AMT是在傳統(tǒng)的手動齒輪式變速器基礎上改進而來的;它揉合了AT和MT兩者優(yōu)點的機電液一體化自動變速器;AMT既具有普通自動變速器自動變速的優(yōu)點,又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結構簡單、易制造的長處。它是在現(xiàn)手動變速器上進行改造的,保留了絕大部分原總成部件,只改變其中手動操作系統(tǒng)的換檔桿部分,生產繼承性好,改造的投入費用少,非常容易被生產廠家接受。
駕駛員通過加速踏板和操縱桿向電子控制單元(ECU)傳遞控制信號;電子控制單元采集發(fā)動機轉速傳感器、車速傳感器等信號,時刻掌握著車輛的行駛狀態(tài);電子控制單元(ECU)根據(jù)這些信號按存儲于其中的最佳程序,最佳換檔規(guī)律、離合器模糊控制規(guī)律、發(fā)動機供油自適應調節(jié)規(guī)律等,對發(fā)動機供油、離合器的分離與結合、變速器換檔三者的動作與時序實現(xiàn)最佳匹配。從而獲得優(yōu)良的燃油經濟性與動力性能以及平穩(wěn)起步與迅速換檔的能力,以達到駕駛員所期望的結果。
不過AMT變速箱并非完美的,AMT變速箱最大的缺點就是換擋舒適型不佳,且在換擋過程中產生動力中斷,使得換擋過程中極速性能不好。
CVT(Continuously Variable Transmission),直接翻譯就是連續(xù)可變傳動,也就是我們常說的無級變速箱,顧名思義就是沒有明確具體的檔位,操作上類似自動變速箱,但是速比的變化卻不同于自動變速箱的跳擋過程,而是連續(xù)的,因此動力傳輸持續(xù)而順暢。
CVT變速箱結構
CVT傳動系統(tǒng)里,傳統(tǒng)的齒輪被一對滑輪和一只鋼制皮帶所取代,每個滑輪其實是由兩個椎形盤組成的V形結構,引擎軸連接小滑輪,透過鋼制皮帶帶動大滑輪。玄機就出在這特殊的滑輪上:CVT的傳動滑輪構造比較奇怪,分成活動的左右兩半,可以相對接近或分離。錐型盤可在液壓的推力作用下收緊或張開,擠壓鋼片鏈條以此來調節(jié)V型槽的寬度。當錐型盤向內側移動收緊時,鋼片鏈條在錐盤的擠壓下向圓心以外的方向(離心方向)運動,相反會向圓心以內運動。這樣,鋼片鏈條帶動的圓盤直徑增大,傳動比也就發(fā)生了變化。
CVT變速箱有哪些優(yōu)點?
1、由于沒有了一般自動擋變速箱的傳動齒輪,也就沒有了自動擋變速箱的換擋過程,由此帶來的換檔頓挫感也隨之消失,因此CVT變速箱的動力輸出是線性的,在實際駕駛中非常平順。
2、CVT的傳動系統(tǒng)理論上擋位可以無限多,擋位設定更為自由,傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)中的齒輪比、速比以及性能、耗油、廢氣排放的平衡,都更容易達到。
3、CVT傳動的機械效率、省油性大大優(yōu)于普通的自動擋變速箱,僅次于手動擋變速箱,燃油經濟性要比好很多。
奧迪A6L的CVT變速箱解剖圖
奧迪A6L的CVT變速箱鋼帶
既然有這么多優(yōu)點,為什么不讓所有的汽車都采用CVT變速箱呢?有兩方面因素:
1、相比傳統(tǒng)自動擋變速箱而言,它的成本要略高;而且操作不當?shù)脑挘鰡栴}的概率更高。
2、CVT變速箱本身還有它的缺點,就是傳動的鋼帶能夠承受的力量有限,不過隨著科技的進步,鋼帶承受能力的問題正在解決,很快我們就可以看到大排量高扭矩車型會裝備CVT變速箱了。
Multitronic
Multitronic是1999年奧迪與LuK公司共同研制的鏈條傳動CVT無級變速器?,F(xiàn)被應用于奧迪A4、A6等縱置前驅車型上,其結構同發(fā)動機均為縱置式。得益于油冷技術及新的合金鋼帶,新款變速箱已經可以承受最大400N·m扭矩。
在結構上Multitronic與其他品牌的無級變速器差異不大。TCM變速器控制系統(tǒng)會感知車輛是否為下坡,控制器一旦發(fā)現(xiàn)車輛正處于陡坡下坡狀態(tài)時會自動降低“擋位”來依靠發(fā)動機阻力控制車速。早期的Multitronic變速器只能模擬六個擋位;2004年奧迪將其升級到七擋并加入S擋運動模式;而最新的變速器可模擬出八個擋位。
Multitronic的特點
1.模擬8速并帶有運動擋:最新型的Multitronic變速器能夠模擬出八前進擋和S運動模式,這就使得它的駕駛感覺更趨近于傳統(tǒng)有極變速車型。
2.承受的扭矩更大:早期的Multitronic變速器只能承受310N·m的扭矩,這就使其應用范圍受到很大限制?,F(xiàn)在,新的技術將扭矩提高到了400N·m,遠遠高于其他品牌的無級變速器,它可裝備在動力最為強勁的奧迪A6 2.7TDI車型上。
裝備Multitronic變速器的車型
奧迪A4L
Multitronic變速器可以用于奧迪MLP縱置前驅平臺的車型上,例如:奧迪A4/A4L、A5、以及A6/A6L。搭配的發(fā)動機可以是自然吸氣或渦輪增壓汽油機,也可以是渦輪增壓柴油發(fā)動機。
XTronic
XTronic是日產研發(fā)的CVT無級變速器。1997年首次應用于2.0升車型;2003年裝備于3.5升V6的天籟上,最大可承受扭矩高于300N·m。目前,日產有三款XTronic變速箱,它們分別是為搭配1.5、2.0以及3.5升自然吸氣發(fā)動機使用。
匹配1.5升發(fā)動機的XTronic變速器不提供手動模式,傳動比從2.561至0.427。搭配2.0與3.5升的XTronic變速器可以模擬六個前進擋。2.0升傳動比區(qū)間為2.349至0.508,而3.5升變速器的傳動比為2.371至0.439,范圍較搭配2.0的更廣一些。但如果與手自一體變速器相比,我們可以看出無極變速器的傳動比范圍非常有限,尤其在起步時輸出扭矩要小很多。這是由于它只使用兩個固定大小的錐型盤結構所造成的。
XTronic的特點
覆蓋車型豐富日產為1.5升低端車型配備了XTronic,令家用轎車也能夠享受到無級變速器帶來的平順駕駛感受以及更低的油耗。同時,大排量V6以及SUV車型同樣有XTronic得以使用。 可以說日產的大部分車型都配備了無級變速器,這也滿足了其力求將這種變速器推廣到全線產品中的發(fā)展的方向。我們熟悉的日產新陽光、軒逸、逍客、奇駿、天籟均使用了XTronic變速器。另外,雷諾科雷傲與日產奇駿兩款相同平臺的SUV車型同為橫置發(fā)動機全時四驅系統(tǒng),沒有分動箱,所以XTronic也裝備在了這兩款車型上。 Lineartronic Lineartronic是斯巴魯研發(fā)的縱置式鏈條傳動無級變速器。由于斯巴魯一直使用水平對置發(fā)動機以及左右對稱全時四驅系統(tǒng)底盤結構,所以該款變速器的內部零件排列與日產的橫置式有一些不同,它提供了前后兩個動力輸出軸。該款變速器能夠模擬出6速手動模式,并可在下坡時使用發(fā)動機阻力進行制動。
2.0及2.5升力獅、2.5升傲虎均裝備Lineartronic無級變速器。由2.5升自然吸氣發(fā)動機最大扭矩為229N·m推斷,斯巴魯?shù)倪@款變速器可承受的扭矩應該不會高于250N·m,使用范圍受到了一些限制。
R tronic變速器是一款自動控制手動變速器(也稱序列式變速器),配有專門研發(fā)的操縱桿。R tronic將傳統(tǒng)手動變速器的燃油效率與自動變速器的簡便易用集為一體。優(yōu)勢:駕駛者可以自由選擇檔位,體驗高效帶來的利益。
R tronic背后的技術采用干式多盤離合器的六速機械手動變速器與發(fā)動機性能和奧迪R8的駕駛性能完美契合。在幾乎整個換檔和發(fā)動機速度區(qū)間,驅動輪都能獲得最高可達430牛頓米的驅動扭矩。 此外,奧迪R8變速器還以小巧設計與輕盈重量而著稱于世。為做到這一點,開發(fā)者使用電液轉換單元代替了基本變速器采用的機械控制單元。信號通過“線控”方式傳送,意味著可以通過電子信號實現(xiàn)精確換檔,從而顯著縮短換檔時間。
汽車的變速桿布置形式有地擋和懷擋兩種,汽車變速桿位于方向盤下方的,稱之為懷擋。美國車懷擋較多。
因換擋時將變速桿往懷中撥所以形象的稱之為懷擋,擋位排列模式與普通自動擋的相同。懷擋一般都是自動擋,中國常見的美國懷擋車有別克GL8以及老君威等,德國奔馳也多有采用懷擋的,比如R、E、S、ML、GL等。
離合器是汽車傳動系統(tǒng)中直接與發(fā)動機相聯(lián)系的部件,它負責著動力和傳動系統(tǒng)的切斷和結合作用,所以能夠保證汽車起步時平穩(wěn)起步,也能保證換擋時的平順,也防止了傳動系統(tǒng)過載。
如果我們的車是手動擋車型,那就不得不來理解一下離合器的功用,知道了它的作用和原理對于日常的操作而言也會有幫助,用比較直白的話來說,離合器就是用來切斷和接合發(fā)動機的動力的。
例如我們起步時,變速器處于空擋,一旦掛上擋位,離合器將傳動系統(tǒng)和發(fā)動機的動力慢慢接合,才能阻止汽車突然前沖,也避免了發(fā)動機突然受到較大阻力矩而突然熄火。而在換擋過程中,離合器的作用減輕了齒輪突然齒合時的沖擊力。在急速剎車的過程中,離合器也避免了傳動系統(tǒng)也承擔了較大的慣性力矩而過載。
離合器是一個傳動機構,它有主動部分和從動部分,兩部分可以暫時分離也可以慢慢結合,并且在傳動過程中還有可能產生相對轉動,所以,離合器的主動件和從動件之間會依靠接觸摩擦來傳遞扭矩,或者是利用摩擦所需要的壓緊力,或是利用液體作為傳動的介質,或是利用磁力傳動等方式來傳遞扭矩。
目前在汽車上廣泛使用的就是靠彈簧壓緊的摩擦離合器。汽車在行駛的過程中需要經常保持動力的傳遞,中斷動力只是暫時的需要,故在行駛過程中主動和從動部分長期處于結合狀態(tài),當駕駛員踩下離合器踏板時,通過機件的傳遞,讓從動部分與主動部分分離。
隨著所用摩擦面的數(shù)目,壓緊彈簧的形式以及安裝位置,以及操縱機構行駛的不同,也有很多的不同。按從動盤的數(shù)目分為單盤離合器和雙盤離合器。其中單盤離合器主要用在轎車和輕型貨車上,而雙盤離合器傳遞的扭矩較大,因此主要用于中、重型車。按照壓緊彈簧的結構形式又分為螺旋彈簧離合器和膜片彈簧離合器。
每一個離合器都是由以下的部分組成的 (1)主動部分:飛輪、壓盤、離合器蓋等; (2)從動部分:從動盤、從動軸(即變速器第一軸); (3)壓緊部分:壓緊彈簧; (4)操縱機構:分離杠桿、分離杠桿支承柱、擺動銷、分離套筒、分離軸承、離合器踏板等。
在分析離合器工作過程之前,首先掌握以下常用名詞 自由間隙:離合器接合時,分離軸承前端面與分離杠桿端頭之間的間隙。 分離間隙:離合器分離后,從動盤前后端面與飛輪及壓盤表面間的間隙。 離合器踏板自由行程:從踩下離合器踏板到消除自由間隙所對應的踏板行程是自由行程。 離合器踏板工作行程:消除自由間隙后,繼續(xù)踩下離合器踏板,將會產生分離間隙,此過程所對應的踏板行程是工作行程。 離合器的工作過程可以分為分離過程和接合過程 在分離過程中,踩下離合器踏板,在自由行程內首先消除離合器的自由間隙,然后在工作行程內產生分離間隙,離合器分離。
在接合過程中,逐漸松開離合器踏板,壓盤在壓緊彈簧的作用下向前移動,首先消除分離間隙,并在壓盤、從動盤和飛輪工作表面上作用足夠的壓緊力;之后分離軸承在復位彈簧的作用下向后移動,產生自由間隙,離合器接合。
離合器的調整 離合器在使用過程中,從動盤會因磨損而變薄,使自由間隙變小,最終會影響離合器的正常接合,所以離合器使用過一段時間后需要調整。離合器調整的目的是保證合適的自由間隙,離合器調整的部位和方法依具體車型而定。 壓盤是離合器的主動部件,始終隨飛輪旋轉,通常可以通過凸臺、鍵或銷傳動,使其與飛輪一同旋轉,同時壓盤又可以相對飛輪向后移動,使離合器分離。從動盤主要由從動盤本體、摩擦片和從動盤轂組成。
在離合器從分離到接合的過程中,摩擦片與飛輪和壓盤之間要發(fā)生摩擦,產生大量熱量。這些熱量需要及時散出,以避免摩擦片因溫度過高而損壞,所以在離合器蓋上都設有窗口,有的還制有導風片,以加強其內部的通風散熱。
摩擦離合器的最常見的壓緊結構就是螺旋彈簧和膜片彈簧,膜片彈簧離合器有推式和拉式兩種結構形式。而螺旋彈簧離合器根據(jù)彈簧壓在壓盤上的方式分為周布彈簧和中央彈簧式。
離合器的操縱機構分為機械式操縱機構,液壓式操縱機構,為了減少所需的離合器踏板力,又不致因傳動裝置的傳動比過大而加大踏板行程,在一些中重型貨車和某些轎車上采用了離合器踏板的助力裝置。另外還有一種氣壓助力式離合器操縱機構利用發(fā)動機帶動空氣壓縮機作為主要的操縱能源,駕駛員的肌體作為輔助的或后備的操縱能源,多與汽車的氣壓制動系統(tǒng)或其他氣動設備共用一套壓縮空氣源。
手動變速器,也稱手動擋,英文全稱為manual transmission,簡稱MT,即用手撥動變速桿才能改變變速器內的齒輪嚙合位置,改變傳動比,從而達到變速的目的。踩下離合時,方可撥得動變速桿。
手動變速箱的工作原理
手動變速箱是有不同齒比的齒輪組構成的,它工作的基本原理就是通過切換不同的齒輪組,來實現(xiàn)齒比的變換。作為分配動力的關鍵環(huán)節(jié),變速箱必須有動力輸入軸和輸出軸這兩大件,再加上構成變速箱的齒輪,就是一個手動變速箱最基本的組件。動力輸入軸與離合器相連,從離合器傳遞來的動力直接通過輸入軸傳遞給齒輪組,齒輪組是由直徑不同的齒輪組成的,不同的齒輪比例所達到的動力傳輸效果是完全不同的,平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。
接下來,讓我們通過一個簡單的模型來給大家講講,手動變速箱換擋的原理。下圖是一個簡易的3軸2擋變速箱的結構模型。
輸入軸(綠色)也叫第一軸,通過離合器和發(fā)動機相連,軸和上面的齒輪是一個硬連接的部件。紅色齒輪軸叫做中間軸。輸入軸和中間軸的兩個齒輪是處于常嚙合狀態(tài)的,因此當輸入軸旋轉時就會帶動中間軸的旋轉。黃色則是輸出軸,它也叫第二軸直接和驅動軸相連(只針對后輪驅動,前驅一般為兩軸),再通過差速器來驅動汽車。
當車輪轉動時同樣會帶著花鍵軸一起轉動,此時,軸上的藍色齒輪可以在花鍵軸上發(fā)生相對自由轉動。因此,在發(fā)動機停止,而車輪仍在轉動時,藍色齒輪和中間軸出在靜止狀態(tài),而花鍵軸則隨車輪轉動。這個原理和自行車后軸的飛輪很相似。藍色齒輪和花鍵軸是由套筒來連接的,套筒隨著花鍵軸轉動,但同時也可以在花鍵軸上左右自由滑動來嚙合齒輪。
說完這些,換擋的過程就很好理解了,當套筒和藍色齒輪相連時,發(fā)動機的動力就會通過中間軸傳遞到輸出軸上,在這同時,左邊的藍色齒輪也在自由旋轉,但由于沒有和套筒嚙合,所以它不對花鍵軸產生影響。而如果套筒在兩個藍色齒輪之間時,變速箱在空擋位置,此時兩個藍色齒輪都在花鍵軸上自由轉動,互不干涉。
一個傳統(tǒng)的5速手動變速箱換擋的原理也是一樣的,只是變速箱結構中增加了套筒和齒輪組的數(shù)目,使之擁有更多的擋位。而倒擋則是通過在中間軸(紅色)和輸出軸(藍色)之間增加一個齒輪來實現(xiàn)的。由于增加了一個嚙合齒輪,因此倒擋的齒輪始終會朝其他齒輪相反的方向轉動。這個齒輪由于只起到改變齒輪旋轉方向的作用,因此也稱為惰輪。
5擋二軸變速器結構,輸入軸與主動齒輪整合為一體,簡化了結構也節(jié)省了空間
除了上述的傳統(tǒng)三軸手動變速箱,目前轎車上廣泛使用的是二軸手動變速箱,它的結構和三軸變速箱基本類似,只是其輸入軸和中間軸整合為一根軸,因此具有結構簡單,尺寸小的優(yōu)勢,另外,它還有中間擋位傳動效率高,且噪音較小等特點,因此更適合一般的前置前驅家用車,是目前使用最廣的轎車變速器形式,它的缺點是不能設置直接擋,且一擋的傳動比不能設計的太高。而在后驅車上,使用較多的仍是傳統(tǒng)的三軸式變速箱。
斜齒齒輪和直齒齒輪
一般的手動變速箱的齒輪組都是處于常嚙合狀態(tài)的,這些常嚙合狀態(tài)的齒輪組分為斜齒和直齒兩種,兩種齒形相比較,斜齒齒輪在結構上具有天生的優(yōu)勢,傾斜布置的齒形能夠提高兩個齒輪嚙合的重合度,使齒輪傳動平穩(wěn),降低噪音,并且可以提高齒根的彎曲強度、齒面的接觸強度,從而提高齒輪的使用壽命。與之相比,直齒齒輪也并不是一無是處,其傳動效率高的特點,可以使車輛獲得更強大的輪上功率,因此在賽車變速箱領域應用廣泛。
關于換擋動作的控制形式
上圖為推桿連接的換擋方式的4速手動擋變速箱模型
一般的手動變速箱,都是通過推桿連接或者是拉線來控制換擋的。推桿連接的換擋控制方式,更為直接但是傳遞的振動會很大;而拉線式的雖然沒有振動,但是擋位顯得不是很清晰,可謂是各有優(yōu)劣。除了這兩種純機械式的換擋控制,此外,還有使用電控裝置換擋的手動變速箱,它可以很好的結合推桿和拉線換擋之間的優(yōu)點。這種變速箱在換擋的時候,擋撥動變速桿到相應的擋位,在變速器里就會有電機驅動相應的撥叉控制套筒與齒輪咬合,因此不存在擋位不清晰的問題,而且換擋的行程也可以控制在很理想的范圍。
同步器的作用
手動變速器的換擋機構形式有直齒滑動齒輪,嚙合套和同步器三種,在轎車變速器上,前兩種形式已經很少使用,同步器換擋已經得到了非常廣泛的應用。
由于換擋的時候,想要順利的換擋,換擋前后兩組主動齒輪的轉速就要保持一致,就算不一致,也至少保證速度相近,但是由于前后兩組齒輪比是不同的,所以在行駛過程中是不可能出現(xiàn)這樣的情況的。如果沒有同步器,司機可以采用空擋時加一腳油,兩腳離合的方式來逼平兩個擋位間的轉速,這就是為什么以前沒有同步器的手動擋車型都需要換擋時都需要兩腳離合的原因了。
對于采用了同步器換擋的變速箱來說,換擋順暢與否,很大程度需要取決于同步器優(yōu)劣。同步器其實說白了就是在結合套和齒輪組上布置的摩擦片,與一般摩擦片不同的是,它的摩擦面是錐形的。這組摩擦片的作用是在直齒和圓盤的立齒相接觸以前,提前進行摩擦,來將轉速較大的一方的能量傳遞給轉速較小的一方,使得轉速較小的一方提升轉速,達到與轉速較大的一方轉速同步。這樣不僅可以保證正常換擋,還能起到緩沖的作用,而錐面摩擦片組的數(shù)目與材質則直接影響到了同步器性能的優(yōu)劣。 而大眾經典的MQ200手動變速箱的同步器擁有三組錐面摩擦片,這也造就了這臺變速箱出色的入擋手感。
那么,一臺優(yōu)秀的手動變速箱需要具備哪些特點呢?首先變速箱必須要擁有良好的掛擋手感,每個擋位清晰,擁有合理的橫向和縱向行程,入擋的阻力小并帶有吸入感。除此之外更重要的是,各擋位之間的齒比排布必須合理。因為各個擋位間的傳動比分布,直接影響車輛行進中動力銜接的暢順性,通常要求低擋能有力加速,高擋能達致高速同時省油,且各擋間的距離要均勻,不然就會很容易造成換擋時竄車的情況。
手動變速箱的優(yōu)缺點分析
優(yōu)點顯而易見,它結構簡單,性能可靠,制造和維護成本低廉,且傳動效率高(理論上會更省油),另外,由于是純機械控制,換擋反應快,且可以更直接的表現(xiàn)駕駛者的意愿,因此也更富駕駛樂趣,這些都是手動變速箱的優(yōu)點。不過相比自動變速箱,它操作繁瑣,而且在擋位切換時頓挫明顯的劣勢也是無法彌補的。
雙離合變速箱簡稱DCT,英文全稱為Dual Clutch Transmission,因為其有兩組離合器,所以有人稱“雙離合變速器”。
起源
雙離合變速箱起源來自賽車運動,它最早的實際應用是在80年代初的保時捷Porsche 962C和1985年的奧迪Audi sport quattro S1 RC賽車上,但是因為耐久性等問題經過了十余年的改進后,才真正被普通量產車所應用。時至今日DSG這項技術已經有20余年的歷史,在技術方面已經非常成熟了。
技術介紹
雙離合變速箱結合了手動變速箱和自動變速箱的優(yōu)點,沒有使用變矩器,轉而采用兩套離合器,通過兩套離合器的相互交替工作,來到達無間隙換擋的效果。兩組離合器分別控制奇數(shù)擋與偶數(shù)擋,具體說來就是在換擋之前,DSG已經預先將下一擋位齒輪嚙合,在得到換擋指令之后,DSG迅速向發(fā)動機發(fā)出指令,發(fā)動機轉速升高,此時先前嚙合的齒輪迅速結合,同時第一組離合器完全放開,完成一次升擋動作,后面的動作以此類推。
因為沒有了液力變矩器,所以發(fā)動機的動力可以完全發(fā)揮出來,同時兩組離合器相互交替工作,使得換擋時間極短,發(fā)動機的動力斷層也就非常有限。作為駕駛者我們最直接的感覺就是,切換擋動作極其迅速而且平順,動力傳輸過程幾乎沒有間斷,車輛動力性能可以得到完全的發(fā)揮。與采用液力變矩器的傳統(tǒng)自動變速器比較起來,由于DSG的換擋更直接,動力損失更小,所以其燃油消耗可以降低10%以上。
不足之處
不過與傳統(tǒng)的自動變速器比起來,DSG也存在一些固有的弊端,首先就是由于沒有采用液力變矩器,又不能實現(xiàn)手動變速器“半聯(lián)動”的動作,所以對于小排量的發(fā)動機而言,低轉速下的扭矩不足的特性就會被完全暴露出來;其次,由于DSG變速器采用了電腦控制,屬于一款智能型變速器,它在升/降擋的過程中需要向發(fā)動機發(fā)出電子信號,經發(fā)動機回復后,與發(fā)動機配合才能完成升/降擋。大量電子元件的使用,也增加了其故障出現(xiàn)的機率。
目前常見的雙離合有大眾的DSG、福特的Powershift、三菱的SST以及保時捷的PDK等。
DSG
DSG(Direct Shift Gearbox)中文表面意思為“直接換擋變速器”,DSG只是大眾對自己買斷的雙離合技術專有稱謂而已。
起源
DSG的起源就如其他汽車高科技一樣,其設計都來自賽車運動,而其實際應用早在80年代初的保時捷Porsche 962C和1985年的奧迪Audi sport quattro S1 RC賽車上,并為他們贏取多項冠軍立下汗馬功勞!雙重離合器的概念是非常先進,但作為新科技都存在著耐用性不佳的問題,耐用性的好壞同樣決定了其成本的多寡,于是,其經過十余年的發(fā)展后,才真正被普通街車所用。
工作原理
1:如圖,離合器1負責1檔、3檔、5檔和倒檔,離合器2負責2檔、4檔和6檔;掛上奇數(shù)檔時,離合器1結合,輸入軸1工作,離合器2分離,輸入軸2不工作,即在DSG變速器的工作過程中總是有2個檔位是結合的,一個正在工作,另一個則為下一步做好準備;手動模式下可以進行跳躍降檔:如果起始檔位和最終檔位屬于同一個離合器控制的,則會通過另一離合器控制的檔位轉換一下,如果起始檔位和最終檔位不屬于同一個離合器控制的,則可以直接跳躍降至所定檔位。
AMT的結構較自動變速箱效率更高,而DSG除了擁有手動變速箱的靈活及自動變速箱的舒適外,它更能提供無間斷的動力輸出,這完全有別于兩臺自動控制的離合器。DSG基本由幾個大項組成:兩個基本3軸的6前速機械波箱、一個內含兩套多瓣式離合片的電子液壓離合器機構、一套波箱ECU。不同于普通的雙軸波箱,或者單輸入軸系統(tǒng),DSG波箱除了具有雙離合器外,更具備同軸的雙輸入軸系統(tǒng),而且將6個前進檔分別置于兩邊各自的從動軸上。傳統(tǒng)的手動變速箱使用一臺離合器,當換擋時駕駛員須踩下離合器腳踏,令不同擋的齒輪作出齒合動作,而動力就在換擋其間出現(xiàn)間斷,令輸出表現(xiàn)有所斷續(xù)。
DSG則可以想象為將兩臺手動變速箱的功能合二為一,并建立在單一的系統(tǒng)內。DSG內含兩臺自動控制的離合器,由電子控制及液壓推動,能同時控制兩組離合器的運作。當變速箱運作時,一組齒輪被齒合,而接近換擋之時,下一組擋段的齒輪已被預選,但離合器仍處于分離狀態(tài);當換擋時一具離合器將使用中的齒輪分離,同時另一具離合器齒合已被預選的齒輪,在整個換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動力,令動力沒有出現(xiàn)間斷的狀況。
要配合以上運作,DSG的傳動軸被分為兩條,一條是放于內里實心的傳動軸,而另一條則是在外面套著的空心傳動軸;內里實心的傳動軸連接了1、3、5及后擋,而外面空心的傳動軸則連接2、4及6擋,兩具離合器各自負責一條傳動軸的齒合動作,引擎動力便會由其中一條傳動軸作出無間斷的傳送,考慮到零件使用壽命,設計人員選擇了油槽膜片式離合器,離合器動作由液壓系統(tǒng)來控制。
由于使用2套離合器并且在換擋之前下一檔位已被預選齒合,因此DSG的換擋速度非常的快,只需不到0.2秒的時間,下一檔已經進去了,比最好技術的專業(yè)車手的手動變速還快,因此使用同一輛車使用DSG比使用MT的加速成績來得要快。
在實際駕駛中,DSG給人的感覺是在整個換擋過程感覺不到一點點頓挫或推拉,僅僅是從轉速表上可以反映出擋位在變動。此外,DSG還有多種駕駛模式,比如運動模式,在電子程序的幫助下該模式的加擋明顯遲緩而減擋則有了很大的改進,換擋時間也調得更短,猶如駕駛跑車一般。駕駛員還可以通過搬動換擋桿或按一下方向盤上的按鈕隨時將自動模式切換到手動模式,提供富有動感的駕駛方式。方向盤兩邊的換擋按鈕能使駕駛員在不觸動換擋桿的情況下就可以進行加擋或減擋的動作,就像F1車手駕駛F1賽車一樣。在激烈的駕駛環(huán)境下,例如高速彎道時,手動換擋往往顯得非常有必要,在DSG的幫助下,駕駛員在換擋的過程中還能體驗到油門自動增加的特殊樂趣。
S tronic
S tronic是奧迪雙離合變速器的名稱。有人說S tronic就是換了名字的大眾DSG,這句話只說對一半,因為用于奧迪A3的7速以及TT上的6速橫置雙離合變速器的確是大眾的干式DQ200和濕式DQ250,但是,用在Q5上的7速雙離合變速器卻是一款縱置式全時四驅雙離合變速箱,大眾的DSG產品線是沒有這款產品的。
兩款橫置式S tronic7速與6速變速器分別可承受250N·m和350N·m,用于前驅轎車不成問題。用在Q5上的縱置式S tronic變速箱能夠承受超過500N·m以上的扭矩。
S tronic的特點
擋位多且承受扭矩更高:除去超級跑車保時捷911以及日產GT-R的雙離合變速器,縱置式S tronic可以承受的扭矩較其他車型更高。橫置式7速雙離合變速器雖然擋位較6速的更多,但其干式結構影響了扭矩傳遞,使之性能不如6速,而S tronic既實現(xiàn)了7段變速又能承受更高扭矩,讓舒適與性能兩者兼得。
裝備S tronic的車型
裝備橫置式S tronic雙離合變速器的車型為奧迪A3、TT;裝備縱置變速器的車型為奧迪Q5、A5。
Powershift
Powershift雙離合器變速箱是由福特集團與變速箱大廠格特拉克(Getrag)共同研發(fā)。目前在國內裝備有Powershift有沃爾沃C30、XC60、S60以及福特蒙迪歐致勝的部分車型。
Powershift在沃爾沃C30、XC60、S60以及福特蒙迪歐致勝上都有配備。
Powershift雙離合變速箱于2008年問世,是以手動變速箱所用的技術為基礎。該變速箱擁有6個前進擋,有兩個相互獨立的濕式離合器,最大可以承受450牛·米的扭矩。
與其他廠家的雙離合器變速箱相比,Powershift雙離合器變速箱最大的特點不是換擋速度快,而是擁有堪比CVT的極佳換擋平順性。并且由于可以承受較大的扭矩,因此該變速箱可以使用在一些大馬力車上,尤其是柴油車的絕配。不過由于該變速箱追求的不是換擋速度,因此在加速性上并不見得十分理想。
6擋的PowerShift雙離合變速箱重量相對較輕,比目前市面上大多數(shù)4擋變速箱還要輕。輕量化設計和極小的動力損失能為駕駛者節(jié)省大約9%的燃油消耗。
PDK
PDKPorsche Doppel Kupplung(保時捷雙離合變速箱),雙離合器變速箱為保時捷公司的獨創(chuàng)技術,近來年因為大眾汽車的大力推行,而在市場上獲得了極高的知名度。但事實上,保時捷在1983年便已經將PDK雙離合器變速箱用于956賽車上,并在1984年與1985年以962賽車在賽道上獲得了極大的成功。
保時捷PDK變速箱
雖然保時捷已經掌握雙離合技術多年,但由于當時的電子控制系統(tǒng)和計算機運算能力有限,不足以滿足行駛舒適性和平穩(wěn)性方面的要求,導致保時捷將雙離合技術壓箱25年。而隨著電子控制技術與液壓控制組件的成熟后,才正式在997的小改款中推出,以7速的PDK雙離合器變速箱,全面取代Tiptronic變速箱,應用于市售產品。
PDK雙離合器變速箱由一個傳統(tǒng)手動變速箱和一個分為2個獨立變速箱的液壓控制系統(tǒng)組成。2個沿徑向布置的濕式離合器可以通過液壓控制,并使用變速箱油提供冷卻和潤滑。目前PDK變速箱在911、Boxster、Cayman以及Panamera都有裝備。
SST
雙離合器SST
三菱的新型手自一體變速器使用了雙離合器系統(tǒng)來實現(xiàn)動力傳輸?shù)母咝裕管囎硬粌H擁有手動變速器的效果,而且還能夠實現(xiàn)非常順暢自如的擋位變換。在快速的升降擋過程中,由于雙離合器所擁有的高效動力傳輸機構,使得它們不僅可以快速的加速,而且也能夠保證良好的經濟性。新的變速器還有三個不同的操控設置用來適應不同的路面情況,能夠保證市區(qū)行駛的快速反應,而在城外快速路上,也可以實現(xiàn)線性的運動感受。
雙離合器SST(運動換擋變速器)詳解
(1)機械結構
雙離合器SST系統(tǒng)將單數(shù)的1、3、5擋和偶數(shù)的2、4、6擋分別設置在了兩個傳動軸上,每一個都單獨與一個離合器相連。兩個離合器都可以被精確控制,從而提高了反應速度,帶來流暢性和無拖延的感覺。而且,在動力的輸出表現(xiàn)方面,也相當順暢。通過使用離合器而不是液力耦合器來傳遞動力,能夠保證雙離合器SST在結構上更加簡單,避免了傳遞過程中的動力損失,從而使動力的傳輸更加高效,因此,燃油經濟性更好。
(2)駕駛模式
雙離合器SST系統(tǒng)可以使駕駛者選擇三種換擋模式:普通,運動和超級運動模式,從而包括了各種駕駛環(huán)境的需要。
a. 普通模式
用于市區(qū)行駛和其他的普通駕駛條件,普通模式會自動降低發(fā)動機換擋轉速點,從而保證更加順暢的換擋和更好的燃油經濟性。
b.運動模式
在山區(qū)或者是需要發(fā)動機制動的情況時,運動模式能夠提升發(fā)動機換擋轉速點,加快換擋速度。這樣就能更加迅速的表現(xiàn)出油門效果,以增加車子與駕駛者的溝通。
c.超級運動模式
與運動模式相比,超級運動模式能夠在更高轉速下保證非常輕快的換擋感覺。
濕式雙離合
濕式雙離合是指雙離合器為一大一小2組同軸安裝在一起的多片式離合器,它們都被安裝在一個充滿液壓油的密閉油腔里,因此濕式離合器結構有著更好的調節(jié)能力和優(yōu)異的熱熔性,它能夠傳遞比較大的扭矩。
因為布局和選用摩擦材料的因素,濕式雙離合器的外形尺寸比干式雙離合器要大,不利于整車動力總成的布置。
干式雙離合
我們這里以大眾的DQ200 7速雙離合變速箱為例,它其實是在6速DQ250濕式雙離合的技術基礎上開發(fā)而來的,簡化了相關的液力系統(tǒng)。
它的工作原理為,雙離合器由3個尺寸相近的離合片同軸相疊安裝組成,位于兩側的2個離合器片分別連接1、3、5、7擋和2、4、6、倒擋,中間盤在其間移動,分別與2個離合器片“結合”或者“分離”通過切換來進行換擋。因為這套“雙離合器”不像DQ250那樣變速箱是安裝于密閉的油腔里,動盤上的干式摩擦片相互結合固然可以帶來最直接的傳遞效率,但是它也更容易發(fā)熱,所以它熱熔性不如濕式離合器,因此所承受扭矩也就相對較小。7速DQ200的最大承受扭矩為250牛.米,一般與小排量的發(fā)動機配合使用。
手動變速箱的結構內部有一個非常重要的設備,那就是“同步器”。同步器的作用是很顯而易見的,那就是換擋時候由于動力輸出端齒輪轉速要快于馬上要換入這個擋位的齒輪,如果沒有同步器,把一個慢速旋轉的齒輪強行塞入一個高速旋轉的齒輪中,肯定會發(fā)生打齒的現(xiàn)象。
較先進的三錐同步器
同步器其實說白了就是在結合套和齒輪組上布置的摩擦片,與一般摩擦片不同的是,它的摩擦面是錐形的。這組摩擦片的作用是在直齒和圓盤的立齒相接觸以前,提前進行摩擦,來將轉速較大的一方的能量傳遞給轉速較小的一方,使得轉速較小的一方提升轉速,達到與轉速較大的一方轉速同步。這樣不僅可以保證正常換擋,還能起到緩沖的作用,而錐面摩擦片組的數(shù)目與材質則直接影響到了同步器性能的優(yōu)劣。
序列式變速箱(SEQUENTIAL Manual Gearbox ) 全稱序列式手動變速箱,它區(qū)別于普通手動變速箱只是操作方法,加檔和減檔只需要前后推拉排擋桿就可以完成降檔和加檔。這設計不但加快了換擋速度,更大大減低了換錯擋的可能。
SMG
SMG簡介、特點及工作原理
SMG變速箱(Sequential Manual Gearbox)最初是由寶馬和兩家頂級配件公司GETRAG和SACHS(ZF)合作研發(fā)的全新概念變速系統(tǒng),最初在1996年被裝備在寶馬E36 M3運動型轎車上,作為寶馬第一代的半自動變速系統(tǒng),其起源應該來自BMW參加BTCC(英國房車賽)時候所使用的推拉式變速系統(tǒng)技術,這也是寶馬一次歷史性的賽車技術向民用轉移的見證。至今SMG已經發(fā)展到了第三代產品,裝載在上一代的M5和M6車型上(最新車型已經由雙離合變速器取代了SMGⅢ)。第一代SMG有S(手動)、A(自動)兩種換檔模式,駕駛者可以在手動和自動之間任意切換。當選擇A模式時,它就是一臺自動變速箱,電腦可以根據(jù)車速和發(fā)動機轉速自動準確的選擇換檔點,換檔平順,沒有明顯的沖擊;當選擇S模式時,將排擋桿向后拉動一下升一個檔,向前推一下則降一個檔位,如果排檔桿不動,那么即使將油門踩到底,它也不會變換檔位,這時的它完全就是一臺純手動變速器。
裝備SMG的E36 M3運動型轎車
SMG的出現(xiàn)無疑是變速器史上的一大突破,它所帶來的優(yōu)點是顯而易見的。首先,SMG的一系列換檔操作可以完全由計算機來控制,所以它就像普通AT一樣,駕駛員無需離合踏板,便可以輕松完成換檔任務,即使是在S模式下,你要做的也只是前推或者后拉一下?lián)Q檔桿,省去了手動變速器復雜的操作步驟,而且由于受檔位順序升降的限制,SMG也不會由于駕駛員的誤操作而掛錯檔位,這一點在賽車上尤為重要。其次,SMG的原理是基于手動變速器,雖然操作上與“Tiptronic”有些相似,但沒有液力變矩器,所以傳動過程中的能耗損失很小,結構簡單,價格便宜,使車輛的經濟性得以提高。
SMG變速器其實與通常的手動變速器在功能上大同小異, 只是它采用電子而非機械地傳遞換檔信號,通過計算機控制離合器和選、換檔機構,所以序列式變速箱仍舊屬于手動變速箱范疇。SMG由一臺普通的齒輪變速器、一套自動換檔機構和電子離合器組成。該換擋機構分為撥叉伺服器和選位伺服器兩部分,伺服器一般采用電動機或者液壓馬達,撥叉伺服器用來推拉撥叉完成換檔,選位伺服器則用來選擇工作所需的撥叉。
第一代SMG系統(tǒng)結構圖
SMGⅡ的問世將換檔變速的科技引領到另一個新的紀元
但是,任何一項新技術都不可能一出現(xiàn)就是完美的。正如第一代的SMG,雖然它給駕駛者帶來了操作上的便利,但由于受到當時電腦、液壓系統(tǒng)等一系列因素的制約,導致?lián)Q檔速度還不如普通的手動變速器,于是在2002年,一套名為SMGⅡ的全新改良機械式自動變速箱問世,這套系統(tǒng)一改之前換檔速度慢的詬病,它將換檔變速的科技引領到另一個新的紀元,在先進的電子控制單元的支配下,其換檔速度達到了驚人的0.08秒,要知道一個接受過專業(yè)訓練的賽車手的換檔速度也不過0.3秒,仿佛讓F1賽車開上了街道。
寶馬SMGⅡ變速器系統(tǒng)
為了提高變速器換檔速度和牢靠程度,設計師在第二代SMG上采用了一個換檔轉換鼓,換檔轉換鼓的前端帶有錐齒,用來驅動換檔轉換鼓的旋轉,在換檔轉換鼓的外圓表面上有3條特殊槽,分別控制在槽內的3個撥叉。
換檔鼓的安裝有兩種方式,一是緊靠在變速器上直接將三個撥叉分別卡在三條槽里,二是由于空間的限制,無法緊靠在變速器上,需要利用撥叉臂,將三個撥叉臂分別卡在三條槽里。在換檔的時候,只要轉動換檔鼓,三個撥叉由于卡在特殊的槽里,三個撥叉就會隨著換檔鼓的轉動而同時前后移動,實現(xiàn)退檔和進檔的任務。所以換檔鼓上槽的設計非常重要,一般當換檔鼓轉動50°完成一次換檔,并且非??旖?。由于通過換檔鼓的旋轉進行換檔,因此 SMGII變速器的換檔是有順序地一檔一檔進行的,比如要從一檔換到三檔,必須后拉排檔桿2次,使換檔鼓轉動2個50°,先經過二檔再換入三檔,降檔同樣如此。
SMGⅡ排檔桿和“DriveLogic”按鈕
第二代的SMG系統(tǒng),在操作界面上最大的轉變就是增加了一套方程式控制系統(tǒng),可以讓駕駛者在任何時候,任何工況下調整預先設定的11種換檔模式,其中包括6種自動模式“A”,5種手動模式“S”,而在這11種模式下,電腦都具備自己學習和糾錯功能。例如在高速狀態(tài)下進行減檔操作,離合器松開,但因為變速箱電腦與行車電腦、引擎電腦關聯(lián),馬上會知道有可能造成側滑等危險,于是對換檔動作進行必要的修正,在配合車輛各種穩(wěn)定系統(tǒng)使車輛可以遵循最安全的狀態(tài)繼續(xù)行進。SMGⅡ中還加入了更加人性化的設備,例如方向盤換檔撥片,可以讓駕駛者更集中于路面的控制;轉速表也加入了LED的燈號;轉速表下方也有了檔位顯示。
另外,這個變速箱還有個看家本領,是類似于F1賽車上適用的“起跑”裝置,它完全可以讓駕駛者擁有舒馬赫一般出色的駕駛技術。在E46的SMGⅡ中,在排擋桿后設置了一個“DriveLogic”按鈕,這個按鈕可以讓駕駛員調節(jié)手動換檔的速度和換檔時機,共有6種不同模式的設定。S6—加速輔助系統(tǒng)的程序,在選擇這種純跑車模式前,你必須先要把車輛動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)(DSC)關掉。這時啟動S6,踩住剎車踏板,然后掛入1檔,深踩油門,電子系統(tǒng)自動地將轉速調整至起步最適合的3500rpm/min;松開制動,M3便像一頭突然爆發(fā)的野獸竄向前方,引擎轉速迅速逼近紅線,換檔指示燈亮起,換檔!微震一下,引爆二檔進入下一階段的沖刺,簡直令人窒息!最后,輕松的駕駛對于SMG變速箱來說也是相當重要的改善,自動 (“A”) 模式讓駕駛者減少了壓力和疲勞,無論是在高速公路或是比賽的跑道,汽車將自動地在停下來時退回第一檔, 而再度前進,只需要輕踩加速腳踏板。
增加坡道輔助功能,換檔更快的7速SMGⅢ
雖然幾年下來,SMG在技術上已經有了明顯改進,但是依然存在一個飽受批評的缺點:上坡時如果腳從剎車踏板上抬起,車就會往下滑,因為自動變速箱需要一點嚙合時間。最新的SMGⅢ變速箱的坡路探測功能則是SMG的另外一個特性,在自動模式下,SMG變速器能夠自動識別車輛是否行駛在斜坡路面上,并保持“上坡”模式以保持理想的加速度,下坡時則自動選擇低檔位通過發(fā)動機制動來保證剎車的有效性。
從SMG發(fā)展到SMGⅡ,該系統(tǒng)已經變得非常聰明,而且寶馬隨后又推出了第三代產品,SMGⅢ裝載于當時最新的M5、M6上,與馬力、扭矩更加強大的V10引擎搭配,而且檔位數(shù)目也從原來的6檔提升為7檔。在同類型的變速箱中,它具有無法比擬的換擋速度,以前的第二代已經很快了,而SMGⅢ又將速度提升了20%,整個換檔過程平順,動力流的停頓在換檔過程中幾乎感覺不到。M5在從靜止到最高車速的整個加速過程中,駕駛者幾乎不會感受到任何頓挫,從而可以讓駕駛者能夠感受到駕駛F1般的感覺。
從原理上講,SMG變速箱的所有換檔操作都是采用電動液壓方式,SMG變速箱采用“線控換檔”(shift-by-wire)技術,這是一種源自航空領域的技術成果。利用這項技術,換檔可以在瞬間完成,而且無需機械連接。與原6檔SMG變速箱相比,SMGⅢ液壓單元與執(zhí)行元件都被集成到變速箱殼體上。一旦需要換檔,該控制單元會激活控制整套系統(tǒng)液壓設備的相應電磁閥。接著,具有很高壓力的液壓油(最高達90bar)快速地流經一個電磁閥,進入離合器總泵,打開離合器。然后使用液壓單元中電磁閥,打開執(zhí)行元件中的四個液壓缸,后者則通過四根獨立的排檔桿完成實際換檔過程。
這款7檔SMGⅢ正是能夠完全滿足V10發(fā)動機所有需求的變速箱,它可以將V10發(fā)動機的動力以最理想的方式傳送至車輪。BMW M GmbH是世界上第一家提供帶有駕駛邏輯功能的7檔連續(xù)變速箱的制造商。新款7檔變速箱絕對不是6檔變速箱的改進版,實際上它是一款全新設計的變速箱,專門為新M5而開發(fā)。這款7檔SMG變速箱比原來的6檔變速箱更為出色,手動選檔時其檔位轉換時間極短,此外,它的自動換檔功能還可以讓您感受舒適的巡航駕駛。 新變速箱的工藝設計使之可以應對發(fā)動機550Nm的最大扭矩和8500rpm/min的最高轉速。因此,盡管獨立式機油冷卻系統(tǒng)顯著延長了發(fā)動機使用壽命,這款變速箱仍然可以確保在新M5及M6的整個使用期內以最可靠的方式工作。
總結 隨著技術的不斷發(fā)展,一直以追求操控和性能著稱的寶馬M車型現(xiàn)如今也已經更換了更為先進的M-DCT雙離合變速器。也許SMG的出現(xiàn)只是曇花一現(xiàn),但不得不承認,SMG變速箱無論在動力輸出還是在換檔時間上,相較同代產品都有著明顯的優(yōu)勢。它為推動變速箱技術的發(fā)展做出了巨大貢獻,而且必將會成為汽車發(fā)展史上永恒的經典。 ISR ISR變速箱全稱為independent shift rail,它裝備在蘭博基尼的新的性能旗艦Aventador LP700-4上,這臺全新的7速ISR變速箱為其卓越的動力性能提供了保證。 LP700-4變速箱 官方的數(shù)據(jù)顯示,這臺伺服驅動機械式變速器換擋速度比目前同檔次快50%,換擋間隔只有驚人的50毫秒(幾乎和F1的序列式變速箱相差無幾),而變速器總重卻只有70公斤,特別是與同類的雙盤式離合器相比時,這一優(yōu)勢更為明顯。在全新V12發(fā)動機和7速ISR變速箱的幫助下,Aventador的0-100加速更是突破了3秒大關,僅需2.9秒就能完成破百。 這臺變速箱來自于知名的意大利變速箱制造商格拉奇亞諾(Oerlikon Graziano),作為一個專注于高性能跑車的變速箱制造商,格拉奇亞諾的目標客戶為法拉利、瑪莎拉蒂,蘭博基尼和阿斯頓-馬丁等高性能跑車制造商,其在雙離合變速箱(DCT)和序列式變速箱(AMT)上都有很高的造詣。邁凱輪MP4-12C使用的七前速雙離合器變速箱便是由格拉奇亞諾提供,而Aventador的前任Murciélago的E-gear序列式變速箱也同樣來自于格拉奇亞諾。
普通的AMT變速箱,其基本結構是和傳統(tǒng)的手動變速箱相一致的,一般只有一根輸入軸和一根輸出軸(后驅車一般會多出一根中間軸),其結構一般情況是輸入軸上5個前進擋齒輪與輸出軸齒輪處于常嚙合狀態(tài),其中輸出軸上的1擋和倒檔,2擋和3擋,4擋和5擋分別共用三個換擋撥叉。這種機構相鄰兩個齒輪使用同一個換擋機構,當換擋動作進行時,撥叉需要從前一擋位處脫離,經過空擋才能與下一個檔位齒輪進行嚙合,由于三個動作是順序進行的,即使將每個動作的時間縮至最短,依舊很難獲得足夠快的換擋速度。
對于一直致力于制造高性能雙離合變速箱的格拉奇亞諾的工程師們而言,他們知道想要獲得更快的換擋速度,其關鍵在于在前一個齒輪脫離的瞬間,下一個齒輪就可以完成嚙合的動作。這個設計理念就和目前已經廣泛使用的雙離合變速箱的原理很接近。而格拉齊亞諾開創(chuàng)性的為蘭博基尼設計了一套獨一無二變速器結構:一套既擁有雙離合變速箱的換擋速度,還擁有輕量化小型化的優(yōu)勢的AMT變速箱。
創(chuàng)新的“獨立換擋撥叉”
ISR變速箱擁有一個獨特的結構,它的齒輪布置方式既有別與傳統(tǒng)AMT變速箱,也不同于雙離合變速箱。其使用四個獨立的換擋撥叉,相鄰的兩個檔位齒輪則由不同換擋撥叉控制。四個獨立撥叉分別控制1擋和倒檔;3擋和5擋,2擋和4擋,6擋和7擋,也就是說,從1擋一直到6擋,相鄰的兩個檔位都是由兩個獨立的撥叉來分別控制的。
正因為這個設計,使得換擋的過程得以進一步縮短:當相鄰的兩個擋位要進行擋位切換時,換擋撥叉與當前檔位的齒輪脫離時,另一個擋位齒輪早已經開始了嚙合,而換擋撥叉的動作同時又激活了電子離合器,由于三個動作幾乎是同步進行的,因此使得整個過程所需時間大大縮短。蘭博基尼方面則宣稱,相比原本性能就非常出色的前一代的E-gear序列式變速箱,換擋速度提升了40%,50毫秒的換擋速度已經接近了F1賽車變速箱的水平。
ISR的換擋機構則由電動液壓泵驅動,最高60巴的壓力保證了必要的操作速度,7個液壓閥負責控制換擋機構的動作,而電動泵則提供動力,強悍的雙盤式離合器同樣由液壓驅動,負責將690Nm的扭矩傳遞到四個車輪。同步器齒環(huán)則由碳纖維制成,不僅耐磨而且更減輕了變速箱整體質量。
要想擁有優(yōu)異的性能,快捷的通訊架構當然不可或缺,格拉奇亞諾控股的Vocis公司則負責變速箱TCU的設計,使用了傳統(tǒng)的CAN bus總線控制器局域網絡,通過對換擋撥叉位置的精確測量和驅動電流控制,實現(xiàn)了對高精度液壓閥的步進控制。
在設計過程中,變速箱還不能僅僅是快,換擋的質量同樣重要,VOCIS設計電控程序時也整個也充分考慮到日常駕駛的舒適性。變速箱可選擇三種工作模式: Strada(道路)或者全自動模式可提供舒適為導向型的換擋操作;Sport(運動)模式則會延后換擋節(jié)點并且提供更快速的檔位切換; Corsa(賽道)模式可為賽道行駛提供最佳的換擋策略,這一模式還可提供起步控制,也就是彈射起步功能。
小結 在競爭對手紛紛裝上高性能的雙離合變速箱的時候,蘭博基尼則還在堅持傳統(tǒng)的AMT序列式變速箱,然而Aventador的ISR變速箱的性能參數(shù)確實令DCT變速箱汗顏,超快的換擋速度,以及輕量化小型化的優(yōu)勢讓它勢必會得到更多超跑制造商的青睞,而雙離合陣營也將會繼續(xù)通過技術升級應對這一挑戰(zhàn)。對于民用變速箱領域來說,這也許又預示這另一個時代的開始。 自動擋的汽車由于發(fā)動機和變速箱之間沒有離合器,他們之間的連接是靠液力變矩器來實現(xiàn)的,液力變矩器的作用一是傳遞轉速和扭矩、二是使發(fā)動機和自動變速箱之間的連接成為非剛性的以方便自動變速箱自動換擋。液力變矩器
曾有一種說法,AT上的液力變矩器相當于MT上的離合器,起到動力的連接和中斷的作用。其實這種說法是錯誤的。AT與發(fā)動機曲軸是直接連接的,不像MT有一個動力的開關:離合器。所以從點火的瞬間開始,液力變矩器便開始轉動了,對于動力的連接和中斷,仍由齒輪箱內部的離合器來完成,液力變矩器唯一與MT離合器相似的地方,也就是液力變矩器“軟連接”的特性,與MT離合器的“半聯(lián)動”工況相近。
液力變矩器的工作原理就像兩個風扇相對,一個風扇工作,然后將另一個不工作的風扇吹動。這個比喻可以很形象的解釋液力變矩器中泵輪和渦輪之間的工作關系。不過詳細解釋其工作原理,則有些復雜。
動力輸出之后,帶動與變矩器殼體相連的泵輪,泵輪攪動變矩器中的自動變速箱油(以下簡稱ATF),帶動渦輪轉動,ATF在殼體中是一個循環(huán)的動作,由于泵輪旋轉時的離心力,ATF會在泵輪的作用下,甩向外側,沖向前方的渦輪,再流向軸心位置,回到泵輪一側,如此周而復始的循環(huán),將動力傳向與齒輪箱連接的渦輪。
不過只有該零部件和傳動方式,只能稱為液力耦合器,若想成為液力變矩器,必然要改變渦輪葉片的形狀,這樣一來,ATF在經過渦輪再循環(huán)回泵輪時,會與泵輪旋轉方向相反,因而造成沖擊,所以為了成為液力變矩器還需另一個部件:導輪。導輪是存在于泵輪和渦輪之間的一個部件,用于調節(jié)殼體中ATF液流方向,通過單向離合器與箱體固定。
有了導輪,才有了“變矩”的靈魂所在,在泵輪與渦輪轉速差較大時,動力輸出的扭矩也變大了,此時的變矩器相當一個無級變速器,通過轉速差來提升扭矩,此時導輪處于固定狀態(tài),用以調節(jié)ATF回流;而當轉速差降低,渦輪泵輪耦合或鎖止時,扭矩接近對等,無需增矩,導輪隨泵輪和渦輪同向轉動,避免自身攪動ATF,造成動力的損耗。
至此我們了解到了液力變矩器的最大特點——軟連接,而這種動力的傳輸方式起到了兩大功能:1、從靜止到低速時的平穩(wěn)起步;2、在加速過程中,較大動力輸出時,起到增大扭矩的作用。如果與MT上的離合器相比較,則需注意的是,第一條起到了并優(yōu)化了MT上離合器的功能,但第二條則是離合器無法實現(xiàn)的。
但液力變矩器這先天“軟連接”特點有一個弱點,動力不是直接輸出的,在扭矩輸出對等是,泵輪的轉速要大于渦輪這樣的話在傳輸動力時,ATF還在殼體中循環(huán),浪費了動力,所以目前幾乎所有液力變矩器都有一個高效節(jié)能的部件:液力變矩器鎖止器。鎖止器的形式是一個多片離合器,其作用就是當變矩器處于耦合狀態(tài),無需增矩時,將泵輪和渦輪鎖止,這樣的話動力傳遞即為“硬連接”,全部的無損(或者說有微量的動力流失)的將從曲軸傳遞到了下一站:變速箱。
簡單解釋一下上圖:i軸為轉速比,表示渦輪與泵輪轉速之比,左端泵輪轉速遠大于渦輪,右邊相等。起步或大腳油門時,轉速比較小,泵輪比渦輪快很多,此時泵輪輸出的扭矩要比渦輪輸入扭矩大很多,比較有力,但傳動效率較低;輕踩油門,轉速比增加,變矩比降低,傳動效率也相應提高,轉速比為60%時,效率最高;當穩(wěn)定油門,速度較為穩(wěn)定是,轉速比進一步上升,變矩比接近1,但此時傳動效率下降;為避免動力流失,變矩器用離合器鎖止,轉速比驟增至1,效率也達到最高。
液力變矩器并非AT的特征
液力變矩器不是AT特有,一些CVT變速器也使用了液力變矩器作為優(yōu)化動力的機構;AT也不是絕對使用液力變矩器來實現(xiàn)軟連接的,例如某些奔馳AMG車型上用的Speedshift MCT自動變速器,就用一副多片離合器代替了液力變矩器。所以液力變矩器并不是AT最大的特點,與多組離合器/制動器協(xié)同工作的行星齒輪組,才是自動變速器的最大特點。
自動變速箱簡稱AT,全稱Auto Transmission,它是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成,通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。
和手動擋相比,自動變速箱在結構和使用上有很大不同。手動擋主要通過調節(jié)不同齒輪組合來更換擋位,而自動變速箱是通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速的目的。其中液力變扭器是自動變速箱最具特點的部件,它由泵輪、渦輪和導輪等構件組成,泵輪和渦輪是一對工作組合,泵輪通過液體帶動渦輪旋轉,而泵輪和渦輪之間的導輪通過反作用力使泵輪和渦輪之間實現(xiàn)轉速差并實現(xiàn)變速變矩功能,對駕駛者來說,您只需要以不同力度踩住踏板,變速箱就可以自動進行擋位升降。由于液力變矩器自動變速變矩范圍不夠大,因此在渦輪后面再串聯(lián)幾排行星齒輪提高效率,液壓操縱系統(tǒng)會隨發(fā)動機工作變化自行操縱行星齒輪,從而實現(xiàn)自動變速變矩。為了滿足行駛過程中的多種需要(如泊車、倒車)等,自動變速箱還設有一些手動撥桿位置,像P擋(停泊)、R擋(后擋)、N擋(空擋)、D擋(前進)等。
從性能上說自動變速箱的擋位越多,車在行駛過程中也就越平順,加速性也越好,而且更加省油。除了提供輕松愜意的駕駛感受,自動變速箱也有無法克服的缺陷。自動變速箱的動力響應不夠直接,這使它在“駕駛樂趣”方面稍顯不足。此外,由于采用液力傳動,這使自動擋變速箱傳遞的動力有所損失。
手自一體自動變速箱
手自一體變速箱的出現(xiàn)其實就是為了提高自動變速箱的經濟性和操控性而增加的設置,讓原來電腦自動決定的換擋時機重新回到駕駛員手中。同時,如果在城市內堵車情況下,還是可以隨時切換回自動擋。
手自一體自動變速箱實際上還是自動變速箱的一種,最早出現(xiàn)在保時捷911上,手自一體變速箱通過電控系統(tǒng)模擬出手動變速箱的操作。它的出現(xiàn),在操作上給予駕駛者更大的自由度,可以通過擋把上的加減擋或者方向盤上的換擋撥片來選擇自己認為合適的擋位和換擋時機,從而大大提高了駕駛樂趣。
在一些自動擋車型的變速箱擋把附近有這樣一個“?”按鍵,這就是雪地模式的啟動按鈕,它通過一些自動化程序設定使得變速箱以二擋起步,從而保證車輛擁有更平穩(wěn)、更溫柔的扭矩輸出,減小在光滑的雪地上輪胎打滑的幾率。
此外在行駛過程中,ABS的工作范圍也將被放寬。普通情況下需要狠踩制動踏板才會介入的ABS此時在非緊急制動的情況下也會開啟,總之一切都是為了保證車輛在冰雪路面行駛時更加安全。這項配置對于在北方較為寒冷城市的確是一項非常實用的配置。
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