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带你全面认识变速器
带你全面认识变速器
(一)变速器的作用
编者按:
只要随便问问准备购车的人,几乎都能从他们口中听到关于变速器的议论:
性能代表DSG、节油高手CVT、微车小车最爱AMT、手自一体Tiptronic,豪华宝马8挡变速器等。
当然,互相拆台的也不在少数,DSG的粉丝鄙视CVT的驾驶感觉软绵绵;支持传统手自一体的用户也嘲笑DSG小毛病多;当然别忘了,还有一直固守手动挡的“保皇派”,任何自动变速器在他们眼里都是异端邪教,不值一提。
汽车工业的百年历史中,肯定没有任何一个时代的变速器技术能比得上今天那么深入民心和丰富多彩,我们也几乎能断言,在下一个百年,变速器技术对人们购车的影响肯定也比不上我们这个时代:
在不久的将来,现在意义的变速器会可能会完全销声匿迹。
技术的发展是因为人们的需求,而人们最大的需求就是:
越来越方便、越来越高性能的汽车。
例如无论有多少“手动挡保皇派”,自动挡汽车都在迅速蚕食手动挡汽车市场。
变速器只不过是追求过程中一种衍生的乐趣而已,它自身的存在和发展其实都来自动力源,也就是我们常说的发动机。
在电驱时代来临之前,为了榨干传统发动机的性能极限,加上厂商对汽车文化不同的理解,我们或许将会在一二十年内看到汽车工业史上最为精彩的变速器大战。
我们将会以一个系列文章,通过变速器技术的发展史,给网友深入地讲解变速箱技术,提供购车的参考之余,进一步提高变速器的使用技巧,加深对汽车的理解。
变速器的出现
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经基本相同了。
变速器出现的原因:
汽车发动机存在固有缺陷
变速器不是一起一开始就有的,同时如前文所述,变速器也不可能永远存在。
听起来很可悲,因为它的存在只不过是因为发动机的不完善而已。
在汽车工业的百年历程中,发动机都是由燃烧燃料来驱动,无论汽油还是柴油,无论活塞式还是转子式。
它们共同的特点都是等待燃料在其内部燃烧后膨胀而输出动力,因此称为内燃机。
由于燃烧和膨胀都需要时间,由此导致了内燃机的特性并不能满足汽车的使用。
汽车的动力需要可以理解为瞬时的。
在起步的时候,汽车需要大的扭矩推动,小的转速即可;而在高速公路巡航的时候,汽车需要一个比较小的扭矩,和一个比较高的转速,利用惯性就能一直在高速上飞奔;而在超车的时候,汽车既需要大的扭矩作为加速之用,又需要很快的速度攀升。
扭矩和转速综合起来就是发动机的功率,因此,只有当汽车在很高的速度运动时,才有可能迫使发动机输出最大功率。
发动机的工作范围是被规定在怠速和最高转速之间的。
而在整个运行范围内,发动机输出的扭矩和功率并不能保持一致,其相应的最大值只能在规定的转速出现。
如果用一句话来概括变速器的作用,那就是:
改变发动机的扭矩和转速,使其适应车辆瞬时的需求。
传动比比档位数更重要的数据
就是由于发动机和汽车需求之间的矛盾,才有了变速器生存的原因。
例如汽车刚起步,发动机转速在很低的区域,相应的扭矩也很低,这时候就不满足汽车所需要的高扭矩低转速的要求。
此刻的发动机转速大约在1000转以下,不过实际上,车轮也不需要这么高的转速,每分钟几十到几百转就够了。
这个时候,变速器就将发动机输入的转速降低,由于速度降下来了,也就是说扭矩上去了。
刚好能满足车辆起步时低转速、高扭矩的需求。
假设变速器在1挡的时候,发动机转3圈,经过变速器的变速后,只输出1圈,同时扭矩也增加3倍(不考虑摩擦损失),这样就完成了降低转速、增加扭矩的目的。
这个挡位的传动比就是3。
汽车在高速中运行,发动机的转速在2000转以上了,相应的扭矩也上升到了一个不错的水平。
这时候的汽车需要的往往是一个比较小的扭矩和一个比较高的速度。
变速器就可以把发动机输入的转速提高,由于速度升上去了,同时扭矩会下降。
正好满足汽车的需要。
如果发动机每转0.9圈,变速器就能输出1圈,这个档位的传动比就是0.9。
为了满足汽车和发动机在不同的速度下都能协调工作,变速器往往被设计成具有多个挡位可以选择。
变速器的挡位设计也是随着发动机不断地进步而进步的,早期的发动机功率不足,因此变速器能起到的都是减速增扭,传动比都是大于1的。
但随着发动机功率越来越强劲,现代轿车一般都具备传动比小于1的挡位。
在这里举一个基本的例子:
1档3.704;2档2.202;3档1.414;4档1;5档:
0.802。
这是一个当今典型的变速器各档位的传动比,从中我们看以看到,这个变速器有4个档位的传动比是大于1的,一个小于1的挡位我们通常称为超速挡。
由此可见,整个变速器的变速范围在3.704-0.802之间。
当然,变速器还有一个很重要的功能就是提供倒车。
因为发动机在发动之后只会朝着一个方向转,因此还需要变速器提供反向旋转的挡位,这个档位我们称为倒挡。
不过一般在讨论变速范围的时候,指的都是前进挡,正如没有人说自己的5挡变速器是6挡的一样。
由于变速器的作用就是将发动机的转速变成车型行驶需要的转速(我们姑且忽略传动系统上另一个相对简单很多的减速部件),因此变速范围和档位数量就显得格外重要。
争论和分歧也是从此而来。
不过电动机具有和内燃机完全不一样的特点,现在甚至已经出现了直接套上轮子就可以驱动的电动机。
而就在这个电驱时代全面来临之前,变速器正在进行一场史无前例的大战。
由于篇幅所限,开篇就到此为止了,希望网友能记住:
目前的变速器都因发动机而生的。
其后我们将会围绕变速器这个最根本的作用,进行深入讲解。
带你全面认识变速器
(二)手动挡的魅力
传动比对汽车的影响
汽车的变速器各档位的传动比中,最重要的就是1挡和最高档的传动比。
设计最大爬坡坡度决定了1挡传动比,设计最高车速决定了最高档传动比。
而不同的汽车,由于不同的开发理念和需求,导致这两个传动比会有很大的不同。
目前轿车的手动挡传动比,1挡会在3以上,而最高档会在1一下,相差3倍以上,每一个传动比对应着一个档位。
看过太平洋汽车网《带你全面了解越野车》系列的网友应该能记得,直到70年代,汽车普遍使用的仍然是3速的手动变速器。
而6速手动变速器则是近几年才稍微多地应用在运动型车辆上,例如马自达6、宝马3、中华尊驰等。
从3挡到6挡,大约整整经历了30年的时间,而6挡由于已经具备了较大的操作难度,对于一般轿车用户来说已经不太适合再增加档位了。
那么,挡位的多少是如何影响汽车性能的呢?
我们可以设想一下,如果只有1个低档,无论发动机如何轰鸣,如何拉高速,车速都没法上去;而如果只有1个最高档,我们甚至不能起步;如果只有最低和最高档,那么在两者之间任何时间切换都十分地不平顺,而发动机由于没有任何适合发力的区间,油耗和加速性能也会大受影响。
对于同级别的车型来说,1挡和最高档的传动比是差不多的。
而中间档位的多少,就会大大影响车型的加速性能和油耗。
举个例子,假设骐达只有2个档位,1挡和最高挡,分别对应最大爬坡能力和最高速度。
骐达1挡的传动比为3.727,5挡的传动比为0.892,相差4.2倍。
当用1挡起步达到4200转后换挡,这时候由于传动比一下子变为1/4.2(相当于快了4.2倍),因此发动机的转速就会掉到1000转,重新加速。
在这个过程中就掉了3200转,非常不利于发动机功率的发挥。
因此,档位越多,掉转速就可以越少,这就是一般所说的“齿比密”的意思。
因此,越多的挡位就能改善这种“掉转速现象”,油耗和性能都能改善。
对于特殊车辆来说,变速器传动比往往跟一般使用有很大不一样。
例如下面这台跑场地赛的老款mini,由于场地小,极速上去不,因此换了一个变速器:
将最大传动比设定比原厂大,同时将1挡传动比变小,这样就使最大和最小传动比之间的差距变小,这样在不增加档位的情况下,能使“齿比更密”。
手动挡发挥你的所有想象但需要技巧
在一般的“群众车”、“买菜车”中,自动变速器的性能都受到很大的限制:
要么不能强行高速退挡、要么不能超转速而不进挡。
因此在一般的车型当中,只有手动挡才能发挥驾驶者的想象:
可以在任何车速切入任何挡位。
驾驶者可以采用非常节油的方式驾驶:
拼命往高挡位上跳;也可以讲究“驾驶乐趣”高挡位换挡;如果你偶尔还要下下场地,手动挡更是不二选择。
不过,除了专业车手,几乎没有人能够搞清楚自己的汽车到底在那个换挡点换挡才是最合适的。
而档位的使用可以很好地衡量驾驶者的汽车驾驶水平,不过很多时候都是凭驾驶者的感觉进行操作。
例如在高原地区,由于发动机在相同转速下输出的扭矩会大大小于平原地区,因此一般都需要降低1-2个档位行驶,而对于操作自动挡车型的用户,往往会发现发动机转速上去了而车速上不去。
曾经有人看到这种情况以为车辆有故障而去维修,如果大家都多懂机械原理的话,就不会有这样的问题了。
因为手动挡能让技术纯熟的驾驶者使用它们所希望的传动比,达到自动挡无法体现的驾驶乐趣。
因此可以想象,“手动保皇派”肯定还会长期存在下去。
当然,除了提供无限可能的挡位选择权外,便宜的价格、简单的维护和优秀的可靠性也是手动变速器继续生存的重要原因。
发动机的怠速性能是选择手动车型重要的考量
前文提到,同级别的车型其实最高档和最低档的传动比其实差不多,很多没有经验的初次购车者也觉得反正都是5挡手动,驾驶起来应该差不多的。
在这一环节上,变速器就要和发动机一起来考量了,因为发动机的怠速性能会非常影响你的“手动驾驶乐趣”。
在此先明确一个概念:
怠速自动调节能力≠调节怠速。
我们可能会有这种经验:
在汽车教练场上的教练车,怠速被调整到1000转,甚至更高,这样的好处显而易见,就是不容易死火,适合新手开。
这种情况都是有经验的教练员特意调节的,我们把这种情况称为“调节怠速”,是一种人为的动作。
而“怠速自动调节能力”则是指发动机自己的调节范围。
一个简单的测试方式是:
在不踩油门的情况下,松开离合,车辆能够攀爬的最大坡度,就是怠速自动调节能力最直观的衡量了。
举一个具体的例子说明这个问题,如果发动机的怠速是800转/分钟。
现在我们慢慢松开离合在一个很小的坡度上爬行,发现转速上升到1000转/分钟,相应的扭力当然也就上升了。
这个1000转已经超出了我们日常所理解的怠速,但实际上还是处于发动机的怠速控制范围,因为我们没有踩油门。
“哪里有压迫哪里就有反抗”,而这个反抗能力的大小就是发动机“怠速自动调节能力”。
在笔者个人的感觉中,当年捷达的5气门发动机和其变速箱配合起来,优胜于现在绝大部分的手动车型。
这种易开、好开的特性也是捷达之所以受到喜爱的原因之一。
高尔夫的1.4T发动机怠速700,但自身调解范围可到1100,也非常实用。
而思域手动挡则是典型的“低速易死火型”,需要很细腻的离合和油门控制技巧。
这是因为思域作为一款极受改装者欢迎的紧凑型车,注重的是发动机的轻易快而不是日常驾驶的低速易驾。
发动机怠速自动调节能力对于手动车型的低速驾驶有很大的影响,怠速自动调节能力弱的发动机需要很小心的控制离合,配合右脚细腻的功夫,才能很好地控制,这样既增加了劳动强度,也减少了驾驶乐趣。
手动变速器有很多优点,可玩性高,是玩车者推崇的驾驶方式。
不过由于操作相对复杂,而自动变速器的性能也日益接近手动变速器,使手动变速器的应用越来越少。
自从上世纪80年代,自动挡开始运用在高档车的这30年中,自动变速器的发展已经渗透到所有车型领域,类型也日益纷繁复杂,性能好坏更是众说纷纭。
在后面的文章里,我们还是从最基本的变速原理去理解各种自动变速器。
带你全面认识变速器(三)换挡质量
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关于自动变速器的结构,相信100个网友里面只有1个有兴趣详细了解,而结构问题在XX上随便一搜也是几百页了。
今天我们不说结构,说说如何对一款自动变速器的换挡质量做出简单评价。
喜欢用手动挡的人,很多对变速器是很了解的,但使用自动变速器的就难说了,而对于目前很多评测文章里面提及的对于变速器的描述,可能也没完全看懂。
其实一般而言,我们只需要了解多档变速器的三个主要特征,就能基本认识他们的优劣。
而今天的讨论范围,当然会限制在一般民用的多档位自动变速器上。
认识基本原理:
油门深度和车速
自动变速器的控制方法很复杂,不过我们可以从最简单的逻辑了解。
最简单的两个参数是:
油门深度和车速(发动机转速和变速器输出转速)。
举个例子,如果在二挡的时候是30km/h,如果你踩得比较浅就已经达到这个车速了。
变速器就会想:
发动机挺有余力的,好,让我跳个3挡,继续加快车速。
同样二挡30km/h这种情况,但如果你踩油门踩得很深,变速器会觉得很奇怪:
怎么油门这么深,车速还这么低?
或许这哥们是重载吧,也可能是急加速。
不行,我要多给力才行。
这个时候变速器反倒跳回1挡,加力行驶。
再举一种情况,当车速开到80km/h,5挡。
这个时候如果我们松一点油门,再重新加一点点油,变速器看到一点点油就达到80km/h了,甚至就会再往高跳一档。
但这个时候加大油门的话,变速器会觉得你需要急加速,反而会降档。
在这个两个基本的参数下,后来的变速器引入的参数越来越多,例如通过你踩油门的快慢计算你需要加速的急迫程度,采用不同模式时候跳档的快慢和多少等等,不同的模式导致的差异会很大。
这种“智能化”的设定就是我们通常所说的“调教”。
三个简单的衡量指标
一台“调教”得好的变速器,往往有这么三个指标去衡量。
一个是了解驾驶员的意图,第二个是执行的快慢,最后就是讲究平顺性了。
举个例子,在紧凑型车上,以高尔夫为标志的7速DSG就是调教优秀的典范,而另一台科鲁兹6速变速器则是调教很不好的反面教材。
高尔夫的7速DSG在温和驾驶的时候,挡位往上升得非常快,发动机长期处于低速运转,因此很平顺、省油、噪音很小,而当你需要激烈驾驶,来一个地板油的时候,它能够立即从7挡降到3挡甚至2挡,这个能力在这个级别的车型里绝对是傲视同侪的。
而后进生科鲁兹的6速变速器在温和驾驶的时候不容易往上跳挡,发动机转速在2000转徘徊的时候,变速器不懂得往上跳挡~~然后在急加速的时候,降挡动作也不快。
类似的毛病在福克斯自动挡上也是存在的,甚至更加严重,不过福克斯是4挡,先天不足,再怎么调教也不会得到太好的结果。
如果说纯自动模式既要考验变速器的“智商”,还要考验其“执行力”快慢的话。
手自一体变速器则重点考验其“执行力”了。
一台好的手自一体变速器简单来说,就是要“听话”。
让你降档就降档,让你升档就升档,不做太多的电子干预。
而且动作要快。
需要做到随传随到的变速器配合,难度是很大的。
一般出现得最多的是不能快速降挡,因为快速降挡后,发动机的转速需要自动拉升,才能保证车辆不会太顿挫。
更重要的是,如果本来车速就不低,还强行降挡,一旦发动机转速跟不上,变速器会被车辆反拖,容易造成损伤。
而升档其实更多的是要求发动机低速扭矩配合。
因为升挡后发动机的转速要下降,只要转速下降后的发动机能发出足够的扭矩来驱动车辆,就完全没有问题。
如果发动机扭矩不够,变速器的设定就不应该太早升挡。
因此,降挡和升挡都要求发动机有良好而快速的响应,变速器也不是“一个人在战斗”,只是降挡更容易看出整套动力总成的配合程度。
在前两者的基础上,我们对平顺性的要求越来越高。
例如网友在看评测文章的时候,经常看到这样的字眼“换挡顿挫明显”。
对于有档变速器而言,必须要把发动机的转速精准控制,才能避免换挡顿挫。
这一点很好理解,换高档后发动机的转速必然下降,该下降到多少,原则上只有唯一“最合适转速”(这个转速处以最终传动比就是驱动轮的转速为准)。
由于一般自动变速器采用液力来替代离合器,因此“最合适转速”的范围可以有所折中,而DSG则由于直接传动,因此难度更大。
对于普通的多挡变速器,档位越多,发动机在换挡的时候速度变化就越小,发动机工作效率越高。
从最开始的3挡变速器,发展到目前宝马奔驰使用的8挡变速器,到底多少档位才是个头呢?
而最近在小排量上运用越来越广泛的CVT,是否会超越普通多挡变速器?
我们会在以后的文章中继续讨论。
带你全面认识变速器(四)为CVT正名
CVT毫无运动性能可言、容易打滑,加速不快。
这是目前对CVT的一般认识。
特别是前段时间逍客的CVT故障门,更是让质疑声四起。
CVT真的没有前途了吗?
但如果真的那样,为什么一向科技为本的奥迪会坚持保持自己的CVT技术并且不断推广呢?
奥迪的CVT技术和日系的CVT技术有什么差异呢?
今天我们就来讨论这个问题。
我们首先来回顾一下几种车型的CVT表现。
奥迪的CVT在其厂家自身的宣传被称为Multitronic无级变速器,其目的无非就是为了和其他CVT区别开来,提高档次,这点很正常。
就好像奥迪的DSG会成为S-tronic一样,而今天我们还是都统称CVT吧。
奥迪的CVT技术被广泛用于各个级别,甚至A83.0都是使用CVT技术。
而最为广大用户欢迎的就是A4L了。
A4L的起步并不快,但加速过程很流畅,没有很突兀的推背感,但却能在9秒左右破百。
低油耗则是CVT另一个很大的优点。
此外,在之前描述关于车辆配重的文章中也提到,奥迪的CVT技术多少能弥补其前驱车配重方面的先天不足。
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东南翼神所采用的CVT更是令这款平民跑手表现出“超班马”的成绩。
2.0L百公里加速9.8秒,百公里综合油耗9升。
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而笔者最近试驾的新版卡罗拉摈弃了原来落后的4AT而选用CVT,虽然没有进行测试,但从试驾感觉来看,比以前的4AT强很多。
奥迪CVT技术更具运动感更省油
如果细心体会过A4L和其他日系CVT车型的话,会感觉到A4L会“爽快”很多,特别是在起步阶段。
其实除了爽快外,奥迪的CVT也会更省油,这到底是为什么呢?
为了说明这个问题,我们还是要稍稍涉及到变速器的内部结构。
我们首先要明确的是,CVT不是只靠两个轮子和一条传动带组成的,好歹它还必须有一个类似手动操作时的离合器这样的部件。
对于普通变速器而言,最简单的办法就是采用技术已经非常成熟的液力变矩器取代。
这种部件和一般AT上的没什么两样,液力传动的感觉通俗来说是有点“绵”,认真地讲就是有“转速差”。
而奥迪CVT采用的方法是利用湿式多片离合器,通过电脑控制其结合和分离。
是不是似曾相识?
对了,就是大众DSG技术里面的核心环节。
大众和奥迪是什么关系自然就不必多说了吧。
由于奥迪采用的还是“离合器”,因此会出现一点极其细微的特征。
例如在高低不平的地面缓缓蠕动的时候,车身会有一丝震动~很细微的震动。
而一旦离合器完全结合后,油门的响应会直接很多,推背感明显比一般的CVT车型强。
采用离合器比液力变矩器更加省油,这个道理就犹如手动挡比自动挡省油。
另外一个重大技术差别则很难再日常体会得到。
奥迪使用“拉力钢链”传动,钢链承受拉力,一般CVT采用“压力钢带”传动,钢带通过推力传动。
拉力钢链能够形成较小的半径,使变速器体积和重量都变小。
奥迪的无级变速采用是拉力链条传动
CVT真的会打滑吗
据说CVT最早的构想,是达芬奇画出来的。
这个我们就不去考究了。
但CVT这种传动方式,的确很早很早就有,但由于自身传动效率低,一直没有被广泛使用。
现在大家不都说CVT效率高吗?
小编你怎么就说它低呢?
其实所谓的CVT效率高,是值这种变速器能让发动机处于最佳运作状态,使整个动力总成效率高。
作为单个传动部件而言,CVT是比不上齿轮传动的。
特别是在早期,CVT变速器的内部打滑,并且问题严重,但这一情况现在已经基本消除。
目前的CVT依靠钢带(钢链)的摩擦力进行传动,将其压紧的锥形盘需要施加极大的压紧力。
若压紧力不够,则容易导致打滑而烧毁变速器。
在这种情况下,能够让驾驶者感受得到的打滑肯定不是来源于钢带和压紧轮本身的。
换一句话说,如果驾驶者能感觉得到变速器在打滑的话,这个CVT早就烧了。
为了以防万一,传动带和压盘之间的相对滑动(这个滑动相当地小)达到足以损坏变速器的时候,电子系统就会让发动机罢工,停止或者减少动力输入,保护变速器。
那又是什么导致我们会有CVT打滑的感觉呢?
而这种感觉为什么在奥迪身上就不明显呢?
其实就是前面提到的液力变矩器会产生“转速差”的问题。
我们可以做个实验来认识一下这个“转速差”,又成为失速实验。
原地踩死刹车,挂D档,轰油门。
正常的话,我们会发现转速表会拉升到一个数值就稳定下来,这个数字不同车有点不一样,但大概就是2500转左右。
如果转速超过参考转速的话,证明你的自动变速器内部有打滑了。
(注意:
老式变速器可以用这种方法,但新款的车型被限制了。
这是一种判断变速器故障的方法,并且会使变速器油温急剧上升,操作时间越短越好)
这其中还有一个原因。
目前的CVT为了节能,会根据发动机的输出扭矩对带轮的压尽力进行调节。
当急加速时,电子系统需要时间加大压紧力,这也是导致加速延迟的原因。
而并非打滑所致。
由于奥迪采用的技术是多片离合器,因此传递动力更接近于传统离合器的感觉,运动感会更好。
总的来说,CVT是很高效并且成本低廉的解决方案。
当然,这里并不是说这种技术目前已经达到完全的成熟,不然也不会出现日产的“逍客门”事件。
但我们不能对CVT工艺和技术的进步视而不见,而运用越来越广泛的CVT,是否会超越普通多挡变速器?
我们会在以后的文章中继续讨论。
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