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发布时间:2020-03-29 00:00:00

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【科普贴】漫谈变速箱(中篇) - (AT、液力变矩器、行星齿轮)

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  • 发布时间:2016-10-17
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【概要描述】上一期讲到MT/AMT变速箱最大的缺陷:一个是档位数量不能太多,另一个是高速离合控制换挡技术的制约。显然要攻克这两个缺陷,必须在物理技术上做出重大革新,因此科学家们发明了行星齿轮替代了并列的多组齿轮组、液力变矩器取代离合器。行星齿轮和液力变矩器两个大部件,这两个部件堪称汽车变速系统方面的两大伟大发明。  

【科普贴】漫谈变速箱(中篇) - (AT、液力变矩器、行星齿轮)

【概要描述】上一期讲到MT/AMT变速箱最大的缺陷:一个是档位数量不能太多,另一个是高速离合控制换挡技术的制约。显然要攻克这两个缺陷,必须在物理技术上做出重大革新,因此科学家们发明了行星齿轮替代了并列的多组齿轮组、液力变矩器取代离合器。行星齿轮和液力变矩器两个大部件,这两个部件堪称汽车变速系统方面的两大伟大发明。  

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  上一期讲到MT/AMT变速箱最大的缺陷:一个是档位数量不能太多,另一个是高速离合控制换挡技术的制约。显然要攻克这两个缺陷,必须在物理技术上做出重大革新,因此科学家们发明了行星齿轮替代了并列的多组齿轮组、液力变矩器取代离合器。

  行星齿轮和液力变矩器两个大部件,这两个部件堪称汽车变速系统方面的两大伟大发明。

  AT/自动变速箱

  我们经常说的AT变速箱是自动变速箱的一个主要分支:液力自动变速箱(AT),其特点主要是通过液力变矩器和行星齿轮实现动力传递和变速。因此介绍AT变速箱首先要介绍清楚液力变矩器和行星齿轮。

  通过液体介质传递动力 - 液力变矩器

  液力变矩器的工作原理则是用液体的搅动传递动力,从而替代离合器成为引擎动力和变速器动力之间的传递介质,打个比喻,就像两把对吹的风扇,当其中一台风扇打开旋转后,它吹动的风可以让另一台风扇的扇叶也产生转动,当然这个比喻其实中间用来传递动力的介质只是空气,而汽车用的液力变矩器,则是采取动力传递效率更高的特殊液体,引擎侧扇叶转动液体介质,从而通过这种搅动动力,带动另一侧的变速器扇叶,实现动力的平滑传递。

  相对于MT/AMT系统的离合器,工质液体的传动相对于滑动摩擦,又有从0%-100%无限调节传动比的优势,减少了顿挫。万事没有完美,液力变矩器也有缺点:液体转动会损失掉一部分动力,使得AT变速箱的动力传递效率和直接程度不如MT,另外液体搅动会发热,需要在液体材料上进行不断的优化。这也是为什么AT变速箱油和要求往往比MT变速箱油的要求高很多,而MT变速箱油和AT变速箱油是万万不能混用的。

  但是,近年来出现的液力变矩器锁止功能和电控换挡技术和算法的进一步完善,AT动力系统的综合效率(不止计算传动效率,应该计算总的动力(包括空转)传达到最终车轮的实际效率,直观表现就是油耗)已经不输于一般驾驶员的操作的MT。

  脑洞大开的发明 - 行星齿轮

  行星齿轮是个神奇的玩意,顾名思义,这项技术的发明灵感来自于太阳系的行星,它的结构就和太阳系一样,中间有太阳,旁边是几大行星,行星自己旋转同时绕着太阳公转,由于齿数的原因,会产生变速作用,达到变速/减速的目的。实际上,出于天文/历法的需要,行星齿轮也最早出现在天文仪器和钟表上,所以历史已经非常悠久。

  由于行星齿轮组存在多个部件,只要限制其中一个的转动,并改变动力的输入和输出,传动比就会改变;而当两个乃至多个行星齿轮组一起变化时,就能实现多个挡位,这就是AT变速器的基本原理,通过锁止不同的部件(太阳轮,行星架,行星轮)或者从不同不同部件输入动力,会得到很多不同的传动组合。理论上增加一组行星齿轮,就能多出3个档位,在传动比可选数量上对于MT有了很大优势,比如多数6-8速AT变速器就有三个行星齿轮组。

  动力的不同的输入/输出组合:

  动力从太阳轮输入,从外齿圈输出,行星架通过机构锁死;

  动力从太阳轮输入,从行星架输出,外齿圈锁死;

  动力从行星架输入,从太阳轮输出,外齿圈锁死;

  动力从行星架输入,从外齿圈输出,太阳轮锁死;

  动力从外齿圈输入,从行星架输出,太阳轮锁死;

  动力从外齿圈输入,从太阳轮输出,行星架锁死;

  两股动力分别从太阳轮和外齿圈输入,合成后从行星架输出;

  两股动力分别从行星架和太阳轮输入,合成后从外齿圈输出;

  两股动力分别从行星架和外齿圈输入,合成后从太阳轮输出;

  动力从太阳轮输入,分两路从外齿圈和行星架输出;

  动力从行星架输入,分两路从太阳轮和外齿圈输出;

  动力外齿圈输入,分两路从太阳轮和行星架输出。

  AT/自动变速箱优缺点

  AT变速箱的结构,主要就是由上面说的液力变矩器和行星齿轮组,加上一些配合机构(辅助离合和制动)构成的。

  AT系统不采用离合器换档,档位少变化大,连接平稳,容易操作,既给开车人带来方便,也给坐车人带来舒适。当然世界上是没有这么容易出现完美无缺的事情的。AT的问题:一是对速度变化反应较慢,没有手动变速箱灵敏;二是费油不经济,浪费在液体搅动上损失的动能也越多,在经济性上始终是一个短板。AT的油耗也始终无法和MT/AMT甚至后面提到的CVT/DCT相比;三是机构复杂,修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温,所以要用指定的耐高温液压油。另外,如果汽车因蓄电池缺电不能启动,不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车,要注意使驱动轮脱离地面,以保护自动变速箱齿轮不受损害。

  结语:

  虽然AT变速箱在档位拓展和经济性方面仍然存在一点瑕疵,但AT的性能还是绰绰有余的,而且适用性很广,高中低档车型均可配置使用。AT变速箱系统是目前所有的自动变速器系统中,在平顺性、可靠度、耐用性和性能宽容度(可以广泛匹配在高性能和低性能引擎上)方面做得最好的,这也是为什么各大品牌的高端豪华型轿车,例如A8、S级、皇冠、7系等,始终坚持使用AT系统的原因。AT变速箱也成为了目前最普及、应用最广泛的变速系统。

  下一期将会继续介绍近年非常流行另外两种变速器:CVT(无级变速)和DCT(双离合),以及专门匹配混合动力车型的ECVT,敬请期待。

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