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汽车变速箱对开车感受影响大吗?

 星际之旅 2021-03-26

「变速箱」是汽车的核心总成之一·制造成本高于发动机

问题:

  • 变速箱的功能是什么,汽车为什么需要变速箱?

搞清楚这个问题的答案,在选车时也就不会纠结了。

理论上的汽车不需要变速箱也能驱动,也就是发动机的动力输出轴直接分动并驱动车辆,车辆也能正常驾驶;新能源汽车中的普通乘用电动汽车,高标准电动客车就都没有变速箱,电机通过单速比的减速器直接驱动车轮运转。但使用一些低转电机的车辆就需要AMT变速箱,燃油汽车也都有变速箱,这是为什么呢?


原因有三点:

  1. 油耗控制
  2. 磨损控制
  3. 噪音控制

不论电机还是内燃机,其运行转速越高则电耗和油耗也都越高,这是不能改变的物理现象。那么高转速运行时的能耗高,想要降低能耗并且实现「低转速·高车速」的运行模式就会显得很重要;这种想法是能够实现的,变速箱的工作就是实现“低转高速”,参考下图。

图1:1挡齿轮比

图2:5挡齿轮比

从这两张图片应该可以理解变速箱是如何控制转速的了——称之为变速箱可能不好理解,将其理解为“转速控制器”就能明白了。一档的齿轮是“小配大”,发动机驱动小齿轮带动大齿轮运转,状态为小齿轮转很多圈大齿轮才能转一圈;把小齿轮的转速理解为发动机转速,此时转速就会很高。但汽车需要这样的前进挡,因为小齿轮每转一圈就等于输出一次动力,小齿轮转多圈大齿轮转一圈则等于动力放大了很多倍。

汽车在起步加速和重载起步时需要充足的动力,所以才需要1-3的低速前进挡;而高速行驶中不需要很强的动力,此时以发动机驱动大齿轮带动小齿轮运转,以发动机和大齿轮低转速运行即可带动小齿轮和车轮高速运转,车速足够高、转速足够低也就能够实现节油了。

「低速电机和内燃机」长时间以高转速运转很不划算,因为在高转速区间的扭矩都会下降;如果采用直驱的方式运转,车辆只能以非常高的转速运转,高速通勤时的电耗和油耗就会非常夸张。不过低速电机是因为制造成本低才会应用,优秀的电机倒是不存在这种顾虑;而且电机转化动力过程中的损耗极低,即使高转速运行也比内燃机节省的多。

而内燃机的热效率平均不过35%左右(理想标准),损耗的部分高达75%,这要比优秀的电机高十倍左右;所以内燃机必须通过变速箱进行每个车速区间的转速控制,所以才需5-10个不等的前进挡,载货汽车甚至有16个前进挡。

重点:内燃机运行中会产生严重的磨损,比如活塞气缸、曲轴轴瓦、气门凸轮等等位置都有物理接触;即使通过机油进行润滑也只是降低磨损程度,本质还是转速越高磨损程度越大。这也是内燃机需要变速箱的原因,至于电机则是因没有磨损所以无需变速箱。

其次内燃机做功时会产生很强的振动(电机没有),振动会引起空气共振而产生噪音;转速越高做功频率越高,噪音音强也会增大。长时间的高转速运行会有非常刺耳的噪音,是会损伤听觉系统的,至此燃油汽车也就离不开变速箱了。


哪种变速箱的水平高呢?

  1. AT≈湿式双离合
  2. AMT适合商用车型

AT/DCT/AMT三种自动变速箱都采用齿轮组结构换挡,也就是以不同的齿轮组合实现不同的传动比;区别只是连接发动机和变速箱的结构不同,AT采用的液力变矩器。这种结构在低速起步和1挡低速时用油液传动,发动机带动泵轮运转并搅动变速箱油,油液通过导轮挤压涡轮实现动力的传递。

一般在车速超过10km/h、2挡以上或急加速时,变矩器的单向离合器会推动涡轮与泵轮刚性结合,此时则为传动损耗比较低的动力传递模式。不过结合过程是也存在磨损的,只是程度不是很大。

液力变矩器的特点就是这样了,目前来说还是比较适合越野车型或重载车型的;不过插电混动、增程电动或纯电动汽的减速器要比变矩器使用寿命更长,而且适用全部车型。

「DCT·double clutch transmission」释义为双离合变速箱,这种变速箱分为干式和湿式,但区分的不是齿轮箱而是离合器。干式双离合是没有任何润滑与主动散热系统的落后结构,高频率的半联动会快速的磨损离合器和压盘,造成离合器使用寿命的快速缩短;并且因磨损产生的高温也会影响离合器的稳定性,干式双离合是非常差的。

不过湿式双离合就挺不错的,因为离合器有变速箱油的润滑和散热,使用寿命仅次于液力变矩器;但在起步时通过高效率半联动实现了平稳加速,这种始终刚性结合冲动的结构要比AT初期的液力传动损耗低,动力感受和油耗表现往往会有些优势,与AT算各有利弊吧。

最后还是要说明无级变速器(CVT),这种变速箱的传动部分也会用液力变矩器或单组的湿式多片式离合器,特点如上、不再赘述。

但是无级变速器的换挡结构很特殊,其结构不是齿轮啮合换挡并传动,而是通过始终贴合在一起的锥形轮与钢带传动;钢带就像传动带一样始终与锥轮滚动摩擦,只要运行就会产生磨损。所以无级变速器的使用寿命是最短的,商用车型不会用这种变速箱;在乘用车型中也是最不理想的选项,除非车辆的价格足够低,否则还是建议以AT或湿式双离合为首选项,新能源汽车没有这么多类型所以不用进行区分。


编辑:天和Auto-汽车科学岛

天和MCN授权发布

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