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行业综述-新能源汽车自动变速器

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行业综述-新能源汽车自动变速器

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来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2020/04/13 10:00
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一、引言

 

2018年,我国新能源汽车产销量达到125.6万辆,全球新能源汽车产销总量是200万辆,我国新能源汽车占比达到62.8%,这已经是连续4年我国新能源汽车产销占比超过全球一半。

 

伴随着新能源汽车市场的快速发展,新能源汽车变速器产业也得到了快速发展,我国新能源汽车变速器行业在核心技术上也得到了突破,如上汽集团的双电机混合动力变速器EDU2017年获得国家科技进步二等奖,搭载在荣威PHEV车型上累计销售7万余台;广汽的混合动力变速器GMC获得2018年第二届世界十佳变速器称号,搭载在广汽和广汽三菱的PHEV车型上,2018年实现销售2万余台;比亚迪的混动系统DM是国内最早实现量产的混合动力变速器,已经演进到了第3代,2018年搭载第三代DM系统的比亚迪宋DM实现销售39318台,比亚迪唐新能源也销售37146台。

 

在纯电动减速器和多档位自动变速器领域,苏州绿控传动科技股份有限公司、株齿、精进电动、上汽变速器等企业的产品,在自主新能源客车、商用货车、纯电动等领域也得到广泛应用。与此同时,长城汽车旗下的蜂巢传动、吉利汽车、广汽、比亚迪等整车企业的新能源汽车自动变速器也在自主的整车上实现了批量应用,为新能源汽车整车发展做出了积极贡献。

 

经过多年的技术攻关和产业化发展,我国新能源汽车自动变速器已经形成了多种技术路线并举、整车企业和独立变速器企业同台竞争、新势力快速融入的产业发展阶段。

 

二、新能源汽车自动变速器发展技术路线

 

1、混合动力自动变速器技术路线

 

混动动力自动变速器按照构型可以分为Add-on式(扩展式,基于传统自动变速器集成电机够成混动动力自动变速器,包括P0/P1/P2/P2.5/P3/P4及其组合)和DHT(Dedicated Hybrid Transmission,混动专用变速器,如丰田的THS),我国新能源汽车自动变速器技术路线既有Add-on式,也有DHT式。

 

经过十多年的发展,我们传统自动变速器技术已经实现突破和产业化应用,基于传统自动变速器的Add-on式混合动力自动变速器由于具有很好的技术和产业继承性、成本低等优点,因此,各类Add-on混合动力自动变速器在国内都得到了发展。有代表性的产品,如盛瑞的P2-8AT,长城蜂巢传动的P2-7DCT,吉利的P2.5-7DCT,比亚迪基于DCT的P0+P3+P4,奇瑞的P2-CVT,长城汽车的P0+P4,绿控的P2-AMT等等,都是基于传统AT/AMT/CVT/DCT的Add-on混合动力自动变速器。

 

在DHT方面,科力远(前身是吉利混动研发部门)是国内最早开展DHT研发的企业,经过十多年的发展,已经开发出了双电机混动自动变速器CHS系列产品,其中CHS1800已经搭载在帝豪PHEV车型上,实现了少批量生产,更大扭矩的CHS2800系列也在研发中。

 

上汽与上汽变速器合作开发的混动EDU,2017年获得国家科技进步二等奖,第一代EDU搭载在上汽荣威等PHEV车型也已经批量上市,截止2018年,累计销售7万余台。

 

广汽自主开发的混动自动变速器GMC也已经批量生产,除了搭载在广汽乘用车的GA3S PHEV/GS4 PHEV,并成功导入广汽三菱的棋智PHEV,这是国内第一家自主的混动自动变速器导入合资品牌车型,具有重要的标志性意义,2018年广汽GMC销售超过2万台,其中GA3S PHEV销售8852台,GS4 PHEV销售10924台,广汽三菱的棋智PHEV销售2478台。

 

另外,宇通客车的DHT、精进电动的DHT也都实现销售或者整车搭载。在第一代混动动力自动变速器成功实现量产后,上汽变速器、广汽、宇通等企业正在进行第二代产品的研发,基于行星排的DHT技术路线已经成为行业发展的共识。

 

2、纯电动汽车自动变速器技术路线

 

尽管国内纯电动车发展迅速,但迄今为止,国内纯电动乘用车还普遍采用单挡减速器,客车和商用车多挡自动变速器已经开始得到应用。最近几年,乘用车多档位(2-3挡),特别是乘用车2挡自动变速器成为国内新能源汽车领域研发的热点,整车企业、传统变速器企业、零部件企业、电机企业和新造车势力纷纷进入乘用车多档位自动变速器的研发中,纯电动乘用车自动变速器技术路线也呈现出多种技术路线并举的发展格局。

 

纯电动车自动变速器技术路线按照档位数量,可以分为单挡减速器和多挡自动变速器;按照换挡类型,可以分为有动力换挡(基于AT/DCT技术)和无动力换挡(基于AMT技术);按照传动比是否连续变化,可以分为有级自动变速器(基于AT/AMT/DCT)和无级自动变速器(基于CVT);按照电机数量,可分为单电机和双电机;按照换挡元件,可分为同步器、同步齿套、电磁离合器、湿式离合器、干式离合器、多模离合器等。国内纯电动车自动变速器各种技术路线并存,在乘用车领域,基本处于A/B样机研制阶段,在客车和商用车领域,部分产品已经开始走向市场。

 

三、产业发展概况

 

国内传统自动变速器产品进口或者外资占据了80%以上的市场份额。与传统自动变速器技术不同,在新能源汽车领域,我国自主品牌车企普遍采用自主的新能源汽车自动变速器或者减速器,特别市客车和商用车领域,自主品牌新能源汽车普遍采用自主的新能源自动变速器。巨大的市场发展空间,高速增长的新能源汽车市场,为新能源汽车自动变速器的发展带来了巨大机遇,也吸引了众多的资本进入该领域。

 

国内新能源汽车自动变速器产业有4类够成。

第一类是传统的独立自动变速器企业,如万里扬、盛瑞、容大、青山、株齿等;

第二类是整车企业自身或者旗下的传统自动变速器企业,如比亚迪、蜂巢传动、吉利、上汽变速器等;

第三类是原来从事电机电控或相关企业,如精进电动、巨一等;

第四类是新造车势力和看好这亿市场的新的初创企业,如蔚来汽车、绿传科技等。

 

四类企业相互竞争,各有优势,技术路线也不尽相同,共同推动了行业的技术进步和发展,使自主品牌新能源自动变速器获得了80%以上的市场份额。

 

四、主要企业经营发展情况

 

国内目前从事新能源汽车自动变速器整机研发和生产的企业有几十家,最具代表性的企业包括上汽变速器、蜂巢传动、吉利、比亚迪、广汽、长安、万里扬、盛瑞传动、株齿、绿控、精进电动、蔚来汽车等。

 

1、上海汽车变速器有限公司

上海汽车变速器有限公司式国内最早从事DCT研发的企业之一,在传统自动变速器方面,上汽变速器目前在产DCT360(6速)、DCT250(7速)两个系列双离合器自动变速器,并在2018年投产CVT180自动变速器。在此基础上,正在产业化研发第二代DCT380/280,以及CVT250。

 

在新能源变速器方面,目前在产混动产品主要是EDU(双电机PHEV)。在此基础上,后续即将量产EDU2(单电机PHEV)、HDCT(单电机PHEV)以便满足不同客户的需求。

 

纯电动方面主要生产功率85KW~110KW的一档电驱总成,并在2018年投产双电电驱总成匹配荣威marvel高端车型。公司基于长远战略,全力发展深度集成的电驱总成SEDS(三合一集成电驱动系统,峰值功率110-150KW,输出扭矩达3900NM)平台,未来将覆盖80~150KW的各种整车配置需求。

 

上海汽车变速器有限公司2018年度主要生产制造情况如下:

1)双离合器自动变速器生产制造约50万台;

2)CVT自动变速器生产制造约2万台;

3)EDU(PHEV)生产制造约7万台;

各类纯电电驱总成生产制造约8万台。

 

2、蜂巢传动科技有限公司

 

蜂巢传动科技有限公司系长城汽车全资子公司,是一家专注于传动技术研发、制造、销售以及工程技术服务的综合性企业,有独立的研究院、试制车间、试验室、生产基地,产品覆盖手动变速器、自动变速器、新能源减速器、混合动力自动变速器、四驱分动器系统等产品。2017年公司的7DCT成功实现量产,并在7DCT基础上研发成功了P0+P4的插电式混合动力系统,2018年搭载在长城魏P8车型上市。

 

近几年,蜂巢传动深耕电驱动总成,在新能源汽车领域,开发了最高输入转速10000rpm,最高输出转矩15000Nm,减速比8.35的1挡2级减速器;最高输入转速12500rpm,最高输出转矩2675Nm的两挡可选档变速器;与9DCT同平台的9HDCT,9DCT+48P1,面向商用车的集成电桥等新能源汽车变速器产品。

 

2018年,蜂巢传动公司产品销量超100万台,包括5MT、6MT、7DCT、电机减速器等多款产品。其中7DCT获得了“世界十佳变速器”荣誉称号。搭载车型覆盖皮卡、SUV、轿车等品类并且在HEV与EV领域均有搭载产品在售,目前为止新能源减速器共计生产2万余台。

 

3、吉利汽车

 

吉利汽车在其开发的7DCT的基础上,开发了P2.5-7DCT,该产品2018年年底实现量产,并搭载在吉利博瑞PHEV和领克01 PHEV车型上。另外,吉利也曾与科力远合作,在帝豪PHEV上搭载科力远CHS1800专用混合动力变速器产品。与此同时,吉利还在研发自己的基于行星排的DHT产品。

 

在纯电动方面,吉利帝豪EV目前采用的是单级减速器,未来开发的心的电动车平台将会采用单级减速器或者两挡自动变速器,基于AMT技术的两挡自动变速器正在开发中。

 

4、比亚迪汽车

 

比亚迪是国内最早从事DCT开发的企业之一,基于DCT技术,比亚迪推出了自主的插电式混动变速器P3-DCT。基于P3-DCT的比亚迪双模混动系统DM系统已经经历了三代产品的演进。2018年,搭载第三代DM系统的比亚迪宋DM实现销售39318台,比亚迪唐新能源也销售 37146台。比亚迪插电混动自动变速器成为国内累计产销量最多的混动动力自动变速器。

 

在纯电动领域,比亚迪的产品经历了单级分离式电驱动、单级二合一电驱动和单级三合一电驱动三代产品的演变,并正在开发能够满足未来集成度更高的全新EV平台的电驱动产品。在第三代三合一电驱动总成中,比亚迪基于同一平台技术,开发了40、70、120、180Kw的4个驱动三合一产品,最高转速12000rpm,最大输入转矩120-330Nm,搭载在比亚迪A00/A0/A/B级车型上。另外,比亚迪也在研发纯电动两挡自动变速器。

 

5、广汽乘用车

 

广汽自主开发的混动自动变速器GMC也已经批量生产,除了搭载在广汽乘用车的GA3S PHEV/GS4 PHEV,并成功导入广汽三菱的棋智PHEV,这是国内第一家自主的混动自动变速器导入合资品牌车型,具有重要的标志性意义,2018年广汽GMC销售超过2万台,其中GA3S PHEV销售8852台,GS4 PHEV销售10924台,广汽三菱的棋智PHEV销售2478台。在GMC一代的基础上,广汽研究院正在进行GMC二代产品的开发,预计2021年实现量产。

 

在纯电动变速器领域,广汽纯电动车目前装配的是单级减速器,从外部采购,自主的三合一单级减速器和两挡自动变速器正在研发中。

 

6、长安汽车

在插电式混合动力自动变速器方面,长安已经开发或者正在开发P2、P134构型的混动自动变速器。

 

2014年2月逸动C2插电式混合动力项目(P2)通过公司立项,混动系统采用1.0T增压直喷3缸发动机+P2耦合系统(干式离合器)+7速双离合器变速器,2017年10月19日正式上市。

 

2017年2月C3插电式混合动力项目(P2)通过公司立项,混动系统1.5T增压直喷4缸发动机+集成电机系统的P2 6速双离合器变速器,预计2020年上市。

 

2016年1月长安CS75插电式四驱混合动力项目(P134)通过公司立项, 前驱:采用1.5T94Kw增压发动机+多模变速器+70Kw发电机+70Kw驱动电机,后驱:采用峰值80Kw的驱动电机+两档减速机构。该P134产品在2018年9约12日上市。

在纯电驱动方面,长安新能源产品匹配青山公司的量产减速器EF1XX系列,EF1XX系列,两大系列纯电动产品于2018年9月和2019年12月进入量产;纯电动产品已经实现平台化。

 

7、苏州绿控传动科技股份有限公司

 

绿控传动位于清华大学苏州研究院,是一家专注于新能源汽车传动产品研发生产制造的企业,是新能源客车和商用车领域传动产品的主要供应商之一。

 

2012年到2015年,绿控的主要产品是针对10~12m公交车的并联混动系统,当时主要是采购中德、北奔、綦江的变速箱,加上执行机构和控制器,采购电驱动、大郡的电机,组合成动力总成。

 

2014年开始,绿控开始变速箱和电机的设计开发,2016年自制的变速箱和电机开始出货,2018年变速箱和电机出货已经大部分是自制型号。目前,绿控有轴、齿、壳体的加工能力,壳体铸造能力,总成设计能力,控制器开发能力,动力系统控制能力。

 

2017-2018年,绿控主流产品从混动转变为纯电动。目前混动产品主要在向重卡、轻客拓展。纯电动产品在向集成化、高速化方面发展。

 

目前,绿控有6个产品系列:

1)TED系列,基于AMT的纯电动系统

2)DM系列,纯电动直驱系统

3)STEA系列,中央电驱桥及轮边电驱桥

4)MHD系列,增强版混联混合动力系统

5)PHD系列,并联混合动力系统,2010年上市以来,装车量超过25000套

6)AMT,电控机械式自动变速箱

每个系列具有多款产品,覆盖多种规格的商用车。

 

绿控主要针对商用车客户,客车领域几乎所有的有影响力的厂家都是绿控的客户,目前已为中通客车、北汽福田、苏州金龙、厦门金龙、厦门金旅、宇通客车等国内40余家客车企业,以及中国一汽、东风汽车、中国重汽、陕汽重卡、江淮汽车等卡车企业批量供货。绿控产品,主要销往国内市场,也有少量出口,包括澳大利亚、西班牙、韩国、菲律宾、卡塔尔等国家。

 

8、精进电动科技股份有限公司

 

精进电动是国内领先的新能源汽车电机和动力传动系统提供商,也是行业内少数能全面涵盖新能源汽车关键的应用动力系统及其核心零部件制造商,拥有丰富的产品组合,包括电机、电控、控制软件、新能源汽车专用变速器、减速器总成等。其产品已经成功配套了全球主要的乘用车和商用车企业,以及大量汽车行业的高端创新先锋企业。

 

精进电动在新能源汽车传动领域的主要产品包括:

 

1)3000Nm二合一(OD220电机+二级减速动力总成),目前已成功搭载国内多款车型并批量供货。

 

2)3000Nm三合一 (OD220电机+二级减速动力总成),电机、减速器和逆变器的一体化设计,结构优化和紧凑,形成低NVH的整体解决方案,2018年已经完成B样机研制,功搭载某客户的整车并进行道路试验。

 

3)油冷双电机串并联混合动力总成。高度集成一体化设计,含油冷双电机、减速器、油冷系统、驻车系统,结构紧凑;采用高功率密度的油冷双电机系统;免维护电磁离合器;可实现动力的五种工作模式切换。产品已在多家主机厂进行整车试验。

 

4)油冷双电机增程型混合动力总成。 高度集成一体化设计,含油冷双电机、减速器、油冷系统、驻车系统,结构紧凑;采用高功率密度的油冷双电机系统。与eRDM后驱模块组合做成四驱,加强整车动力性。产品已提供主机厂进行样车试装和试验。

 

5)后驱纵置中型电驱动两档变速器。高度集成一体化设计,含油冷双电机、减速器、油冷系统、驻车系统,结构紧凑;采用高功率密度的油冷双电机系统;变速器具有直接档、低速档、空档三个档位,采用非接触式电磁式换挡操作方案。产品已广泛应用于国内外主流的中型客车、公交、大巴和中型商用货车,是商用车领域不可或缺的核心电驱动动力总成。

 

6)OD220单级减速电驱动总成。最高输入转速12000rpm,电机峰值功率140kW,峰值扭矩320Nm,已搭载于国内众多客户的物流车、轻货车,受到市场广泛认可。

 

9、株洲齿轮有限责任公司

 

株洲齿轮有限责任公司是由潍柴动力股份有限公司和株洲齿轮股份有限公司组建的高新技术企业,是中国汽车齿轮行业骨干企业。最近10多年来,株齿紧紧抓住新能源汽车市场高速增长的机会,在新能源汽车减速器市场取得了不菲的成绩。株齿是国内最早(2007年)从事新能源汽车传动系统的公司之一,目前是新能源汽车市场销量最大的专业传动系统供应商,2018年株齿在电动车单级减速器市场占有率达到30%。

 

在新能源汽车变速器和电驱动总成方面,株齿量产的产品已经形成了单挡减速器、机电一体化(二合一)电驱动总成、纯电多挡动力总成等3大系列产品。

 

单级减速器。1T07系列,包括1T07/1T07M/1T07K/1T07HG/1T07SP5个产品,1T07 系列变速器匹配奇瑞、通用五菱、长城华冠、雷丁、御捷马、中通巨龙、宝雅等公司的纯电动轿车,通过了台架实验和道路实验,2010年底开始批产。1T25系列减速器包括1T25B/1T25C/1T25D/1T25E/1T25FP/1T25X/1T25JP/1T25KP等,主要用于SUV/MPV型电动轿车,1T25B减速器现主要力帆汽车;1T25C减速器现主要郑州日产汽车; 1T25D减速器现主要匹配云度汽车;1T25E减速器现主要匹配云度汽车;1T25FP减速器现主要匹配奇瑞汽车;1T25X减速器现主要匹配东南汽车;1T25JP减速器现主要匹配长丰猎豹;1T25KP减速器现主要匹配小鹏汽车。1T25系列是株齿的主打产品。

 

机电一体化(二合一)总成。机电一体化总成是株齿二合一电驱动总成系列产品,包括Y1T07/Y1T15/Y1T25/S1T20/S1T35,覆盖峰值转矩从150Nm到350Nm,转速从9000rpm到16000rpm。

 

纯电动多挡动力总成。2挡自动变速器2T07AMT,包括2T07/2T07A/2T07B/2T07C/2T07D, 2T07AMT是专为纯电动汽车设计的两档变速箱,采用AMT换档机构,已匹配众泰云100、知豆汽车、雷丁汽车;电动商用车用2挡AMT 2TR35,采用三锥同步器换挡兼容齿套换挡;电动物流车用2挡AMT自动变速器系列,D2TR90平台应用于4.5-5t物流,6米客车主要客户是中车、上饶客车,D2TR120平台应用4.5-6t物流,6米客车,主要客户是中车、上饶客车、雅骏。D2TR210平台应用车型:7.5-10t吨物流车,8米客车,主要客是中车、上饶客车。电动商用车用4挡AMT自动变速器4TR120AMT,是为后驱纯电动公交车开发的一款产品,主要应用于10m-12m城市客车,物流车等,输入端接电机,输出端接后桥主动齿轮轴,目前进行小批量生产。

 

10、其他有代表性的企业

 

盛瑞传动股份有限公司:盛瑞传动在成功研发世界首款前置前驱8AT的基础上,2018年开发出了基于8AT的P2-8AT混合动力变速器,并开始整车搭载试验;另外,开发出了更低基于6AT的P2-6AT混合动力变速器样机,和后驱用P2-8AT混合动力样机,以便适用汽车电动化的发展趋势。

 

浙江万里扬股份有限公司:为了迎合新能源车型的发展趋势,2018年万里扬在CVT25变速箱的基础上开发了适用于混动系统的CVT38 PHEV变速箱,最高能够承受380Nm的额定扭矩。CVT38 PHEV 是一款 P2 结构,具备 P1/P3 模式的全新一代单电机多模式混合动力变速器,可以适配目前国内市场 A、B 级主流车型。与此同时,万里扬还开发出了电动车专用的无级变速器样机,该款 E-CVT 其扭矩容量达 280N•m,最高转速 8000rpm,综合传动效率 95%。

北京绿传科技有限公司,2018年开发出了一款电动车专业两挡自动变速器2DET,2DET采用湿式离合器技术的,可实现动力换挡,样机已经在整车上进行试验测试。

 

安徽星瑞齿轮传动有限公司:主要产品是生产纯电动汽车单级减速器,产品包括乘用车和商用车减速器,扭矩215NM~400NM主要用户是江淮、北汽新能源、奇瑞、小康、吉利等,两挡自动变速器变速箱正在计划开发中。

 

作为新造车势力,蔚来汽车在2018年ES8车型销售超过1万台,为了满足自身对电驱动系统的需求,蔚来汽车也在致力于三合一电驱动系统的研发,开发了XPT 160kW EDS三合一电驱动系统,采用单级减速器,最高输入转速15000rpm,最大输入扭矩305Nm。

 

五、产品技术进展与创新情况

 

在混合动力和插电式混合的动力汽车领域,经过多年的自主创新,我国已经形成了多种技术路线发展的格局,在基于AT/AMT/CVT/DCT的可扩展式混合动力变速不同构型方案方面(P0/P1/P2/P3/P4及其组合)都已经实现了技术突破,多款产品实现了量产,在混合动力专业变速器DHT方面,也实现了技术突破,并实现了小批量生产。

 

在纯电动新能源汽车领域,纯电动自动变速器与电机、电机控制器统称为电驱动总成,电驱动总成经过十多年的发展,经历了3代产品的研发。第一代电驱动总成是分离式的,电机、减速器和电机控制器都是分立的,独立装配安装;第二代电驱动总成是二合一,电机和减速器(自动变速器)一体化设计;第三代电驱动总成是三合一,电机、电机控制器和减速器(自动变速器)高度集成一体化;未来在第三代基础上,更高集成度的EV电驱动平台化是发展方向。

 

目前国内纯电动车搭载的电驱动总成大多处于第二代产品阶段,单挡和多挡第三代三合一电驱动总成是目前国内外产品研发和技术创新的热点

 

新能源汽车电机的引入,使新能源汽车传动系统的转速由传统内燃车的6500rpm左右,提升到了12000rpm、16000rpm,甚至更高,集成化、一体化、低成本、低噪声、高性能等发展趋势,给新能源汽车变速器在噪声控制、冷却润滑和热管理、密封、换挡或模式切换平顺性、高精密齿轮制造等方面带来了巨大的挑战,相关领域的研究和技术创新也成为新能源汽车变速器领域研究的热点;与此同时,新能源汽车高速增长的市场,又为新能源汽车变速器行业带来了巨大的市场机会。

 

因此,新能源汽车变速器行业需要聚行业智慧,共同面对挑战,为新能源汽车产业发展做出应用的贡献。

 

 

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