变速箱的种类

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AMT变速箱

AMT是在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的;它揉合了AT和MT两者优点的机电液一体化自动变速器;AMT既具有普通自动变速器自动变速的优点,又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它是在现手动变速器上进行改造的,保留了绝大部分原总成部件,只改变其中手动操作系统的换档杆部分,生产继承性好,改造的投入费用少,非常容易被生产厂家接受。

驾驶员通过加速踏板和操纵杆向电子控制单元(ECU)传递控制信号;电子控制单元采集发动机转速传感器、车速传感器等信号,时刻掌握着车辆的行驶状态;电子控制单元(ECU)根据这些信号按存储于其中的最佳程序,最佳换档规律、离合器模糊控制规律、发动机供油自适应调节规律等,对发动机供油、离合器的分离与结合、变速器换档三者的动作与时序实现最佳匹配。从而获得优良的燃油经济性与动力性能以及平稳起步与迅速换档的能力,以达到驾驶员所期望的结果。

不过AMT变速箱并非完美的,AMT变速箱最大的缺点就是换挡舒适型不佳,且在换挡过程中产生动力中断,使得换挡过程中极速性能不好。

CVT

CVT(Continuously Variable Transmission),直接翻译就是连续可变传动,也就是我们常说的无级变速箱,顾名思义就是没有明确具体的档位,操作上类似自动变速箱,但是速比的变化却不同于自动变速箱的跳挡过程,而是连续的,因此动力传输持续而顺畅。

『CVT变速箱结构』

CVT传动系统里,传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代,每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构,引擎轴连接小滑轮,透过钢制皮带带动大滑轮。玄机就出在这特殊的滑轮上:CVT的传动滑轮构造比较奇怪,分成活动的左右两半,可以相对接近或分离。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开,挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动收紧时,钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向(离心方向)运动,相反会向圆心以内运动。这样,钢片链条带动的圆盘直径增大,传动比也就发生了变化。

CVT变速箱有哪些优点?

1、由于没有了一般自动挡变速箱的传动齿轮,也就没有了自动挡变速箱的换挡过程,由此带来的换档顿挫感也随之消失,因此CVT变速箱的动力输出是线性的,在实际驾驶中非常平顺。

2、CVT的传动系统理论上挡位可以无限多,挡位设定更为自由,传统传动系统中的齿轮比、速比以及性能、耗油、废气排放的平衡,都更容易达到。

3、CVT传动的机械效率、省油性大大优于普通的自动挡变速箱,仅次于手动挡变速箱,燃油经济性要比好很多。

『奥迪A6L的CVT变速箱解剖图』

『奥迪A6L的CVT变速箱钢带』

既然有这么多优点,为什么不让所有的汽车都采用CVT变速箱呢?有两方面因素:

1、相比传统自动挡变速箱而言,它的成本要略高;而且操作不当的话,出问题的概率更高。

2、CVT变速箱本身还有它的缺点,就是传动的钢带能够承受的力量有限,不过随着科技的进步,钢带承受能力的问题正在解决,很快我们就可以看到大排量高扭矩车型会装备CVT变速箱了。

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。现被应用于奥迪A4、A6等纵置前驱车型上,其结构同发动机均为纵置式。得益于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;2004年奥迪将其升级到七挡并加入S挡运动模式;而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极变速车型。

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A6 2.7TDI车型上。

装备Multitronic变速器的车型

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。

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,它们分别是为搭配1.5、2.0以及3.5升自然吸气发动机使用。

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。同时,大排量V6以及SUV车型同样有XTronic得以使用。

装备XTronic变速器的车型

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。

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。

装备Lineartronic的车型

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。

自动变速箱

自动变速箱简称AT,全称Auto Transmission,它是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。

和手动挡相比,自动变速箱在结构和使用上有很大不同。手动挡主要通过调节不同齿轮组合来更换挡位,而自动变速箱是通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速的目的。其中液力变扭器是自动变速箱最具特点的部件,它由泵轮、涡轮和导轮等构件组成,泵轮和涡轮是一对工作组合,泵轮通过液体带动涡轮旋转,而泵轮和涡轮之间的导轮通过反作用力使泵轮和涡轮之间实现转速差并实现变速变矩功能,对驾驶者来说,您只需要以不同力度踩住踏板,变速箱就可以自动进行挡位升降。由于液力变矩器自动变速变矩范围不够大,因此在涡轮后面再串联几排行星齿轮提高效率,液压操纵系统会随发动机工作变化自行操纵行星齿轮,从而实现自动变速变矩。为了满足行驶过程中的多种需要(如泊车、倒车)等,自动变速箱还设有一些手动拨杆位置,像P挡(停泊)、R挡(后挡)、N挡(空挡)、D挡(前进)等。

从性能上说自动变速箱的挡位越多,车在行驶过程中也就越平顺,加速性也越好,而且更加省油。除了提供轻松惬意的驾驶感受,自动变速箱也有无法克服的缺陷。自动变速箱的动力响应不够直接,这使它在“驾驶乐趣”方面稍显不足。此外,由于采用液力传动,这使自动挡变速箱传递的动力有所损失。

手自一体自动变速箱

手自一体变速箱的出现其实就是为了提高自动变速箱的经济性和操控性而增加的设置,让原来电脑自动决定的换挡时机重新回到驾驶员手中。同时,如果在城市内堵车情况下,还是可以随时切换回自动挡。

手自一体自动变速箱实际上还是自动变速箱的一种,最早出现在保时捷911上,手自一体变速箱通过电控系统模拟出手动变速箱的操作。它的出现,在操作上给予驾驶者更大的自由度,可以通过挡把上的加减挡或者方向盘上的换挡拨片来选择自己认为合适的挡位和换挡时机,从而大大提高了驾驶乐趣。

上面只是简单介绍了自动变速箱的大体结构和工作原理,如果你想详细了解自动变速箱的具体结构请看下文。

自动变速箱的基本结构及其工作原理

自动变速器的核心部件为:液力变矩器、行星齿轮组、离合器/制动器及其控制机构(电磁阀、油路),外围设备即为变速器壳体、传动轴等。我们就从动力流向为顺序,先从液力变矩器开始说起。

液力变矩器

曾有一种说法,AT上的液力变矩器相当于MT上的离合器,起到动力的连接和中断的作用。其实这种说法是错误的。AT与发动机曲轴是直接连接的,不像MT有一个动力的开关:离合器。所以从点火的瞬间开始,液力变矩器便开始转动了,对于动力的连接和中断,仍由齿轮箱内部的离合器来完成,液力变矩器唯一与MT离合器相似的地方,也就是液力变矩器“软连接”的特性,与MT离合器的“半联动”工况相近。

液力变矩器的工作原理就像两个风扇相对,一个风扇工作,然后将另一个不工作的风扇吹动。这个比喻可以很形象的解释液力变矩器中泵轮和涡轮之间的工作关系。不过详细解释其工作原理,则有些复杂。

动力输出之后,带动与变矩器壳体相连的泵轮,泵轮搅动变矩器中的自动变速箱油(以下简称ATF),带动涡轮转动,ATF在壳体中是一个循环的动作,由于泵轮旋转时的离心力,ATF会在泵轮的作用下,甩向外侧,冲向前方的涡轮,再流向轴心位置,回到泵轮一侧,如此周而复始的循环,将动力传向与齿轮箱连接的涡轮。

不过只有该零部件和传动方式,只能称为液力耦合器,若想成为液力变矩器,必然要改变涡轮叶片的形状,这样一来,ATF在经过涡轮再循环回泵轮时,会与泵轮旋转方向相反,因而造成冲击,所以为了成为液力变矩器还需另一个部件:导轮。导轮是存在于泵轮和涡轮之间的一个部件,用于调节壳体中ATF液流方向,通过单向离合器与箱体固定。

有了导轮,才有了“变矩”的灵魂所在,在泵轮与涡轮转速差较大时,动力输出的扭矩也变大了,此时的变矩器想当一个无级变速器,通过转速差来提升扭矩,此时导轮处于固定状态,用以调节ATF回流;而当转速差降低,涡轮泵轮耦合或锁止时,扭矩接近对等,无需增矩,导轮随泵轮和涡轮同向转动,避免自身搅动ATF,造成动力的损耗。

至此我们了解到了液力变矩器的最大特点——软连接,而这种动力的传输方式起到了两大功能:1、从静止到低速时的平稳起步;2、在加速过程中,较大动力输出时,起到增大扭矩的作用。如果与MT上的离合器相比较,则需注意的是,第一条起到了并优化了MT

上离合器的功能,但第二条则是离合器无法实现的。

但液力变矩器这先天“软连接”特点有一个弱点,动力不是直接输出的,在扭矩输出对等是,泵轮的转速要大于涡轮这样的话在传输动力时,ATF还在壳体中循环,浪费了动力,所以目前几乎所有液力变矩器都有一个高效节能的部件:液力变矩器锁止器。锁止器的形式是一个多片离合器,其作用就是当变矩器处于耦合状态,无需增矩时,将泵轮和涡轮锁止,这样的话动力传递即为“硬连接”,全部的无损(或者说有微量的动力流失)的将从曲轴传递到了下一站:变速箱。

简单解释一下上图:i轴为转速比,表示涡轮与泵轮转速之比,左端泵轮转速远大于涡轮,右边相等。起步或大脚油门时,转速比较小,泵轮比涡轮快很多,此时泵轮输出的扭矩要比涡轮输入扭矩大很多,比较有力,但传动效率较低;轻踩油门,转速比增加,变矩比降低,传动效率也相应提高,转速比为60%时,效率最高;当稳定油门,速度较为稳定是,转速比进一步上升,变矩比接近1,但此时传动效率下降;为避免动力流失,变矩器用离合器锁止,转速比骤增至1,效率也达到最高。

液力变矩器并非AT的特征

液力变矩器不是AT特有,一些CVT变速器也使用了液力变矩器作为优化动力的机构;AT也不是绝对使用液力变矩器来实现软连接的,例如某些奔驰AMG车型上用的Speedshift MCT自动变速器,就用一副多片离合器代替了液力变矩器。所以液力变矩器并不是AT最大的特点,与多组离合器/制动器协同工作的行星齿轮组,才是自动变速器的最大特点。

行星齿轮以及AT齿轮箱中的行星齿轮组

在MT上,每一个挡位都有一组两个常啮合齿轮副,更换挡位只需要将输出轴与该挡位输出齿轮的花键连接即可。而AT中,并不是这么多的齿轮在工作,而是用一种非常独特的方式来完成变换:行星齿轮组。我们先来看下,一个最基础的三元行星齿轮有着怎样的特性:

『行星齿轮组模型』

而行星齿轮的最大特性即为,在组合出不同的输入输出轮之后,齿比和输入输出的相对方向都会有变化,这种特性用作汽车变速器可是再适合不过了。而为了增加挡位,汽车上的行星齿轮升级成了齿轮组、齿轮排,再通过一系列执行器便可以完成换挡了。

AT执行器:离合器、单向离合器、制动器

上面我们了解到,一组行星齿轮有着怎样的变换形式,而负责变换,以及用来输入输出的元件,就是一系列的执行器:离合器、单向离合器、制动器。有了这些执行器,就可以将行星齿轮进行不同组合,从而配搭出不同的动力流,也有了不同的传动比。而控制这些操作的,就是与其配套的油泵、滑阀、液压活塞,以及复杂的液压线路。

『图为老别克君威4T65E自动变速器,空挡时各个部件位置以及工作情况』

『在多个执行器与行星齿轮的不同组合下,形成了不同的挡位』

至此,来自发动机的动力便完成了重组,将时刻变化的扭矩和转速,传递给车轮。相比MT,便捷性提升,而内部结构和工作情况则复杂得多。

Tiptronic技术变速器由保时捷发明并在1990年第一次出现在964 Carrera 2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。现在,此项技术由保时捷授权给日本AW爱信、德国ZF采埃孚以及其他车厂生产。

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