中国传动网 - 中国传动网,传动行业门户网站 !

商业资讯: 业界动态 | 政策法规 | 行业视点 | 人物专访 | 走进企业 | 展会新闻 | 传动知识 | 传动百科 | 招标信息

你现在的位置: 首页 > 商业资讯 > 业界动态 > MT\AT\AMT\CVT 探秘变速箱的秘密世界

MT\AT\AMT\CVT 探秘变速箱的秘密世界

信息来源:chuandong.biz  时间:2010-11-11  浏览次数:190

  汽车肚子里装的那个能够变速的家伙到底藏有什么奥秘?MT、AT、AMT、CVT、DCT、EVT这些“T”们究竟又藏着怎样的玄机?本期《汽车消费报告》带你深入变速箱的秘密世界,一起整清楚汽车变速这件事儿。
  “最好的赛车就是第一个冲过终点,然后化为齑粉”,弗迪南德?保时捷(Ferdinand Porsche)这句足够疯狂的话,从上个世纪流传到今天,依然让今天的F1车队乐此不疲,每年上亿美元的研发投入就是最好的证明。这就不难解释,为何一台F1赛车的无缝隙变速箱,竟然高达近百万人民币。
  但是,这毕竟是疾速在赛道上、百公里油耗70L左右的F1赛车,在现实生活中,比起半自动的无缝隙变速箱,手动和自动则更为熟悉和常见。
  手动变速箱(MT)是汽车变速箱发展的第一代。
  在1889年,法国人阿尔芒?标致就研制出齿轮变速器和差速装置,发展到今天,虽然这一技术已遍布全球,也无技术壁垒可言,但一些屹立几十年不倒的硬派越野车,依然保留着稳定可靠的手动变速箱。
  显而易见,传动效率高是它的最突出特点。一般箱体内一对齿轮的传动效率为99%,也就是说如果发动机的功率是100千瓦,那么最终传递到车轮还剩99千瓦,齿轮之间的摩擦只浪费了1%。以此类推,在经过两对齿轮和齿轮轴(一个齿轮轴2%的传动损失)后,传动率能够达到94%左右。
  同时,这种变速箱的维修也相当简单,因而费用低廉。但它的缺点也相当明显——当你还是一个“菜鸟”时,恰巧又开了辆手动挡的车子,没准儿遇到过在大马路上熄火而被身后车流狂“嘀”的窘况吧——这种因控制不好离合器而导致发动机频繁熄火的状况,着实令人懊恼。
  如果能有一种变速箱可以把脚下功夫变简单,那该多好啊——于是,不再使用离合、让开车变得如同驾驶玩具车一样舒适简单,并把左脚彻底解放出来的自动变速箱出现了。
  所以,从手自一体(AMT)、无极变速(CVT)、双离合变速(DCT),到专用于电动车的电子无级变速(EVT)都属于这个范畴,那它们各自有怎样的优缺点?
  别急,在《汽车消费报告》向你详细解密之前, 先插播一段来自F1赛车的“秘密”,因为这些怪物搭载的半自动变速箱,实在是太诱人了。
  汽车变速箱的最高机密这个不到1公斤的家伙,在几年前的价格为9.97万欧元一台,即便按照现在的汇率,也要约合人民币92万元,而一辆F1赛车在一个赛季则需要17个92万元,这就是世界上最昂贵、最尖端的汽车变速箱——F1赛车中最神秘的技术——无缝隙变速箱。
  即使是高达27.6万欧元一台的F1赛车引擎,在设计研发时,都没有像无缝隙变速箱如此隐秘,所以,这也就不难理解,为什么几乎所有跟随车队来到比赛地的技术人员,没有一个人真正了解这项技术的细节与核心内容。据说,各个车队对该技术的掌握,已经开始出现不同的流派。
  可以追溯的是,在F1赛车中最早使用这项技术的车队是迈凯轮、本田和威廉姆斯,而轰动的2007年F1车坛间谍案,就发生在今年的夺冠热门之间。当时,迈凯轮车队因盗用了法拉利的无缝变速箱、快速加油、轮胎气体这三项技术,不仅遭到国际汽联1亿美元的重罚,还被取消当年赛季车队全部积分以及2008年的参赛资格。
  那么,这项技术到底有何诱人之处,竟然引得车队甘愿冒大风险?——如果用一句话概括无缝隙变速箱的特点,那就是它可以最大限度缩短换挡时间,并保持动力输出不间断。而它碳纤维的外壳,又轻又紧凑,因而为车尾留出更大的设计空间来匹配空气动力学。
  所谓“无缝隙”,就是挂挡没有间隙感之意。它能让车手同时挂入两个挡位——挂1挡时,齿轮同时啮合1挡和2挡,在换挡的同时,发动机动力会损失更少,车速也就更快。
  这与同样以换挡平滑著称的CVT无级变速箱有何区别?当然不能同日而语,因为F1赛车速度变化范围很大,CVT显然很难适应如此大范围、高强度、高频率的变化。加上无缝隙变速箱以电子讯号控制外加动力油压缸进行压放离合与换挡动作,来实现“无缝隙”加速,因而没有传统变速箱加速时的顿挫感。高度的电子化技术使它还可结合如节气门等电子燃油系统,在退挡时自动补给燃油,显著减少马力流失。
  所以,无缝隙变速箱在赛道中,每圈可以比传统变速箱节省0.2~0.3秒。同时,变速箱壳体尺寸可以制造得更小,重量降低了两公斤左右。虽然从表面看这些数字并不大得惊人,但对于竞争激烈的F1而言,这一丁点儿的提升都能决定着一个车队的荣耀。
  如果你曾见过F1赛车的真容,那么可能注意过方向盘下面的左右两边,各设一个小扳手,一边是升挡,另一边是降挡,换挡时只需动扳手,车载电脑就会自动控制离合和换挡,这种半自动系统可以达到急速换挡的目的——车手只需0.02秒就可完成全部换挡动作,而一般轿车则需要0.5秒才能完成。尤其是在进入特定弯道时,车手可预先设定一连串定时换挡,这样便可减少在接近弯道时,手动操作数次排挡杆的麻烦。
  如今除F1以外,很多房车改装赛也开始改用这种变速箱,而箱体的制造材料也在优化中,碳纤维虽然更优越,可制造起来太复杂而且代价昂贵,目前已退出F1赛事的宝马车队之前曾表示会考虑钛金,不管使用哪种材料,这显然是不断追求技术进步的汽车制造商所努力寻求突破的课题之一。
  自动变速箱的竞争从最初只有2至3个挡位,到现在可以达到8个挡位,甚至正在研发的9挡,世界先进汽车制造商在这一领域的竞争,一向争先恐后。2010年8月在中国上市的宝马新5系全系轿车,全部搭载了8挡自动变速箱,直接将竞争推向白热化。
  宝马8挡自动变速箱,由于比6挡增加了两个挡位,使得传动比有了一定优化,换挡衔接也更加紧密了,发动机转速的变化更小,这可以帮助车辆充分利用提升的转速范围改变速度,同时提高驾驶的舒适性。
  除此之外,传统自动变速箱是顺序式换挡方式,当车辆需要急加速时,因自动变速箱是一挡一挡地顺序降挡,总会有一个响应停顿过程,这对驾驶者来说,显然不够流畅。
  而宝马8挡自动变速箱是款非顺序式自动变速箱,不论平静加速还是急加速,所有换挡操作中每次都只开关一个离合器挡位,就能直接从高挡位降到所需的低挡位,比如从8挡可以直接降到3挡。不仅大幅度缩短换挡时间,还减少了变速箱中液力耦合器能量损耗。
  与手动变速箱相比,自动变速箱没有动力损失,也就是换挡时发动机和变速箱间的动力不会中断。它的特点也很突出——第一、启动平顺,换挡轻便;第二、能够承受较高的载荷和扭矩;第三、在不增加重量和尺寸的情况下,通过周转轮系增加挡位数;第四、液力变矩器及内部的电控离合器,能削减来自发动机的振动;最后就是技术成熟,使用普遍。
  与此相对的是,当把离合器换为液力变矩器后,虽然换挡柔和了,但传动效率降低了,因此油耗也有一定升高,这就是为什么大家平时常说自动挡比手动挡费油的原因。
  手自一体的“小机器手”
  技术可真是个神奇的玩意儿,AMT的结构和手动变速箱其实是一样的,只不过把后者的机械离合器变成了自动离合器,原来由驾驶者脚踩离合器换挡,现在变成了一个小电脑,它装载着电脑芯片,通过传感器把收集的道路行驶中的信号经过计算,得出该换的挡位,然后根据指令进行换挡,结果这样变一下,车子就既有了驾驶乐趣又有了舒适性,AMT技术的第一次应用,是在1986年的F1法拉利赛车上,便使得这支车队的成绩大幅提升——仅在1992至2007年中,一共获得了15次F1赛车的总冠军。虽然法拉利的夺冠,不能完全归功于变速箱技术的进步,但其中肯定有它的功劳。
  这个技术在不改变原变速箱的基础上,通过加装一个电动装置来实现自动换挡,而驾驶者可以在手动和全自动的两种模式中进行切换。
  所以,搭载AMT的汽车驾驶相对简单。如果驾驶者想要加速,踩下油门时,变速箱就会自动选择换挡的最佳时机,但是对一些离谱的指令,例如4挡起步,“小机器手”是不会执行的,只有它认为合理时,才会配合。
  与液力变矩器的AT相比,AMT使用成本低、传动效率高、动力性好、节油,而且变速器油也一样,虽然它的结构与MT相同,但控制难度却比之大得多。
  AMT主要是通过4个步骤来完成工作的,你只要知道它是由传感器、电脑模块和执行器三部分构成,而执行器是电控单元,它的工作原理就会变得很好理解了。
  先是电脑模块通过读取传感器信号,来确定当前车辆工作状况;在手动模式下,变速杆触点得到驾驶者的操作意图,或自动模式下,通过电脑模块计算并给出换挡指令;此时电脑模块并不会立刻执行,而是进行合理性、安全性分析;最后,才是通过执行器的电液控制,使变速器中的齿轮啮合,完成一整套换挡工作。
  理想的无极变速具有手自一体的功能,重量轻、体积小,随着传动带材料的成熟,我们开始看到越来越多的CVT车型。
  CVT箱体内,不再有齿轮,所以在性能上与MT、AT相比有着很大不同,它的特点是:挡位可以无限多,换挡加速没有顿挫感;燃油经济性好于液力式自动变速器;多见于前轮驱动和混合动力汽车。
  在内部没有齿轮后,CVT通过两个可以改变直径的传动轮和传动带来传递发动的力量,实现扭矩输出。之所以挡位可以无限多,与主动带轮和被动带轮有关——由于有效半径不同,因而钢带或链条传动带能传递不同扭矩。当传动带有效半径变大,钢带或链条就会自动向上;当有效半径变小,则向下,所以扭矩大小也会发生变化,与通过摩擦改变速比的原理完全不一样。
  早期的CVT对变速的控制是机械式的,现在已发展为电脑控制速比。并且,多数CVT都设有手动模式,也就是具有手自一体的功能。由于理论上具备无限种挡位,所以CVT的手动模式设置上,是用电脑程序将整个传动范围划分为几段,相当于MT、AT的几个挡位,然后再按照预设分段去转换传动比,所以,若你看到CVT有挡位,不用惊讶。
  最早的橡胶材质的传动带,在经过高频率的摩擦后,容易损坏,后来出现的钢带和链条都有了很大改进,并直接推动CVT技术进一步成熟。目前,钢带占CVT绝大多数市场。
  现在,全球市场超过70款、1000万辆带式CVT车辆,并应用在汽油机、柴油机压缩天然气和混合动力系统。其中日本CVT市场占有率高达20%,而欧美在1%左右,中国市场主要是日系车型和自主车型应用比较多。
  从跑车而来的双离合变速箱虽然鱼与熊掌不能兼得,但是DCT做到了。
  其实从研发初衷便可看出,为了将手动变速箱高效动力和低燃油与传统自动变速箱的方便舒适合二为一,所以出现了复杂精准的DCT的两个离合器。
  与AMT相比,DCT在换挡时不会出现动力中断,加速性能更好,因此,目前市场上的很多跑车,都应用这项技术,而将其发扬光大的则是德国大众。他们在2003年推出的DSG双离合变速箱,其实和DCT的作用一样,只不过叫法不同而已。
  这种变速箱的最大优点是,燃油经济性好于液力式自动变速箱,并且换挡快速轻便,没有动力中断。另外,它同样可以选择手动或者自动的驾驶方式。
  和AMT类似的是,DCT结构也与MT一样,只不过又多了一个离合器,而这两个离合器可分别实现对两根输入轴动力中断和连接,简单地说,这种设计可以使得驾驶者在两个挡位之间切换时,动力不会中断。
  至于工作原理,以大众DSG为例。发动机的动力通过曲轴和一个双质量飞轮,传递到双离合器,这两个离合器有不同分工,离合器1负责奇数挡位,离合器2负责偶数挡位和倒挡,它们和智能液压电子换挡系统、双动力输出轴、三个驱动轴,共同进行一系列换挡工作。
  这套操控系统指挥的换挡齿轮,永远在比当前运行的挡位更高一挡“待命”,可随时进入工作状态,这样就可以实现快速换挡。比如,当车辆在4挡行驶时,5挡的齿轮其实已经啮合,只不过还未被“唤醒”,当车速达到一定时速后,与4挡相结合的离合器2就会分离,这时离合器1控制的5挡则迅速工作,整个过程在非常短的百分之几秒便可完成电动车和混合动力车的变速箱那么,未来的绿色生力军电动车,到底会使用哪种变速箱技术呢?
  EVT即为Electrically Variable Transmission的缩写,可称为电子无级变速,其双模混合动力系统采用的是双模式变速器,由发动机、电动机和发电机通过行星齿轮机构构成的电子无级调速机构。
  这种技术到底有何与众不同之处?
  首先,它集成的电控模块能够全面掌握驾驶情况,并采用了电脑无级控制速比,因而使系统能始终处于最有效率的工作状态;第二,电机与变速装置的紧密结合,可以节省汽车设计空间,比一般的混合动力车辆能腾出更大的可利用空间。
  第三,在高速行驶时,相比传统混合动力油耗更低,更适合那些大排量发动机或对牵引能力要求比较高的车辆,比如SUV车型。
  对市面已经比较常见的混合动力汽车,它们一般则是在普通内燃机的基础上,增加一个或几个电机,因而实现变速传动的动力源不止一个。
  丰田名为Hybrid Synergy Drive混合动力系统,集成了一个或多个变速器中的元件,电机则在静止和行驶阶段提供扭矩,它的存在意味着车辆起动时不需要离合器和液力变矩器,使用一个简单的行星齿轮就可以。
  这种电机和内燃机的组合设计方案,可以让混合动力汽车在发动机转速和车轮转速之间,实现无极变速。而在车辆滑行或者制动的时候,它也可以把发动机的电能传给电池存储,实现能量的回收。。

    ——本信息真实性未经中国传动网证实,仅供您参考