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1、唇齒相依——汽車的變速箱原理全解析 2008-5-8 14:37:05　來(lái)源: 奧杰汽車網(wǎng)　編輯:yaya ????? 上期我們了解了普通手動(dòng)變速箱的基本原理和與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這期我們繼續(xù)對(duì)變速箱進(jìn)行分析和探討,不過(guò)這期主角其智能化程度相對(duì)來(lái)說(shuō)要高一些,因此你需要仔細(xì)地閱讀了。 ????? 順序式手動(dòng)變速箱——SMG ????? 如果你是個(gè)不折不扣的賽車迷,就不難發(fā)現(xiàn)車手在比賽時(shí)操縱的變速箱擋位布置大多數(shù)并非傳統(tǒng)的" H "式,取而代之的是前進(jìn)、后退,或者"藏"在方向盤后的撥片式換擋方式,即頂序式變速箱。 ????? 撥片式換擋其實(shí)與通常的變速桿換擋在功能上小異,只

2、是它采用電子而非機(jī)械地傳遞換擋信號(hào)。所以順序式變速箱仍舊屬于手動(dòng)變速箱疇,只是它的變速箱部變速〔換擋〕撥叉與傳統(tǒng)手動(dòng)變速箱的變速撥叉有區(qū)別——傳統(tǒng)手動(dòng)變速箱的每個(gè)變速撥叉位置相對(duì)自由,而順序式變速箱的每個(gè)變速撥叉由一根帶有螺旋槽的變速軸聯(lián)結(jié)在一起。當(dāng)變速桿或者變速撥片向前、向后移動(dòng)時(shí),聯(lián)結(jié)變速撥叉的變速軸也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度,這種扭轉(zhuǎn)促使軸上的螺旋槽帶動(dòng)變速撥叉向前或后移動(dòng)。因此,每一次換擋就會(huì)使變速軸旋轉(zhuǎn)一定的角度,并帶動(dòng)所有的變速撥叉同時(shí)動(dòng)作。 ????? 固然,操作順序式變速箱時(shí)你不能從一擋直接升三擋,而是必須一擋一擋向上銜接。賽車手靠雙擊方向盤后的撥片來(lái)實(shí)現(xiàn)空擋并切斷動(dòng)力換入下一擋,

3、這樣的換擋方式比普通的變速桿換擋更加迅速。所以目前越來(lái)越多的普通轎車也采用這一設(shè)計(jì),如三菱Outlander、雪鐵龍C3 、雷克薩斯IS300 、寶馬6系等等。 ????? 自動(dòng)變速箱——AT ????? 相對(duì)于手動(dòng)變速箱來(lái)說(shuō),自動(dòng)變速箱在操作和基本構(gòu)造上有很大的差別。例如在起動(dòng)汽車時(shí),你不用踩離合器踏板再轉(zhuǎn)動(dòng)電門,因?yàn)樽詣?dòng)變速箱根本不需要傳統(tǒng)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(dòng)的導(dǎo)輪組成。變矩器正常工作時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)的泵輪通過(guò)油腔的循環(huán)油將轉(zhuǎn)矩傳遞到渦輪上礴變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩,在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下,隨著,吊輪轉(zhuǎn)速的不同‘具體表

4、現(xiàn)為汽繩的行駛速度〕而改變渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩值,在循環(huán)油流動(dòng)的過(guò)程中,固定不動(dòng)的導(dǎo)輪給渦輪傀個(gè)作用力矩,使渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩。 液力變矩器雖然能在一定圍自動(dòng)地、無(wú)級(jí)地改變轉(zhuǎn)矩比和傳動(dòng)比,但卻存在著變矩能力與效率之間的矛盾,這很難滿足汽車的使用要求,故目前的自動(dòng)變速箱廣泛采用液力變矩器與齒輪相結(jié)合的形式。如果將自動(dòng)變速箱拆開(kāi),你會(huì)發(fā)現(xiàn)一套煩瑣而復(fù)雜的機(jī)構(gòu)"擠"在一個(gè)不大的箱體里,而機(jī)構(gòu)的中心就是一套行星齒輪系．在自動(dòng)變速箱中,僅通過(guò)一套行星齒輪系便能提供所有的變速比一這聽(tīng)起來(lái)似乎有些神奇,不過(guò)自動(dòng)變速箱的復(fù)雜程度的確是手動(dòng)變速箱無(wú)法比擬的——因?yàn)辇X輪太多了！ ????? 任何

5、行星齒輪系都是由三個(gè)主要部分構(gòu)成,即太陽(yáng)輪、行星輪以及環(huán)形齒圈。它們都能在適當(dāng)?shù)奈恢帽绘i止,同時(shí)更為重要的是其中任何一部分也都能作為動(dòng)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(huì)產(chǎn)生1:1的速比,不過(guò)自動(dòng)變速箱究竟是怎樣實(shí)現(xiàn)一套齒輪機(jī)構(gòu)所需要的各級(jí)變速比的呢？這里我們通過(guò)一套行星齒輪系來(lái)說(shuō)明,其中最外邊的環(huán)形齒圈齒數(shù)為75 ,最里面的太陽(yáng)輪齒數(shù)為25 。 ????? 下表顯示了齒輪系中不同機(jī)構(gòu)分別起到出入、鎖止作用時(shí),所產(chǎn)生的不同變速比。表中顯示了兩個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒擋,如需產(chǎn)生更多的變速比,就需要增加不同齒數(shù)的行星齒輪將它們聯(lián)合在一起,使它們由上一級(jí)的輸出端變?yōu)橄乱患?jí)的輸入端。因此

6、,自動(dòng)變速箱的總傳動(dòng)比為液力變矩器的變矩系數(shù)與行星齒輪系變速比的乘積,其中變矩系數(shù)是無(wú)級(jí)的,而齒輪系的變速比是有級(jí)的,同時(shí)行星齒輪變速箱可以由駕駛員直接操縱也可以由變速箱自動(dòng)選擇擋位。有了上述二者的配合運(yùn)轉(zhuǎn),變速箱在行車過(guò)程中也就達(dá)到了自動(dòng)升、降擋的作用。 ????? 半自動(dòng)變速箱——AMT ????? 半自動(dòng)變速箱實(shí)際是由普通手動(dòng)變速箱派生出的一種形式。其實(shí)將它稱為非離合手動(dòng)變速箱更為確切。半自動(dòng)變速箱沒(méi)有行星齒輪和變矩器,和普通手動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)一樣,它有中間軸、輸出軸、離合器和變速撥叉等。這種變速箱通常有三種換擋方式,其中兩種采用撥片式換擋,第三種則采用傳統(tǒng)換擋桿的形式〔回顧前面提到

7、的順序式變速箱,這就是為什么你并不能從換擋桿或者換擋撥片來(lái)判斷它是什么形式的變速箱〕, SMG 和 AMT 一樣都沒(méi)有離合器踏板。 那么半自動(dòng)變速箱是怎樣工作的呢？以第一種和第二種撥片換擋形式為例,當(dāng)你撥動(dòng)換擋撥片時(shí),一套液力裝置用來(lái)分離離合器,在其接合之前推動(dòng)變速撥叉選取下一級(jí)擋位齒輪。由于系統(tǒng)采用諸如節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器等設(shè)備來(lái)采集換擋信號(hào),通過(guò)ECU直接控制其換擋動(dòng)作,所以它比普通手動(dòng)變速箱的人為換擋迅速且平順。第三種變速桿形式,除了同樣采用液力裝置外,還增設(shè)了與換擋桿連接的"霍爾"傳感器。通過(guò)這種方式,人為的換擋動(dòng)作可以由此傳感器來(lái)采集,且通過(guò)與電腦配合來(lái)控制離

8、合器"離合"。因此,除了不用踩離合器踏板外,我們還能像普通的"手動(dòng)換擋"一樣來(lái)駕駛我們的車輛。目前隸屬于意大利菲亞特集團(tuán)的瑪涅蒂—馬瑞利公司就是世界上先進(jìn)的AMT供應(yīng)商,像自主品牌奇瑞QQ3就裝備了它供應(yīng)的AMT變速箱。 ????? 無(wú)級(jí)變速箱——CVT ????? 無(wú)級(jí)變速箱這一理念最早由荷蘭達(dá)夫〔DAF〕卡車公司于1958年首先提出。起初,CVT只是應(yīng)用在一些小排量的兩沖程機(jī)動(dòng)車上,直到20XX當(dāng)日產(chǎn)汽車公司在旗下的轎車和SUV上推出"無(wú)沖擊變速"這一概念的變速箱時(shí),無(wú)級(jí)變速箱即口汀才得以真正在量產(chǎn)車上采用。除了結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)單外,無(wú)級(jí)變速箱還有一個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)在于：它可以通過(guò)不間斷地連續(xù)變

9、速來(lái)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。因此,無(wú)級(jí)變速箱能使發(fā)動(dòng)機(jī)總是處于最佳工作狀態(tài)。在此插句題外話—1994年國(guó)際汽聯(lián)禁止在 Fl 比賽中采用無(wú)級(jí)變速箱,原因很簡(jiǎn)單,就是因?yàn)樗茏屬愜囂^(guò)于"瘋狂"! ????? 所謂無(wú)級(jí)變速,簡(jiǎn)而言之就是力矩傳遞無(wú)頓挫感的變速。無(wú)級(jí)變速箱的原理其實(shí)比想像的要簡(jiǎn)單,沒(méi)有互相嚙合的齒輪,沒(méi)有離合器,沒(méi)有摩擦盤等等,取而代之的是"兩輪一帶"機(jī)構(gòu)。 ????? "兩輪一帶"結(jié)構(gòu)傳遞著動(dòng)力,不過(guò)結(jié)構(gòu)其實(shí)很簡(jiǎn)單 ????? 無(wú)級(jí)變速箱究竟是如何工作的呢？絕大多數(shù)CVT是由兩個(gè)可變半徑滑輪和一條鋼芯橡膠帶組成。其中一個(gè)滑輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相聯(lián),而另一個(gè)則與輸出軸相聯(lián),它們之間通過(guò)

10、皮帶聯(lián)結(jié)。 ????? 兩個(gè)滑輪通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)力大小的變化來(lái)改變幾何半徑。發(fā)動(dòng)機(jī)端滑輪旋轉(zhuǎn)得越快,它的半徑就越小；輸出端旋轉(zhuǎn)得越快,它的半徑就越大。在它們自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中,滑輪的半徑由一套ECU控制的液壓活塞來(lái)改變。滑輪本身由一根帶有一對(duì)圓錐楔結(jié)構(gòu)的花鍵軸構(gòu)成。當(dāng)這對(duì)圓錐楔越接近,纏繞在它們上面的皮帶旋轉(zhuǎn)半徑就越大；同理,當(dāng)它們隔得越開(kāi),纏繞在它們上面的皮帶的旋轉(zhuǎn)半徑就越小。 ????? 根據(jù)上一期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(dāng)于齒輪變速箱的低速擋。當(dāng)汽車開(kāi)始加速,兩個(gè)滑輪通過(guò)皮帶不斷地改變旋轉(zhuǎn)半徑,最終使飛輪端半徑最大而輸出端半徑最小。通過(guò)這樣的方式便能達(dá)到連續(xù)無(wú)級(jí)的變速。下面的示意圖便是CVT的基本結(jié)構(gòu)。不過(guò)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,目前CVT中的橡膠帶已由鋼帶代替,其好處在于防止打滑,可以避免由于磨損的原因造成的驅(qū)動(dòng)帶斷裂,如日產(chǎn)奇駿、天籟,以及奧迪A6都采用了可靠的鋼帶式CVT。 7 / 7