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发布时间:2020-03-29 00:00:00

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【科普】漫谈变速箱(上篇) - (MT、AMT)

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  • 发布时间:2016-09-22
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【概要描述】发动机产生的动力最终要输出到车轮上才能实现车辆的行动,不同车速范围下需要的扭矩、转速和传动比是不一样的,而内燃机的稳定工况需要一个相对稳定的转速,所以需要有一个机构来改变传动比,以适应不同的车速。变速箱最基本的要求就是能提供引擎转速和车速相对应的适合的传动比。基于这个工程目的来谈谈各种不同结构形式的变速箱本身的原理性问题。 

【科普】漫谈变速箱(上篇) - (MT、AMT)

【概要描述】发动机产生的动力最终要输出到车轮上才能实现车辆的行动,不同车速范围下需要的扭矩、转速和传动比是不一样的,而内燃机的稳定工况需要一个相对稳定的转速,所以需要有一个机构来改变传动比,以适应不同的车速。变速箱最基本的要求就是能提供引擎转速和车速相对应的适合的传动比。基于这个工程目的来谈谈各种不同结构形式的变速箱本身的原理性问题。 

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  发动机产生的动力最终要输出到车轮上才能实现车辆的行动,不同车速范围下需要的扭矩、转速和传动比是不一样的,而内燃机的稳定工况需要一个相对稳定的转速,所以需要有一个机构来改变传动比,以适应不同的车速。

  变速箱最基本的要求就是能提供引擎转速和车速相对应的适合的传动比。基于这个工程目的来谈谈各种不同结构形式的变速箱本身的原理性问题。

  变速箱是汽车三大件中的一员(发动机、变速箱和底盘统称汽车三大件),主流的变速箱技术主要有: MT、AMT、AT,CVT(无级变速)、ECVT和DCT(双离合)。

  MT/手动变速箱

  MT变速箱是最早诞生的变速系统。手动变速箱是实现改变传动比的最简单和最基本的结构。MT的工程思路很简单,通过手动选择不同齿比的齿轮来变换传动比。啮合方式传动效率最高(接近100%),结构简单,不容易故障,都是MT的优点。

  MT变速箱的原理很简单,但是却存在档位设置和速比范围小的硬伤:

  1. 离合器及顿挫。

  因为变速器存在几组不同齿比的齿轮组,因为齿轮组之间如何切换就成为了一个主要攻克的问题。而离合器则是MT变速箱解决这种切换的核心部件,离合器可以看成是转速和车速未达到正好匹配的传动比时的一个摩擦中介。通过离合器的半联动滑动摩擦,实际上模糊了传动比的范围,即使换挡时转速和车速并未达到精确的对应,也能在一定程度上抵消这个问题。

  离合器是一种最简单的解决动力传动接合匹配的物理解决方案和思路,但是成也离合器,败也离合器,正因为离合器的存在,增加了人工操作的繁琐和学习难度,即使最最熟练的驾驶员,也始终无法完全屏蔽这种物理原理的硬伤,往往会产生拖档(低速换到高档)或者顿挫(高速换到低档)的问题。而顿挫也是MT变速器乃至后面的AMT和双离合变速器(DCT)的一个无法逾越的物理硬伤,离合器无法避免的物理磨损也会导致MT系统使用到一定年限必定面临离合器更换的问题,一些高性能的车型甚至会因为一些极限操作导致离合器烧掉的情况。

  2. 人力操作的繁琐

  MT的传动比和转速需要匹配的特性又带来了另一个问题:即使有半联动的帮助,也需要熟练的操作者才能很好的在合适的时机做好换挡。同时因为城市的路况越来越拥堵,频繁的低速半离合和换挡大大增加了驾驶者的疲劳度。因此,在人的主体价值越来越高的今天,无论是培训成本,还是使用者自身的精力投入成本只会越来越高(其实就是MT系统所带来的人力投入成本)。

  3. 档位有限

  一方面,变速齿轮组收到体积和效率的限制,变速箱内能安排的齿轮数量是非常有限的,只能提供少数的几种传动比选择,能适应的速度范围比较有限。另一方面MT作为需要人工操作的变速系统,档位也不可能设置太多,设置太多换挡太频繁更累,一般5MT/6MT已经是人力换挡数量的一个上限。因此MT系统从变速的平滑程度来说,始终是收到一个很大的限制。

  可以预见的是,随着自动变速系统的不断进化,自动系统取代MT系统是大势所趋,未来只有崇尚操控的一些车型或者很低端的车型,才会保留MT系统。

  AMT变速箱

  首先说明一下,这里说的AMT变速箱并不是我们常常所说的AT变速箱。对于现在使用最广泛的AT系统,会放到中篇详细介绍。

  在MT变速箱的种种缺陷面前,很显然的在电子技术高度发达的今天,人们自然会想到:为何需要人亲自完成MT的换挡操作?交给电脑进行判断不行么?于是就诞生了AMT。

  AMT其实解决的只是用电脑自动执行MT下人工执行的换挡时机判断和换挡动作,AMT本质上只是一台加了微机控制得MT系统,其物理层面的性能、结构和原理和MT并没有质的区别。

  因此,AMT变速箱可以说继承了MT变速箱的所有技术缺点,除了能解放人力免除手动换挡的麻烦外,对于顿挫、机件磨损、档位限制这些硬伤随着离合控制换挡结合点的方式已经有了很明显的改善,因此,AMT变速箱后续的发展主要围绕高速离合控制换挡技术。

  那么,目前应用最广泛,最主流的AT变速箱技术特点又是什么? 作为AT变速箱的核心部件行星齿轮和液力变矩器为啥称为变速系统方面的两大伟大发明? 敬请期待下一期中篇。

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