汽车变速器是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置。汽车变速器装在发动机和驱动系统之间,用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中,通过改变自身的速比,使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。
世界上第一台汽车是由德国工程师卡尔·苯茨(KartBenz)在1886年发明的,当时并没有变速器。目前被广泛承认的第一台汽车变速器则出现在1894年。法国工程师路易师·雷纳·本哈特和埃米尔·拉瓦索尔在其制造的本哈特—拉瓦索尔汽车上准备了他们发明的变速器。直到1904年,本哈特—拉瓦索手操作滑动齿轮变速器被汽车界普遍采用,从此改变了汽车的传动系统,变速器也正式踏进历史舞台。而当时变速器的原理,和现在手动变速器的原理几乎基本相同了。
手动变速器换挡较为麻烦
手动变速器需要驾驶员手动换挡,在路况复杂时需要频繁换挡,易造成驾驶员疲劳,且手动变速器对驾驶员的驾驶技术要求较高。驾驶员的技术水平对汽车的经济性、动力性以及舒适性都有着较大的影响。而对于一般驾驶者特别是女性驾驶者来说,更需要的是一种能够自动变速的傻瓜式变速器。自动变速器由此诞生。在1907年的福特车上,大量使用行星齿轮变速器,实现了不切断动力进行的“动力换挡”,并避免了固定轴式变速器中的“同步问题”。而液力耦合器的出现为自动操纵的实现提供了可能,1938年至1941年美国GM和Chrysler公司采用液力耦合器代替离合器,省去了驾驶时的离合器踏板操作。随后出现了液力自动变速器的前身,开始了车速和油门两个参数信号,用液压逻辑油路控制的液力自动变速时代。
自动变速器减少了驾驶员工作量,提升了方便性
虽然液力变速器解决了换挡麻烦的问题,但也带来一系列问题,如较差的燃油经济性以及较低的传动效率等。于是,具有更好燃油经济性的CVT无级变速器出现了。无级变速器并没有采用传统的齿轮传动,也没有采用自动变速器复杂的行星齿轮组,而是采用了金属带来传动。其主要靠改变驱动轮与从动轮上传动带的接触半径进行无级变速。CVT无级变速器是最为理想的一种传动机构,具有极佳的燃油经济性以及良好的换挡平顺性。虽然CVT变速器具有很多优势,但其也有弊端,那就是传递的扭矩不能太大,这也限制了其进一步的发展。
不论汽车变速器发展如何,其本质是不会改变的,汽车变速器在传动系中位于离合器的后面,万向传动装置的前面,其主要功用有三个:实现变速、变矩,扩大驱动力和速度的变化范围;中断动力传递;倒向行驶。
变速器一般位于发动机和驱动系统之间
现在,汽车变速器的种类可谓五花八门。按照不同的分类标准有多种变速器的名称。如按操控分,可分为手动变速器和自动变速器两大类;按传动机构分,可分为齿轮式变速器、带式变速器;按轴数分,可分为2轴式、3轴式变速器;按档位分,可分为4档、5档、6档、7档、8档以及9档变速器,按离合器分,可分为普通变速器、双离合变速器;按布置型式分,可分为横置式和纵置式;按传动比的变化,可分为有级式和无级式等等。
而现在,被人们以及各大厂商所接受的分类是按照变速器的结构来分类。按此分类,变速器被分为:手动变速器(MT)、手动/自动变速器(AMT)、液力自动变速器(AT)、双离合变速器(DCT)、无级变速器(CVT)等五大类。其中,AMT、AT、DCT以及CVT无级变速器都是属于自动变速器的范畴,只是各自的结构有较大的差异。
那么这五大类变速器各自有什么特点,各自的结构如何、原理是什么以及各自的优缺点在哪?我们下面将一一做一下讲解。
手动变速器(MT)
手动变速器(ManualTransmission,简称MT)又称机械式变速器,即必须用手拨动变速杆(俗称“挡把”)才能改变变速器内的齿轮啮合位置,从而改变传动比,达到变速的目的的一种变速器,也是最为古老的一种变速器。手动变速器大多为五挡或六挡有级式齿轮传动变速器,并且通常带同步器,换挡方便,噪音小。手动变速在操纵时必须踩下离合,方可拨得动变速杆。
手动变速器一般由壳体、传动部分和操纵部分等三个部分组成。
手动变速器的壳体一般是金属铸造而成,其主要是用来支撑传动机构,同时变速器通过壳体和发动机相连接。过去的壳体一般是用钢制材料制成,而处于减重的目的,现在的变速器壳体一般是由铝合金等轻金属铸造而成。
变速器壳体
手动变速器的传动部分是手动变速器的核心部分,也是变速器实现变速的关键所在。按照传动部分的传动轴数目不同,手动变速器又可分为两轴式和三轴式两大类。
三轴变速器主要由输入轴、中间轴和输出轴组成。输入轴前端借离合器与发动机相联,输出轴后端通过凸缘与万向传动装置相联。输入轴与输出轴置于同一条水平线上,中间轴则与它们平行布置。动力通过齿轮从输入轴传至中间轴再传至输出轴。三轴式变速器一般用于后驱车型上面。
两轴变速器则由输入和输出轴两根传动轴组成,二轴平行布置,输入轴也是离合器的从动轴,输出轴也是主减速器的主动锥齿轮轴。两轴式变速器是汽车使用最广的变速器,主要是使用在前置前驱的车型上。
手动变速器的操控部分结构图
操纵部分是手动变速器实现换挡的结构。如果把传动部分看成手动变速器的执行机构的话,那么操纵部分就是输入机构,也就是遥控部分。驾驶员的换挡意图通过换挡机构才能实现传给变速器的传动部分,最终实现变速的目的。
说到操控部分,我们有必要说下手动变速器中对换挡执行影响最大的一个部件:同步器。
同步器有常压式和惯性式两种,而目前绝大多数汽车采用的是惯性同步器,它主要由接合套、同步锁环等组成,主要是依靠摩擦作用实现同步。接合套、同步锁环和待接合齿轮的齿圈上均有倒角(锁止角),同步锁环的内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触产生摩擦。锁止角与锥面在设计时已作了适当选择,锥面摩擦使得待啮合的齿套与齿圈迅速同步,同时又会产生一种锁止作用,防止齿轮在同步前进行啮合。
同步器结构图
当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后,在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低(或升高)到与同步锁环转速相等,两者同步旋转,齿轮相对于同步锁环的转速为零,因而惯性力矩也同时消失,这时在作用力的推动下,接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合,并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。
我们以桑塔纳的两轴式五档变速器来说明一下手动变速器的换挡变速原理。
输入轴上有一~五档主动齿轮,其中一、二档主动齿轮与轴制成一体,三、四、五档主动齿轮通过滚针轴承空套在轴上。输入轴上还有倒档主动齿轮,它与轴制成一体。三、四档同步器和五档同步器也装在输入轴上。输出轴上有一~五档从动齿轮,其中一、二档从动齿轮通过滚针轴承空套在轴上,三、四、五档齿轮通过花键套装在轴上。一、二档同步器也装在输出轴上。在变速器壳体的右端还装有倒档轴,上面通过滚针轴承套装有倒档中间齿轮。
在空挡状况下,发动机带动输入轴旋转,虽然有的齿轮已经相互结合,但此时齿轮和传动轴之间并不是刚性连接,故并不能传递动力,只是在空转。而同步器则是和传动轴通过花键相连。此时,如果想挂上一档,驾驶员拨动换挡挡把,操纵装置的传动结构会将此动作转化成推力,让1、2档同步器向输出轴的一档齿轮移动,并将其和传动轴刚性结合。此时,发动机的动力的传递路线是:输入轴-输出轴的1档齿轮-输入轴上的一档齿轮-同步器-输出轴-差速器-半轴-车轮。如果换挡,则1、2档同步器和1档齿轮断开,再将所需档位上的同步器和对应的齿轮刚性连接即可。
手动变速器的优点在于结构简单、动力传递损失小、效率高、性能可靠,制造和维护成本低廉。另外,由于是纯机械控制,所以换挡反应快,且可以最直接的表现驾驶者的驾驶意愿,因此也更富驾驶乐趣。不过相比自动变速器,它操作相对繁琐,如果操作不熟练,在挡位切换时往往会存在明显的顿挫感。
一台优秀的手动变速器必须拥有良好的换挡手感,挡位清晰不含糊,拥有合理的横向和纵向行程,入挡的阻力小且带有吸入感。除此之外更重要的是各挡位之间的齿比排布要合理,因为各个挡位间的传动比分布直接影响车辆行进中动力衔接的畅顺性,通常要求低挡时能加速有力,高挡时能经济省油。
手动/自动变速器(AMT)
手动/自动变速器(AutomatedMechanicalTransmission)又称为电控机械式自动变速器,该技术是指在不改变原机械变速器主体结构的基础上,改变机械变速器换档操纵部分(对变速箱壳体、拨叉、换挡轴、换挡指等进行优化设计),加装特殊的电控单元控制装置取代原机械变速器由人工操作完成的换挡动作,实现变速器内部换挡过程的自动化。因此AMT实际上是由一个机器人系统来完成操作离合器和选档的两个动作的手动变速器。
AMT只是在普通手动变速器的基础上加了一套可以自动换挡的电控系统
和普通手动变速器相比,AMT只是多了一套可以自动换挡的电控系统。而AMT的电控系统主要有三个部分组成:
1、执行机构:包括电动机(步进电动机和直流电动机)、电磁阀(普通电磁阀和高速电磁阀)、液压缸(离合器动缸和选、换档油缸)等。
2、传感器:包括速度传感器(发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速传感器)、油门开度传感器、档位传感器等。自动换档是按控制参数的变化才实现换档的,故必须有反映该参数的信号发生系统。车辆的控制参数有三类:单参数-多为车速;两参数-多为车速和发动机油门开度;三参数-为车速、发动机油门开度和加速度。目前,常用的是两参数控制,动态三参数控制是最理想的控制。一般,测车速用电磁转速传感器,油门开度用油门电位器测量。测加速度用加速度传感器。
3、电控单元(ECU):包括CPU、ROM、RAM、I/O接口等。
AMT根据选换档系统的动力不同,分为三类:电控气动AMT、电控液动AMT和电控电动AMT。
电控气动AMT:采用高压空气作为选换档系统的动力。但对于一般车辆而言,由于没有气动装置,一般不采用电控气动选换档系统,只有在大型或重型车辆等特殊场合使用。
电控电动AMT:采用电动机作为选换档系统的动力,相对于电控液动AMT而言,电控电动AMT因为取消了液压系统,从而使整个控制系统的结构更加简单,重量更轻。由于直接采用易于控制、精度更高的电动机取代液压执行元件,减少了液压元件动作的误差,使得系统的控制方法上更简单,控制的精度进一步提高,反应动作更加准确。在原有的电控液动的基础上,只须对软件和硬件以及控制方法上作少许的改动就能对电控电动AMT系统进行控制。在电控电动AMT中的执行电动机的特点是:可控性好、精度高、反应快、可靠性强、并且对环境的适应性好。
AMT的工作过程主要是通过传感器获得发动机转速、油门开度以及现有的车速。电控系统根据传感器测得的数据,判断出驾驶员的驾驶意图,通过电控选换档系统进行自动升降档等操作。和普通手动变速器相比,采用该种变速器的车型没有离合器踏板,驾驶员仅需控制油门即可。
液力自动变速器(AT)
液力自动变速变速器(AT)是自动变速器的一种,主要是通过液力变矩器和齿轮传动系统配合而形成的可以自动换挡的变速器。液力自动变速器也有好多种,如根据传动齿轮的不同,分为两种:一种是我们极为常见的行星齿轮自动变速器,而另一种是本田的专利技术:平行轴式自动变速器;按布置方式则可分为尺寸较短的横置式和长度较长的纵置式两种。
液力自动变速器和其他变速器在结构上最大的不同是其采用了液力变矩器作为离合器,并将其作为一体,设计在变速器内部。一般液力自动变速器主要由液力变矩器、机械传动机构、液压控制装置、电子控制装置、壳体等五个部分组成。
行星齿轮自动变速器的基本结构
一、液力变矩器
液力变矩器(fluidtorqueconverter)由泵轮,涡轮,导轮组成,安装在发动机和液力自动变速器的中间,以液压油(ATF)为工作介质,起传递转矩、变矩、变速及离合的作用。
二、机械传动机构
液力变矩器只是起到一个传递力的开关作用,而真正起到传递动力且变速的就是机械传动机构了。液力自动变速器的机械传动机构由齿轮传动机构和换挡执行机构组成。
1、齿轮传动机构
液力自动变速器的齿轮传动机构有两种:行星齿轮和普通齿轮两种。其中,行星齿轮是液力自动变速器最常见的结构,现在除了本田以外,几乎所有液力自动变矩器都是采用此种结构。而普通齿轮只是本田的液力自动变速器的独有结构,这也是本田的专利技术。两者变速器最大的不同在于,采用行星齿轮作为齿轮变速器的自动变速器在控制系统需要制动器,而采用普通齿轮的自动变速器则没有制动器,只有了离合器。
(1)行星齿轮传动机构的结构
行星齿轮变速器一般有2到3组行星排,每组行星排由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和支承在行星架上的几个行星齿轮组成,简单的说主要包含三大元件:太阳轮、齿圈、行星架。
(2)平行轴式齿轮传动机构的结构
平行轴式齿轮传动机构主要由平行轴、各档齿轮以及湿式多片离合器组成,其中平行轴有三根轴:输入轴、中间轴和副轴。
平行轴式自动变速器的齿轮传动部分
平行轴式齿轮变速器的结构和普通手动变速器的齿轮变速器基本一样,只是采用多个离合器取代手动变速器的同步器,用以控制各个档位齿轮的结合,从而实现变速的目的。
2、换挡执行元件
液力自动变速器的换挡执行元件主要有三类:离合器、制动器、单向离合器。
离合器
自动变速器里面的离合器一般采用多片湿式离合器
制动器
制动器只是在行星齿轮自动变速器才特有的结构,平行轴式自动变速器没有此机构。制动器的功用是固定行星齿轮机构中的基本元件,阻止其旋转。制动器和离合器相互配合,即可实现行星齿轮自动变速器的换挡过程。在自动变速器中常用的制动器有湿式多片式制动器和带式制动器两种。
单向离合器
单向离合器的作用是单方向固定行星齿轮机构中某个基本元件的转动,常见形式有滚柱斜槽式和楔块式两种。
三、液压控制装置
液压控制装置主要由油泵、阀板总成、散热器、控制管路、ATF油滤清器等元件组成。该装置是将节气门开度信号、车速信号、换档控制手柄的位置信号等转变成液压信号,利用液压传动原理,由液控装置向执行元件输送压力油,使其工作,以得到不同的档位。其主要作用是:
(1)泵油并调节油路压力,
(2)向换档执行元件提供压力油以控制档位变化,
(3)控制液力变矩器的锁止及其ATF油的冷却,
(4)控制各摩擦表面的润滑。
四、电子控制装置
液力自动变速器的电子控制装置主要由传感器、开关、ECU(PCM)、执行器等组成。该装置通过传感器检测车辆运行参数的信号,由电脑计算和断送后,向执行器发出控制指令,实现对自动变速器的各项控制。该装置主要是通过把车速信号和节气门开度信号转变成电信号送进电脑,作为换档控制的基本信号,经过电脑的分析、计算、判断,向电磁阀发出指令,驱动电磁阀工作,实现换档、油压、锁止、平顺、冷却强度等的控制。
五、壳体
液力自动变速器的壳体和手动变速器壳体类似,现在一般采用铝合金材料,通过铸造而成。
液力自动变速器的变速原理
根据齿轮传动机构的不同,液力自动变速器的变速原理也有所不同。
行星齿轮变速器的工作原理:通过对其三大元件分别进行固定,便会得到不同的变速比,其结果如下:
(1)齿圈固定,太阳轮带动行星齿轮架
(2)齿圈固定,行星齿轮架带动太阳轮
(3)太阳轮固定,齿圈带动行星齿轮架
(4)太阳轮固定,行星齿轮架带动齿圈
(5)行星齿轮架固定,太阳轮带动齿圈
(6)行星齿轮架固定,齿圈带动太阳轮
(7)没有固定
设上图所示行星齿轮机构中的太阳轮、齿圈、行星架的转速分别为n1、n2、n3,太阳轮、齿圈的齿数分别为z1、z2,齿圈与太阳轮的齿数比为α,根据机械常识,我们可以得到下表:
平行轴式液力自动变速器的原理
平行轴式自动变速器的结构与手动变速器相似,动力传递路线与手动变速器也基本相同,不同之处在于它用一个离合器的充油结合代替手动变速器中的结合套滑动结合,其离合器的充油是自动控制的。也就是说,它把手动变速器的手动推动结合套换挡形式改成了自动变速器的离合器结合自动换挡形式,其工作原理简单,换挡执行元件也只有离合器而没有制动器。
平行轴自动变速器是本田的专利技术,现在只有本田在用此种变速器
平行轴式自动变速器的各档齿轮和控制该档位的离合器的从动部分连接在一起,但并没有固定在驱动轴上,而离合器的主动轮则刚性连接在传动轴上。在离合器不工作时,各档位的主从动齿轮都是结合的,只是由于离合器没有工作,并不能传递动力。当电控系统根据各个传感器判断出驾驶员的意图后,换挡执行机构通过高压液压油推动某个档位的离合器结合,从而将该档位齿轮和传动轴刚性连接,传递动力。
行星齿轮液力自动变速器是目前应用范围最广的一种自动变速器
无级自动变速器(CVT)
无级自动变速器(CVT)是ContinuouslyVariableTransmission的缩写,其采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力,可以实现传动比的连续改变,从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配。汽车无级自动变速器和其他几种变速器不同的地方在于,它没有采用齿轮传动的方式来改变传速比,而是采用了一对可以改变工作直径的主从动轮以及一根传动带或传动链来实现变速传动。
无级自动变速器的种类很多,主要分为摩擦式、电传动式、滑动离合器式、静液传动式、液力机械传动式等五大类。其中,摩擦式又可以分为摩擦行星式和摩擦带式两种。
滚轮式CVT
被汽车广泛应用的是摩擦带式无极变速器,又可分为橡胶带式、金属带式和金属链条式三种。这三种变速器结构基本一样,我们以最为常见的金属带式无级自动变速器来讲解无级变速的构造及原理。
金属链条式CVT的结构
金属带式CVT,一般由行星齿轮机构、无级变速机构、差速器机构和控制系统组成。
1、行星齿轮机构:CVT的行星齿轮机构用以实现前进档和倒档之间的切换操作,采用双行星齿轮机构,行星架上固定有内、外行星齿轮,其中,外行星齿轮和齿圈啮合,内行星齿轮和太阳轮啮合。前进档时,行星架和太阳轮锁死,太阳轮主动旋转,行星架随太阳轮同速旋转,即整体同步旋转;倒档时,齿圈固定在机箱上不动,太阳轮主动旋转,通过双行星齿轮后,此时行星架与太阳轮反向旋转。
CVT变速器上的行星轮结构
2、无级变速机构:无级变速机构由金属传动带、主动轮组、从动轮组组成。其中,主动轮组和从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成,其工作面大多为直线锥面体。在液压控制系统的作用下,依靠钢球—滑道结构作轴向移动,可连续地改变行动带工作半径,实现无级变速传动。
无级变速器的变速机构由主动轮、从动轮和钢带组成
CVT传动用的钢带
而金属传动带由多个金属片和两组金属环组成,金属片在两侧工作轮的挤压作用下传递动力,金属环在动力传递过程中主要用来将金属片约束在一起,并正确地引导金属片运动。
差速器结构
3、差速器机构:普通差速器由行星齿轮、行星轮架、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器,直接驱动行星轮架,再由行星轮带动左、右两条半轴,分别驱动左、右车轮。
4.控制系统:控制系统是用来实现CVT传动比无级自动变化的,多采用机—液控制系统或电—液控制系统。
CVT无级变速器的工作原理
金属带式CVT主要是通过改变主、从动轮和金属带的接触半径来实现传动比的连续变化的。主、从动轮组都由可动锥盘和固定锥盘组成,可动锥盘可以在主、从动轴上沿轴向移动。可动锥盘与固定锥盘之间形成的V型槽与V型金属带相啮合。主动轮组的油缸控制主动轮组的可动锥盘沿轴向移动时,主动轮组一侧的金属带随之沿V型槽移动,由于金属带的长度固定,因此从动轮组一侧的金属带则沿V型槽向相反的方向移动,从动轮组的油缸此时则控制从动轮组的可动锥盘沿轴向移动,以保持金属带的张紧力,保证来自发动机的动力得到高效可靠的传递。金属带沿V型槽方向移动时,其在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化,从而实现传动比的连续变化。汽车开始起步时,主动轮的工作半径较小,变速器可以获得较大的传动比,从而保证有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加,主动轮的工作半径逐渐增大,从动轮的工作半径相应减小,CVT的传动比下降,使得汽车能够以更高的速度行驶。
CVT无级变速器的传递扭矩不大限制了其应用范围,后来出现的链条式CVT突破了这个制约因素
与有级式的主要区别在于:它的速比不是间断的,而是一系列连续的值,譬如可以从3.455一直变化到0.85。CVT结构比传统自动变速器简单,体积更小,它既没有手动变速器的众多齿轮副,也没有自动变速器复杂的行星齿轮组。它的优点是重量轻,体积小,零件少,与AT比较具有较高的运行效率,油耗较低。但CVT的缺点也是明显的,就是传动带很容易损坏,不能承受较大的载荷,只能限用于扭矩不是很大的汽车。近年来经过各大汽车公司的大力研究,情况有所改善。国内目前有多款车型装备了CVT,如东风日产天籁、轩逸、奇骏等全系列车型,一汽大众奥迪,广汽本田飞度,南汽菲亚特西耶那、帕力奥,奇瑞旗云等。
双离合自动变速器(DCT)
DCT(DualClutchTransmission),中文翻译过来应该为“直接换挡变速器”,因为其有两组离合器,所以也有不少人干脆就叫它双离合变速器。而大众作为最早使用双离合器变速器的汽车厂家,则有个大众特有的称呼:DSG。
双离合变速器的组成
DCT变速器上的关键部件:双离合器
根据双离合器的散热和润滑方式的不同,双离合器变速器可以分为干式和湿式两种。其中干式双离合变速器的双离合器不需要用离合器油进行冷却,其本身相对较为“干净”。而湿式双离合变速器的双离合器则是浸在离合器里,散热更好,润滑更充分。
干式双离合器
湿式双离合器
DCT内含两台自动控制的离合器,由电子控制及液压推动,能同时控制两台离合器的运作。双离合器的传动轴当变速器运作时,一组齿轮被啮合,而接近换挡时,下一组挡段的齿轮已被预选,但离合器仍处于分离状态;当换挡时,一台离合器将使用中的齿轮分离,同时另一台离合器啮合已被预选,在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力,从而不会出现动力中断的状况。
DCT的传动轴结构
为配合以上运作,DCT的传动轴运动时被分为两部分,一为实心的传动轴,另一为空心的传动轴。实心的传动轴连接了1、3、5及倒挡,而空心的传动轴则连接2、4及6挡,两台离合器各自负责一根传动轴的啮合动作,引擎动力便会由其中一根传动轴做出无间断的传送。
与传统的手动变速器相比,DCT更方便,因为说到底,它还是一个手动变速器,只是使用了DCT的新技术,使得手动变速器具备自动性能,同时大大改善了汽车的燃油经济性,DCT比手动变速器换挡更快速、顺畅,动力输出不间断。基于DCT的特性及操作模式,DCT系统能带给驾驶者有如驾驶赛车般的感受。另外,它消除了手动变速器在换挡时的扭矩中断感,使驾驶更灵敏。
DCT在效率和成本上都显示出许多优势,与传统的自动变速器相比,该系统换挡的舒适性更高,而且能满足消费者对驾驶运动感和车辆节油的双重要求。同时,双离合器的使用,可以使变速器同时有两个挡位啮合,换挡速度不到0.2秒,比专业车手的手动变速还快。从技术角度上DCT对所有档次的车都非常适合,比其他变速器具有更高的燃油经济性。
现在DCT技术已经发展到了7速时代,采用此变速器的车型也越来越多
虽然普通AT有着良好的换挡平顺性和方便的操作性,但对于注重操控感受的人来说却缺乏激情。于是,在普通自动变速器的基础上,人们通过增加一套人工换挡的装置,演变出了一种手自一体自动变速器:A/MT。A/MT虽然和AMT名称很相似,但却不相同。手自一体变速器其实质就是在原有的普通自动变速器的基础之上增加了人工换挡功能而已,其本质上的传动和变速器原理和普自动变速器(AT)完全相同。而DCT本身就具有手动换挡功能,CVT现在也被厂家认为的划出几个档位,也具有了A/MT的功能。
当然MT、AT、CVT、DCT以及A/MT只是针对变速器结构和变速原理进行的相对学术性的分类,而在现实生活中,这些汽车变速器的名称可谓五花八门。如Tiptronic、Multitronic、Stronic、Steptronic、XTronic、Lineartronic等等。那么这些名称的变速器代表着什么含义,有着怎样的结构和优势?
其实按照变速器的基本分类,我们可以将我们常见的一些变速器名称做个分类。PSA等常用的Tiptronic、奔驰7G-Tronic、宝马Steptronic、沃尔沃Geartronic、阿尔法罗密欧Q-Tronic等其本质是手自一体变速器;奥迪Multitronic、日产Xtronic、斯巴鲁Lineartronic等则属于无级变速器阵营,而大众的DSG、奥迪Stronic以及三菱Sportronic则是DCT双离合变速器的范畴。下面,我们就对这些变速器做个简单的解读。
一、手自一体变速器
Tiptronic变速器
Tiptronic技术变速器,由保时捷发明并在1990年第一次出现在964Carrera2车型上。其实早在1969年,911就使用了一台名为Sportomatic的4速“准手自一体变速器”。但由于当时电控技术落后,大部分车型又被替换为手动变速箱,而并没有被推广开。
964Carrera2车型
Tiptronic是在传统的自动变速器基础上增加了一套手动换挡模式以及电子保护程序,结构上和普通AT并没有变化,都是通过液力变矩器以及行星齿轮(平行轴自动变速器是通过平行轴齿轮)进行扭矩传动和挡位变换。手动模式通过一套可以进行升降挡控制通道及相应的电子程序予以实现。另外,电子发动机保护程序是其一大特点。目前,Tiptronic变速箱有4速至8速五个等级,形式也有横置式以及纵置式两种。
Tiptronic特点
虽然是在原有的AT基础上增加了换挡功能,但Tiptronic还有其独特的特点:
实用的手动模式:首先,手动模式可以最大程度体现驾驶者的意志,按照自己的需求选择挡位。追求激烈驾驶时可强制使用较低挡位与较高转速;在需要经济驾驶时亦可保持较低转速换挡。其次,在遇到较陡下坡时,可将挡位维持在一挡或二挡以利用发动机本身阻力来控制车速。
发动机保护程序:在享受手动挡驾驶乐趣的同时电子保护程序会一直监测驾驶者的换挡动作。Tiptronic原则上允许驾驶者在发动机红线转速以外区域进行各种操作,但当侦测到转速达到红线时变速箱会强制介入升挡以防烧毁。若转速低至刻度起始线附近而挡位又较高时变速箱会采取降挡措施避免熄火。由于各个车型扭矩、车身重量等差异,Tiptronic程序也会略有不同,例如奥迪的Tiptronic就不允许用一挡高转速行驶。
自学习功能:带有ECU控制单元的车辆都具有根据驾驶员习惯来调整自身动力输出的功能,以贴合其偏好。同样,Tiptronic也会这么做。它通过"模糊逻辑"控制程序和从ECU传回的信息来学习车主的驾驶习惯调整换挡时机,使车辆更为"听话"。
带有Tiptronic技术变速器主要有6速Tiptronic、Tiptronic4速和8HPTiptronic8速变速器。
6速Tiptronic速器是由大众、宝马和保时捷共同研发并委托日本爱信公司制造的前驱横置式6速手自一体变速器,其代号为TF60-SN(大众内部代号09G,零件代号AQ250),它具有S运动挡,其承受最大扭矩为310N·m。
目前,使用6速Tiptronic手自一体变速器的车型大众POLO、速腾、途观、斯柯达晶锐、明锐、福特蒙迪欧、宝马MINI等
AL4横置前驱Tiptronic4速手自一体变速器是PSA集团联合雷诺与西门子合作研发的,带有雪地以及运动模式,可传输最大扭矩为210N·m。其特点是带有的雪地模式能够以二挡起步并快速升挡避免出现车轮打滑现象。
采用L4横置前驱Tiptronic4速手自一体变速器的车型有标致307、408、雪铁龙世嘉、凯旋等。
8HPTiptronic8速手自一体变速箱一款纵置式四驱变速器,由德国ZF采埃孚研制,其最大特点第一是200毫秒的换挡速度可与双离合变速器媲美;第二是可以跳过两至三个挡位直接换挡,极端状态下可从八挡跳至二挡。
8HPTiptronic8速手自一体变速箱
目前采用8HPTiptronic8速手自一体变速箱的车型有奥迪Q5、Q7等。
7G-Tronic手自一体变速器
7G-Tronic是梅赛德斯-奔驰在2003年秋季推出的一款纵置式7速手自一体变速器,其最大承受扭矩为735N·m,匹配V6及V8汽油以及共轨柴油发动机,适用于后驱或4MATIC四驱车型。
7G-Tronic与传统纵置式自动变速相同,使用液力变矩器以及串列行星齿轮进行扭矩传动和变速。但其和普通自动变速器的离合器不同的地方在于,普通自动变速器的离合器只能在高挡进行锁定,而7G-Tronic的锁止离合器在一挡就可投入工作,避免打滑而损失动力。此外,除了标准的M手动及C自动模式外还提供了S运模式。
7G-Tronic的特点
2.可进行跳挡的手动模式:7G-Tronic可以不按顺序依次减挡,最大可跳过四个挡位进行换挡操作。这使得急加速时挡位变换更为直接,能够最大程度发挥发动机的动力。手动模式在转速进入红线区间时同样会自动升挡以保护发动机和变速箱。
3.两速倒挡:该款变速箱与众不同地提供了两个倒车挡,传动比分别为3.416和2.231。第二个倒车挡尺比接近前进第三挡,时速可达80km/h,在遇到紧急情况时可能才会体现出它的价值。
采用7G-Tronic手自一体变速器的奔驰S350车型
简单的说,装备3.0至5.5升自然吸气发动机以及柴油发动机的奔驰车型均配备的是7G-Tronic变速器。其中较典型的车型为:C300国产与进口车型、国产E300车型以及进口E350车型、进口S级300/350/500、进口SLK300/350、进口R300/R350以及GLK300/350等等车型。但由于最大扭矩低于上一代5G-Tronic的1079N·m,所以奔驰S600以及S65AMGV12车型没用采用这台变速器。
Geartronic手自一体变速器
Geartronic是沃尔沃旗下车型所装备Tiptronic技术的手自一体变速器名称。6速手自一体变速器实际为日本爱信TF80-SC。最大可承受440N·m扭矩,传动比从4.148至0.686。
Geartronic手自一体变速器源自于日爱信TF80-SC变速器,图为TF80-SC
Geartronic的特点
1.与Tiptronic相同的安全手动模式:由于此变速器同样带有Tiptronic技术,手动模式同样会受到电脑监控以保证安全。
2.体积小巧:该款变速箱采用将五个小型行星齿轮组与复合辅助齿轮组相结合的方式有效减小了变速箱的体积和重量。
3.寿命更长:有别于传统自动变速器的外置控制模块,Geartronic的TCM控制模块被置于变速箱内,使得变速箱油可以帮助其冷却,同时较少的外部布线降低了受外力损坏的风险。
引进国内的沃尔沃C30、S60、S80L以及XC60、XC90等带有6速手自一体变速箱的车型均装备此款Tiptronic技术TF80-SC变速器。
二、无级变速器(CVT)
奥迪Multitronic
Multitronic是1999年奥迪与LuK公司共同研制的链条传动CVT无级变速器,是一款纵置前驱变速器。和传统无级变速器相比,由于其油冷技术及新的合金钢带,新款变速箱已经可以承受最大400N·m扭矩。
在结构上Multitronic与其他品牌的无级变速器差异不大。TCM变速器控制系统会感知车辆是否为下坡,控制器一旦发现车辆正处于陡坡下坡状态时会自动降低"挡位"来依靠发动机阻力控制车速。早期的Multitronic变速器只能模拟六个挡位,而2004年奥迪将其升级到七挡并加入S挡运动模式,最新的变速器可模拟出八个挡位。
Multitronic的特点
1.模拟8速并带有运动挡:最新型的Multitronic变速器能够模拟出八前进挡和S运动模式,这就使得它的驾驶感觉更趋近于传统有级变速器车型。
采用金属链条后,Multitronic将传递扭矩提升到了400Nm
2.承受的扭矩更大:早期的Multitronic变速器只能承受310N·m的扭矩,这就使其应用范围受到很大限制。现在,新的技术将扭矩提高到了400N·m,远远高于其他品牌的无级变速器,它可装备在动力最为强劲的奥迪A62.7TDI车型上。
Multitronic变速器可以用于奥迪MLP纵置前驱平台的车型上,例如:奥迪A4/A4L、A5、以及A6/A6L。搭配的发动机可以是自然吸气或涡轮增压汽油机,也可以是涡轮增压柴油发动机。
日产XTronic
XTronic是日产研发的CVT无级变速器。1997年首次应用于2.0升车型;2003年装备于3.5升V6的天籁上,最大可承受扭矩高于300N·m。目前,日产有三款XTronic变速箱,它们分别搭配1.5、2.0以及3.5升自然吸气发动机。
日产的XTronic变速器
匹配1.5升发动机的XTronic变速器不提供手动模式,传动比从2.561至0.427。搭配2.0与3.5升的XTronic变速器可以模拟六个前进挡。2.0升传动比区间为2.349至0.508,而3.5升变速器的传动比为2.371至0.439,范围较搭配2.0的更广一些。但如果与手自一体变速器相比,我们可以看出无极变速器的传动比范围非常有限,尤其在起步时输出扭矩要小很多。这是由于它只使用两个固定大小的锥型盘结构所造成的。
XTronic的特点
覆盖车型丰富:日产为1.5升低端车型配备了XTronic,令家用轿车也能够享受到无级变速器带来的平顺驾驶感受以及更低的油耗。这点与本田相似。同时,大排量V6以及SUV车型同样有XTronic得以使用。
日产是现在使用CVT变速器车型最多的厂家
可以说日产的大部分车型都配备了无级变速器,这也满足了其力求将这种变速器推广到全线产品中的发展的方向。我们熟悉的日产新阳光、轩逸、逍客、奇骏、天籁均使用了XTronic变速器。另外,雷诺科雷傲与日产奇骏两款相同平台的SUV车型同为横置发动机全时四驱系统,没有分动箱,所以XTronic也装备在了这两款车型上。
斯巴鲁Lineartronic
Lineartronic是斯巴鲁研发的纵置式链条传动无级变速器。由于斯巴鲁一直使用水平对置发动机以及左右对称全时四驱系统底盘结构,所以该款变速器的内部零件排列与日产的横置式有一些不同,它提供了前后两个动力输出轴。该款变速器能够模拟出6速手动模式,并可在下坡时使用发动机阻力进行制动。
斯巴鲁Lineartronic变速器
2.0及2.5升力狮、2.5升傲虎均装备Lineartronic无级变速器。由2.5升自然吸气发动机最大扭矩为229N·m推断,斯巴鲁的这款变速器可承受的扭矩应该不会高于250N·m,使用范围受到了一些限制。
三、双离合变速器
大众DSG(DirectShiftGearbox)
双离合变速器中使用范围最广的是大众的DSG变速器
装备DSG变速器的车型有高尔夫、途观等。
奥迪Stronic
Stronic是奥迪双离合变速器的名称,和大众的DSG有很多相似之处,但也有所不同。用于奥迪A3的7速以及TT上的6速横置Stronic其实就是大众的干式DQ200和湿式DQ250,只是名称不同,而用在Q5上的7速纵置式全时四驱双离合变速箱则和大众的DSG不同,因为大众的DSG产品线是没有纵置四驱变速器。
奥迪Stronic和大众DSG关系密切,但其有后驱变速器
两款横置式Stronic7速与6速变速器分别可承受250N·m和350N·m,用于前驱轿车。而用在Q5上的纵置式Stronic变速箱能够承受超过500N·m以上的扭矩。
Stronic的特点
挡位多且承受扭矩更高:除去超级跑车保时捷911以及日产GT-R的双离合变速器,纵置式Stronic可以承受的扭矩较其他车型更高。横置式7速双离合变速器虽然挡位较6速的更多,但其干式结构影响了扭矩传递,使之性能不如6速,而Stronic既实现了7段变速又能承受更高扭矩,让舒适与性能两者兼得。
装备横置式Stronic双离合变速器的车型为奥迪A3、TT,而装备纵置变速器的车型为奥迪Q5、A5。
保时捷PDK(PorscheDoppelkupplungsgetribe)
保时捷推出的双离合变速箱产品叫做PDK(ProscheDoppelKupplungen)。事实上,保时捷在1983年便已经将PDK双离合器变速箱用于956赛车上,并在1984年与1985年以962赛车在赛道上获得了极大的成功。
PDK变速器和DSG的基本原理和结构基本相同,是一款7速双离变速器,其由一个传统手动变速箱和一个分为2个独立变速箱的液压控制系统组成。2个沿径向布置的湿式离合器可以通过液压控制,并使用变速箱油提供冷却和润滑。
目前PDK变速箱在911、Boxster、Cayman以及Panamera都有装备。
宝马M-DKG
M-DKG双离合变速器是宝马和奥地利变速器生产商格特拉克(GETRAG)合作生产的,该变速器可承受最高9000转/分钟的发动机“摧残”,堪称赛车级变速器。该变速器通过控制程序,可以为驾驶者提供11个独特的换挡程序,可用挡把或是或方向盘换挡拨片操作。
M-DKG解剖图
宝马M-DKG七速自动变速箱和大众最新的七速自动变速箱最大的区别就是:宝马MDKG七速自动变速箱采用湿式变速箱,而大众的七速自动变速箱采用干式变速箱,两者可以说是各有所长。
宝马车型上采用了拨片式换挡方式
如宝马M3Coupe的M-DKG变速箱拥有多达11种不同的控制模式,其中全自动模式有五种,手动换档模式有六种,新款宝马M3Coupe的420马力4.0LV8发动机输出的动力将得到更充分更及时的调配。
福特Powershift
Powershift双离合器变速箱是由福特集团与变速箱大厂格特拉克(Getrag)共同研发,原厂代号6DCT450。福特、沃尔沃Powershift变速箱具备两片独立的湿式离合器,并以类似两组手动变速箱的方式平行运作。一组离合器负责控制奇数档位(1、3、5和倒档),另一组则负责控制偶数档位(2、4、6档)。受益于两组湿式离合器的设计,Powershift变速箱可承受最高达450牛米的扭力输出,同时理论上也不存在档位齿比的限制;因此Powershift变速箱被原厂视为柴油引擎的最佳搭配选择。
Powershift双离合器2008年问世,以手动变速器所用的技术为基础。该变速箱拥有6个前进挡,有两个相互独立的湿式离合器。与其它厂家的双离合变速器相比,Powershift双离合变速箱最大的特点不是换挡速度快,而是拥有堪比CVT的极佳换档平顺性。故此,在加速性上该变速器并不是十分理想。
搭载此变速器的车型有沃尔沃C30和S40蒙迪欧-致胜等。
三菱Sportronic
Sportronic准确的名称应该叫TS-SST双离合运动变速器,这是由三菱汽车所开发的一款6速双离合变速器,2007年被首次用于三菱LANCEREVOX车型。这台变速器专门是为了搭配横置高扭矩发动机和S-AWC全时四驱而设计,所以其结构同为横置式。
LANCEREVOX采用了三菱Sportronic变速器
装备该款变速器的车型只有三菱的传奇车型LANCEREVOX,国内官方称之为蓝瑟翼豪陆神。