對于一款新車而言,在它的身上除了那些高科技的配置外,最能夠表現廠家先進技術的就要算是發動機和變速箱了。今天,我們也就針對變速箱一系列問題進行詳細的解答。
【車主之家 購車手冊】對于一款新車而言,在它的身上除了那些高科技的配置外,最能夠表現廠家先進技術的就要算是發動機和變速箱了。缸內直噴、渦輪增壓、可變正時氣門系統,這些對于發動機性能提升的技術目前已經逐漸穩定,接下來各大廠家似乎開始將注意力放到了變速箱上,加之今年“315”期間DSG變速箱事件和日內瓦車展上Jeep搭載9AT變速箱全新車型的亮相,使得變速箱在近段時間內成為了一個熱度很高的焦點話題。今天,我們也就針對變速箱一系列問題進行詳細的解答。 一、什么是變速箱? 拋開電動機車和混合動力車型等新進車型不談,對于內燃機車而言,無論是汽油機車還是柴油機車,變速箱都是一個十分重要的組成部分。作為傳統系統重要組成部分的它是進行機械動力轉換的機械或液壓設備。通常它將動力源(內燃機或電動機)產生的高轉速、低扭矩的機械動力轉換成更為有效的低轉速和高扭矩的動力,以驅動機械裝置。特殊的變速箱也可能作提高轉速,降低扭矩的轉換。 幾乎隨著汽車不斷的發展,變速箱也進行著屬于自己的變遷,從早期的手動變速箱到之后的半自動變速箱,再到后來的自動變速箱和現在的雙離合自動變速箱、CVT無級變速箱。 在普通的汽車發動機中,曲軸的額定轉速最高可達8000轉/份甚至更高,如果直接將曲軸力矩傳遞給車輪,難免會發生輪速過高、扭矩過小的沖突,使得發動機的負擔增大,難以克服摩擦力驅動汽車。騎過自行車的人都知道,普通的無變速箱自行車騎行速度通常很慢,而且遇到上坡就尤其費勁;換作一臺可前后變速的山地自行車就輕松多了,其實這個道理跟汽車變速箱一樣。 變速箱就是一種聰明的機械閉鎖機構,它可以按照不同的齒輪比例來降低輸出轉速,增大扭轉力矩,而力矩又通過齒輪與齒輪的傳遞讓汽車跑得更快,同時使發動機更省力,這就是變速箱存在的意義。 二、變速箱的基本原理 值得注意的是,在汽車的變速器中不僅有常規的變速齒輪,幾乎所有車輛都還有一套差速齒輪(差速器),它把守著汽車動力傳遞到車輪這一最后關口,一般位于前橋或者后橋的中部位置,它的作用是產生終傳比。 差速器齒輪由一個輸入端小齒輪和一個大齒圈構成,我們以一臺斯巴魯翼豹的5速手動變速箱為例,假設它的終傳比為4.444:1,這也就是變速器輸出軸到車輪驅動半軸的最終變速比。我們可以看到,當發動機轉速在3000轉/分時,變速箱處于5擋,那么變速箱輸出軸的轉速就為4065轉/分,通過終傳比為4.444:1的差速器,最后傳到驅動半軸的轉速則為914轉/分。不夸張地說,如果知道車輪尺寸,利用上面的比例關系公式,甚至可以計算出這款翼豹在發動機某一轉速下的最高車速。又例如,已知翼豹的車輪尺寸為205/55R16,整個車輪的半徑r為258毫米,那么車輪的周長就為2r乘以圓周率3.14,即1620.24毫米。目前,已知推算出的變速箱5擋時輸出轉速為4065轉/分,那么每分鐘行駛距離就用1620.24毫米乘以4065轉/分,即為6586275.6毫米,換算成米即為6586.2756米,然后除以每小時60分鐘,最后得出4065轉/分轉速下的車速為109.7公里/時,也可以說是110公里/時。當然,我們只是理論計算,實際上翼豹在110公里/時的車速下,發動機轉速大大低于4000轉/分。 在普通變速箱的內部構造中,我們能看到不同規格的斜齒輪嚙合在一起。與前端離合器相連接的軸被稱為動力輸出軸(發動機輸出軸),而在離合器之前則是直接與發動機飛輪相連。一般緊挨著輸出軸的一側,就是變速箱的輸出軸(傳遞至差速器),在這根軸上包括5個斜齒輪和前、中、后3套變速撥叉,一般的手動變速器很容易識別,那么它又是如何工作的呢? 簡單說,就是當離合器與飛輪結合在一起時,動力輸出軸開始轉動,固定在動力輸出軸上的斜齒輪也隨之轉動,它們與變速器輸出軸上一系列可以繞其空轉的斜齒輪嚙合。此外,變速器的換擋撥叉可以帶動一系列具有內花鍵的接合套滑動,接合套通過花鍵與輸出軸上的齒輪相連,這樣一來就可以撥動齒輪達到切換擋位的目的。 三、默契好搭檔,沒有它一切免談 變速器是如何實現換擋的?我想通過前面的講解,你或許已經大致了解了基本原理。變速器的工作,就是從速比到各擋位的工作關系,接下來我們還有一個要素要分析,它在汽車變速器換擋時起重要作用,它就是變速器的好兄弟--離合器。 簡單來說,離合器的作用就是使你能夠在汽車行駛時變換擋位--前面我們說了,是短暫的分離動力輸出軸與變速器輸出軸,避免因轉速不同步而打齒。比如在紅燈亮起時我們要停車,但又不想關閉發動機,這是發動機就是一直轉動,同時也就會帶動曲軸始終運轉,而曲軸又與變速器動力輸出軸相連,所以此時就需要一個能夠在發動機曲軸和變速器中間軸之間可以切斷動力的機構,離合器自然就充當了這個調解員的角色。 離合器由壓盤、飛輪和從動盤三個基本部分構成。其中飛輪與發動機曲軸相聯,而從動盤通過花鍵與變速器中間軸相聯。 自動變速箱 相對于手動變速器來說,自動變速器在操作和基本構造上有很大的差別,它不需要傳統意義上的腳踩式離合器,取而代之的是液力變矩器。 液力變矩器主要由泵輪、渦輪以及固定不動的導輪組成。變矩器正常工作時,轉動的泵輪通過油腔內的循環油將轉矩傳遞到渦輪上。變矩器不僅能傳遞轉矩,在泵輪轉矩不變的情況下,隨著渦輪轉速的不同(具體表現為汽車的行駛速度)而改變渦輪輸出的轉矩值,在循環油流動的過程中,固定不動的導輪給渦輪一個作用力矩,使渦輪輸出的轉矩不同于泵輪輸入的轉矩。 液力變矩器雖然能在一定范圍內自動地、無級地改變轉矩比和傳動比,但卻存在著變矩能力與效率之間的矛盾,這很難滿足汽車苛刻的使用要求,因而自動變速器又廣泛采用液力變矩器與齒輪相結合的形式。如果將自動變速器拆開,你會發現一套煩瑣而復雜的機構“擠”在一個狹小的箱體里,而機構的中心就是一套行星齒輪系。 在自動變速器中,僅通過一套行星齒輪系便能提供所有的變速比--這聽起來似乎有些神奇,不過自動變速器的復雜程度的確是手動變速器無法比擬的--因為齒輪太多了! 行星齒輪系由三個主要部分構成,即太陽輪、行星輪以及環形齒圈。它們都能在適當的位置被鎖止,同時更為重要的是其中任何一部分也都能作為動力的輸入或者輸出端。如果將其中的任意兩部分鎖止,它就會產生1:1的速比。其實就目前的自動變速器來說,大多數都開始使用鎖止離合器來提升效率,尤其是加速時,能分擔液力變矩器的負擔,如馬自達CX-5的6速自動變速器就使用了一套鎖止離合器,尤其是加速時作用非常明顯,同時還能達到省油的目的。 無級變速器 無論是半自動變速器AMT、自動變速器AT還是無級變速器(CVT),總的來說它們都不需要人工介入選擇擋位了,它都是自動化程度很高的變速器。那么無級變速器(CVT)又是如何工作的呢? 絕大多數CVT由兩個可變半徑滑輪和一條鋼芯橡膠帶組成。其中一個滑輪與發動機飛輪相聯,而另一個則與輸出軸相聯,它們之間通過皮帶連接。兩個滑輪通過轉動力大小的變化來改變幾何半徑。發動機端滑輪旋轉得越快,它的半徑就越小;輸出端旋轉得越快,它的半徑就越大。在它們自動運轉的過程中,滑輪的半徑由一套ECU控制的液壓活塞來改變,滑輪本身由一根帶有一對圓錐楔結構的花鍵軸構成。當這對圓錐楔越接近,纏繞在它們上面的皮帶旋轉半徑就越大;同理,當它們隔得越開,纏繞在它們上面的皮帶的旋轉半徑就越小。 根據之前我們介紹的齒輪嚙合原理,如果飛輪端滑輪半徑大而輸出端滑輪半徑小,那么就相當于齒輪變速箱的低速擋。當汽車開始加速,兩個滑輪通過皮帶不斷地改變旋轉半徑,最終使飛輪端半徑最大而輸出端半徑最小。通過這種方式便能達到連續無級的變速--因為沒有齒輪的接替結合,只有鋼帶的直徑變化而達到變速的作用。 目前日產使用的擁有子行星齒輪的CVT無級變速箱 而目前最為先進的CVT無級變速箱則采用了傳統的鏈條模式配合子行星齒輪,這套變速箱結構在日產上被率先采用,第一款使用它的是日產新陽光。其實對于它來說,其最大的變化就是子行星齒輪組的介入,按照原理來講,它可以簡單的看成一臺CVT無級變速箱和一臺自動變速箱的結合,在得到良好經濟性的同時也可以得到良好的駕駛感。但原理畢竟是原理,使用起來其還是有著些許的差距。 四、時下市場上共有幾種變速箱? 記得在上世紀90年代末期,中國汽車市場上大部分的車型還使用的是手動變速箱,在那時一款任何一款自動變速箱車型都會被人們視為一輛很高端的車型。 然而隨著汽車技術的發展,它們身上所搭載的變速箱也在不斷地推陳出新,無論是手動變速箱還是自動變速箱都有了它們全新的家族成員。 在手動變速箱方面,由于其已經有著十分成熟的技術,所以在它的發展方面其有著一定的難度,各大廠家基本上也只是在擋位的數量上推出著全新的產品。在時下市場上較為流行的手動變速箱無非有兩款,一款是五速手動變速箱,一款是六速手動變速箱。從實際駕駛時這兩款變速箱所帶給駕乘者的感受基本相同,只是由于六速手動變速箱多出了一個擋位,更小的尺比讓其可以在車輛高速時得到更低的發動機轉速,以達到更好的燃油經濟性。 大眾著名的MQ系列手動變速箱 而與手動變速箱相比,自動變速箱在這些年的發展就要顯得十分快速了。首先它在追求著擋位數量增加的同時也將手動換擋模式融入其中,從而推出了手自一體變速箱,這樣一來在擁有了自動變速箱舒適性和便利性的同時也保持了手動變速箱所帶來的駕駛感。 對于自動變速箱而言,它的起源要追溯至1940年,在當時美國通用汽車推出 Hydra-Matic 全自動變速箱,隨后不但大規模搭配在奧爾莫比茲和凱迪拉克車型上,更借助二戰之機,被裝備在 M5 Stuart 和 M24 ChaFFee 兩款輕型坦克上。 六速手自一體變速箱中來自愛信品牌最為著名 通過戰場的磨練,通用 Hydra-Matic 自動變速箱的技術越來越成熟;蛟S是因為二戰中,美國與歐洲的軍事合作,使歐洲人了解到Hydra-Matic自動變速箱的優異表現,從而認可了自動變速箱。戰后,竟然有不少歐洲汽車廠家開始使用自動變速箱。 福特的PowerShift雙離合變速箱 在自動變速箱穩步發展的今天,以大眾集團為代表的歐洲汽車品牌也各自推出了更加高端的自動變速箱,即雙離合自動變速箱,只是由于品牌的不同,它們有著不同的叫法。什么power shift、DSG、PDK等,這些都是雙離合變速箱的典型代表。 不過在這里我要說的是,雙離合變速箱并不是由德國人發明,也不是在剛剛出現的產物,與自動變速箱一樣,它也是上世紀的產物。雙離合技術是1939年由法國人阿道夫·加爾奇(Adolphe Kégresse)首先提出的,最初是希望應用于當時的雪鐵龍Traction車型,這個時間甚至比自動變速箱的誕生時間都要早。 保時捷PDK雙離合變速箱 也許很大一部分人會認為雙離合變速箱是基于自動變速箱研發而成,這種想法是錯誤的,其實無論是哪個廠家的雙離合變速箱都是基于手動變速箱研發而成。 雙離合變速箱的內部含兩臺自動控制的離合器,由電子控制及液壓推動,能同時控制兩臺離合器的運作。當變速器運作時,一組齒輪被嚙合,而接近換擋時,下一組擋段的齒輪已被預選,但離合器仍處于分離狀態;當換擋時,一臺離合器將使用中的齒輪分離,同時另一臺離合器嚙合已被預選,在整個換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動力,從而不會出現動力中斷的狀況。為配合以上運作,它的傳動軸運動時被分為兩部分,一為實心的傳動軸,另一為空心的傳動軸。實心的傳動軸連接了1、3、5及倒擋,而空心的傳動軸則連接2、4及6擋,兩臺離合器各自負責一根傳動軸的嚙合動作,引擎動力便會由其中一根傳動軸做出無間斷的傳送。 大眾DSG雙離合變速箱 簡單的來說,我們可以將一個雙離合變速箱看成是兩個手動變速箱的組合,其中七個或八個擋位分別由兩部分控制,相互交替工作,從而完成擋位的切換和對車輛燃油經濟性等方面的控制。 以大眾品牌所使用的DSG雙離合變速箱為例,我們知道它擁有著兩款雙離合變速箱,一款六速干式雙離合變速箱,一款七速干式雙離合變速箱,它們二者由兩個不同的制造商提供,六速濕式雙離合變速箱由瑞典的博格華納公司提供,而七速干式雙離合變速箱則有德國舍弗勒集團旗下的LuK公司提供。 當然,雙離合變速箱也不是只有在進口或合資車型上才擁有,在去年身為自主品牌的比亞迪汽車也研發出了自己的雙離合變速箱。雖然在我們測試搭載這臺變速箱的速銳車型時,發現發動機與變速箱的匹配還存在著些許的不足,但從技術方面來講比亞迪已經邁出了十分重要的一步,從“沒有”到“有”是一個本質的變化。 比亞度速銳上配備的雙離合變速箱 在雙離合變速箱迅猛發展的今天還有一種變速箱也被廠家們所鐘愛,更確切的說鐘愛這一類變速箱的大部分是日系汽車廠家,這種變速箱就是CVT無級變速箱。對于這種變速箱,我們早期接觸的應該是在上一代的本田飛度車型上,在當時國內消費者對于這套變速箱還沒有很全面的認識,大部分人都認為其與傳統的自動變速箱一樣,大大忽視了它在節油性和舒適性方面的幫助。 正如其名,CVT所能實現的無級變速功能便是自動變速器和手動變速器夢寐以求但是卻永遠也不能實現的。CVT無極變速器可以在一定傳動比范圍內能線性的調節傳動比,如果讓自動變速器和手動變速器來實現相似的效果那便需要無數個檔位才能實現,龐大的齒輪系統在工程上完全不可行的。拋棄齒輪傳動結構正是CVT無極變速器突破“小巷思維”的靈感。 凱美瑞混動版車型上所使用的CVT無級變速箱 CVT的傳動結構與原理很簡單:它由兩個錐型盤和一條鋼帶組成。錐型盤就是由兩個圓錐型的盤片組合在一起形成一個帶V型槽的驅動盤,在行駛中,CVT變速器會根據車速和路況自動調整兩個錐型盤的工作直徑便可以連續的改變變速比,實現無極變速。CVT最大的優勢便在于它可以連續可變傳動比,搭載CVT無級變速器的車型在加速時,車速表與轉速表同時上升,當轉速表達到最大值時即達到最高車速,整個加速過程平緩無任何沖擊。 謳歌ILX上使用的CVT無級變速箱 相比自動變速器與手動變速器而言,CVT最大的優勢便在于它可以連續可變傳動比,而自動變速器與手動變速器作為有級變速器則只能在幾個固定的速比上工作。在實際駕駛中,CVT無極變速器所帶來的感受是完全不同的。與自動變速器和手動變速器每次換擋后,發動機轉速都會有幾千轉陡降的特性相比,搭載 CVT無級變速器的車型在加速時,車速表與轉速表同時上升,當轉速表達到最大值時即達到最高車速,整個加速過程平緩無任何沖擊。這一加速期間,發動機轉速不會發生下降,而CVT無級變速器則在默默無聞的不斷改變傳動比,從而使傳動系統與發動機一直保持最佳匹配。正是因為CVT這一獨特特性,在燃油經濟性與動力性方面,CVT都超出自動變速器與手動變速器。 Jeep指南者上使用的CVT無級變速箱 自動變速器和手動變速器在每次換擋后,發動機轉速都會有幾千轉陡降的特性而匹配CVT無極變速器時,整個加速過程發動機轉速都不會發生下降正是因為CVT這一獨特特性,在燃油經濟性與動力性方面,CVT都超出自動變速器與手動變速器。 當然,CVT無級變速箱也有著自己的不足,那就是由于采用了鏈條的傳遞方式,它在動力傳遞時容易發生一定的打滑現象,這種打滑現象在一定程度上影響了變速箱對動力的傳遞性,而這也是其相比于傳統的自動變速箱最大不足。 五、自動變速箱擋位越多不一定越好,合適才是最好 現在每個廠家都針對自己不同的車型都配備了不同的變速箱,除手動變速箱和自動變速箱的區別外,變速箱的擋位也有著不同,四速、五速、六速甚至是七速、八速甚至九速自動變速箱都已經有廠家開始配備了,然而面對它們我們到底應該如何選擇呢?難道真的是擋位越多越好嗎? 其實我們一般所說的擋位說白了就是在變速箱中的幾個齒輪所組成的,大家一定都騎過變速山地車,在山地車的后輪上都有幾個大小不一的齒輪,而在汽車的變速箱中也有類似于這樣的齒輪,車輛同樣是通過這些齒輪來進行變速的。 而對于這些齒輪多少的選擇也就是對與變速箱擋位的選擇,其實車輛行駛時每一個擋位都有兩個齒輪在為其服務,一個主動齒輪,一個從動齒輪,而每兩個齒輪之間都有齒比,這些齒比的大小才是每個變速箱最為重要的細節。 我們還是用變速山地車為例,對于一輛擁有12速的變速山地車(前面兩個齒輪,后面六個齒輪)而言,一擋,也就是前面最大齒輪,后面最小齒輪時的擋位,是前后齒輪比最大的擋位,這種擋位下車輛的加速會很好,但同時汽車人需要花費的力氣也是最大的,而在汽車變速箱中一擋采用的也是這種配備,主動齒輪遠遠大于從動齒輪,以獲得最大的車輛扭矩。而當車輛以高速行駛時主動齒輪則要遠遠小于從動齒輪,這樣一來可以提供更好的燃油經濟性,但在加速方面就會稍顯不足。 所以自動變速箱具有幾個擋位是不重要的,最重要的是每個擋位之間主動齒輪和從動齒輪之間的比值設定,對于四速自動變速箱和六速自動變速箱而言,它們之所以擋位不同就是因為工程師們在四速變速箱從動輪的3號輪與4號輪之間多提供了兩個齒輪,以提供更蜜的齒比、更平順的換擋感受以及更好的燃油經濟性。 我不得不承認在自動變速箱中,變速箱的擋位越多,在行駛時車輛在換擋平順性和燃油經濟性方面的表現會越好,但是這些良好的表現勢必還要同車輛的價格來做一下比值吧?性價比高的才是消費者最需要的! 不得不承認豐田在四速手自一體變速箱的調校上較為出色 如果在其他條件都相同的情況下,一輛搭載著六速自動變速箱的車型售價為十二萬元,而另一款搭載五速自動變速箱的車型售價則為八萬元的話,那么我建議更多的消費者選擇那輛配備五速自動變速箱的車型,因為僅從變速箱的角度來說的話,它的性價比更高。 所以在我看來車輛搭載幾速變速箱并不重要,重要的是變速箱的齒比和發動機是否得到了更好的匹配,如果匹配不合理的話,那就是裝上一個十速自動變速箱也是徒勞。 發展趨勢:歐美企業堅持自動變速箱,日系企業大量使用CVT無級變速箱 從目前汽車市場的發展來看,手動變速箱已經只有那些極致追求車輛駕駛感的消費者才會去追求,甚至如三菱EVO、BMW M3這樣的車型都已經采用了雙離合變速箱,從這個角度來看雙離合變速箱將會成為今后的發展方向。 但在今年“3.15”之后,大眾的雙離合變速箱似乎成為了一個兩難的選擇,它的穩定性和它的技術性成為了兩個很直接的對立面。也正是因為它在穩定性方面的不足,讓消費者對它有了一定的懷疑,而這種懷疑則讓大眾開始重新拾回六速手自一體變速箱,相比之下自動變速箱的可靠性和穩定性顯得更加突出。 不過,也不是所有雙離合變速箱的可靠性都不好,同樣出自大眾汽車集團的保時捷所采用的PDK雙離合變速箱在可靠性上就要比大眾品牌所采用的DSG雙離合變速箱好得多。這也就說明了其實雙離合變速箱是可以得到良好可靠性的。 當然,如果你對雙離合變速箱還是不放心的話,那么現在那些多擋位的自動變速箱則是一個可靠、穩定的選擇對象。隨著BMW全系搭載八速手自一體變速箱之后,越來越多的品牌開始使用多擋位的手自一體變速箱,甚至在此次上海車展上,Jeep也將自己搭載九速手自一體變速箱的全新車型自由光帶入了國內汽車市場,這一行為充分表明了在這些品牌看來手自一體變速箱還是它們的主要使用對象。 與歐美車企不同,日系汽車企業在目前已經越來越多的使用CVT無級變速箱,特別是對于豐田和日產而言,大面積搭載CVT無級變速箱的車型已經在市場上全面銷售,而與那些搭載自動變速箱和雙離合變速箱的車型相比,這些車型確實在燃油經濟性上有著一定的優勢,并且在駕駛時由于沒有了齒輪間的轉變,它在舒適性也有著很好的保證。 從目前的情況來看,歐美車企有一部分在努力發展著自己的雙離合變速箱事業,而另一部分企業則依舊保持著對于傳統手自一體變速箱的鐘愛,而無論是雙離合變速箱還是手自一體變速箱它們在日常駕駛中并不會給你帶來很大的差異。而對于以節能為最大目標的日系企業來說,使用對燃油經濟性幫助更大的CVT無級變速箱是它們宗旨,細細算來目前幾乎所有的日系品牌都有著自己旗下使用CVT無級變速箱的車型。 看了這么多關于變速箱的分析與介紹,我想一定會有一部分人已經暈了,如此多的變速箱的種類,到底我們應該選擇哪一款更好呢?實話實說,變速箱并沒有好與不好之分,正如選車一樣,選擇一款適合自己的變速箱才是最重要的。 追求駕駛樂趣,尋求與車輛性能零距離接觸的消費者: 對于這一類消費者我的建議是:要想得到最大的駕駛樂趣,那么手動變速箱是必須的選擇,那種簡單粗暴所帶來的直接感是任何一款自動變速箱都無法帶來的。 想要體驗駕控感,但又需要滿足車輛在城市中走走停停的消費者: 對于這一類人群而言,他們的座駕除了擁有讓他們偶爾需求刺激的功能外,還兼顧著城市中代步的作用,所以對于這一類人而言,最適合他們的無非是雙離合變速箱或者自動變速箱,因為它們可以將車輛的性能與駕駛者的需求良好的融合到一起。 當然我上面說的是“或者”,因為目前雙離合變速箱可謂是在風口浪尖上,如果你對它的穩定性抱有懷疑態度的話,那么你還是踏踏實實地選擇手自一體變速箱更加穩妥。 大部分時間在城市中游走,更加在乎車輛燃油經濟性的消費者: 這一類消費者的目的是最為純粹的,任何駕駛感和刺激感他們都不需要,在他們看來最重要的就是車輛的油耗,得到一個更低的油耗比任何事情都重要。這樣一來,選擇搭載CVT無級變速箱的車型可謂是更加務實的選擇,CVT無級變速箱讓發動機在經濟轉速下連續工作的特點可以更大程度的滿足他們得到低油耗的愿望。 |