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百年传动系统巨头采埃孚(ZF)的前世今生!

原标题:百年传动系统巨头采埃孚(ZF)的前世今生!

德国采埃孚(ZF)集团,简称ZF公司,是当今世界上最重要的传动系统产品专业制造厂家之一。

文/汽车之家 张戈

采埃孚的主要产品除了机械式变速器、液力自动变速器和各式齿轮传动箱外,还有转向机、驱动桥、泵、悬挂系统及电磁离合器等,广泛用于汽车、坦克、特种车辆、飞机、船艇、工程机械、农用机械......

今天我们就来扒一扒这家百年名企的前世今生。

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1

传奇齐柏林飞艇

作为举世公认的工业大国,德国不仅孕育了历史悠久、世人皆知的汽车品牌,同时也催生了众多纵横百年的零部件企业。103年前,在博登湖畔的腓特烈港,成立了一家为航空器研发和生产齿轮与传动机构的公司,今天,这家公司除了依靠性能优异的汽车变速箱产品被全世界车迷所熟知,同时通过不断进行技术创新,一直走在汽车技术发展的最前沿。它,就是在今年迎来103岁生日的德国ZF采埃孚(ZF Friedrichshafen AG),而它的百年历史,还要从著名的齐柏林飞艇说起。

19世纪末20世纪初,征服蓝天对于这个时期的人类来说还并不是一项熟练的技能。莱特兄弟们选择了飞机,而德国的费迪南德·冯·齐柏林(Ferdinand Graf von Zeppelin)伯爵却执着于另一个当时看起来更加可行的想法。这位出生于巴登大公国康斯坦茨(Konstanz, Grand Duchy of Baden,现属于德国巴登-符腾堡州)的德国贵族、未来采埃孚公司的创始人之一早年间参加了美国南北战争,并在南方的联盟军中服役。尽管支持蓄奴的南方联盟最终被北方联邦打败了,但在那段日子里,齐柏林伯爵第一次乘气球升入空中,而这次天空之旅给了他极大的启发。

齐柏林伯爵认为,在飞机的技术还不成熟的时候,可以进行人工操控的大型飞艇在军事和民用方面都有着非常重要的作用。1890年,齐柏林已经在康斯坦茨开始着手建造大型的硬式飞艇,德国军方也对这种可以搭载更多炸弹的空中巨无霸十分感兴趣。1900年7月2日,由齐柏林伯爵设计、代号为LZ1的第一艘试制飞艇在腓特烈港进行首次试飞。

这艘飞艇上有一个用金属丝缠着的铝壳,铝壳外面裹着装有16个氢气囊的棉布。LZ1最终降落在距腓特烈港不远处的曼塞尔(Manzell),尽管飞行距离很短,但引起了数千人的围观:这艘飘浮在空中的巨无霸长约130米,直径约12米,看起来就像一根巨大的雪茄烟,因此被人们称为“飞翔的雪茄”。然而,这根大雪茄不久之后便被阵风损坏,同时暴露出了一些严峻的问题:发动机可靠性差、转向也比较难于控制。

由于资金不足,又得不到政府的更多支持,直到第四艘试制飞艇LZ4在进行针对军方要求的验证飞行时,一些问题并没有得到根本性的解决。1908年8月,LZ4因为曲轴出现故障而“抛锚”在美因茨。为了进行维修,齐柏林伯爵坚持将LZ4飞到艾希特汀根(Echterdingen)的戴姆勒工厂,然而祸不单行,一场暴风雨导致了飞艇撞树起火,摧毁了它。不过,这场灾难并没有造成人员伤亡,反而意外地帮了齐柏林伯爵一个大忙。

LZ4的悲惨遭遇不但没有打垮齐柏林伯爵,反而在另一方面解决了生产飞艇的资金问题。事故发生后,整个德国都在为其筹集资金,最后的数目十分惊人。

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2

一家齿轮工厂

- 采埃孚的诞生

得益于齐柏林飞艇的研发和生产,在腓特烈港形成了一个颇具规模的技术中心。包括卡尔·迈巴赫(Karl Maybach)、阿尔弗雷德·冯·索登(Alfred von Soden)伯爵和阿尔弗莱德·考斯曼(Alfred Colsman)等一批重量级人物慕名而来,加入了齐柏林伯爵的飞艇制造公司。其中,在创立大名鼎鼎的迈巴赫品牌之前,卡尔·迈巴赫一直为齐柏林飞艇研发设计多气缸动力单元。不过,索登和考斯曼才是为齐柏林飞艇治疗“心脏病”的关键人物。

为了解决传动齿轮的加工精度问题,时任齐柏林飞艇公司测试部门主管的索登找来了已经开发出精确生产齿轮部件方法的瑞士苏黎世工程师麦克斯·马格(Max Maag)(这就是我们昨天详细介绍的世界齿轮计算之父),希望收购他的工艺设备。通过考斯曼的协商与谈判,最终马格与齐柏林伯爵达成协议,在腓特烈港成立一家工厂,专门向齐柏林飞艇公司提供传动齿轮产品:Zahnradfabrik。在德语中zahnrad为齿轮,fabrik为工厂,合起来就是齿轮厂的意思。1915年9月9日公司正式完成商业注册,从此,采埃孚正式登上世界制造业的历史舞台。

ZF公司成立之后,马格的创新方法大大提升了齿轮制造的精度,齿轮上的每一个齿都可以达到设计的参数。此外,马格同时改进了原有的淬火变形工艺,进一步提升了成品的质量。同时,在新公司的规章中明确指出,采埃孚的产品将覆盖航空器、汽车以及船舶。1916年,公司搬进腓特烈港洛文塔尔区(Löwenthal)的工厂,并取得了10项技术专利,正是这些专利技术,使采埃孚研发出了第一款车用变速箱。

- 静音变速箱

早期的变速箱在动力传递和换挡时的噪音一直困扰着车辆的驾驶者,因此在市场中对于提升变速箱NVH水平的需求越发强烈。采埃孚看到了市场的需求,着手进行静音变速箱的研发,而研发的成果在1929年终于浮出了水面:全新的Aphon静音变速箱系列,其中三款专为小型乘用车设计,令有4款专供大型卡车。

Aphon系列变速箱是世界上首个使用螺旋齿轮的变速箱,此外齿轮的减振系统也增强了运行的平顺性。由于Aphon变速箱的推出,采埃孚很快跃居当时传动系统行业的领先地位,同时也拥有了戴姆勒-奔驰、霍希(Horch)、漫游者(Wanderer)等重量级客户。

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3

第一台自动变速箱

尽管在很多人看来,以德国为主的欧洲在汽车技术的研发方面一直走在世界的前列,但在上个世纪初直至中页,美国人更加乐于在汽车新技术方面进行尝试和创新。远离世界战场以及经济的膨胀发展使得他们对于豪华轿车的需求高于欧洲,而本土的厂商们也不断地研发可以使车辆更加舒适和奢华、令车主们惬意地享受旅途的各种新技术,而自动变速箱就是其中之一。

1940年,世界第一台装车量产的全自动变速箱面世,这就是来自通用集团的Hydra-Matic,最早为奥兹莫比尔(Oldsmobile)和凯迪拉克车型的选装配置。Hydra-Matic变速箱设计有四个前进挡和一个倒挡,换挡机构的核心由三个液压控制的行星齿轮组构成,与之前出现的需要人工参与控制的半自动变速箱不同,Hydra-Matic可以根据油门位置和时速自动完成升降挡的动作。

相比美国市场,欧洲市场的自动变速箱技术却因为战争以及消费者的驾驶习惯等因素而相对滞后。上世纪40至50年代,通用的Hydra-Matic不仅在北美广泛售卖,同时也装备在了劳斯莱斯和宾利这样的欧洲豪华车上。1954年后,奔驰开发出了自己的4AT产品,在原理上与Hydra-Matic相同,均采用了行星齿轮组作为核心机构。

与此同时,采埃孚的产品线上依然缺少自动变速箱产品,这样的现状直到1965年得到了解决。在这一年,采埃孚推出了第一款自动变速箱产品3HP12,这是一款适用于1.5-2.2L排量的小型乘用车的3速自动变速箱。其变速机构同样采用了行星齿轮结构,同时装备有一台液力变矩器,令动力传输更加平顺。3HP12的首批客户为来自德国本土的宝马以及法国的标致。

1968年,怀着要在高级紧凑型车市场大干一场的野心,标致旗下的504车型搭载了采埃孚3HP变速箱。这家法国老牌汽车公司对于换挡的平顺性和舒适性要求很高,因而最终选择了采埃孚。

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自动变速箱族谱

3HP12的出现,奠定了采埃孚纵置自动变速箱的基本架构和设计理念。1990年,采埃孚推出了世界上第一台乘用车五速自动变速箱5HP。这台变速箱首先搭载于宝马的3系(E36)和5系(E34)车型上,并以优秀的传动效率和燃油经济性获得了好评。

1996年,采埃孚6AT变速箱研发成功,不过最终的量产产品却在近四年后才正式推出。作为长期合作伙伴以及大客户,宝马经常率先搭载采埃孚最新的变速箱产品,这一次也不例外。这台代号为6HP26的六速自动变速箱搭载于2001年面世的全新宝马7系(E65/6)上,相比于之前的5AT产品,6HP26更轻、更紧凑,同时也拥有更高的传动效率。

随着技术的不断进步,六速、七速自动变速箱以及双离合变速箱纷纷进入人们的视野,而采埃孚也在不断研制和开发挡位更多、传动比更高同时换挡性能更加优秀的自动变速箱。2007年,八速自动变速箱8HP面世,并于两年后实现量产。值得一提的是,8HP尽管有八个前进挡位,但体积仅相当于传统的6AT,同时采埃孚宣称,配合自动启停系统之后,可以比6HP系列变速箱降低油耗11%。此外,在这款变速箱上,采埃孚还应用了在整车研发中常常听到的模块化设计,令其可以很轻松地与混合动力系统和四驱系统进行匹配。

2011年,世界上首款乘用车九速自动变速箱诞生,这就是采埃孚的9HP。与之前已经逐渐普及的8AT产品不同,9HP是专为横置发动机设计的9AT变速箱。

↓ZF 9HP自动变速箱视频,世界首款

作为横置前驱平台,最重要的一点就是要求变速箱的体积尽可能小,这样才有可能在车辆有限的宽度内同时挤下横置发动机以及一台九速自动变速箱。而当把挡位数由传统的五速、六速增加到九速的同时,还要使变速器体积的增长控制在合理的范围内,这的确不是一件可以轻松搞定的事。

9HP变速器的核心结构是4组行星齿轮和6个换挡元件,比8HP多了一个换挡元件。通过换挡元件来控制行星齿轮的不同组合,实现了9个前进挡、1个倒挡的设定。它利用嵌套的行星齿轮来缩短变速箱体的长度,通过优化变速箱体结构,以及在满足强度的基础上使用轻质的零部件材料使整体重量得到了控制。

- 短暂的CVT历史

除了一直潜心研发传统的自动变速箱与手动变速箱,采埃孚还曾经有过生产CVT变速箱的历史。1999年,采埃孚收购了首创双V型橡胶带式CVT的荷兰DAF公司的CVT工厂,专门生产CVT变速箱,这一时期的MINI、沃尔沃和MG等车型的CVT都来自ZF。

不过在2006年,比利时邦奇(Punch)集团将ZF公司的CVT事业部收购,成立了邦奇传动系统公司(Punch Powertrain),如今的邦奇为大量的中国品牌车型提供CVT变速箱产品。

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5

不只提供变速箱

● 采埃孚的其它产品

自成立之初以来,采埃孚的大量产品都集中在传动系统和部件方面,而我们最为熟悉的就是挡位不断攀升的各款乘用车变速箱了。除了这些变速箱产品以外,采埃孚也是一家产品多元化的老牌零部件供应商,其经营范围还包括转向系统、车桥系统、减振系统以及汽车电子系统等等。另外,采埃孚也生产过整车,以及一些电子产品等。

欧洲中部时间2014年9月15日下午,采埃孚股份公司(ZF Friedrichshafen AG)宣布同天合汽车控股(TRW Automotive Holdings)达成并购交易。采埃孚斥资135亿美元现金,完购天合全部股权。在收购之前,采埃孚位居全球汽车零部件供应商第九名,天合为第十一名(2014年数据),二者此番合并后,企业规模有实力比肩业内前三名的博世、电装和麦格纳。

不过,之前我们曾经说过,采埃孚自己的转向业务将归博世所有,其原因在于采埃孚与天合都生产转向系统,而且两家转向系统在市场占有率之和已经构成了垄断的趋势,因此采埃孚只好将自己的转向系统业务出售给博世,也算是权衡舍得之后做出的决定。

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采埃孚与中国

1959年4月13日的清晨,9位采埃孚员工离开采埃孚公司的所在地腓特烈港,开始了一次14天的海上探险,而目的地是南美洲的巴西圣保罗。这次巴西之行的目的是为采埃孚的第一家海外工厂寻找合适的厂址,也是采埃孚100多年发展历史中的一个重要的里程碑。今天,采埃孚在全球26个国家拥有113家工厂,雇员超过71400人。

1981年,采埃孚进入中国。目前,采埃孚已在中国建立了1家地区总部(含工程技术中心)、20家生产企业、3家售后服务及贸易公司,97个售后服务网点。采埃孚在进行本地工程技术研发时采用针对市场设计的原则,更加注重本地市场的需求,研发适用于本地市场的产品。

相比于博世、电装这类首屈一指的汽车零部件巨头,采埃孚的产品线或许并不是最丰富的,但在创立至今的103年里,采埃孚在传动技术领域中不断创新和突破,将最优秀的产品提供给全球上千万的消费者,这也许就是它在103岁的“高龄”依然焕发着青春活力的原因。

当然在战争时期,也曾为德国纳粹军方生产过战争机器,但如今的采埃孚正聚焦于那些让世界更加绿色、让出行更加安全的技术上,相信通过这些“背后的巨人们”的不懈努力,人类未来的交通生活也将变得更加美好。(本文完)

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