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【科普贴】漫谈变速箱(下篇) - (CVT、ECVT、DCT)

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  • 发布时间:2016-10-27
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【概要描述】AT变速箱虽然在液力变矩器和行星齿轮的加持下,针对MT变速箱的缺陷有了很大的提升,已经成为一套相对成熟的系统,但是AT系统也存在动力损失大油耗大,档位变化始终还是有限的缺点。显然科学家们不会停止优化的步伐,针对AT的缺点,设计一款油耗更低,档位甚至能实现无限平滑变化的新型变速箱,CVT就是在这样的背景下诞生了。  CVT/无级变速箱  通过之前的分析,我们看到了越多的传动比选择,对提高系统效率总是

【科普贴】漫谈变速箱(下篇) - (CVT、ECVT、DCT)

【概要描述】AT变速箱虽然在液力变矩器和行星齿轮的加持下,针对MT变速箱的缺陷有了很大的提升,已经成为一套相对成熟的系统,但是AT系统也存在动力损失大油耗大,档位变化始终还是有限的缺点。显然科学家们不会停止优化的步伐,针对AT的缺点,设计一款油耗更低,档位甚至能实现无限平滑变化的新型变速箱,CVT就是在这样的背景下诞生了。  CVT/无级变速箱  通过之前的分析,我们看到了越多的传动比选择,对提高系统效率总是

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  AT变速箱虽然在液力变矩器和行星齿轮的加持下,针对MT变速箱的缺陷有了很大的提升,已经成为一套相对成熟的系统,但是AT系统也存在动力损失大油耗大,档位变化始终还是有限的缺点。显然科学家们不会停止优化的步伐,针对AT的缺点,设计一款油耗更低,档位甚至能实现无限平滑变化的新型变速箱,CVT就是在这样的背景下诞生了。

  CVT/无级变速箱

  通过之前的分析,我们看到了越多的传动比选择,对提高系统效率总是有利的。因为车速和转速都是动态变化的,所以对应的最适应的传动比应该也是连续占满一个区间。有什么办法提供这无限多的传动比呢?工程师发明了CVT。而钢带锥轮则是CVT的技术核心。

  CVT的设计的初衷就是能提供无限多传动比选择的机械结构,工程师们用钢带和锥轮的啮合方式传递不等比动力,由于锥轮直径的变化是连续的,因此传动比的变化也实现了连续而非固定几个比例的变换,无级变速因此而来。

  CVT的特点: 第一是油耗非常低,目前优化过的CVT变速箱配合小排量引擎,基本可以接近或者达到手动挡的水平。第二是变速的平顺性极好,这是CVT连续变化的传动比带来的平顺性优于有限档位的变速箱。但是凡事没有完美,CVT却有出现了一个天生的弱点:打滑。

  “打滑”是CVT无法回避的现象。其他形式的变速器在动力传递上,是通过离合器以摩擦力结合,但结合之牢固,可以将其视为刚性连接,就算是液力变矩器会有相对转速差,但其间仍有离合器可以相连,况且就算是因转速差而引起的“滑动”,这种“滑动”可以产生“增矩”的作用,而非失速。而CVT变速器中,变速机构锥轮和链带的链接的接触面积比较小,又是时刻变化的,与刚性连接相差甚远。虽然可以通过锥轮压紧来提升张力,增加摩擦力,但这仍然无法治本。因此CVT钢带难以承受大扭矩,当动力锥轮的扭力过大的时候,钢带与锥轮之间就会产生打滑,导致车辆失速。

  而且CVT钢带的寿命也是一个问题,使用时间长了钢带的张力出现疲劳甚至老化磨损,令CVT的使用寿命和可靠性一直颇受诟病。找不到一种廉价的而且能提供高度摩擦系数的钢带和锥轮咬合制造材料,这也是CVT的一个硬伤。不过值得注意的是,目前许多厂商也不断在优化CVT钢带技术,一旦材料技术出现重大突破后,CVT成为真的理想变速箱的时刻也许就要到来。

  ECVT

  一看名称,E就是电子的意思,ECVT不就是电子CVT吗? 但是如果你单纯认为ECVT就是CVT的一个进化版本,你就大错特错了。 实际上ECVT变速箱和上面说的使用钢带锥轮传统CVT在结构上几乎没有什么关系,ECVT不使用钢带锥轮,而是重新使用像AT变速箱一样的行星齿轮。

  ECVT的关键就是通过行星齿轮、离合器外加调速电机来实现变速,这个过程完全是无缝衔接,叫它无级变速器也无可厚非,加上采用电控和电驱动,所以就被称为E-CVT了。 但是必须知道,ECVT之所谓成为ECVT,是因为ECVT本身就是一套为混合动力而生的变速器系统。

  与现在普通AT、CVT变速器相比,ECVT变速器的结构更简单,不仅没有了钢带锥轮,甚至没有了液力变矩器。而取消了液力变矩器的原因,则是因为ECVT往往与混合动力车型搭配,低速和低扭矩的时候,直接利用电动机的转速进行匹配。传统变速箱的存在只是为了匹配汽油引擎(纯电动车架构根本不需要变速箱,靠电机本身的转速已经足够),混合动力车型因为电机的存在,低扭和一些低速的转速匹配工作已经交给电机。当动力结构发生质的变化后,变速箱系统也相应发生变化的例子,引擎和变速器就是一对双生双息的好基友。

  结构简单的好处就是变速器可以做的更紧凑,这对于本身尺寸较小的车型来说非常重要。同时由于没有钢带等因素制约,ECVT可以直接承受大扭矩(比如凯雷德的最大扭矩接近500牛·米,这对于普通CVT变速器无法想象)。

  DCT/双离合变速箱

  最后,终于讲到了DCT(双离合),双离合变速器是近些年非常热炒的一个变速箱技术,尤其是欧洲某厂家推出了涡轮增压引擎+双离合变速箱的组合,在一段时间内被宣传得神乎其技,被称为低能耗高性能的高科技杰作。那么双离合到底是不是一个完美的高科技产物呢?

  双离合DCT其实并不是一个新事物,早上几十年前的赛车上,就已经有双离合的应用,而这项技术被应用在民用买菜车上,则是近年来才开始的现象。很多时候DCT并不是一个很容易直观解释清楚的概念。

  DCT的结构其实特别简单,几乎就是将两套MT合在一起,本质上就是两台AMT的组合,两台AMT轮流工作,例如用一台AMT行驶在2档,另一台AMT就由电脑控制已经预设好3档ready了,当速度和转速达到一定程度,马上就从一台AMT换成另外一台AMT,由此循环相互协作。因此DCT的换挡速度可以说是自动变速箱中速度最快的,原因就在于它其实有两套独立的档位系统,一套在使用的时候另外一套已经提前预判做好准备。

  可以看到,双离合的优点就是强化版的双AMT,换挡飞快,传动效率高都是双离合的优点,这也是为什么DCT最早被应用在赛车上,因为赛车对于效率和换挡速度的要求都是极高的。

  双离合的技术核心其实和MT/AMT仍然是一样的,所以MT/AMT系统的硬伤双离合也一个没落下。DCT在低速下的顿挫是这么多种自动变速箱最明显的,而且DCT本身的预判逻辑无法智能地识别究竟下一步是要升档还是降档,DCT的高效率主要只是对应有规律的一步一步升降的节奏,例如1-2-3-4-5这种有规律的升档下表现就尤为积极和出色,这也是为什么DCT+涡轮车型0-100公里加速成绩表现往往很出色的原因,因为连续升档正是其特长。但是在城市堵车的车况下,1档2档要频繁升降的情况下,DCT的表现就只能用差来形容,频繁的顿挫和电脑判断的迟滞都是技术的硬伤,而且堵车还会容易造成离合发热。

  既然DCT存在这么多硬伤,技术上甚至说是和MT一样老旧,为什么目前各大厂商还不遗余力去发展DCT呢?原因很简单, DCT由于技术门槛低,因为与MT结构构造接近,各大厂商很容易就能基于自己的MT系统开发出DCT,而AT系统目前的一些核心技术,并不是所有厂家都能掌握,很多厂家甚至只能通过采购的方式,购买像爱信、ZF这种做得好的AT变速箱厂家的产品(例如大众在自行研发DCT之前在购买丰田爱信的AT变速箱)。这种部件依赖度,对于一个厂家的长远发展和降低产品成本都是一个很大的制约。

  结语:与AT相比,CVT和DCT在现阶段其实都还有许多问题有待解决。CVT随着钢带材料科技的提升逐渐已经上攻到中级车的阵型,但是对于大马力或者豪华车型,可靠性依然无法保障。作为代步用车的变速机构,每种变速箱有自己的特点,结合大家的喜好选择适合自己的变速机构。

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