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采埃孚(ZF)——技术驱动未来

  • 2013-07-04
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2013年6月中旬,采埃孚(ZF)在德国举办了全球媒体发布会,全面展示了采埃孚(ZF)在乘用车电驱技术、混合动力技术和轻量化技术方面的最新成果以及9挡自动变速器等产品的应用。在发布会期间,采埃孚(ZF)邀请媒体记者试驾了40多辆配备采埃孚(ZF)最新技术的量产车和概念车,参观了其无级可变阻尼控制减振器(CDC)生产中心、售后服务业务部全球物流中心以及主动式后轮转向系统(AKC)研发中心。

2012年,采埃孚(ZF)在西欧以外的市场获得的销售额约占集团总销售额的43%,并且这个比例正显现出持续上升的趋势。今年,采埃孚(ZF)在北京的乘用车车桥系统新工厂即将投入运营,乘用车9挡自动变速器(9HP)将在美国实现量产。

采埃孚(ZF)在建立工厂时都会遵循靠近客户的原则,所有的装配工厂都建在离主要客户40 km的范围内。目前采埃孚(ZF)在全球26个国家已拥有121个生产型企业。“针对市场设计(Local for local)”是采埃孚(ZF)进行本地工程技术研发时所遵循的原则。比如采埃孚(ZF)与博世组建的合资公司——采埃孚(ZF)转向系统有限公司,将最初在德国研发的电动助力转向系统转到中国的工程部门进行本地化设计调整,使其适应以中国为主的亚洲市场的需求。

随着采埃孚(ZF)配套量的增长,采埃孚(ZF)售后服务业务部也正不断提升售后服务水准,提供售后配件配套销售和维修服务,力求成为采埃孚(ZF)全球用户的坚强后盾。采埃孚(ZF)集团依靠其遍布全球的售后服务网络为客户提供配件销售以及维修保养服务。构成采埃孚(ZF)全球服务网络的超过650家采埃孚(ZF)售后服务中心,已遍布世界各地。采埃孚(ZF)提供的配套售后服务体现出其作为原厂配套零件供应商所具备的专业性,随着业务的发展,采埃孚(ZF)的配套服务将更趋完善。

作为一篇写给汽车后市场专业人士的文章,接下来我将利用有限的版面重点向各位读者介绍采埃孚(ZF)面向未来的高效系统化解决方案。

全球首款9挡自动变速器

熟悉自动变速器的读者可能知道,采埃孚(ZF)1995年开始为乘用车提供5挡自动变速器,基本上每6~7年进行一次产品换代,陆续推出了5挡、6挡、6挡第二代及8挡自动变速器。在此期间采埃孚(ZF)还推出了湿式双离合变速器。采埃孚(ZF)计划于2014年7月量产第二代8挡变速器,新一代产品较第一代节油3%,且拥有匹配混合动力车型的产品,燃油经济性及环保性能获得了进一步的提升。此次发布会上,采埃孚(ZF)发布了全球首款9挡自动变速器,相比6挡变速器,可以节油10%~16%。目前已经装备在了路虎揽胜极光上,很快还将应用于克莱斯勒的全新吉普切诺基上。

9挡自动变速器副

9挡变速器

9挡变速器

这款9挡变速器适用于发动机前横置的乘用车,有2个基础型号,适合发动机扭矩200~480 N·m的匹配工况。得益于其模块化的设计,即使在前驱车型有限的安装空间内,基础变速器仍可根据实际需求,升级为可兼容自动起停及四轮驱动功能的变速器型号。

燃油经济性及低碳排放是采埃孚(ZF)9 挡自动变速器的最大卖点。比如,当车辆以120 km/h匀速行驶时,配备普通6挡自动变速器的车辆,对应的发动机转速为2 890 r/min,而配备9挡自动变速器的车辆,发动机转速被控制在2 170 r/min,油耗随着转速降低而大幅减少。9挡自动变速器高达9.81的大齿比可额外降低油耗16%。9个挡位的设计,使变速器齿比更绵密,不仅提升了驾乘舒适度,同时还保证了发动机始终处于高效的转速区间。

这款9挡自动变速器的核心结构由4组行星齿轮和6个换挡元件组成。采埃孚(ZF)将行星齿轮嵌套布置。同时,此设计概念还应用了液压控制的常啮合元件,在保证高效传动的前提下,对变速器内部零件进行合理的空间布局。常规的多片式离合器结构的换挡元件在打开时将产生拖曳损失,但爪型离合器的应用能将这种损耗降低到极小。这对于实现其9挡自动变速器的多挡位设计来说是非常重要的一点,有效避免了因多挡位变速器复杂的设计而产生的拖曳损失,也保证了产品的总体传动效率。

除了9挡自动变速器,采埃孚(ZF)还发布了第二代8挡自动变速器。这款经过优化的第二代8挡自动变速器可匹配传统动力车型和混合动力车型,可承载220~750 N·m的输入扭矩。这款优化后的变速器更关注拖曳扭矩与发动机转速的降低,通过将变速器的系统油压从500 kPa降到350 kPa,减少了车辆怠速时的发动机能耗,并拓宽变速器的速比范围。而优化的扭振减振器的使用,也使得系统液压传动效率更高。这些优化使得第二代8挡自动变速器相较于前一代产品可节油3%。

主动式后轮转向系统(AKC) 

很多年前业界就有后轮随动转向的概念,它是通过后轮协助以调整前轮转向角,在保障驾乘安全的同时,提升车辆动态性能表现。此前,高昂的成本、复杂的结构及对车辆燃油经济性的负面影响,都限制了这项技术的实际应用。采埃孚(ZF)此次发布了一套适合批量生产的后轮转向系统,这套系统通过调整后轮前束角来实现后轮转向,同时可接驳其他主动式系统。

主动式后轮转向系统

主动式后轮转向系统

通常情况下,车轮定位角是固定不变的,但采埃孚(ZF)的工程师们却突破了这一传统的底盘设计概念。针对车轮定位角对行驶中车辆操控性能的影响,工程师通过特定的测试并以此结果为基准点,研发了一种可调节长度的连杆机构,将其安装于主动式后轮转向系统的中部。车辆行驶时,电子控制单元会发出指令,通过机电执行机构调整车轮定位值,以实现车辆后轮转向。

AKC的优势在于能够在车辆行驶过程中,通过调整车辆车轮定位值来实现车辆转向。相比只有前轮转向系统的车辆,此款系统的引入能使车辆的转弯半径更小。后轮转向的最大转向角度可达3°,与前轮的转向角度相比,虽然后轮转向的角度甚小,但在后轮转向的辅助下,车辆的整体转向性能将得以大幅提升。通过后轮与前轮的共同作用,极大地提升了车辆的操控性。简单来说,当车辆慢速入弯时,后轮的转向与前轮相反,可减少车辆的转弯半径,最多可减少达10%的转弯半径,这使驾驶者更容易操控车辆过弯。从记者的实际对比体验看,AKC确实如此,没有这套系统介入时,进出各种胳膊肘弯时,转向要费劲得多。而当车辆快速行驶,并以高于60 km/h的速度进弯时,后轮的转向则与前轮保持一致,可以增加车辆行驶的稳定性和操控性。

无级可变阻尼减振器(CDC)

记者此次参观了采埃孚(ZF)的CDC生产车间以及研发测试中心。作为采埃孚(ZF)的拳头产品,无级可变阻尼减振器(CDC)自1994 年投放市场以来,已累计生产1 400万组,不仅应用于乘用车、厢式货车,也搭载于摩托车。在此次发布会上,采埃孚(ZF)发布了CDC第四代产品,传感器被集成在控制单元内。对于有特殊需求的小型车和厢式货车,采埃孚(ZF)还成功开发了整套后桥系统(CDC 1XL)。

无级可变阻尼减震器

无级可变阻尼减震器

市场上常见的标准减振器和阻尼可变减振器都仅能提供一个或几个固定的阻尼值。相比之下,采埃孚(ZF)的CDC能实时精确地调整各个车轮的减振阻尼,以适应不同的路面状况。新一代CDC的传感器可实时收集路面情况、车速及驾驶者的意图等数据,并将其传至控制单元。基于对这些数据的分析,控制单元能在毫秒间计算出对应工况下合适的减振阻尼,再通过减振器里的比例电磁阀,来实现各车轮的阻尼调整。

新一代CDC也进行了功能优化:之前的版本上必须额外安装加速度传感器,来记录车身的运动,而第四代产品则将传感器集成进控制单元里。此举不仅减少了零件数量,减轻了系统重量,降低了装配工作量,还节约了安装空间。

从适用性看,此前CDC多应用于中高端车型,而随着技术和产能的发展,其产品线已可延伸至紧凑型和中型乘用车。采埃孚(ZF)专为小型车辆设计的CDC 1XL系统集成了多种传感器,缓解了载荷变化对于车辆操控性和舒适性的影响。

记者在参观采埃孚(ZF)赛车业务部门的过程中,看到了一款应用于F1赛车的CDC样品,单个悬架上的CDC元件的售价可高达10多万元人民币!目前,采埃孚(ZF)为阿尔宾那(Alpina)、奥迪(Audi)、宾利(Bentley)、宝马(BMW)、法拉利(Ferrari)、玛莎拉蒂(Maserati)、欧宝(Opel)、劳斯莱斯(Rolls-Royce)、梅赛德斯奔驰(Mercedes-Benz)、保时捷(Porsche)和大众(Volkswagen)总计提供了超过220 万套CDC。

电驱技术

 在此次试驾活动中,记者试驾了采埃孚(ZF)的纯电动概念车。这款电动车的中央电驱装置核心是一个异步电机,它无需使用带钕或镝等稀有元素的接地材料。此外,这套装置还包括了一个结构紧凑的单速比传动机构、动力电源和一套控制程序。得益于两级减速的传动机构和创新的高转速设计,采埃孚(ZF)电驱系统的转速可达2.1万 r/min。在车辆刚起步时,电驱系统就能产生1 700 N·m的扭矩,使车辆0~100  km/h的加速可在9 s完成。

电驱技术

电驱技术

对于许多纯电动车来说,电机和逆变器共同运行在一个特定行驶工况时会产生一定的能量损失,而采埃孚(ZF)推出的电驱装置则解决了这个问题。采埃孚(ZF)通过对整套电驱系统的性能优化,使得电能转换效率提升6%。这款电驱装置的质量约45 kg,在同等输出产品中,设立了质量标杆,而采埃孚(ZF)还在对此不断研发以进一步提升其输出/质量比。这款电驱装置更丰富的版本已准备批量生产:最大的输出功率可提升至120 kW,扭矩高达2 000 N·m。

未来的电驱车要提高电能利用效率,必然和轻量化相关。在这款概念车的前桥上,轻量化球头拉杆模块是由纤维强化塑料制成的,拥有更好的减振和车轮导向效果。创新的纤维强化塑料材质使零件表面更光滑。同时,新材料的应用可比传统的钢质底盘减轻达到50%。

混合动力技术

采埃孚(ZF)是德国首家批量生产传动系统混合动力模块的供应商,此前混合动力技术一直是丰田等日系车企的强项。采埃孚(ZF)能够为整车制造商提供全套的混合动力组件。不论是微混或是全混,采埃孚(ZF)可以根据变速器不同的混合动力程度,为客户度身定制具体的解决方案。比如在此次试驾中,记者就体验了装备采埃孚(ZF)8挡混合动力版自动变速器的宝马Active hybrid 7、奥迪Q5 hybrid quattro以及装备了采埃孚(ZF)混合动力模块的大众Jetta混合动力轿车。

混合动力技术

混合动力技术

混合动力零部件是采埃孚(ZF)产品线中重要的组成部分。以曲轴电机DynaStart为例,针对车辆的不同混合动力应用工况,采埃孚(ZF)可以提供多种曲轴电机型号。例如,针对强混合动力车型,采埃孚(ZF)曲轴电机DynaStart与离合器集成在一起,能实现纯电驱行驶。另一个关键的产品是高效的混合动力管理系统:此管理系统能确保硬件、电控单元、软件和动力电源之间协同工作、高效运行。值得一提的是,采埃孚(ZF)提供的所有混合动力零部件均为自主开发,无论整车厂还是最终用户都将从中获益。

混合动力产品同样离不开零部件的轻量化。采埃孚(ZF)为混合动力设计的自对中支撑,替代了传统的钢质前桥零件,而碳纤维材质、聚酰胺注塑技术和高强度钢的应用则可减轻材质质量达16%。

电动助力系统

转向系统是驾驶互联化中很重要的一部分,高效的互联化驾驶需要适当的策略来协调并合理处理各种信号的优先级。采埃孚(ZF)研发了一种“功能协调逻辑”,它能在转向领域对不同的信号进行优先等级划分,并且协调多种信号的工作,使整个系统的运行安全可靠。

电动助力系统-互联驾驶副本

电动助力系统-互联驾驶

电动助力系统-互联驾驶

除了软件逻辑,电动助力转向系统是互联驾驶的核心技术。采埃孚(ZF)Servolectric电动助力转向系统提供3个产品型号,适用于各类车型。无论是微型、中型以及大型乘用车,或是轻型商用车,都可以找到适合的电动助力转向系统型号。并且根据安装空间、车辆电子系统性能及车辆所需的转向扭矩等不同情况,Servolectric电动助力转向系统的伺服单元可以安装于转向柱、双小齿轮上或者平行于转向齿条。

目前,电动助力转向系统的一些辅助功能已经在量产车型投入应用,除此之外,还有众多转向辅助功能正在研发中。辅助功能的开发将简化拖车、倒车程序,记者此次在试车场上体验到的就是这样一套系统。驾驶者只需一个iPad mini蓝牙连接车辆就可以遥控驾驶,通过传感器测量铰接角度,并设定需要的铰接角度后,转向系统就能自动执行转向,从而简化拖车倒车的难度。

作者:朱伟华

微信公众账号:朱伟华后市场

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