新能源乘用汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及變速箱油品潤滑性能要求

周軼

中國石化潤滑油有限公司北京研究院

隨著石油資源的日益緊缺、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（Zero Emission Vehicle：零排放車輛）法案規(guī)定在加州及其他9個(gè)州內(nèi)汽車銷量超過一定數(shù)量的企業(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ZEV所占比例將達(dá)到22%。歐洲汽車排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，到2021年歐盟地區(qū)的新車平均二氧化碳排放量不得高于95 g/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5 L/100 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，如荷蘭（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，得益于北京等城市對(duì)居民汽車消費(fèi)實(shí)施限行限購，以及新能源車補(bǔ)貼公告和購置稅免稅公告的按節(jié)點(diǎn)發(fā)布，同時(shí)，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。

國內(nèi)外新能源乘用汽車發(fā)展現(xiàn)狀

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［1］，占據(jù)全球市場(chǎng)比例達(dá)47.3%；美國新能源乘用汽車銷售量位列第二，為19.75萬臺(tái)左右，市場(chǎng)份額較2016年有所回落；日本新能源乘用汽車銷售量位列第三，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［1］。

全球新能源車的發(fā)展線路差異較大，各國仍以發(fā)展純電動(dòng)汽車（Electric Vehicle，EV）以及混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，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)銷量中，混合動(dòng)力汽車占據(jù)1/3，純電動(dòng)汽車占據(jù)2/3。2016年及2017年全球各國新能源乘用車的線路分化見表2［1］。

從表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)以混合動(dòng)力汽車為主。

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2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。

表1 各國 2016年及2017年新能源乘用車銷量以及市場(chǎng)份額

表2 各國2016年及2017年新能源乘用車的發(fā)展線路

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，主要分為3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)。它們的聯(lián)結(jié)方式見圖1。

應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上的變速器主要類型包括：一檔或多檔位減速箱、手動(dòng)變速箱（Manual Transmission，MT）、自動(dòng)變速器（Automatic Transmission，AT）、雙離合變速器（Dual Clutch Transmission ，DCT）、無級(jí)變速器（Continuously Variable Transmission ，CVT）以及專有的混動(dòng)變速箱（如豐田EVT：Electrical Variable Transmission）。

純電動(dòng)汽車，它是完全由可充電電池（如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳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，其構(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，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)（圖2）。

圖2 純電動(dòng)汽車減速箱齒輪組（一檔減速機(jī)構(gòu)）

新能源乘用汽車變速箱的潤滑現(xiàn)狀

對(duì)于新能源汽車，不同類型的變速箱其結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別，所需配套的潤滑油品種有所不同。新能源乘用汽車各類型變速箱的油品應(yīng)用情況見表3。

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（如專用的ATF 、DCTF油品等）應(yīng)用為主，純電動(dòng)汽車變速箱以使用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。

新能源乘用汽車變速箱油品潤滑性能要求

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的摩擦性能要求的不同，進(jìn)行性能區(qū)別：ATF需要良好的摩擦性能和抗抖動(dòng)性能；CVTF油品則需要良好的鋼對(duì)鋼的摩擦性能；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)齒輪和同步器良好的抗磨損、點(diǎn)蝕性能。

對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，目前市場(chǎng)上應(yīng)用的純電動(dòng)乘用車以一檔減速機(jī)構(gòu)為主，由于轉(zhuǎn)速大幅提高（一般輸入軸轉(zhuǎn)速在10 000 r/min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)油品的抗泡沫性能、氧化安定性和熱安定性等性能提出了更高的要求。由于目前各家OEM（原始設(shè)備制造商）比較關(guān)注燃油經(jīng)濟(jì)性要求，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)試方法見表4。

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的變速箱油品性能要求之間尋求平衡。

表3 新能源乘用汽車各類型變速箱的油品應(yīng)用情況

表4 油品的電化學(xué)性能測(cè)試項(xiàng)目及方法

結(jié)論

☆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)將出現(xiàn)可期待的較快增長。

☆2017年全球新能源乘用車銷量前3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)則以混合動(dòng)力汽車為主。

☆混合動(dòng)力變速箱油品需要兼顧各類型變速箱的摩擦性能要求不同進(jìn)行性能區(qū)分。純電動(dòng)汽車減速箱油品對(duì)油品的抗泡沫性能、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。

☆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。