一、变速器概述
传统内燃机汽车的变速器与发动机相连接,分为手动和自动等形式。纯电动汽车由于依靠电机驱动,可以通过调节电机转速来改变行驶速度,因此目前多配备单级减速器,而未来有望转化为多级变速器。混动车中,串联连接方式不需要使用变速器,而并联与混动均需要用到变速器。
传统汽车中,变速器按照操纵方式的不同,可以分为手动变速器(MT)以及自动变速器两大类。而自动变速器中,又可以根据其结构以及原理的不同,划分为机械式手自一体变速器(AMT)、液力自动变速器(AT)、双离合变速器(DCT)以及无级变速器(CVT)。
各种传统变速器对比
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手动变速器通过人为拨动变速器齿轮与不同档位齿轮组相结合,从而完成输出转矩与转速的切换。这种结构简单可靠,可以轻松获得不同的传动比,但是有一个缺点,就是每次换档时,必须要驾驶员踩下离合器踏板,完成离合器的分离来切断发动机传向变速器的动力,使得驱动轮在很短的一段时间内无法获得动力,造成动力输出的损耗,增加了其油耗。
AMT在机械变速箱(手动档)原有基础上进行改造,主要改变手动换档操纵部分。即在总体传动结构不变的情况下通过加装微机控制的自动操纵系统来实现换档的自动化。因此AMT实际上是由一个电脑来控制一个机器人系统来完成操作离合器和选档的两个动作。它拥有手动变速器超高的传动效率同时能有效减少在操纵挡杆时浪费的时间。并且燃油经济性比传统4AT车型可以有效降低20%~30%的油耗。
液力自动变速器由液力变矩器、行星齿轮变速器、控制机构组成,可以实现输入轴与输出轴脱离刚性传动关系、输入轴与输出轴同向或反向传动和输入与输出轴传动比变化,从而提高效率,液压操纵系统会随发动机工作的变化而自行操纵行星齿轮,从而实现自动变速变矩。
双离合变速器具备两套手动变速器的传动结构,能够做到挡位的替换接力;由此双离合变速器的换挡和AT一样平顺;但是不需要像AT一样靠液力传输动力,也不需要像MT一样断开离合器换挡,从而降低输出动能的损耗,提升其燃油经济效率。
CVT(无级变速器)采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力,实现传动比的连续改变。CVT无级变速机构包括主动轮组、从动轮组、金属钢带。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径,从而改变传动比,实现无级变速。
相关报告:华经产业研究院发布的《2019-2025年中国自动变速器行业市场前景预测及投资战略研究报告》
二、变速器技术发展趋势
目前全球乘用车变速箱的技术路线可以概括为AT、DCT以及CVT三国鼎立的局面,未来技术路线的演化也或多或少的出现了不同的研发趋势,但是总的来说,均可以概括成往燃油经济性更高以及换挡传动更加平顺上去发展。
1、液力自动变速器(AT)
目前,主要配套的AT产品是6速AT变速箱,其稳定性好、适用性高的优点深入人心;但是,AT依旧面临着换挡冲击强且油耗较高等问题。由此,AT正在往8AT、9AT甚至10AT的方向上去进化,以降低换挡时所产生的冲击感,从而降低油耗。目前8速AT主要由采埃孚生产,集中度高达90%;8AT换挡速度更快,扭矩范围广且质量相对较低;比如,采埃孚8HP的换挡时间仅0.2秒,其速度不亚于DCT。
2、双离合变速器(DCT)
DCT的其中一大发展趋势将是提升其稳定性。从DCT产业化的基础来看,DCT采用定轴齿轮传动,结构于国内厂商所掌握的手动变速器技术相仿,因此国内厂商纷纷布局DCT的生产路线。目前,比亚迪、上汽、广汽等主机厂均已量产配套DCT的车型,长安以及长城也公布其量产计划。而干湿式DCT的主要差别在于其摩擦片的冷却性能,湿式DCT采用油冷具备更好的散热性能,故适合大扭矩车型;干式DCT则主要空气被动冷却,适用于小扭矩车型;我国自主品牌车型主要以小扭矩为主,随着各大车企积极推进研发,DCT稳定性有望改善,从而带动渗透率大幅提升。
DCT匹配混动技术的综合表现最佳,有望在混动车型上推广。在所有的混动技术路线中,P2技术因为结构复杂程度一般,发动机与变速箱无需大幅度改动而使得开发成本较低;其节油效果却可以在保证优良的加速效果的同时,达到30%左右;且有政府补贴,使得其从其他路线中脱颖而出。
不同类型新能源汽车混动车型变速箱对比
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3、无级变速器(CVT)
CVT驾驶平顺性较佳且传动效率高,但是其扭矩承载能力较弱;因此,主要配备与一些扭矩较小的小型乘用车,约束了其发展的前景。目前,CVT变速器的配备主要集中于一些日系车企,比如丰田和本田。但是CVT在小扭矩车型中的表现不俗,未来随着CVT扭矩容量的提升,有望被配套与更多家用型乘用车中。
当前,日产正在研发新型的二代CVT,其扭矩容量从180Nm提升至380Nm;这将使得CVT从原本2.0L以下排量的车型的限制中得以突破,运用至2.0L-3.5L排量的车型。
新型CVT参数
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三种类型的变速器在技术上各有春秋。中低档为AT稳定性好,但是油耗较高;高挡位AT燃油经济性高且换挡速度快,但是成本过高。DCT燃油经济性强,而质量稳定性则略有欠缺。CVT油耗低换挡平顺,却受限于其扭矩容量。中长期来看,国际车市将依旧采用三种技术路线齐头并进的发展趋势。
三、国内外变速器市场格局
1、海外变速器市场格局
从全球范围来看,全球主流大型汽车集团比如丰田、大众、雷诺等虽然也会从爱信、采埃夫等变速器独立厂商处购买变速器,但是其本身也具备研发与生产能力,因此在变速器的供应方面不存在大的问题。而各国TOP20车型的变速器配比情况来看,日本自从上世纪90年代石油危机起,大力发展CVT技术,目前已经研制出具备较为先进性能的CVT,从2018年各国TOP20畅销乘用车中可以看出,日本CVT车型的占比远远高于其他国家,达到59.09%。美国市场则受到日系车的影响,其TOP20畅销车中日系车占比高达40%,导致其CVT占据了较大的市场份额,达到33%。而韩国车则受到美系车的影响,具有较高的AT配比。虽然最早将CVT运用在汽车上的是德国公司,但是德系车对动力性能的追求造成其更加偏好使用AT和DCT等传动性能更强、扭矩范围更大的变速器;而近年来愈加严苛的有害气体排放标准,也使得德系车在DCT上的配比逐渐提升。
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2、国内变速器市场格局
我国乘用车手动变速箱的生产企业主要可以分为两类,一类是集团内自产的变速器直接为整车厂配套,如大众、上汽等;另一类则是独立的变速器供应商,如爱信、采埃孚和加特可等。
与手动变速器不同,自动变速器具有较高的技术门槛和研发难度,目前的核心技术仅仅集中在少数外资企业手中,如丰田、大众、通用等大型汽车集团以及爱信、采埃夫等国际领军型变速器供应商,且这部分企业生产的变速器价格高昂,对外出售的意愿较低。我国经过多年的研发,目前自主品牌乘用车企业对DCT产能的规划较多,并逐步开始配套至最新车型上。因此,预计DCT的变速箱渗透率在未来可以达到30%甚至以上。
自主品牌主要变速器供应商
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从目前市场上各类型变速器车型占比来看,因为DCT的燃油经济性高且结构成熟——其传动结构沿用原有的手动挡传动结构——有利于企业发挥规模效益;预计将成为增速的主力军。从今年前7个月的上牌量数据来看,AT的产量几乎没有变化;而CVT因为其结构存在一定的缺陷,甚至出现了小幅下滑;DCT则在2018年上半年达到了19.5%的渗透率,增速高达22.12%;未来三年假设上涨至22.50%、27.20%以及30.80%;预计2019年和2020年DCT的产量将达到468.16万台和571.18万台,同比增长29.39%和22.01%,渗透率达到30%左右。
从目前国内市场的技术路线占比来看,不难发现其明显的地域性特征。作为德系汽车的代表,大众DCT车型占比从2013年的25.8%迅速上升到了2017年的43.8%;而从上牌量数据来看,目前的DCT占比高达63.37%,DCT车型受到消费者青睐;2017年,大众DCT车型销量近178万辆,同比增长46.18%远远高于大众整体车型3.81%的增速,而从各类变速器与大众车型配套的占比来看,大众有意逐步用DCT车型来取代AT、CVT及部分MT车型,预计大众未来DCT配套比例将超过70%。
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而丰田、本田以及日产具有非常明显的日系车特征,其CVT配套比具有绝对地位;除了丰田目前还采用了28%的AT以外,本田和日产的CVT配比均高于90%。通用作为美系车,则大幅度沿用了AT的结构配置,其占比达到96.13%;现代汽车早期受到福特和三菱(当时的控股方是克莱斯勒集团,而克莱斯勒在2008年金融危机中由美国政府接手)的影响,其AT的占比远高于DCT以及MT,达到71.04%。
2016年到2018年前九个月的上牌量数据来看,我国主要自主品牌主机厂的DCT车型配比出现了明显的上升趋势;此外,长城汽车DCT配套比从2016年的5.06%迅速上升至2018年的79.30%;吉利汽车DCT配套比从2016年的5.04%上升至目前的15.93%;荣威汽车从2016年的31.46%上升至45.17%;一汽的DCT配套比从2016年的26.34%上升到了34.43%。其中,吉利和宝骏的DCT增幅伴随着AT车型配套比共同提升,MT车型明显下降;而长城、荣威的DCT增长则伴随着AT与MT车型的下滑;一汽配套AT车型上升幅度小,而MT车型下滑较快;传祺则大量使用了AT配套。另外,CVT车型的配套比均出现小幅度上升,增速远不及DCT,这是由于CVT受限于钢带打滑而无法承受大扭矩以及其提速性能及效率不及AT与DCT而造成的。
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四、变速器市场趋势
2017年总体乘用车的平均售价已从14.2万元上升至15.1万元,呈现消费升级态势;现在的消费者对于自动挡和手动挡之间1万元左右的差价的敏感程度都相对较低,从而选择自动档汽车的比率上升,以此减低驾驶的疲惫感。另外,新驾驶员在考出C1驾照后也较为有限的选择手动挡新车的消费,而更多购买自动挡汽车,以此降低新人驾驶员上路出行在车流中的驾驶难度。由此,越来越多的车型选择以自动挡车型替代原本的手动挡车型;带动了自动变速器在汽车上的渗透出现提升。
2017年,我国自动变速器渗透率为63%,其中自主品牌渗透率仅35%,对比海外发达国家依旧有较大上升空间。在一些发达国家,自动变速器的渗透率已经超过80%,其中美国与日本的自动变速器渗透率最高达到90%;韩国紧随其后,自动变速器的渗透率达到了80%;欧洲人由于更加崇尚汽车的驾驶感以及操纵性,手动挡的市场份额依旧较大,其自动变速器的渗透率为50%。由此可见,自动变速器在我国车型中的渗透比率——尤其是自主品牌车型中——依旧有着较大的市场空间。
2017年,我国全部品牌汽车以及自主品牌汽车自动变速器渗透率分别为63%以及35%。2018年受到购置税透支等因素影响,下半年乘用车销量疲软,增幅为-3%,不考虑政策影响,预计未来2年随着需求透支影响减弱将逐步恢复正增长,达到1%以及2%的增速;自主品牌乘用车销量波动大于合资品牌,2018年全年增速-6%;未来2年增速预计为-1%以及1%。预计2018-2020年全部品牌汽车自动变速器渗透率大概率落在65%、70%以及75%左右的区间内;自主品牌汽车自动变速器的产量将有可能增长至45%、55%以及65%;则未来三年我国全部品牌汽车自动变速器产量估计为1608.1万台、1721.2万台以及1854.5万台;未来三年自主品牌汽车自动变速器的产量预计达到459.9万台、556.5万台以及664.2万台。