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作为汽车构造的三大件,变速箱在汽车上起到了至关重要的作用。它关系到发动机动力输出是否平顺,传动效率的高低,同时,变速箱还会影响到车辆的驾驶乐趣以及舒适度,甚至还关乎到车辆的油耗水平。但是,你知道当今汽车所使用的变速箱都有哪几种类别吗?它们各自都有哪些优缺点?
1886年卡尔本茨发明发明了第一辆汽车时,其实这款汽车当时并没有变速箱,只有一个所谓的减速箱,因此,这辆车没办法实现倒车,而且也没有挡位。但仅仅过了三年之后,真正意义上的变速箱就问世了,法国标致发明了世界上首个两挡手动变速箱,自此以后,变速箱正式问世。之后,亨利福特在1908年为福特T型车设计了世界上首台两速自动变速箱,从此以后,有了变速箱的加入,汽车工业革命飞速发展。
在自动变速箱还没有完全普及的年代,MT(Manual Transmission)手动变速箱是那时候最常见的一款变速箱类型。顾名思义,手动变速箱一定要通过人体手动控制完成换挡,不同的齿轮组各自负责一个挡位。换挡时,驾驶员控制的挡杆会带动变速箱的换挡拨叉,从而将相应的齿轮组组合完成。另外,手动变速箱属于刚性连接,通过离合器发动机直接与变速箱完成连接,传动过程中动力损失较小。
由于传递效率更加高,所以手动变速箱的燃油经济性要比自动挡更好,加上每个方面技术更为成熟,手动变速箱的制造成本和后期维护保养价格都相对要更低一些。不过,由于手动变速箱操作相对复杂,在换挡过程中需要同时控制离合器踏板、油门踏板、挡把以及方向盘,这些都需要一段时间经验积累,对新手来说不够友好。加上城市道路越来越拥堵,手动变速箱的弊端逐步显现出来。因此,手动变速箱的市场正在逐渐萎缩,目前只剩下一些低端车型以及部分性能车还在使用手动挡。
AMT(Automated Mechanical Transmission)变速箱能够理解为半自动变速箱,在自动变速箱还没有大面积推广的时期,半自动变速箱也是一款被普遍应用的变速箱。它通过在液力变阻器后面安装一直机械式换挡离合器,换挡离合器结合和起步操作的流程实现了自动化,而换挡依旧为手动操作,但相比纯手动变速箱,半自动变速箱的操作相对要简单一些。不过,目前这种变速箱在乘用车领域已经很少被使用,只有在一些老车型上可以见到。
提到DCT(Double Clutch Transmission)双离合变速箱很多人都会想到大众,其实大众品牌并不是双离合变速箱的开创者。早在1940年,法国人阿道夫·加尔奇(Adolphe Kégresse)就已经发明了双离合变速箱,一直到上个世纪的80年代,才被保时捷普遍的使用起来。双离合变速箱的设计是从手动挡改良而来的,在手动挡的基础上又增加了一组换挡机构,分为奇数挡和偶数挡,两个离合器分别用来控制两组挡位。
之所以采用这样的设计是因为能轻松实现预选挡,当变速箱此时在使用1挡工作时,2挡就已经提前做好了准备,齿轮已经啮合,当电脑发出换挡指令时,变速箱可以迅速完成换挡,从而使得换挡速度更快。
由于双离合变速箱的两个离合器是相互配合运作的,能够尽可能的防止在换挡过程中出现的动力中断,整个换挡过程中的舒适性、油耗、排放,都要比手动挡有一定的提升。当然,由于双离合变速箱的技术门槛比较低,价格也相对来说还是比较便宜一些,此类变速箱也是当今市面上中低端车型使用最多的一款变速箱。
而双离合变速箱根据不同的冷却方式又可大致分为“干式”和“湿式”。其中,干式双离合变速箱采用风冷方式散热,散热能力有限,所以这种变速箱并不适合于暴力加速,而且当遇到频繁起步和等灯的情况下,变速箱也有可能会出现高温故障,甚至烧蚀离合器片,导致车辆抛锚。
但湿式双离合变速箱由于加入了油冷技术,所以变速箱的散热性相对要高很多,即便是遇到堵车路段和暴力加速,变速箱也不可能会出现高温状态,整个变速箱的质量稳定相比干式双离合变速箱故障率要低很多。
虽然AT(Automatic Transmission)变速箱和双离合变速箱都是利用齿轮传递动力,但在结构设计上,AT变速箱的开发理念则完全不同。AT变速箱又被称为“液力自动变速箱”,它由液力变矩器、行星齿轮机构、电子控制管理系统、液压控制管理系统等组成。
其中,液力变矩器就等于手动变速箱上的离合器,内部由泵轮、涡轮、导轮三部分所组成,借助于液体的高速运动来达到传递动力的目的。而且,由于各部件之间有液体存在,所以不容易出现过热的情况,整体来说质量稳定性相对更好。当然,由于液力变矩器的存在,AT变速箱并不属于刚性连接,在传递动力过程中会有部分动力损失。不过,现在有些AT变速箱已经增加了单向锁止的离合器,可以使动力传递更为直接,以此来降低动力损耗。
作为最早使用的变速箱类型,AT变速箱目前已经很先进了,从最早的4AT、5AT,到如今8AT、9AT、10AT都很常见。相比别的类型的自动变速箱,AT变速箱最大的优点是可靠性高,并且换挡速度、平顺性和传动效率也都属于不错的水平,而且加上体积相对来说还是比较小,可以适用于不同的横置和纵置发动机布局,深受消费者的认可。当然,产品越好,制造门槛、生产所带来的成本也就越高,这也是大部分国产车都不愿意使用AT变速箱的根本原因之一。
CVT(Continuously Variable Transmission)变速箱又被称为电控无级变速器,从名字中就可以听出,这种变速箱没有挡位等级之分,它在设计上完全摆脱了齿轮结构,依靠锥轮和钢带完成动力传递。这种结构能够连续改变传动比,不管在任何速度下,都能确保车辆处于相对合适的转速,燃油经济性更好。照着结构不同,CVT变速箱可大致分为三类:
这种CVT结构是我们最常见的一种CVT变速箱结构,它在设计上完全摆脱了齿轮结构,依靠锥轮和钢带完成动力传递。这种结构能够连续改变传动比,不管在任何速度下,都能确保车辆处于相对合适的转速,燃油经济性更好。
不过,这种CVT变速箱的缺点同样明显,因为CVT的传动钢带或者链条是通过摩擦力来工作的,不像齿轮间的啮合那样稳定可靠,所以一旦输出扭矩过大,有可能会出现打滑的情况,导致动力传递中断。而且,CVT变速箱可承受的动力上限非常小的,如果驾驶风格太过于激进,就会导致钢带对压力缸造成不可挽救的拉伤,进而影响变速箱的平顺性,掉落的零件可能还会被卷入钢带内,造成变速箱故障,甚至损坏。所以CVT变速箱一般多应用于一些动力不是太强的家用车上。
环形CVT是一种非常罕见的CVT结构,它由IVT变速机构由输入盘(横截面为弧槽)、动力滚子(半球形)和输出盘(形状同输入盘)组合而成。变速箱在运转时,动力滚子夹在输入盘和输出盘之间,在中心轴两侧呈对称布置,同步工作,它们通过润滑油与输入输出盘的圆弧表面接触。通过改变滚子的角度能改变滚子与输入输出盘的接触半径(类似CVT通过钢带/钢链的接触圆周力传递动力,IVT通过动力滚子的接触圆周力传递动力)以此来实现速比变化。
E-CVT虽然叫做CVT,但它和CVT变速箱一点关系没有。E-CVT变速箱主要使用在在混动车型上,它其实是一个动力分配系统,官方称其为“动力分配器”。因为它没有传统变速箱系统里面的离合器、液力变矩器以及齿轮轴等,故E-CVT也被称为最不像变速箱的一款变速箱。而在结构设计上,E-CVT的结构要更简单,仅仅由两个电机组合而成,内部结构类似于差速器的结构,故被称为“E-CVT”。
除了以上这些变速箱之外,还有一种变速箱叫SMG(Sequential Manual Gearbox)序列式变速箱。可能很多朋友都是首次听说它的名字,其实这并不奇怪,因为序列式变速箱极少在出厂的量产车中使用,大部分序列式变速箱都是通过后期改装升级完成的。
序列式变速箱可以视为手动变速箱的加强版,但和手动变速箱不同的是,序列式变速箱只需要在起步和倒车时需要踩下离合器,其它时间都可以无需踩踏离合器,直接完成换挡。因为序列式变速箱取消了同步器,加上变速箱内的齿轮也都更换为直齿轮,齿缝间隙也更大,所以换挡的时候直接挂入挡位就可以,而且由于齿轮的强度更高,也不需要过多的担心会有损坏。
由于齿缝变大,加上直齿的设计,所有序列式变速箱的工作噪声更大,且运行品质也更加粗糙。但作为一款赛用变速箱,又有谁会关心这样一些问题呢,只要它强度高,耐抗造,换挡速度更好就OK了,其它任何东西都是次要的。
综合来看,除了序列式变速箱为赛用变速箱之外,剩下的五种变速箱从结构和特性来看,还是AT变速箱更加出众一些。当然,凡事都不可能有绝对性,在一些跑车和性能车上,双离合变速箱的出镜率也非常高,如:保时捷的PDK、宝马的M DCT、迈凯轮的SSG等等都使用的是双离合变速箱,性能同样不容忽视。而至于CVT变速箱,虽然性能没有另外两种变速箱那么强,但凭借着顺滑、省油等特性,在家用级车型中,出镜率也非常高。