汽车变速器深度解秘：置换新车时72%用户会首选自动变速器？

2016年12月01日 13：170乐晴智库wuk

变速器作为动力总成的核心部件,整车厂一般会与固定的零部件供应商达成长期合作协议, 以此来寻求稳定的产品和最低的成本;只要外购变速器不发生重大安全事故,这种配套关系应该会长期存在。

这就像生物群落,不同物种依靠复杂的种间关系紧密依存。

我们参考对比国外汽车产业发展史,不管是欧系、美系、日系还是韩系车企,在崛起的同时都会培养自己固定的零部件供应商,因此也相应诞生出像博世、大陆、电装、德尔福、摩比斯等全球汽车零部件巨头。

今年受小排量汽车购置税减半政策刺激,国内乘用车市场火热,自主品牌更是表现出色,以吉利、广汽、上汽、长安和长城为代表的自主品牌正在加速崛起。

我们坚定相信自主品牌汽车的崛起,与外资一样,他们也会培养一批优质的零部件供应商,其中变速器作为核心部件将得到重点培育。高端大气上档次的生日说说

优势群落逐步替代原生群落的过程称为演替,自主车企和自主零部件商携手从无到有、从劣到优的发展也形如这样的更新升级。

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因此,我们写下这篇深度报告,在分析变速器技术路线的同时,也试图寻找有成为国际一流配套商潜质的自主变速器企业。

变速器是汽车动力总成的核心部件,自动代替手动是趋势。

发动机实际输出转矩变化范围较小,而变速器通过齿轮之间的配合实现扭矩的增大与减小,有效解决发动机输出扭矩与实际需求之间的矛盾。

变速器分为手动挡(MT)与自动挡(AT、DCT 与 CVT);

从国内汽车上牌数量数据来看,MT 车型的市占率持续下滑,从 2009 年的 53%下滑到 2015 年的44.6%, 自动挡替代 MT 已经成为产业发展趋势。

日系车偏爱 CVT,美系多为 AT,欧系车 AT 与 DCT 共发展,国内变速器多技术路线共存。

日本自动变速器的配套比例在 80%以上,尤其偏爱 CVT;

美国大型车居多, AT 占比 90%以上,档位增多趋势明显;欧洲消费者重驾驶操纵,AT 与 DCT 表现强势。

国内汽车自动变速器市场渗透率偏低,自主品牌汽车自动变速器渗透率不到 20%;受合资车影响,国内自动变速器虽 AT 占比高,但多技术共发展。

AT:自动变速器中的老大哥,中高端市场中的绝对霸主。

不考虑整车自主生产,AT 市场主要集中在日本爱信 AW、加特可和德国采埃孚三家供应商。

新型多档位 AT(8AT)在液力变矩器的辅助下性能得到极大地提升,由于多档位 AT 比同款 MT 省油,换挡速度可媲美 DCT,换挡舒适性也可与 CVT 比肩,因此其在高端车型中的优势和竞争力十足,中高端车型均陆续配套多档位 AT,未来仍有进一步扩大市场份额的可能。

低档位 AT 也获得长足发展,但考虑不同车系选择技术路线的不同,未来在中低端领域将受新型自动挡 DCT 与CVT 的挑战。

DCT 市场空间在中低端车型,干式或许能更好满足市场需求。

DCT 采用双离合器+定轴齿轮组结构,可实现换挡无停滞,德国大众为其推广主力军。

湿式 DCT 散热条件好,多用于大车型,在跑车领域具备一定的市场竞争力;但在中高端豪华车市场中,多档位 AT 的竞争力依然要强于湿式 DCT。

干式 DCT 效率高、重量轻、成本低,程序优化后之前的过热和失速等问题逐步得到解决;我们认为 DCT 更大的发挥空间应该在中低端汽车市场,干式DCT 能够更好地满足市场需求。

CVT 在中低端市场有望与 AT 和 DCT 构建三国演义。

日本的加特可和爱信 AW 两大 CVT供应商基本上主导着全球 CVT 市场,而 CVT 的钢带则被博世与 Luk 等企业把控。CVT 在中高端汽车领域逐步退出,中低端小排量家用领域未来将大有可为。

国内汽车以小排量为主(2016 前 10 月,乘用车 1.6L 排量以下汽车销量占比达 73%),CVT 未来增长空间大;

国内自主品牌汽车大部分采购南京邦齐 CVT,奇瑞 CVT(万里扬收购)实现自主生产与开发, 新客户拓展顺利,已经配套吉利和北汽等,未来增长看好。

混合动力变速器路线未统一,纯电动汽车多档变速器是趋势。

混合动力汽车基本上都可以CVT、DCT 和 AT 变速器,由于各大车企的选择不同,技术路线尚未统一。

对于纯电动汽车而言,配备二级减速器可降低电机性能的要求,同时提高 8%左右的续航里程,提升整车

整体性能,是纯电动汽车发展的必然趋势。

特斯拉曾经考虑过二级变速器,但因为研发不达预期采用单级变速器,但是要达到特斯拉的性能要求就需要搭载更优质的电机和更多的电池;考虑到未来性能提升和成本降低,特斯拉仍有可能采用二级位变速器。

自主变速器品牌机会在自主车企,掘金千亿市场。

假设到 2020 年,国内汽车产销达 3,300万辆,自动挡市占率达 80%,则 2020 年自动挡的市场规模达到 2,600 亿元。

合资车企已经培养成熟的固定供应商,自主变速器企业难以进入其配套体系;

自主车企相对开放,自主变速器企业更容易进入其配套体系,而且自主车企自动挡渗透率可挖掘空间大(2015 年自主品牌汽车 MT 占比 80%,合资品牌汽车 MT 占比 34%),为自主变速器企业提供机会。

变速器:汽车动力总成核心部件自动替代手动是趋势

实现扭矩收放自如三大功能决定核心位置

变速器解决发动机输出扭矩与实际需求扭矩的矛盾。

汽车动力总成主要由发动机和变速器构成,发动机一旦被制造出来,其排量大小是不变的,可燃混合气的成分也基本不变,因此发动机输出的转矩变化范围较小;

但是,汽车在起步和上坡时,一般需要的扭矩要比发动机直接输出的大很多,而在平坦的路面上高速行驶时,需要的扭矩甚至可以小于发动机直接输出扭矩。

为了解决这些矛盾,变速器应运而生;变速器通过齿轮之间的配合实现扭矩的增大与减小,有效解决发动机输出扭矩与实际需求之间的矛盾。

变速器主要有三种功能:

1)通过变矩实现变速:由实验得知,汽车在沥青路低速均速行驶,需要克服约为 1.5%总重力的滚动阻力,假设某车自重为 9,290Kg,总重为 91,135N,最小滚动阻力为 1,367N, 该车发动机(6100Q1)最大输出扭矩为 353N·m,但传送到驱动轮上产生的牵引力仅为784N,小于 1,367N;这说明:如果没有变速器,即便在平路上,汽车也是启动不了的。

如果有变速器的存在,利用小齿轮带动大齿轮增大扭矩,大齿轮带动小齿轮减小扭矩的原理实现变矩,就可以实现通过变矩实现变速。

2)实现倒车:内燃机不可能实现反向旋转,在保证发动机旋转方向不变的情况下,只能通过变速器来实现驱动轮的反转,实现倒车。

3)中断动力传送:发动机在不停止运转情况下,要实现汽车暂时停驻,仅需要变速器保持与发动机中断状态即可。

手动挡逐渐势微自动代手动是趋势

按照是否需要手动操作换挡,变速器可分为手动变速和自动变速两类。

其中手动变速的变速器又分为手动变速器(MT)和自动离合变速器(AMT)两种,两者都采用齿轮传动的变速结构,其区别是 MT 有离合器踏板,而 AMT 无离合器踏板。

AMT 是在 MT 的基础上改进而来的,可以理解成电控的手动挡,当踩下刹车的时候,电脑会控制变速器断开离合器,因此不需要离合器踏板。

自动变速的变速器可分为自动变速器(AT)、双离合变速器(DCT)和无级变速器(CVT)。

AT、CVT 与 DCT 这三种变速器都没有离合器踏板;

AT 可分为纯自动变速器和手自一体变速器,采用液力变矩器+齿轮变速的结构。

DCT 和 CVT 都是手自一体变速器,既可自动换挡也可手动换挡;其中,DCT 采用纯齿轮变速结构,CVT 采用液力变矩器+金属带变速的结构。

手动挡占比持续下滑,自动变速器多技术同发展。从国内汽车上牌数量数据来看,MT 车型的市占率持续下滑,从 2009 年的 53%下滑到 2015 年的 44.6%;MT 占比下滑的主要原因在于:

1)自动变速器技术已经成熟;

2)自动变速器操作性优于 MT;

3)自动变速器更加适宜于城市路况驾驶。

2015 年 AT、CVT、DCT 的市占率分别为 37.9%、9.3%、7.7%。

资料来源:CPCA,天风证券研究所

置换新车时变速器的选择倾向:

自动变速器成为首选,CVT 与 DCT 份额提升。

据汽车之家的汽车置换市场调研得知,72%的消费者会选择自动变速器置换车型;

细分到自动变速器的选择,CVT 和 DCT 在置换时的比例有所增加,分别达到 17%与 18%。

地域技术路线分析:日系 CVT/美系 AT/欧系 AT 与 DCT

日本汽车启停频繁自动变速器偏爱 CVT

日本汽车自动变速器的配套比例在 80%以上,尤其偏爱 CVT。

日本自动变速器中 CVT 在数量上占据绝对优势,主要原因在于,CVT 有利于提高燃效和更适应于城市交通拥堵导致的频繁启停情况。

日系车中,排量为 2.5L 及以下的 FF(发动机前置/前轮驱动)/4WD(基于 FF)车型(含微车型)几乎均搭载 CVT;其中,全球 CVT 龙头加特可为全部日产车型配套 CVT;

爱信 AW 生产的 E-CVT(THS-II)为丰田等车企的混合动力车型配套,因此近年来日本的 E-CVT 配套量逐年增多。

美国大型车居多 AT 占绝对主流

AT 占比 90%以上,档位增多趋势明显。

与日本市场相同,美国也是自动变速器的主力市场;

但与日本市场不同的是,美国以大型车居多,因此自动变速器以 AT 居多,CVT 主要配套于通用乐驰(Spark)等极少数小型车,而通用和福特的 HEV 和 PHEV 车型则分别搭载自主生产的 E-CVT。

据 Marklines 统计,2011 年美国本土汽车自动变速器渗透率为 95.6%(AT 占比达到 90%以上),比 2009 年增 0.7 个百分点;美国汽车 AT 档位增多趋势明显, 其中,6AT 从 2009 年的 29.1%激增至 2011 年的 53.7%,4AT 从 28.4%减半至 15.3%。

欧洲消费者重驾驶操纵 AT 与 DCT 表现佳

MT 占比在 50%左右,AT 与 DCT 表现良好。

欧洲汽车消费者喜欢 MT 手动操纵带来的刺激感,同时对油耗也比较看重,因此一直以来欧洲的手动变速器的渗透率一直维持较高水平。

自动变速器方面,欧洲 D 级和 E 级车型配套自动变速器的比例逐步增加,而且从 CVT过渡到多档 AT,我们预计 CVT 在欧洲仍将处于少数比例,8AT 与 9AT 逐渐取代 7AT,开始成为主流。

除此之外,欧洲多数车企开始在中低端车领域开发 DCT,德国大众继续保持技术领先。

国内自动挡配套率低多技术路线共存

自主品牌汽车自动变速器匹配率低,未来将加速提升。

盖世汽车对 2015 年在售的 394 款主流车型变速器的统计表明,国内车型 MT 占比 45%,AT 占比 34%,DCT 与 CVT 占比分别为 9%和 8%,少量车型为 AMT 与电动变速器。

其中,自主品牌 MT 配套车型占比达56%,AT 占比仅为 25%,其他变速器占比均低于 10%;外资品牌车型整体以 AT 为主, 占比达 44%,MT 占比为 34%,DCT 和 CVT 占比分别为 12%和 9%。

值得注意的是,虽然自主品牌在车型数量上 MT 占比为 56%,但销量占比却达到 80%,说明自主品牌汽车自动挡车型销量并不多,主要原因在于:

1)自主变速器企业配套能力弱,外资变速器企业对自主品牌配套限量;

2)之前自动品牌汽车主拼性价比,自动变速器价格较高。

随着自主品牌的加速崛起和自主变速器企业在自动变速器领域的突破,自主品牌汽车的自动变速器占比将越来越高。

受外资影响,自动变速器多技术共发展。

国内 AT 应用市场中,上汽通用、上汽大众、北京现代、一汽丰田和一汽大众是 AT 产销的主体,独立供应商以日本爱信和德国采埃孚为主。

DCT 的大户主要是一汽大众、上汽大众和长安福特三家公司,市场占比达 95%以上, 其余份额主要为广汽菲亚特和比亚迪。

CVT 主要以日系品牌为主(东风日产占比很大的市场份额),供应商主要是日本加特可(广州),其他还有丰田常熟、本田佛山、南京邦奇(主要配套自主车型)等。

AT:自动变速器中的老大哥中高端市场中的绝对霸主

AT 多档位趋势加快供应商市场集中度较高

AT 多档位化趋势加快,中低端市场份额发生微变。

AT 全球市场的主要变化趋势有两个

1)AT 升级多档位趋势明显,目前 7AT、8AT 和 9AT 均已在中高端汽车领域规模量产,同时本田、福特和通用均发表投放 10AT 的计划;

2)中低端领域,AT 市占率虽占优势,但CVT 和 DCT 加快市场渗透,正蚕食 AT 在中低端领域的市场份额。

不考虑整车自主生产,供应商市场集中度相对较高。

具有代表性的供应商包括生产乘用车和轻型车专用 AT 的日本爱信 AW 与加特可、生产乘用车和轻/重型商用车 AT 的德国采埃孚、生产重型商用车 AT 的 Allison。

除此之外,整车厂自主生产方面情况有,日系车,本田全部自产,三菱和日产不进行自产(加特可前身就是日产自动变速器工厂,三菱在 2002年就将京都、水岛和八木各大工厂的全部 AT 和 CVT 统一由加特可生产);欧美系乘用车中,美系三大整车厂(通用、福特和克莱斯勒)、欧系的德国戴姆勒和法国雷诺与标致均实现自主生产,其他整车厂基本接受采埃孚和爱信 AW 的供应。

AT 结构解析:液力变矩器+行星齿轮组

AT=液力变矩器+变速机构。世界最早的‚可自动变速的变速器‛就是 AT,最早可追溯到100 年前的 T 型车,但真正意义上的 AT 还是‚液力变矩器+行星齿轮组‛组合的出现。

时至今日,AT 还是保持着液力变矩器和其后方变速机构的基础性结构。

DCT 与 CVT 将大放异彩中低端将与 AT 达三足之势

DCT 换挡可实现无停滞。

一般手动挡汽车换挡时,离合器在分离与结合之间存在动力传递中断的现象;

为了消除换挡时的动力传递停滞现象,实现更快的平稳换挡,双离合变速器DCT 应运而生。

双离合器是 DCT 的核心部件,市场集中度较高。

DCT 基本是由双离合器和后续的换挡机构构成,其中双离合器是技术壁垒最高的零部件,目前主要被博格华纳和舍弗勒旗下的 Luk所垄断。

闲置离合器提前挂挡,实现最快换挡。

以 6 档 DCT 为例,两个离合器与变速器装配在同一机构内,其中一个离合器负责挂 1、3、5 和倒挡;

另一个离合器负责控制 2、4、6 档。

当驾驶人挂上 1 档,松开离合器踏板起步时,另外一个离合器预先挂上 2 档,但保持离合器分离状态;当车速提上来准备换挡时,第一个离合器分离同时,第二个离合器结合,2档开始工作;与此同时,第一个离合器所控制的 3 档齿轮组完成啮合并等待换挡指令。

这样的换挡构架省略了档位控制的一刹那,使动力传递更加连续。

DCT 技术不断优化大众全力推广应用

DCT 换挡快、更省油,德国大众为其推广主力军。

DCT 采用四轴两组传动轴和两个离合器的构架,由于离合器是硬传动,因此 DCT 主打的宣传口号是:换挡快+传动效率高(省油)。

大众在国内率先大力推广 DCT,2007 年 3 月,大众发布‚中国动力总成技术‛,计划将 TSI(同时装载涡轮增压和机械增压,并采用分层燃烧的发动机)+DSG(DCT 变速器大众自称)技术引入中国,实现本土化生产,TSI+DSG 也自然而然成为大众旗下大众品牌和斯柯达的主要卖点。

除此之外,福特推出自己的 DCT,将其命名为 Powershift;2011年 3 月份,长安福特新上市蒙迪欧 2.0T 版本就搭载进口的福特 Powershift;沃尔沃 2011款和 2012 款的 S60 和 XC60 均有配备 DCT。

DCT 出现抖动、过热和失速等质量问题。

随着 AT 和动力总成的技术进步,多档位 AT 大幅度突破档位数瓶颈,在效率、加速度和油耗方面丝毫不差于 DCT,DCT 在高端领域开始失去竞争优势;而低端 AT 源于发动机扭矩变宽,同样可以增加液力变矩器的锁止频率, 油耗接近 DCT。

2012 年 3 月,315 曝光大众 DSG 存在抖动、顿挫感强力、不能换挡、过热和失速等质量问题;随后,福特和沃尔沃等车型陆续曝光出现类似情况,因此福特新蒙迪欧和沃尔沃 S60 与 XC60 等车型均改用 8AT 或者 6AT 替代原有 DCT。目前,国内主要的 DCT 车型均是大众系车型。

DCT 问题属于软件问题,需要时间来优化解决。

很多人认为,DCT 的抖动、过热和失速是结构性缺陷,这些问题其实出在控制系统,更准确的说是控制软件。

从 DCT 的保有量来看,出问题的比例其实并不高,符合一个新兴变速器的正常范畴;

大众近年来一直在优化其 DSG 变速器,是国内推广 DCT 的主力军,目前大众天津和大连变速器基地主要生产大众 DSG,大连基地年产销在 100 万套左右,天津基地 2016 年产能开始释放,未来具备180 万套的产能潜力。

我们认为随着时间和技术的积累,不断发现问题,不断优化算法,DCT 的这些问题终将会得到解决。

DCT 市场在中低端干式或许更符合发展需要

湿式 DCT 多用于大车型,干式 DCT 用于小车型。

双离合变速器又分为干式双离合和湿式双离合,以大众 DSG 为例,其拥有 6 速湿式双离合变速器(离合器由博格华纳提供)和7 速干式双离合变速器(离合器由舍弗勒旗下 Luk 提供)。

从工作原理和基本构造上,干式双离合与湿式双离合并没有本质上的差别;

不同之处在于双离合摩擦片的冷却方式:湿式DCT 的两组离合器在一个密封的油槽中,通过浸泡着离合器片的变速器油吸收热量,而干式 DCT 的摩擦片则没有密封油槽,需要通过风冷散热。

一般来讲,湿式 DCT 因具备良好的散热效果,可以承载较大的动力传递,也能更好地适应较为激烈的驾驶环境,因此在一些发动机功率和扭矩输出较大的车型往往配备湿式 DCT(大众汽车一般会为 2.0 TSI 或更高级的发动机配备 6 速湿式双离合,例如迈腾、帕萨特和 CC 的 2.0TSI、3.0L V6 FSI 版本、高尔夫 GTI、速腾 GLi 等车型)。干式 DCT 少了液力系统,结构简单,成本降低,燃油经济性也有所提高,多用于小扭矩动力传递,适用于小车型,大众的 1.2TSI、1.4TSI、1.8TSI 等‚小排量低功率‛发动机一般匹配 7 速干式离合器。

湿式 DCT 在跑车领域具备竞争力,豪华车领域依然弱于多档位 AT。

由于双离合变速器换挡速度快,动力衔接几乎没有中断,这在很多追求加速性能表现的车型上获得认可。

湿式DCT 在超级跑车上得到比较广泛的应用,例如,法拉利已经全面使用双离合变速器替代之前助推的序列式变速器,保时捷跑车系列、日产 GT-R、迈凯轮 MP-4、甚至布加迪威航都采用的是双离合变速器。

我们认为湿式 DCT 在超豪华跑车这个细分领域具备一定的市场竞争力;但在中高端豪华车市场中,多档位 AT 的竞争力依然要强于湿式 DCT。