顿悟丨变速箱(二):传统自动变速箱其实一点都不“传统”
自动变速箱已经进入了一个多元化发展的时期。
在传统的变速箱之外,大众集团、福特集团以及菲亚特集团都推出了(或推出过)双离合变速箱,而奥迪、日产以及斯巴鲁开始大规模使用无级变速箱,这种变速箱没有明确的档位,却可以实现极为平顺的换挡。不过,双离合和无级变速箱并不是本文的主角。
自动变速箱的档位越来越多,逐渐出现了7速、8速甚至9速的变速箱,而一些集团甚至还在研究10速变速箱。不过,仔细分门别类的话,不难发现,这些主打高档位的变速箱并非传统变速箱,而传统变速箱似乎一直在6速上转悠,这又是为何呢?
上篇我们了解了手动变速箱的结构,由于手动变速箱与发动机之间采用的是硬连接,所以工程师在发动机和变速箱之间设置了一个动力的开关:离合器。这就是双离合变速箱实现的原理,却不是传统自动变速箱的。
传统自动变速箱是和发动机直接连接的,所以自动变速箱需要一个可以“缓冲”的装置,让发动机与变速箱双方有一些准备的时间,于是液力变矩器就出现了。
液力变矩器有一个密闭工作腔,里面注满了油液,其中泵轮、涡轮、导轮分别与输入轴、输出轴和壳体相连。这样的结构,在发动机输入轴进行转动时,与之硬连接的泵轮也会转动,同时带动整个高压油液转动,油液经过涡轮再传递至导轮,最终达到传递力矩的目的。
不过实施起来还是有一些问题要处理的。如果只单纯的存在涡轮和泵轮,那么自动变速箱油液会在泵轮转动的离心力下甩向外围,而按照泵轮的转动的方向带动涡轮运转,此时油液流回泵轮时,刚好与泵轮旋转方向相反,会造成内部冲击。
为了改变这种状况,液力变矩器需要一个导轮,用以调节壳体中油液流动方向。这样泵轮与涡轮转速差较大时,动力输出的扭矩也变大了,此时的变矩器相当一个无级变速器,通过转速差来提升扭矩,此时导轮处于固定状态,用以调节油液回流;而当转速差降低,涡轮泵轮耦合或锁止时,扭矩接近对等,无需增矩,导轮随泵轮和涡轮同向转动,避免自身搅动油液,造成动力的损失。
正如我们所料,自动变速箱采用的是“软连接”。这样可以有效避免零部件硬连接损坏。可,就是因为自动变速箱采用了“软连接”,它的传递效率是否会降低呢?
软连接的好处有很多,比如起步可以十分平稳,不会出现手动挡离合控制不好,车子向前“窜”的情形。其次,在急加速时,液力变矩器可以增大扭矩,而手动挡变速箱是无法实现的。
这种方式的缺陷来自动力不是直接输出,如果算上能量损失,泵轮转速要大于涡轮才可以实现你想要的动力,这无疑是一种浪费。不过,如果我们把泵轮和涡轮硬在合适的时机硬连接起来,那不就可以提高能量输出了嘛?这种高效节能的零部件叫“液力变矩器锁止器”,它其实是一个多片离合器,目的就是可以在合适时机将泵轮和涡轮锁止,达到硬连接的目的,尽可能少的减少能量损失。
创驰蓝天是马自达提出的口号,我们常看到的是创驰蓝天发动机,其实创驰蓝天变速箱也十分抢眼。创驰蓝天变速箱其实就是为提供如手动变速箱一样的直接驱动感而设计的,它就采用了一个十分特别的液力变矩器。
这台液力变矩器用多片式锁止离合器代替了单片式锁止离合器。摩擦片增多,摩擦面积增大,可以让动力更加平顺,而且创驰蓝天变速箱扩大了锁止离合器的锁止范围,让液力变矩器不需要传递非常大的扭矩,这也就是说马自达的穿驰蓝天变速箱多数情况都可以实现硬连接,从而带来了不一样的驾乘感受。
手动变速箱上的档位设计在自动变速箱上就显得太过直接而且达不到“自动”的要求。手动变速箱换挡只需要将输出轴与该档位的输出齿轮连接即可,自动变速箱并不是这么多齿轮在工作,而是采用了一套非常独特的方式完成变换——行星齿轮组。
行星齿轮可以根据不同的需求改变不同的档位,一个基础的三元行星齿轮可以完美的达到自动变速箱的要求。如果三个齿轮都不固定,那么整个传动就会变得没有意义,也就是我们常说的怠速或者空挡情况下。如果固定一个齿轮,那么其他两个齿轮会做同向或者反向运动。如果两个齿轮固定,那么三个原件就可以形成一个整体,自动变速箱就可以靠这种特性输出各个档位。
自动变速箱每个档位都有一组离合片,从而实现变速功能。很多自动变速箱都采用了控制电脑对离合片进行传输信号。正是因为有了控制电脑,所以变速箱现在有了“自学习”功能。这种“自学习”功能在每款车上都有所不同,变速箱会根据驾驶者的意图不断调整自己,最终符合驾驶者的要求。
这也就是为什么同一部车子,很多人却开出来不一样的感觉。比如说很多人深踩油门就是减档,但在一部不同驾驶习惯的车子上,这种降档就会有所延迟。如果变速箱的某个换挡有顿挫感,只要驾驶者来回往复做这个换挡,日后换挡品质也会有所提升。
并不是传统变速箱没有上升的空间,而是传统变速箱对液力变矩器依赖过大,导致传统变速箱的结构在体积和成本上难以实现多方位统一。在6档之上再增加一个档位所付出的研发成本十分巨大,而取得的实际效益却不高,最重要的是变速箱体积一大再大,已经影响了轻量化的整个发展道路。
奔驰和采埃孚在2013年都推出了9速自动变速箱,之所以一下子从6档爬升到9档是他们放弃了“液力变矩器”。采埃孚最新的9AT体积并不比普通的6AT大,而且重量也更轻。液力变矩器在采埃孚9AT里的作用仅仅是缓解换挡冲击,其他时候液力变矩器都是锁死的,因此可以提高传动效率。
本田此前的传统自动变速箱是平行轴式,这种平行轴也遇到了档位数无法提升的尴尬,因此本田也决定放弃了类似结构,采用了双离合变速箱,并搭配使用液力变矩器,如此一来双离合变速箱的一些质量问题就得到了解决,而档位数也得到了很大的提升。目前,这款变速箱已经被应用在本田思铂睿上。
在面对CVT和双离合变速箱时,消费者总认为传统自动变速箱已经落伍了。比如最受关注的微型轿车中,致炫和飞度就是一对很好的例子,大多数消费者认为致炫搭载的4AT先进性不如飞度的CVT。事实上,大家还是在以“档位”论英雄。
其实,CVT这是沾了高端低端都叫CVT的便宜,它也有高中低档次的设计。说到这里,你对CVT变速箱的了解又有多少呢?请期待下期。