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汽车变速器的类型及其特点
作者:电竞app    发布日期:2020-12-19 21:58


  乘用车:9座以下主要用于载人的车辆,典型的就是咱日常家用的轿车和SUV等。

  变速器是车辆的核心零部件之一,它和车辆的动力特性和燃油经济性息息相关,不同类型的车辆会根据自身的使用需求偏向于某些特定的性能,但设计目标和基础功能基本是相同的,下面就来了解下变速器,从基础概念的角度了解下日常总会听到的那些名词MT、AMT、AT、CVT具体是什么。

  先来一张图,叫它图1,农机在田间翻地,这个场景比较直观,能够典型的引出一些技术问题,便于理解一些变速器的设计初衷。

  现象一:图1中四轮车带着翻地器,翻地器升起没有插入土地中时,四轮车负载比较小,而翻地器放下的瞬间负载增加,很多车辆会冒黑烟,如果车速过快(档位过高),车甚至憋熄火。

  现象一说明了燃油发动机有自己的“脾气”,并只按自己的性情来工作,它有自己最佳的工作转速,且速度变化范围小。负载过大,输出扭矩不足,发动机转速降低,油燃烧不充分,此时便排出黑烟,如过发动机转速过低,车就灭火了。因此,你想低速起步,高速超车,就需要变速器这个“调节器”介入进行调和。为了实现变速机构,人们做了很多尝试,最终齿轮传动机构因功率质量比高,可靠性高等特点被广泛推广,从此有了MT。

  搭载MT的车辆在换挡时需要驾驶员手脚并用,踩离合器分离动力输入,同时使用操纵杆换挡,然后再松开离合器,接入动力输入。变速器的档位数指的是前进档的数目,5档车就是有5个前进档,5个前进档通过5组齿轮的五个传动比来实现,操作者每次只能选择一个档位。档位间的变换通过滑套或者同步器来实现。滑套结构简单,但换挡时体验不好,比较沉,偶尔还会有“咔咔咔”的声音,为了改善这一问题,设计了同步器,同步器结构复杂,换挡更轻松,但随之而来的故障率和成本也会更高。同步器常见的有锁环式和销轴式,环式的容易烧坏,轴式的容易断轴。

  手动变速器结构形式多样,可以是两根轴也可以是多根轴,具体要根据安装空间和传动比来定。如下图3[2],滑套/同步器可以安装在输入轴,也可以安装在输出轴上,轴间齿轮始终处于啮合状态,需要指出,滑套/同步器左右两侧的齿轮都是空套齿轮,齿轮在轴上旋转但轴不转,只有滑套/同步器左移或者右移后(手动挂挡的过程就是移动滑套/同步器的过程),该齿轮才会带动轴转动。

  MT最直观的缺点就是操作复杂,为了减轻驾驶员的驾驶强度,AMT应运而生。

  AMT是在MT的基础上发展而来,其目标是进一步简化驾驶员的操作,降低驾驶强度。

  AMT的选换挡同样需要离合器配合完成,不同的是离合器的分离和结合,选换挡的动作由自动装置来完成。AMT可以分为两种类型,(1)添加式系统和(2)一体式系统。添加式系统完全使用MT机械本体,将MT的手动选档、换挡执行机构,离合器机构换成一套自动执行机构。一体式AMT是根据需要专门设计开发的机械本体,它和添加式系统的本质是一样的,只不过是为了提高换挡效率等因素,打破MT机械本体原有的齿轮布置形式等特征进行了换挡优化。一体式AMT将自动选换挡机构去掉后不再能改装成MT。AMT的选换挡自动执行机构可以是液压系统、机电系统和气动系统。

  现象2:四轮车挂2档正在翻地,忽然觉得活干的太慢了,想换成3档,此时不管是MT还是AMT换挡都有这么一个过程:离合器分离--动力切断输入--滑套从2档齿轮中出来--再滑进3档齿轮,一顿操作下来车被巨大的负载几乎拉停了,当离合器再次接入时,3档扭矩严重不足,车就会熄火。乘用车在坡道、泥泞、等复杂的路况同样不希望发生此现象。

  图4为自动变速箱b剖切图,AT的出现可以解决现象2,现象2是为了便于理解举的极端例子,实际AT对变速箱的性能有更多的性能提升,例如换挡和起步瞬间AT会比AMT有更平顺。机械结构方面,AT相比AMT第一个直观的不同是齿轮系,AT采用行星齿轮机构实现变速,在上一篇文章

  中我在差速器中有提到行星齿轮机构。将多个行星齿轮机构组合起来,通过小离合器(这里的离合器不同于AMT和MT中提到的安装在发动机后那个)和止动器改变动力传递路线改变传动比,一般AT中会根据档位数不同而设置多个小离合器和止动器。第二个不同点是发动机后的离合器,AT变速器在发动机和变速器之间不再直接安装摩擦式离合器,而是安装液力变矩器等结构,液力变矩器不仅可以改变扭矩,更增加了动力传递的平顺性。

  齿轮结构变速器的档位数是有限的,档位越多,需要的齿轮机构越多,为了能够有足够多的速比来“讨好”发动机,提高燃油经济性,和驾驶平顺性人们发明了无级变速器,无级变速器的结构类型有多种,最为人们熟知的是带轮式无级变速器,带轮式无级变速器的核心传动部件是锥盘和链条,如图5,主动轮和从动轮间通过链条的摩擦力传动扭矩。链条在直径可以变化的带轮上运动,实现了传动比的连续变化。除了使用机械传动的带轮式CVT,还有使用流体传动和电传动的CVT,流体传动通过变量泵和变量马达实现无极变速。电传动则通过电机实现无极变速。实际应用中会根据车辆应用场景设计出多种传动方式混合的CVT,例如广泛用于大型农机的机械液压混合CVT。

  顾名思义,双离合变速器就是有两个离合器的变速器,该类变速器的研发起源于上个世纪40年代,当时为了解决重型商用车动力中断问题,因多种原因,那时未得到量产,80年代,保时捷和奥迪为赛车设计了该类变速器,后来也是因为换挡控制质量不高没能量产。目前乘用车使用的DCT设计初衷是综合MT的高效和AT的无动力中断等特性。你可以将DCT理解成两个MT并联,每个离合器控制一个MT,并且每次只有一个MT工作,这样,换挡时两个MT相互配合工作,实现动力的无中断输出。

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