動系統單獨或共同提供。通常所說的混合動力汽車，一般是指油電混合動力汽車，即采用傳統的內燃機（柴油機或汽油機）和電動機作為動力源，也有的發動機經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。
目前主流的混合動力系統分類是按照混合動力驅動的聯結方式，混合動力系統主要分為三類：串聯式混合動力系統、并聯式混合動力系統以及混聯式混合動力系統，見圖1。
應用在混合動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、手動變速箱（MT）、自動變速器（AT）、雙離合變速器（DCT）、無級變速器（CVT）以及專有的混動變速箱（如豐田EVT等）。
純電動汽車，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）提供動力源的汽車。純電動汽車的結構主要由電力驅動控制系統、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。純電動汽車的傳動系統目前仍以傳統汽車的傳動系統為技術基礎，但因其自身設計的特點，其傳動系統與傳統內燃機汽車的傳動系統有很大不同，即構造更簡化，體積更小，重量更輕，傳動效率更高。
目前市場上應用的純電動乘用車以獨立一檔減速機構為主，見圖2，但未來發展將向電控、電機及減速一體化方向邁進，將會出現多檔位減速機構。
02 新能源乘用汽車變速箱的潤滑現狀
新能源汽車中，不同的變速箱其結構差異有較大區別，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用情況。
目前，市場上的混合動力變速箱基本上沒有使用專用的混合動力變速箱油品，以變速箱類型專用油應用為主，純電動汽車變速箱以ATF（自動傳動液）、齒輪油或者低黏度的手動變速箱油品為主。
03 新能源乘用汽車變速箱潤滑性能要求
對于混合動力汽車而言，由于AT、CVT和DCT等變速機構在設計及傳動形式上存在差異，其中AT屬于行星齒輪傳動，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，根據不同的摩擦性能要求進行區別。ATF需要良好的摩擦性能和抗抖動性能，CVT的鋼帶和盤之間需要合適的摩擦力，DCTF要同時兼顧ATF良好的摩擦性能和抗抖動性能以及MTF對齒輪和同步器磨損、點蝕良好的保護性能。
對于純電動汽車而言，由于轉速大幅提高（一般輸入軸轉速在10000轉速以上）、體積減小，造成工況更為苛刻、運轉溫度更高、油品運行負荷增大，因此對油品的抗泡沫性、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求。由于各家對燃油經濟性的要求，效率是目前各家OEM比較關注的方向，低黏度的油品是發展方向。因此，在降低油品黏度的同時，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，為使傳動裝置結構緊湊，并最大限度地降低功率消耗、減輕部件磨損、冷卻摩擦副，通常采用電機和機械傳動部分“一體化”潤滑的方案進行設計，這就要求潤滑油不僅要保證對機械傳動部分的良好潤滑和冷卻，還要滿足電機的潤滑冷卻要求。目前，混合動力汽車動力系統絕大多數是電機與變速器耦合的形式（油冷電機），同時這也是未來純電動汽車發展的重要趨勢。因此，相對于傳統變速箱，電機與變速器一體化（油冷電機）系統中增加了電機，所以油品必須具備優異的電化學性能、極端情況下的熱保護性能以及與漆包線等非金屬材料良好的相容性等。
油品的電化學性能一般會測試油品的介電常數、電阻率、介損值以及擊穿電壓等性能，測試方法如表4所示。
總之，未來電機與變速器一體化（油冷電機）系統油品的配方，將會在電化學性能、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 結論
（1）隨著中國新能源車與傳統車的雙積分政策的實施，未來中國新能源乘用車市場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。中國市場以純電動汽車為主，日本市場則以增程式混合動力汽車為主。
（3）混合動力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱，根據不同的摩擦性能要求進行區分。純電動汽車減速箱對油品的抗泡沫性、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求，同時低黏化是發展方向。
（4）電機與變速器一體化（油冷電機）系統所采用的油品必須具備優異的電化學性能、極端情況下的熱保護性能以及具有與漆包線等非金屬材料良好的相容性。
來源：《中國潤滑技術論壇(2018)暨中國汽車工程學會汽車燃料與潤滑油分會第十八屆年會論文專輯》
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