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中外合作“驱动”创新传奇——北航徐向阳教授与波鸿鲁尔大学Peter Tenberge教授合作纪实

点击[] 时间[ 2017年04月10日 08:21] 发布人[王凌沛]

中外合作“驱动”创新传奇  

——北航徐向阳教授与波鸿鲁尔大学Peter Tenberge教授合作纪实  

通讯员 王凌沛

 

众所周知,变速器是汽车的核心部件,自上世纪三十年代世界上第一台自动变速器诞生以来,经过几十年的发展,国外自动变速器技术日臻成熟,2002年以来,日德美陆续研制出前置前驱6AT,采用3自由度行星机构,并进行了系统的专利保护。而我国自动变速器技术、产品和标准均处于空白,市场被国外高度垄断。

为了打破国外市场和技术垄断,研制出适合中国国情的先进自动变速器,北航徐向阳教授与德国著名汽车工程专业专家Peter Tenberge教授一起合作,奋斗了十余年。

Peter Tenberge教授是国际知名的传动技术专家,具有丰富的工程经验和坚实的理论基础,曾任职于世界500强企业德国ZF公司和舍弗勒集团,1994年起在开姆尼茨工业大学任教,担任机械零件室主任,并受邀担任德国工程师协会生产和工艺设计协会名誉主席,领导 “变速箱和机械零件”专家组,曾获得德国、韩国、美国等各国专利130余项。现在德国波鸿鲁尔大学任职。

说起Tenberge教授来华工作,还要回到2004年。当时的北航汽车系徐向阳教授团队与一家汽车公司达成合作开发电控机械自动变速器(AMT)的技术协议,北航汽车系负责为该公司某款轿车匹配电控机械自动变速器。在结构设计方案完成、原理样机装载样车路试后,徐向阳教授感到,原理样机在性能和技术上还存在着一些问题,仅仅依靠北航团队自身的技术力量,很难在短时间内完成后续技术完善和性能改进工作,亟待向世界车辆工程知名专家“取经”。  

这时,徐向阳了解到当时在开姆尼茨工业大学供职的Peter Tenberge教授与自己的研究方向非常接近。于是,他向Tenberge教授首次发出邀请,希望他能够访问北航,并就北航团队电控机械自动变速器研发项目中遇到的难题进行技术交流。Tenberge教授欣然应允。

Tenberge教授通过“北航聘请短期外国专家项目”资助来校后,与徐向阳教授团队进行了深入的技术研讨,并以其多年来对汽车变速器研究的丰富经验,向徐向阳教授坦诚表示:电控机械自动变速器(AMT)由于存在换挡过程动力中断的原理性缺陷,在今后乘用车市场上很难有发展潜力,面向乘用车自动变速器的研究,应该逐渐转向液力自动变速器(AT)、无极变速器(CVT)及双离合变速器(DCT)上来。

用徐向阳教授的话说,“Tenberge教授的这一建议让我们受到极大启发,为我们打开了一扇新的窗户,使我们清晰地了解到了国际上自动变速器研究的发展趋势,为今后团队研究方向做出重大调整奠定了基础”。

2005年以后,Tenberge教授持续通过“北航聘请短期外国专家项目”资助,每年来北航工作讲学,听课者中不乏中国汽车整车制造企业以及变速器制造企业的技术人员,他们与Tenberge教授和徐向阳教授团队开展了深入的学术探讨。在这个过程中,中外双方合作的教授一直在共同思考和探讨:究竟什么是适合中国市场的变速器技术?

彼时,在世界范围内,德国的ZF已经开始着手研制后驱用8挡液力自动变速器(简称8AT),前者前驱6AT也陆续在欧美日研制成功。而当时的中国汽车市场还处于刚刚开始应用4AT的阶段,且全部依赖进口,而5挡及以上挡位自动变速器跨国公司根本不提供,自动变速器市场和技术完全被国外垄断。与4AT相比,8AT传动效率更高,换挡更加平稳。问题的关键在于,8AT体型较长,只适用于国外常见的、采用纵置发动机的后驱车型。如果想应用于中国常见的、采用横置发动机的前驱车型上,发动机舱根本无法容纳。面对国外严密的技术封锁,要想突破封锁,研发出符合中国市场的前置前驱8AT,难度之大不难想象。

这时,Tenberge教授和徐向阳教授希望能够找到一家中国汽车变速器制造企业开展合作,三方共同研发能够应用于在中国常见、采用前驱横置发动机车型的自动变速器。中德合作教授面临两条技术路线选择,一是,借鉴和学习国外刚研制成功的前置前驱6AT,技术风险小,国内市场也迫切需求,但即使研发成功,也只能是跟随;二是,跳出国外的专利封锁,研发传动效率更高、结构更紧凑、档位数量更多的AT自动变速器,使中国自动变速器技术实现从空白到引领。尽管后一条技术路线困难重重,充满巨大的风险和艰辛,但在徐向阳教授的坚持下,他们还是选择了后者,去创新研发世界首款前置前驱8AT。为了将这一想法变成现实,Tenberge教授与徐向阳团队同多家中国汽车公司商谈合作,最终与山东盛瑞传动股份有限公司签订了研发8AT的三方合作协议。

新型自动变速器研发之路就此开始,徐向阳教授作为8AT三方团队技术负责人,带领三方团队从原始概念创新开始,采用正向设计路线不断推进研发工作。围绕行星齿轮传动机构布置方案筛选和优化、机械和液压系统设计等关键技术,徐向阳教授派出3名博士生和1名青年教师赴德国接受联合培养和短期访学,双方开展合作研究。Tenberge教授利用自己在德国汽车界的强大“人脉”,与徐向阳教授团队成员一起,不辞劳苦地驱车上万公里,跑遍了德国国内几乎所有的汽车变速器生产厂商、零件供应商和相关研究机构,与德方技术研发人员进行探讨,寻求项目研发关键技术解决方案。同时,为了更好地支撑项目,2008年12月,徐向阳与Tenberge教授联合成功申请科技部国际合作重大专项“8速自动变速器联合研发”,资助额达到1190万元,保障了研发后续经费。

Peter Tenberge教授与徐向阳教授就技术问题进行讨论

经过2年多的艰苦努力,双方逐渐形成了一套比较完善的设计方案。这套方案利用3个行星排和5个换挡元件(4个离合器和1个制动器)通过3对正齿轮连接布置在两根轴上的创新设计,把纵置8速变速箱的输入轴“拐了个弯”,缩短了整体的长度,从而匹配前横置发动机,成功实现了8个前进挡和1个倒挡。

2009年4月份,三方团队基于8AT设计方案,完成了8AT的3D数模、2D图纸设计工作以及计算仿真工作,第一代样机设计工作正式完成。接下来, 8AT项目的工程化开发、样机开发、测试等工作需要并行完成。但当时国内自动变速器产业是空白,既没有自动变速器产业配套体系,也没有试验测试标准和试验测试设备,为了尽快制做出样机,对创新设计方案的可行性进行验证,三方研发团队不得不求助国际工程化公司。“一些世界知名工程化公司瞧不起中国企业,认为我们根本不可能生产出8AT。还有一些企业狮子大开口,向我们要高额技术服务费。”对于当时的三方团队来说,他们急需找到另一个对上述开发体系熟稔、且值得信赖的合作伙伴。经过仔细比选,来自英国的里卡多公司进入了各方的视野。此后,里卡多公司负责第一代样机的工程化开发、样机制造,Tenberge教授负责对样机测试中反映出的问题进行技术指导,徐向阳团队担当样机仿真模拟计算和电控系统软件开发工作,盛瑞则进行后续样机和最终的生产与产品验证测试。一个集合中外教授、中外企业力量的国际产学研合作团队愈发成熟。

2010年,首台8AT样机装配成功。根据初步试验结果,Tenberge教授与徐向阳团队联合研制的8AT可比4AT节油超过15%,接近手动变速器水平,且具有更高的换挡舒适性和平顺性,更低的油耗。在此基础上,8AT团队由自主完成了第二代和第三代样机的开发,并在国内构建起自主的自动变速器配套产业体系,8AT工装样机也于2012年在江铃控股有限公司制造的陆风X5样车上搭载测试。同年,盛瑞传动股份有限公司正式启动了年产10万台的8AT装配线项目。经过了7年的艰苦研发,Tenberge教授与徐向阳团队的最初梦想终于成为了现实,这也标志着这一中外合作团队取得了重大胜利!

Peter Tenberge教授与徐向阳教授在装配好的8AT前合影

2013年9月,全国政协副主席、科技部部长万钢在视察盛瑞传动股份有限公司时,试驾了搭载8AT的陆风X5样车,试驾开始,万钢部长一脚踩下100%油门开度,样车飞驰驶出50米之外,他给出第一个“好”字评价;随后万钢部长踩下50%油门开度,样车进入平稳行驶状态;当样车驶入厂区南主干道时,万钢部长停下车,将挡位挂到R挡,换挡平顺,再将油门踩下50%开度,无明显冲击,他给出第二个“好”字。下车之后,针对样车的综合性能,万钢部长给出了第三个“好”字。这三个“好”字,无不凝结着徐向阳教授与Peter Tenberge教授多年来的心血!

全国政协副主席、科技部部长万钢试驾搭载8AT的陆风X5样车

2013年至今,该款8AT已经搭载陆风X5两驱/四驱/陆风X5 PLUS、陆风X7共计4款车型,销售12万余台,累计产值超过15亿元,成功打破了国外自动变速器技术和市场垄断,填补了国内空白,创造了巨大的经济和社会效益。

2015年,在双方十余年来的坚实合作基础上,Tenberge教授成功入选中国“外专千人计划”专家,并与北航徐向阳教授联合申获“中德新能源汽车动力传动技术”北京市国际科技合作基地,为今后开展更广泛的国际合作奠定了坚实基础。

Peter Tenberge教授与徐向阳教授的合作,充分体现了国际化合作科研对于技术创新的支撑作用,中外联合研发团队也因此获得“第十三届中国专利金奖”、“科技部‘十一五’国家科技计划执行优秀团队奖”、“2013年山东省技术发明二等奖”“2015年中国汽车工业科学技术进步一等奖”。

回望十余年的合作历程,这款8AT的身上,集合了中国、德国、英国“三国”科研人员的智慧和力量。通过构建国际化的研发团队和平台,徐向阳教授作为8AT项目技术总负责人,带领8AT团队,充分利用了世界最前沿的科技资源,突破了自动变速器领域的技术瓶颈和国外垄断,实现了自主创新。

特别值得一提的是,徐向阳教授作为第一完成人完成的项目“前置前驱8挡自动变速器(8AT)研发及产业化”获2016年度国家科技进步一等奖!这是新中国成立以来第一个获此殊荣的汽车零部件项目,成功打破了国外技术封锁和市场垄断,使我国拥有了世界领先的汽车自动变速器的生产技术,打造了中国汽车行业产学研国际合作模式的成功范例,成为我国汽车核心总成与技术自主创新的一面旗帜!

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