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承上启下

来源:汽车之友

浅谈汽车变速箱

变速箱的最基本定义是,它是一个封闭的齿轮系统,或者说是由一系列位于壳体内的集成齿轮组成的机械单元。实际上,名称本身定义了它的含义,就是一个装有齿轮的盒子。从最基本的意义上说,变速箱的功能类似于任何齿轮系统。它改变了诸如发动机之类的驱动装置与负载之间的扭矩和速度。

前文有述,变速什么是变速器箱就是一个齿轮箱,早期的变速箱包括风车,马力驱动的设备和蒸汽机中的直角驱动器和其他齿轮装置,以支撑泵送,铣削和吊装。

大多数现代齿轮箱用于增加扭矩,同时降低发动机曲轴的速度。这意味着齿轮箱输出轴的旋转速度比输入轴的旋转速度慢,这种速度上的降低产生了机械优势,从而增加了扭矩。可以将齿轮箱设置为相反方向,并在减小扭矩的情况下提高轴速。
许多典型的汽车变速箱都具有在几种传动比里面选择其中之一的能力。在这种情况下,大多数传动比(简称为“齿轮”)用于减慢发动机的输出速度并增加扭矩。但是,最高档位可能是增加输出速度的“超速档”类型。

变速箱齿轮可以是锥齿轮,螺旋锥齿轮,蜗轮蜗杆齿轮和其他诸如行星齿轮之类的多种类型中的任何一种。齿轮安装在轴上,轴由滚动轴承支撑并通过滚动轴承旋转。

在美式英语的表达里,变速箱只是整个动力传动系统中的一个单元,负责提供动力的受控施加。通常,术语“五速变速箱”仅指变速箱。而在英式英语的表达中,变速箱是指整个传动系统,包括离合器,变速箱,传动轴,差速器和最终传动轴。详细用法有所不同。

具体点描述变速箱的工作原理,在机动车上,变速箱需要通过飞轮或离合器或液力耦合器连接到发动机曲轴,部分原因是内燃机不能以低于特定速度的速度运转。变速器的输出通过驱动轴传递给一个或多个差速器,由差速器驱动车轮。尽管差速器也可以提供齿轮减速功能,但它的主要目的是允许轮轴两端的车轮以不同的速度旋转,这是避免车轮在转弯时打滑的必要条件,因为它会改变旋转方向。当然了,现代汽车都按照配置细分售价去迎合不同消费能力的车主。有些配置简单的车上,变速箱并不配备有明显效果的差速器。

变速箱的种类

现代汽车的变速箱种类大家可以粗略的分为手动变速箱和自动变速箱两种,这其中又有一些细分,比如CVT变速箱,DSG变速箱,AMT变速箱等等,有些变速箱因为传动效率和耐用性不高的缘故已经基本消失了,比如AMT变速箱。而故障频发的DSG变速箱也在市场需要中得到了不断的升级和优化。CVT变速箱的耐用性也越来越高了,至于手动变速箱嘛,且用且珍惜,以后可能能进入中国市场的配备手动变速箱的车会越来越少。不是手动变速箱不好,而是只要你不是乱来的话,手动变速箱不怎么会坏,大大影响了“收割”效率。还有一个原因是城市道路因为车流量太大的缘故,普通消费者都不太愿意去开手动变速箱的车。对于玩车的人来说,也许很多人觉得手动变速箱才是乐趣,其实也不尽然,早几年就有一些大神抱怨,双离合变速箱的传动效率太高,同场竞技时手动变速箱的传动效率略逊一筹。所以,如果你是纯粹喜欢开手动,没毛病。要想追求传动效率的话,按需求来,别较劲。

手动变速箱

传统手动变速器有两种基本类型,其中一种是现在无处不在的,简单的,有坚固的滑动啮合或非同步系统,直齿轮组可以自由旋转,并且必须由驾驶员进行同步,使发动机转速与行驶速度相匹配,以避免产生异响或者具有破坏性的齿轮碰撞的手动变速箱。这种变速箱包括不同步或同步 Synchromesh系统,通常是斜切的斜齿轮组不断地“啮合”一起使用,也有用直切齿轮或双斜齿轮的。另外由爪式离合器用于变速。在同步箱上,除了爪式离合器外,还使用摩擦锥或“同步环”,以在完全机械耦合之前紧密匹配(分离)变速器两侧的转速。另外一种类型是许多老式汽车的标准配置,能见度已经不高,就不赘述了。

手动变速箱可以包括同步和非同步齿轮。例如倒档通常是不同步的,因为仅当车辆静止时才希望驾驶员接合它。许多1970年以前生产的汽车不具备一档同步性,这或许是因为成本上的原因,早期的变速箱通常使用“较短”的整体齿轮,发动机通常具有较低的低端扭矩,经常使用的一档同步器非常容易磨损过度,这就意味着它也只能用于从停车位移开,除非驾驶员精通两次减速并且特别需要定期降档至最低档。

 

一些手动变速箱的一档传动比极低,被称为“爬行”齿轮,这样的齿轮通常不能同步。这个功能在大型拖拽式货车或为了建筑工地量身定制的卡车上很常见。在正常的道路行驶中,卡车通常完全不使用履带齿轮来驱动,而从起步开始就使用第二齿轮。一些越野车,尤其是一些硬派越野车,也都装备了带有“Granny First's”系统的变速箱,作为标准变速箱或选装变速箱。这种功能现在基本由连接到普通变速箱上的低速变速系统提供,完全同步传输。

配备手动变速箱的车辆,在一些欧美国家非常常见。因为它们更便宜,更轻,通常可以提供更好的性能,但是最新的自动变速器和CVT可以提供更好的燃油经济性。目前在国内,驾驶学校在进行驾驶执照考核前后都建议初学者先在手动换档的汽车上学习,当然你也可以直接考取自动变速箱车辆的准驾资格证。区别在于国外许多国家,如果你考取的是自动变速箱车辆的执照,那你就不能驾驶手动变速箱的车辆上路。有关这个不同变速箱车辆的准驾资格细分,通俗的说,如果你不会开手动挡的车,那你整个驾驶车辆的节奏可能是有缺失的,这或许就是很多初学者一上路就容易把油门当刹车踩了的原因之一。驾驶机动车需要在正确的操作步骤下形成肌肉记忆并养成自己的操作节奏,有节奏了,才能享受到驾驶的乐趣。毕竟大家驾驶汽车是为了扩大自己的行动半径,不是为了单纯去做能跑远点的工具人嘛。

自动变速箱

自动变速箱中使用的比较多的,是周转齿轮或行星齿轮。现代大多数汽车都具有自动变速箱,可以自动选择合适的传动比,而无需驾驶员干预。相比手动变速箱,自动变速箱更容易使用。

但是不管是以前是现在,甚至可能在未来,这种类型的自动变速箱都会存在许多问题。它们既复杂又昂贵,有时会遇到可靠性问题,这就会产生更多的维修费用,比如尊贵的大众DSG干式双离合变速箱,新车下地跑个10万公里出头,变速箱阀体就会故障,维修一次需要花费几万元。以前的自动变速箱燃油效率通常低于手动变速器,这是由于变矩器“打滑”导致,并且换档时间比手动变速箱慢。这样的自动变速箱在汽车比赛中没有任何竞争力。随着现代自动变速器的发展,工程师们在努力改变这一切。曾经,工程师们试图提高自动变速箱的燃油效率,尝试包括使用变矩器。变矩器在超过一定速度或在需要更高传动比的时候会锁止,以消除功率损失,并在高于一定速度时自动切换超速挡。在旧款的变速箱中,当条件使得它们会随着速度、坡度、风阻等负载系数的微小变化而反复切入时,这两种技术都可能具有干扰性。如今的自动变速箱会带有专门的变速箱电脑,具有复杂的程序,既可以最大化燃油效率又可以消除干扰。然而这主要是由于电子技术而非机械技术的进步,另外电子技术的稳定性和后续维修成本的控制也是有待提高的。尽管CVT技术的改进和自动离合器的使用也有所帮助。实际上从一些国外国媒体体的测试数据可以看到,像本田飞度这种A0级小汽车的实际油耗,依然是CVT版比手动版的略高。

有趣的是,相较于某些应用,自动变速箱固有的打滑也可能是有利的。例如,在直线加速比赛中,自动变速箱允许汽车以高RPM(“失速”)的速度与发动机保持一定转速的前提下让车子停在原地,随即在松开刹车踏板时快速启动。增加变速器的失速速度,对于涡轮增压发动机来说更加有利,在涡轮增压发动机中,涡轮增压器必须通过大量排气流保持高转速旋转,以维持增压压力并消除在空转发动机上节气门突然打开时出现的涡轮迟滞现象。

无级变速箱

如今本田和丰田的民用车型已经普遍使用CVT变速箱,经过十多年的改良,如今的CVT变速箱已经有了不错的稳定性,不过有关CVT变速箱,我还是想多聊几句。

公元1993年,威廉姆斯车队在自家F1赛车上实验性的装了一颗前所未有的变速箱,不同于现在的F1赛车变速箱有8个档位。它有一个巧妙的机制,可以通过无限多的齿轮比平稳的换挡,威廉姆斯认为这种变速箱可以使汽车更容易驾驶,效率更高,速度更快。它叫作无级变速箱,Continuously Variable Transmission,也就是被人们熟知的CVT变速箱。就如今来说,CVT早已经不是什么新鲜的东西,而在90年代,对于大马力的F1赛车来说,却是个新东西,这意味着汽车总是在正确的档位,并能充分利用引擎的动力,一直提供着850ps的动力。有关引擎的工作管理,这里就不赘述了,只是多年来F1赛车一直对引擎尺寸有各种限制,允许的活塞数量从最早的16个变到了后来的6个,现在的F1只有4个活塞了吧?所以擅长多汽缸引擎的法拉利一直被奔驰吊打,看着真闹心。

书归正传,因为F1赛车对引擎尺寸有诸多限制,因此要在规则内产生最大的动力,研发团队会创造出超高转速的引擎,基本上每一秒都有更多次爆炸,当然了,超高转速的引擎声浪听起来也是非常棒的。那么,更高的转速意味着更大的功率,但当到达某一个点,动力会随着转速升高而下降,这里面有几个原因,引擎转速越快,摩擦就越大,像这些活塞与气缸的相互摩擦,阀门的推动和所有为保持引擎运转所需的各种系统,同样在很高的转速下,可能会出现这种情况,你不能得到足够的燃料和废气的排出来持续产生这么多的动力,制造商也因为两个基础原因增加了转速的限制器,为了防止发动机过热并熔化其关键部件,或者振动变得太强,把自己振成碎片(引擎爆缸)。因为,在动力和摩擦之间自然有一个平衡点,作为一名车手,自然希翼引擎尽可能地在这个范围内工作,这就是CVT变速箱更有优势的原因。

CVT到底是怎样一种变速箱呢?其中作为车辆输入轴和输出轴的两个轴的转速比可以在一定范围内连续变化,从而提供无穷多个可能的比率。CVT允许在连续范围内选择发动机速度和车轮速度之间的关系。如果发动机始终以定速运行,则可以提供更好的燃油经济性。从理论上讲,这种变速箱能够提供更好的用户体验,而不会引起发动机转速的上升和下降,并且在换档不佳时会产生顿挫感。

既然说到CVT变速箱了,就聊一个CVT变速箱里的特殊类型,IVT,无限可变。IVT不仅包括无限多个齿轮比,而且还包括一个“无限”范围。这是一个转折,实际上是指能够包括“零速比”的CVT,其中输入轴可以保持输出档位而无需输出轴的任何运动即可转动。在这种情况下,传动比不是“无限的”,而是“不确定的”。大多数IVT是由CVT与具有固定传动比的周转齿轮系统的组合产生的。周转齿轮的固定比率与CVT特定匹配比率的组合导致零输出。例如,考虑将行星齿轮传动比设置为1:1的变速箱,比如1:1倒档。当CVT设置为1:1时,这两个比率总和为零。IVT始终处于接合状态,即使在其零输出期间也是如此。当CVT设置为更高值时,它通常以增加的前进比率运行。

实际上,如果不需要倒车或通过其他方式进行处理,可以将周转齿轮设置为CVT的最低可能比率。能够通过将行星齿轮传动比设置为略高于CVT的最低传动比来提供换向,从而提供一定范围的换向比。

电动变速箱

在全球汽车工业向新能源时代努力的时候,电动变速箱(EVT或e-CVT)将变速箱与电动机结合在一起,以提供单个CVT的错觉。常规状态下,汽油发动机连接到传统的变速箱,而传统的变速箱又连接到行星齿轮系统的行星架。电动机/发电机连接到中央“太阳”齿轮,该齿轮在典型的周转系统中通常是不驱动的。两种电源都可以同时输入到变速箱的输出中,从而在两者之间分配功率。比较常见的是可以将四分之一甚至一半的发动机功率输入到太阳轮中,这个取决于实施方式,这可以大大简化或完全消除周转系统前的传动,EVT能够像机械CVT一样连续调节输出和输入速度比,具有显著的优势,即能够将来自两个不同电源的功率也施加到一个输出上,并且有可能显著的降低总体复杂性。当驾驶员踩下油门时,相关的电子设备会解析踏板位置,并马上将汽油发动机设置为RPM,从而为该设置提供最佳的汽油行驶里程。由于通常将齿轮比设置为远离最大扭矩点,因此这种设置可能会导致非常差的加速度。与汽油发动机不同,电动机可在多种RPM范围内提供有效的扭矩,并且在汽油发动机效率低下的低速设置下尤其有效。通过改变附接到太阳轮的电动机上的电负载或电源,可以提供额外的扭矩,以弥补从发动机输出的低扭矩。随着车辆的加速,电动机的功率减小,并最终终止,从而产生了CVT的错觉。

EVT的典型示例是丰田的Hybrid Synergy Drive。太阳轮始终从发动机接收28%的扭矩。电源可以用于操作车辆中的任何电子负载,为电池充电;为娱乐系统供电或运行空调系统。然后将任何剩余功率反馈到第二个电动机,让这个电动机直接为动力传动系统的输出提供动力。在高速公路上行驶时,这种附加的电动机的路径效率要比直接为车轮提供动力的效率低。但是,在加速过程中,电气路径比发动机在距其扭矩点较远的地方运行更为有效。

自动手动变速箱

自动手动变速箱(AMT),也称为无离合器手动变速箱,是一种紧密结合传统手动变速箱的机械设计和内部构造的多速机动车变速箱系统,并使用自动化来控制离合器。

这些变速箱的早期版本是半自动运行的,例如Autostick,只能自动控制离合器系统。这些系统的现代版本在上世纪90年代中期开始出现在量产民用汽车上,并且是全自动操作的,例如Selespeed和Easytronic,可以通过以下方式自动控制离合器的操作和换档:一个ECU,因此不需要人工干预或驾驶员无需换档。

到了90年代中后期,现代计算机控制的AMT在民用量产车中的使用有所增加,这是对传统液压自动变速器的一种更具运动性的选择。在2010年,AMT被越来越普遍的双离合变速箱设计所取代。因为AMT变速箱的稳定性并不出色,传动效率也无法应付确实的运动需求,哪怕只是在代步需求中。

双离合器变速箱

双离合器变速箱结构相对复杂,由马达、主传动和驱动轴、双离合器、从动轴、中间轴、空心轴、均匀齿轮、副轴、奇数齿轮等部件组成。把德语Direktschaltgetriebe 缩写后,就是DSG了。DSG变速箱是电子控制的双离合器多轴自动变速箱,采用变速驱动桥进行变速。传统的变速箱布局,具有自动离合器操作以及全自动或半手动挡位选择。最早的双离合变速器是1980年时保时捷内部为保时捷962开发而来,而第一次真正应用到民用车上,则是2003年在第四代高尔夫R32上,3.2L自然吸气的VR6发动机搭配6速湿式DSG变速箱。

简单来说,DSG可使两个单独的“手动”变速箱和离合器自动化,这些变速箱包含在一个壳体中并作为一个单元工作。它是由BorgWarner设计,并在IAV GmbH的支撑下获得了大众汽车集团的许可。通过使用两个独立的离合器,DSG可以实现更快的换档时间,并消除了常规周转自动变速器的液力变矩器。说到这,就再次纠正一下很多人对DSG变速箱的一个常规误区,双离合变速箱的能力是换挡更快,身边有很多把湿式DSG变速箱开报废的人一直认为双离合变速箱是起步更快。

 

 

 

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