宝马汽车新款X7车型将搭载8HP变速器

宝马汽车公司与采埃孚（ZF）变速器公司多年来一直保持着密切的合作关系。近期，ZF公司将为宝马汽车公司新款X7车型供应改进后的8速自动变速器（8HP）。

ZF公司开发制造的8速自动变速器（8HP）被认为是业内性能最好的自动变速器之一，主要应用在高端车型上。ZF公司对8速自动变速器进行了重新设计，现已被匹配在宝马汽车公司新款X7车型上。ZF公司和宝马汽车公司均已确认，该款变速器将是该类型产品最后一款重新设计的变速器。

新款ZF 8HP变速器由ZF公司开发，其壳体采用铸铝材料制造。在该款变速器开发过程中，宝马汽车公司给予了大力支持。该款变速器采用正变位齿轮传动模式，具有换档顺畅、能量损耗低、恒速运行时静音效果好等特点，是一款性能良好的变速器，是ZF 8HP系列的第4代产品。通过技术改进，新款8HP变速器的扭矩容量增加了20%，燃油耗下降了1%，总质量减小了3%。

宝马汽车公司变速器研发工程师Emanuel NICOLARDI是项目开发的主要参与者之一。他解释到，“虽然第3代8HP变速器仍是高端车型装配部件的首选，但开发团队在进行第4代变速器开发时，创新了设计理念，将所有零部件集成到变速器壳体内。我们将不再需要全新的变速器，目前公司已经决定将最新的第2代48 V轻度混合动力系统引入到全新的动力总成中，以灵活适配不同车型。由于将所有的系统都集成到同一个变速箱壳体中，有助于提高发动机的工作效率。在上一代48 V轻度混合动力传动系统中，启动器被布置在发动机的侧面，而在新款系统中，我们将启动器直接布置在曲轴上，并将其集成到变速器总成中。”

ZF 8HP变速器的总质量为87 kg，采用模块化设计，可针对不同用途进行钟形壳体的调换，适配48 V轻度混合动力系统和传统的发动机传动系统。ZF公司表示，第4代8HP变速器的初期生产将在其位于德国萨尔布吕肯工厂进行，2023年后该款变速器的正式投产将在其位于美国南卡罗来纳州的格雷考特工厂进行。格雷考特工厂距离宝马汽车公司的美国工厂仅50 km，该工厂主要生产面向全球市场销售的宝马X3、X4、X5、X6和X7等车型。

据ZF公司介绍，该公司在新产品开发过程中转变了思维方式，ZF公司电气化动力总成开发负责人Michael EBENHOCH博士表示，“2009年，ZF公司开始量产变速器时，8HP变速器被设计成与传统发动机中应用的变矩器一起使用，混合动力版本自动变速器也由此衍生。目前，ZF公司正在将混合动力自动变速器确立为基础版变速器，该变速器可与轻度混合动力系统、强混合300 V的插电式混合动力系统相匹配，可用于峰值功率为24～160 kW，持续输出功率为80 kW的机型。

EBENHOCH表示，“采用轻度混合动力系统驱动的车辆可以在降低瞬时排放污染物方面发挥重要作用，与传统发动机驱动匹配的第3代8HP变速器相比，采用48 V轻度混合动力系统驱动的车辆在CO2排放方面有较大改善，可以减少15 g/km的CO2排放量。”

技术全面

ZF公司开发的变速器可适配宝马汽车公司的大部分车型，涵盖了从1.5 L 3缸发动机到4.4 L V8发动机在内的所有产品，且性能表现出色。ZF公司和宝马汽车公司在基础版变速器上采用了最小的钟形壳体，以提升工作效率。

EBENHOCH表示，“ZF公司对基础版变速器进行了技术改进，在减小质量的同时增加了扭矩容量。通过优化齿轮系齿表面的加工方法，可以在相同变速器尺寸的基础上增加20%的扭矩容量。”

ZF公司的研发团队对48 V轻度混合动力系统进行了技术改进，使该系统不仅可以直接装配在曲轴上，还可以适配发动机的各种启停工况，有助于宝马汽车公司推广轻度混合动力系列车型。配装了48 V轻度混合动力系统的车型可采用纯电动汽车模式低速启动，无需启动发动机。NICOLARDI表示，“我们在车辆所有启动工况下都配置了48 V轻度混合动力系统，比如40i（6缸机）发动机在车辆起步时的一段距离内，采用了非常低速的电动驱动行驶，当达到一定车速时自动切换成发动机为车辆提供动力，这种快速的无缝切换不会让用户觉察到顿挫感。我们希望用户在汽车起步时的最初几米距离内使用电动驱动起步，然后再平稳启动发动机，实现无缝切换启动，这是我们将电机安装在钟形壳体内的原因之一。”

为了增加变速器扭矩容量，ZF公司的研发团队对齿轮系齿表面和齿轮组进行了技术升级。ZF公司证实，8HP变速器将继续使用4个齿轮组的5个换档元件运行，在每个档位装置中只有2个换档元件打开，以降低变速器的摩擦损失。

虽然该变速器保留了4个行星齿轮组和5个换档元件，但该变速器只需要3个多片式离合器和2个制动器，可提升其工作效率。第3代变速器通过发动机驱动的叶片电池泵和电动泵/脉冲泵泵送变速箱油，而第4代变速器则是使用单功率分流泵，通过发动机驱动，或者在发动机关闭时直接由连接的电机驱动。

NICOLARDI表示，“由于所有的电子元器件必须集成到变速器内，因此整个变速器壳体进行了全新设计，变速器中有1个电动泵是全新开发的。此外，该变速器还配装了1个变矩器和1个扭力减振器，集成到含有48 V电机的钟形壳体中，从而使整个变速器结构非常紧凑。”

散热问题

将所有电子元器件集成到变速器中可为车辆客舱布置节省出空间，但由此产生了变速器自身散热的问题。通过将电子元器件直接与车辆的空调系统的冷却循环连接，上述问题得到了解决。由于使用了具有电磁执行器的直接换档阀，以替代电压执行器，液力控制单元的体积从3.1 L减小到1.8 L。此外，变速器不再需要增加柱塞和衬套。

变速器质量的减小在很大程度上是由于其壳体采用了全新的铸件，同时减小了齿轮组的质量。钟形外壳的体积比较大，其直径也很大，可以布置下所有零部件。

NICOLARDI表示，“基础版变速器（不含48 V系统）的配置基本相同，但搭载在宝马汽车公司车型上的变速器增大了钟形壳体的尺寸。由于采用了模块化设计，新款变速器的结构发生了变化。”宝马汽车公司车型搭载了与48 V轻度混合动力系统相同的基础版变速器，但变速器的钟形外壳和壳内的零部件将根据电气化规格和电气化程度进行调整。

非48 V轻度混合动力系统具有更小的钟形壳体，宝马汽车公司和ZF公司可以根据实际需求扩大壳体容量。应用48 V发动机启停系统将为变速器的设计带来一系列挑战，包括要确保各零部件的耐久性，目前的变速器零部件通常无法承受无限制的启停循环次数。NICOLARDI表示，“将48 V轻度混合动力系统安装到整车上，系统将承受无限制次数的发动机启停，这需要在发动机的开发上花费更多精力。”在整个车辆生命周期内，发动机启停的次数很多，因此必须在车辆的生命周期、整车试验项目、设计开发及材料应用方面考虑这一因素。启停循环次数通常超过常规发动机启动次数的2倍。对于该变速器匹配的E58发动机，宝马汽车公司已经完全改变了发动机的进气侧，进行了相关的技术改进，在进气侧凸轮轴为零行程，在排气侧安装了全新的可切换凸轮从动件，因此车辆在行驶过程中可以完全关闭排气侧，使车辆能够在超低速范围内实现纯电动模式行驶。

ZF公司在产品设计上具有自己独特的理念，通过对离心摆式减振器进行改进，可以使用户无法区分发动机驱动和纯电动驱动之间的切换。在软件方面，变速器控制模块已经摒弃了原有的特性图，将采用支持系统所有零部件的全新数学模型，为未来更复杂的驱动系统开发做好准备。