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MT、SMG、DCT、AMT、AT、CVT、ECVT七大变速箱技术详解

 tangzb123 2018-05-28

汽车行驶的过程在本质上主要是驾驶员和车辆相互“唠嗑”的过程,驾驶员将需求主要通过油门和档位告诉发动机和变速箱,发动机则通过转速、车辆通过车速分别将发动机、变速箱的执行情况反馈给驾驶员。变速箱在这一过程扮演驾驶员、发动机和车辆(车轮)之间信息“快递员”的角色。

手动挡MT是变速箱行业最早的家族。齿轮的转速和驱动力就是MT工作语言的“音节”和“音调”,二者的乘积要相等。齿轮A的转速比B高、驱动力就要低,MT通过齿数不同的齿轮组合就可以实现增速或减速。

由于发动机的转速过高,为了避免发动机高速旋转对于家族成员的伤害,MT设定了一个接单规则:客户(驾驶员)先通过脚“单”给MT家族的骨干成员——离合器。

同时也通过手“接单”给MT家族的另一个骨干——同步器。当同步器就位后、离合器立马和发动机贴合、将发动机的动力传递给车辆。

MT家族它靠忠诚、可靠和收费低三大优点拥有大量客户。

忠诚=忠实传递驾驶员意图,加速感好、驾驶乐趣高

可靠=机械传统,可靠性高

收费低=传动效率高,油耗低

但同时,它的缺点也十分明显:业务流程复杂,客户需要手脚并用方能“单”——实现换挡。

所以,在讲求客户体验、城市道路工况复杂的现代,

MT的市场逐渐被其他变速箱家族所替代。

(2)SMG变速箱

SMG(SequentialManual Gearbox)中文称为序列式手动变速箱,顾名思义,它只允许客户按照顺序换挡,比如由3档换到4档或者2档,而不允许直接换到5档或者1档。

SMG主要是由拨叉鼓、拨叉轴组、狗牙和齿轮组系组成。当客户推动换挡杆时,拨叉鼓随转动、进而带动安装在拨叉鼓的拨叉轴组,拨叉轴组通过拨动狗牙实现换挡。不同的档位对应不同的拨叉鼓的角度,由于拨叉鼓是连续转动的,所以换挡也是连续的。

它与MT的主要区别在于换挡方式:前文提到,MT换挡需要离合器与同步器同时参与,而对于SMG来说,它取消了同步器、直接靠狗牙实现换挡。和MT相比,SMG的结构要简单、换挡换挡时间快,但同时换挡的顿挫感强烈、换挡力也越大。

SMG的换挡方式决定了它的使用场合主要集中在两类①对速度和换挡时间要求极高的赛车和高端车型,比如超跑兰博基尼Veneno就是使用的改良的SMG变速箱——ISR变速箱;②不注重换挡舒适性的摩托车上,目前民用摩托车采用的是SMG变速箱。

(3)DCT变速箱

DCT(Dual Clutch Transmission)即双离合变速箱,是变速箱家族的新星和未来之一,它的结构和MT相似,只不过比MT了一个离合器和输出轴。以6档DCT为例,clutch1连接2、4、6、R档输入轴齿轮,clutch2连接1、3、5档输入轴齿轮,前者偶数档的齿轮组固定在空心轴上,后者奇数档的齿轮组固定在实心轴上,以此实现不同的离合器控制不同的输入轴齿轮组。

当挂入奇数档位时,clutch2与发动机飞轮连接,动力由实心轴传递给奇数档齿轮,同时偶数组的同步器进入连接,但由于clutch1未连接,所以此时偶数档是不输出动力的,当要切换到偶数档时,clutch2连接、动力输出立即之前准备的偶数档位,从而实现平稳换挡。

DCT继承了MT的传动效率高的优点,但同时由于双离合的散热面积减、离合的摩擦片的摩擦有所增加,使得DCT会产生离合器过热或者过度磨损导致异响现象。2013年大众就因为DCT(大众叫做DSG)的问题在中国召回过30万辆车,国内车主一度谈DCT而色变。

DCT虽然有过热和过磨损的缺陷,但其出色的传动效率和换挡速度依然受到众客户热捧。目前DCT的一个发展的方向是湿式DCT——使得双离合浸在油液中工作,增加散热效率、减磨损。

(4)AMT变速箱

AMT(Automated Mechanical Transmission)即机械式自动变速箱,是在MT基础上衍生出来的变速箱家族,它的本质是MT,只不过是了一套伺服系统,它通过获取发动机转速、车速、油门等信号来完成自动换挡。(自动挡DCT或SMG也可以认为是AMT,但通常所说的AMT是指自动挡MT)。

AMT成本较低,且传动效率高,维护方便,换挡顿挫感强,用于高端车型及低端车型,比如高端车型法拉利F355、低端车型宝骏560都用的是AMT。

(5)AT变速箱

AT(Automatic Transmission)即自动变速箱,主要是液力变矩器、行星齿轮变速系统和电子控制系统控制系统部分组成。液力变矩器直接与发动机飞轮相连,在低速时具有增加扭矩的功能,在高速时液力变矩器的泵轮与涡轮锁在一起(也称为Lock-up),实现动力直接传递,提高变矩器的传动效率。

AT的变速系统由行星齿轮组和离合器组组成,以6档AT变速箱为例,它包括3组行星齿轮组和5个离合器,3组行星齿轮又相互连接,电子控制系统根据车速、发动机转速等信号通过5组离合器的不同结合或者松开的方式来实现变速。

AT是变速箱家族结构最为复杂的家族。它彻底了换挡时客户的手和脚,能根据发动机负荷和车速等情况自动变换传动比,大大提高了换挡的便捷性。同时也存在传动效率低、换挡顿挫等缺点。目前的使用范围较大。

(6)CVT变速箱

CVT(Continuously Variable Transmission)即无级变速器,是变速箱家族另一个未来发展方向,它与以上变速箱最大的不同就是可以实现无级变速,上述的变速箱由于采用的齿轮传动、速比都是固定的,而CVT由于采用的钢带传动、传动比是连续的。同时为了倒挡,CVT变速箱有一组行星齿轮。

目前用在乘用车的以钢带传动的CVT为主,作为CVT变速箱的先驱,日产先后开发了滚轮式CVT和带副变速箱的CVT。滚轮式CVT使用转盘和滚轮的结合传递驱动扭矩并改变传动比。它通过移动滚动里滚轮改变传动比,输入转盘给动力驱动轮及时施加作用力、实现无极变速。和钢带式CVT相比,滚轮式CVT传递的力矩大,日产Skyline 350 GT-8就搭载的是改款CVT,但由于成本过高,滚轮式CVT并未大规模使用。

传统CVT变速箱的传动比范围主要取决于主、从动轮的直径大小,如果要加大变速箱的速比范围的话,那就得采用直径大的主、从动轮。但这样做的话变速箱的体积也得变大,那么不容易安装在小型车上了,这显然不是最的办法。而通过副变速箱的应用,可以进一步放大变速比,同时又可以适当减小主、从动轮的尺寸,不失为一个最佳的解决方法。

CVT存在加速感稍差、传递扭矩偏低的弱点。但它有比AT高的燃油经济性,比以上的几类变速箱有的舒适性,这也让它成为未来变速箱的发展趋势之一。

(7)E-CVT变速箱

E-CVT(Electricity Continuously Variable Transmission)即电力无极变速器,虽然它叫变速器,但其实是动力分配系统,属于丰田混动的关键技术之一,也可以认为它是混合动力车辆变速器。

E-CVT主要是由两个电机和一组行星齿轮组成,外齿圈连接2号电机和E-CVT输出轴,行星齿轮组连接发动机输出轴,太阳齿轮连接1号电机。发动机连接的行星齿轮既可以带动外齿圈运动、将动力分配给车轮,也可以带动太阳齿轮运动、从而带动1号电机给2号电机充电,二者的分配比例大约是72%:28%。

当发动机不工作、行星齿轮只有公转,此时2号电机连接的外齿圈运动,进而带动车轮、驱动车辆。但由于太阳齿轮的最高转速是有一定限值,此时单纯由2号电机驱动车辆的车速也是有限的,大约是40km/h。当车辆怠速、外齿圈静止时,发动机全部的动力都用于带动行星齿轮驱动太阳齿轮给1号电机充电。

E-CVT正是通过合理的分配不同工况时的发动机和电机动力,从而实现工作效率的提升,这也是丰田混动领先于其他厂家的重要专利之一。

(8)总结

以上谈到的7大变速箱技术各有优劣,MT和SMG都具有传动效率高、加速感、成本低、维护方便,但舒适性差、换挡顿挫感强的特点,相比之SMG的缺点加明显;DCT继承了MT的优点,同时具备了MT没有的换挡平稳、迅速的优点,但自身的散热性差和易磨损是未来的解决重点;AT换挡便捷、平稳,但传动效率低、结构复杂;CVT换挡的平稳性和舒适性是无可比拟的,但同时存在难以传递大扭矩、加速感稍差的缺点;E-CVT作为丰田混动的关键技术之一,其设计巧妙、能的分配发动机和电动机的动力。

综上所述各变速箱的优缺点,对于未来乘用车变速箱世界,将是湿式DCT、CVT和E-CVT的天下。

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