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今天,普及應用的自動變速箱主要有三種:AT液力自動變速器、CVT無級變速器、DCT雙離變速器(大眾號稱DSG)。裝車數量在各地區、各廠商互有勝負,基本形成三足鼎立之勢。如豪車三強BBA中,賓士現在幾乎是全系自家9AT;BMW幾乎全系採用自動變速箱巨頭采埃孚ZF的8AT;奧迪A8採用ZF的8AT,其它A4、A6基本是自家的七速雙離合變速箱。大眾在中國自動檔幾乎全系DSG,而在美國更多採用AT變速箱。擁有變速箱巨頭受信Aisin股份的豐田,幾乎全系是愛信的6AT(混動除外)。擁有變速箱企業捷特科的日產,現在幾乎全系CVT;而技術男本田也入棄了自己獨創的平行軸式AT,幾乎全系採用了CVT,但在冠道2.0T發動機上配套的是ZF的9AT。國產品牌就不說了,因為技術、全球銷量等制約,只能在其中無耐的「占隊」。
在結構上,液力自動變速箱AT(Automatic Transmission) 絕對是最複雜的。是現代機、電、液一體的典型代表。而這個最複雜的變速箱,卻是最早獲得成功應用的 一種自動變速器。在20世紀40~50年代,AT在美國批量用於轎車上。說它獨領風騷六十年一點不為過,因為直到21世紀,CVT和DCT才開始掘起。為什麼在科技相對落後的時代,最複雜的AT能成功呢?
拋開成本,所有自動檔變速箱兩個控制難點:如何平穩起步;如何平順換檔?只有讓汽車能平穩起步,平順換檔,駕駛感柔和順暢。而AT通過複雜的結構設計、適應了當時不智能的控制技術;所以,AT很早應用映證了中國的一個成語:適者生存。
其中一個稱為液力變矩器的部件功不可沒!
液力自動變速器AT結構剖視圖
液力變矩器位於發動機和變速機構之間,相當於手動變速箱離合器的位置。
液力變矩器位置圖
液力變矩器結構圖
液力變矩器傳動時ATF油流向圖
液力變矩器的三大輪:泵輪、渦輪和中間的導輪;液力變矩器內充滿了一定壓力的ATF油;泵輪隨發動機旋轉時,離心力導致ATF從泵輪葉片內側沿導環流向外側,去衝擊渦輪葉片,帶動渦輪輸出動力至後面的變速機構。這種傳動方式稱為液力傳動,柔和平穩、減震吸震;為什麼呢?因為渦輪與泵輪沒有剛性連接,通過液體的沖力傳遞動力。傳力柔和平穩、減震吸震這是一個優點,它最大的優點控制汽車的平穩起步:
你知道為什麼自動檔從P、N檔拉至D、R檔前要踩制動嗎?為什麼鬆開制動,汽車可以平穩起步?因為發動機怠速800轉,即泵輪800,檔桿從P檔換至R或D位時,變速器內已接合,但在制動作用下,渦輪轉速相當於是0,汽車即不起步,也不熄火;鬆開制動,渦輪從0到1、2、3、n,汽車即平穩起步。
手動變速器需要駕駛員熟練的控制離合器和油門控制汽車平穩起步;現在流行的雙離合器變速器DCT基於手動變速器結構,對於離合器的控制就需要精確的電子、液壓控制技術;才能模擬出液力變矩器的效果:起步不踩油門、不熄火、還能平穩起步。而在幾十年前,電子技術不發達的時代,做到在代價是很高的。而液力變矩器不需要任何控制系統、技術,即可做到汽車平穩起步,行車過程中踩制動自動分離,保證發動機不熄火,柔和平穩!
聊了AT的平穩起步,在來看汽車的平順換檔,這里有液力變矩器的功勞,但是更重要的一個機械部件是單向離合器。
AT廣泛採用行星齒輪機構變速
AT變檔機構基本採用行星齒輪傳動,行星齒輪排包括一個中間的太陽輪、一個外圍的齒圈,幾個夾在中間的行星齒輪,一個行星架;行星齒輪即可以自身轉動,也可以繞中間的太陽輪行走,帶動行星架旋轉。
AT變檔機構需要幾個行星排的組合,圖是典型的在豐田4AT,其中有三個行星排。今天用三個行星排可以做到六檔傳動,但在以前,三個行星排只能做到四檔傳動。三個行星排中就有了三個太陽輪、三個齒圈,三個行星架;用多個離合器(用C代表)連接不同部件,用多個制動器(用B代表)約束不同部件,就可以做到不同的傳動組合,即是不同的行駛檔位。這里有些好能,本文只能科普到這里。關注「聊車道」會有專業分析!
豐田經典的4AT傳動分析
所以AT換檔的過程就是離合器、制動器相互交替或接合或分離的過程,這個過程中一定要配合好了:如果上家分離了,下家沒接合,就是脫檔;如果下家接合了,上家還沒分離,就會干涉衝擊。麻煩不?
單向離合器部分圖
不麻煩,因為有了單向離合器。圖中多個F,就是單向離合器,只允許某個部件單向旋轉,也可以說只能單向的帶動某個件旋轉。想想自行車,它的飛輪就是典型的單向離合器。
我舉個兩個騎自行車例子:A和B兩個騎,如果A蹬的慢,是一檔;B蹬的慢,是二檔;如果沒有飛輪,要從一檔升到二檔,A和B要配合好,A抬腳,B加入蹬,配合不好會怎樣,自己體會。如果有兩個飛輪呢,一檔時A正常蹬,B無所謂,可蹬可不蹬,只要不超過A的速度即可;但是A說,現在換二檔,B只要加速超過A就可以,而A蹬不蹬就無所謂了!
圖中有三個單向離合器,分別應用於一、二檔互換;二、三檔互換;三、四檔互換。主便不,神奇不?這樣可以大大簡化液壓控制的設計,使的換檔過程平穩進行。
反過來說,今天為什麼用三個行星排作出六個檔位了,因為現在電子控制技術的發展已經不在需要借助單向離合器了。這也正時現在雙離合變速器能夠發展應用的原因。
正是液力自動檔變速箱AT通過複雜的結構設計、適應了當時不智能的控制技術,做到了自動檔汽車的平穩起步,平順換檔。今天,電子控制技術的發展已完全可以實兩對DCT、CVT的控制,他們才得以掘起。
最後,再舉個例子,奧迪最引以為豪的全時四驅:托森差速器。全機械的,無需電子控制,牛、神、信仰!在電子控制技術不發達時,其它四驅都是渣。現在電子技術發展了,基於多片控制離合器的四驅起來了,新奧迪A6L,Q5L放棄了托森差速器。有人說性能不如托森、全機械的。關健是,電子控制的自由靈活啊,省油啊!我這里不是打擊托森差速器,技術的發展會改變他們的力量!
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