论文部分内容阅读
如果说前几年的汽车变速器发展趋势尚未明朗的话,那么双离合变速器在A级车的出现则让我们看到了未来变速器技术的发展趋势。
作为汽车身上的一大重要部件,变速器已经日益引起消费者的注意,“手动变速器”和“自动变速器”已经成为多数消费者在购买汽车时候的一个筛选标准。
可不同类型变速器之间的性能差别和使用差异,就不是每个消费者或者读者所全面了解的。经过数年和几百款车型的测试工作,《汽车与运动》现在可以站在一个历史变革的前夕,用概括性的总结来对目前市场上的主流变速器进行一次总结和对比。在这里,让我们对那些即将退出历史舞台的变速器给予欢送,也对即将到来的先进变速器的登场表示欢迎。
2008年5月,中国的汽车工业被一条新闻搅动得沸沸扬扬:由国家发改委牵头,10余家国内汽车汽车企业联手成立“中联发实业有限公司”,共同从事小型车DCT变速器的研发工作。在已经高速发展了20多年的中国汽车工业中,这是前所未有的创举和革命性事件。究竟什么样的原因能够让DCT如此一致地抓住国内所有主流汽车生产商的欢心,并成为国内厂商眼中的“宝贝”呢?具体的原因分析,让我们先从变速器的工作原理说起。
变速器的作用
经常驾驶手动挡汽车的人,肯定会对不同挡位的加速表现有直觉上的认识。事实上,变速器和汽车几乎在同一个时间诞生。它的主要作用是适应汽车行驶阻力变化改变驱动轮扭矩和转速,使汽车前进或倒退,空挡时中断动力传递使发动机的运转与车辆的运动相脱离。
对于很多汽车来说,从发动机输出端到轮胎之间的传动系都是直接连在一起的,因此不可能把发动机那么高的转速直接输出到轮胎上。变速器的出现,让发动机的转速传递到轮胎之前进行减速(这个过程中也可以诞生更大的扭矩),让驾驶者可以将不同的发动机转速对应不同的轮胎转速,在加速性能,最高车速和燃油经济性之间取得一个平衡。
简单地来说汽车的挡位越低,就觉有更好的加速性能(扭矩越大),但是这个挡位的最高车速也越低,燃油经济性也越差;汽车的挡位越高,燃油经济性越好。
双离合自动变速器(DCT)
自从布加迪威龙用博格华纳的双离合变速器俘获世人艳羡之后,双离合的观念逐渐深入人心。关于DCT的原理,《汽车与运动》已经进行过多次的介绍。下面,我们以奥迪最新发布的7速S Tronic变速器为例,通过这款DCT变速器从1挡升至2挡的过程描述,来了解DCT的基本工作原理。
DCT变速器有两个同心安置的离合器,其中一个与传动轴的外壳相连,另外一个与传动轴的轴芯相连。与传动轴外壳相啮合的一个轴上分布有1挡,3挡、5挡和7挡齿轮,与传动轴的轴芯相连相啮合的一个轴上分布有2挡,4挡,6挡和倒挡齿轮。这样一来,当一个挡位正负责驱动车轮的时候,与这个挡位相邻的2个挡位上的齿轮与另外一个离合器处于随时待命的状态。
与传统的液压自动变速器相比,DCT不存在空挡时刻,可以保证动力传递无间断而且换挡冲击很小,没有传统变速器(不管是MT还是AMT或者传统AT)那样明显的“顿挫”感觉。
这种目前看起来接近完美的DCT变速器,目前还只能应用于较高档车型上。但在第十届北京车展上,博格华纳(率先在全球范围内应用DOT技术于布加迪威龙超级跑车身上的传动系统制造商)为更广大的普通消费者带来了DCT技术。
在2008年第6期的“搜索”栏目,我们已经对博格华纳未来的生产计划进行了报道。同时,让我们对这种革命性的创新早日到来给予期望。那些最先装备这款“小型”DCT的A级或者A0级轿车,无疑将会是未来10年内让我们最为满意、最乐于驾驶的产品。就像是历史上AT变速器给人们带来的惊喜一样,入门级轿车与DOT的结合肯定会让国内的广大消费者再次对新技术革命的高效成果感到震惊和欣喜。
变速器的分类
按照目前市场上主流变速器的工作模式,我们可以把变速器分为手动变速器(MT)、液力自动变速器(AT)、机械自动变速器(AMT)和无级传动变速器(CVT)4种。
手动变速器(MT)
作为最古老,也最稳定可靠的变速器类型,MT的发展一直得到那些坚定运动爱好者的支持。理由很简单:传动效率接近100%的MT不会私自“吞噬”发动机的动力。
自诞生以来,MT也从最初的3个挡位演化到当前的6挡。虽然从结构上来说MT可以很方便地增加挡位,但6个挡位的设置已经是人类操作便利性的极限。在汽车以固定的速度行驶时,使用3挡可能需要3000rpm的发动机转速,升到4挡的话这个转速可能需要变成2200rpm,降到2挡的话就可能需要4800rpm的发动机转速。因此,MT对驾驶者的驾驶技术提出了较高的要求。想要平顺,流畅地在各个挡位间切换的话,需要对汽车的速度,发动机转速比较了解才能做到。
液力自动变速器(AT)
为了让更多的人享受到汽车的便利,1939年,当时还在通用汽车旗下的奥兹莫比尔品牌推出第一款液力自动变速器,利用变速器内油液来驱动车轮前进。受到液体传动效率低的制约,这种变速器的传动效率只有80%左右,而且换挡速度很慢。尽管有上述缺陷,但由于自动挡汽车非常便于驾驶,因此迅速在全球范围推广开来,被各大汽车厂商所竞相效仿。
常见的自动变速器均采用液压控制方式,一般由液力变矩器、液压操纵系统和行星齿轮传动系统组成。液力变矩器利用液体介质把发动机的动力传递给齿轮传动系统,行星齿轮传动系统可以利用本身的传动特点,改变发动机的转速和转矩,起着换挡的作用。液压操纵系统可以根据汽车行驶的实际需要操纵行星齿轮系统,使其加挡,减挡或倒车,从而改变汽车的行驶速度和方向。
到了1977年,克莱斯勒汽车率先在液力变矩器中引入锁止离合器,在汽车平稳前进时候锁止变矩器的两端,由液力传动改为机械传动,大大提高了自动变速器的效率。随后,通过与发动机的匹配优化。液力变矩器锁止,增加挡位数等措施,自动变速器的传动效率开始逐渐达到手动变速器的水平,自动变速器开始逐渐普及开来。
机械自动变速器(AMT)
长期以来,总有很多人把带手动换挡功能的自动变速器成为“AMT”,这其实是对“AMT”的错误认识。
事实上,AMT的定义是“自动控制的机械式变速器”,在本质上仍然是一款手动变速器,不过仅仅加入了自动控制的换挡功能而已。虽然AMT变速器没有离合踏板,但依然保留有离合器片,只是在MT变速器上需要驾驶者脚踩的 动作现在由电子系统代劳了。
正由于AMT基本上沿用了MT的结构,因此挡位数量较多,目前6挡,7挡的AMT变速器是市场上的主流。相比之下,很多液力自动变速器多是4挡。
AMT的最大优势就是保留了Mr变速器传动效率高、维护简单等特点。唯一的制约因素就是控制程序过于复杂。在MT车型中,驾驶者不自觉地就会收集前方路况、发动机转速、加速意图等各种信息,来操作离合器、油门踏板和换挡杆,选择一个合适的挡位。可AMT系统只能接受车速、踏板位置等有限的信息,完全无法做到随心所欲地升挡、降挡。驾驶者无心地抬起油门就可能让AMT的控制系统误以为要升挡,而无法知道驾驶者是不是正打算去踩刹车踏板。
正是由于AMT的控制策略远远无法和人类的大脑处理能力相提并论,因此,前几年大力发展AMT变速器的几个厂商已经陆续放弃了对高档AMT系统的开发。一个月前,BMW正式宣布放弃SMG(BMW投入大量时间和资金开发的一款AMT变速器,现在服役于BMW M5和M6车型上),转投DCT(双离合自动变速器)领域。
无级传动变速器(GVT)
无级传动变速器没有传统变速器的挡位齿轮,仅通过压紧两组变速轮盘和一条传动带来传递动力。
在CVT刚刚诞生的时刻,不少人甚至都觉得这是兼顾驾驶便利性和提高车辆燃油经济性的理想解决方案。的确,CVT的结构特点让它在理论上拥有无限个挡位选择,完全可以满足用户对动力性和经济性的要求。
但是,从几十年前出现的双锥体球、盘、环柱体等传动带。再到目前比较流行的皮带传动,CVT始终靠传动材料的压力来为摩擦材料提供工作条件。受制于加工工艺和材料成本的难题,CVT一直不能传递较大的扭矩,因此也大多应用了中小排量的汽车上。
1982年,比较成熟,稳定的CVT产品开始投放市场。5年后,福特汽车率先用钢带作为CVT的传动带,受到市场的一致好评。可这种钢带通常具有5层左右的机构,而且在工作过程中每层钢带都具有不同的运动速度,相互之间存在摩擦损耗的问题。如果有一层钢带断裂,其他层的钢带将会分担更多的扭矩传递任务,导致其他层上的钢带也会很快依次断裂。
在目前市场上的CVT产品中,以奥迪Multitronic为代表的无级链传动产品成为该领域的突出代表。奥迪Multitronic创新性地使用一种多片式链带,解决了早期CVT产品的传动带内部互相摩擦问题,可以传递高达280Nm的最大扭矩。另外,这种变速器采用湿式多片式离合器取代了以前无级变速器和普通自动变速器车上的液压变矩器,油门反应更快,油耗更低。从测试数据表明:在0~100km/h加速测试中,Multitronic车型比装备普通液压自动变速器的车型快了1.3s,甚至比装有5速手动变速器的相同车型也快0.1s。同时,按照欧洲的燃料消耗标准,它比常规液压自动变速器的车型每百公里少消耗0.9L汽油,比装5速手动变速器的车型每百公里少消耗0.2L汽油。
无极变速装备有自动控制装置,行车中可根据车速自动调整挡位,无需人工操作,省去了许多换挡及踏踩离合的工作。但它劣势同样明显,价格昂贵,维修费用很高。而且在其他新技术逐渐成熟的背景下逐渐丧失了竞争力,未来的应用前景仅在于一些低成本的小排量家用轿车上。
孰死孰生?
历史的变革是无情而严肃的。那些已经走到生命尽头的变速器即将走入末路,而代表了未来新技术发展方向的变速器,也将登上舞台受到越来越多人的喜爱。
通过下面这种图表的说明,我们可以大致了解目前市场上主流变速器的传动效率以及存在能源浪费的方面。
现在我们可以对未来中国汽车市场上的变速器发展趋势进行一次总结,来弄清楚未来的市场更喜欢哪些变速器。
手动变速器(MT):仍将继续保留自己一定的市场份额,虽然在拥堵的交通中非常不便利,但省油、动力性优秀、驾驶乐趣一流这些优点,具有其他技术无法取代的优势。我们预计在今后的10年中,MT车型会逐渐减少,但仍可以保留20%以上的市场份额,尤其是在油价不断攀升的背景下。
液力传动自动变速器(AT):使用液力变矩器的汽车是否会逐渐退出历史舞台?这将取决于以“小型”DCT变速器什么时候能正式登上历史舞台。在DCT的优点被人们发现以后,传统AT变速器的末路将不可避免。未来10年内,DCT将会促使传统AT的市场份额持续减小,直至走入博物馆。
机械式自动变速器(AMT):目前已经走入非常尴尬的境地,随着BMW等主流厂商纷纷放弃对AMT的投入,这一变速器在高档汽车上的应用将消失。在入门级轿车上,那些成本接近传统MT的AMT变速器将开始出现并增长,但很难在未来10年内超过MT的市场份额(约20%)。
无级传动变速器(CVT):按照目前的技术发展看来,如果没有重大的技术革新,CVT的发展优势将逐渐不明显。未来10年内,CVT将会稳定地保持一个较小的市场比例,应用于一些微型汽车上,市场份额不超过10%。
双离合自动变速器(DCT):毫无疑问的未来主流方向。以R Tronic为代表的高端DCT将在超级跑车,豪华轿车上逐渐壮大:而以“小型”DCT为代表的入门级DCT将逐渐抢占传统AT和CVT的市场份额,与入门级AMT一起成为未来微型,小型和中档汽车的自动变速解决方案。我们预计5年之后,这种变速器的市场份额和有可能超过25%。
作为汽车身上的一大重要部件,变速器已经日益引起消费者的注意,“手动变速器”和“自动变速器”已经成为多数消费者在购买汽车时候的一个筛选标准。
可不同类型变速器之间的性能差别和使用差异,就不是每个消费者或者读者所全面了解的。经过数年和几百款车型的测试工作,《汽车与运动》现在可以站在一个历史变革的前夕,用概括性的总结来对目前市场上的主流变速器进行一次总结和对比。在这里,让我们对那些即将退出历史舞台的变速器给予欢送,也对即将到来的先进变速器的登场表示欢迎。
2008年5月,中国的汽车工业被一条新闻搅动得沸沸扬扬:由国家发改委牵头,10余家国内汽车汽车企业联手成立“中联发实业有限公司”,共同从事小型车DCT变速器的研发工作。在已经高速发展了20多年的中国汽车工业中,这是前所未有的创举和革命性事件。究竟什么样的原因能够让DCT如此一致地抓住国内所有主流汽车生产商的欢心,并成为国内厂商眼中的“宝贝”呢?具体的原因分析,让我们先从变速器的工作原理说起。
变速器的作用
经常驾驶手动挡汽车的人,肯定会对不同挡位的加速表现有直觉上的认识。事实上,变速器和汽车几乎在同一个时间诞生。它的主要作用是适应汽车行驶阻力变化改变驱动轮扭矩和转速,使汽车前进或倒退,空挡时中断动力传递使发动机的运转与车辆的运动相脱离。
对于很多汽车来说,从发动机输出端到轮胎之间的传动系都是直接连在一起的,因此不可能把发动机那么高的转速直接输出到轮胎上。变速器的出现,让发动机的转速传递到轮胎之前进行减速(这个过程中也可以诞生更大的扭矩),让驾驶者可以将不同的发动机转速对应不同的轮胎转速,在加速性能,最高车速和燃油经济性之间取得一个平衡。
简单地来说汽车的挡位越低,就觉有更好的加速性能(扭矩越大),但是这个挡位的最高车速也越低,燃油经济性也越差;汽车的挡位越高,燃油经济性越好。
双离合自动变速器(DCT)
自从布加迪威龙用博格华纳的双离合变速器俘获世人艳羡之后,双离合的观念逐渐深入人心。关于DCT的原理,《汽车与运动》已经进行过多次的介绍。下面,我们以奥迪最新发布的7速S Tronic变速器为例,通过这款DCT变速器从1挡升至2挡的过程描述,来了解DCT的基本工作原理。
DCT变速器有两个同心安置的离合器,其中一个与传动轴的外壳相连,另外一个与传动轴的轴芯相连。与传动轴外壳相啮合的一个轴上分布有1挡,3挡、5挡和7挡齿轮,与传动轴的轴芯相连相啮合的一个轴上分布有2挡,4挡,6挡和倒挡齿轮。这样一来,当一个挡位正负责驱动车轮的时候,与这个挡位相邻的2个挡位上的齿轮与另外一个离合器处于随时待命的状态。
与传统的液压自动变速器相比,DCT不存在空挡时刻,可以保证动力传递无间断而且换挡冲击很小,没有传统变速器(不管是MT还是AMT或者传统AT)那样明显的“顿挫”感觉。
这种目前看起来接近完美的DCT变速器,目前还只能应用于较高档车型上。但在第十届北京车展上,博格华纳(率先在全球范围内应用DOT技术于布加迪威龙超级跑车身上的传动系统制造商)为更广大的普通消费者带来了DCT技术。
在2008年第6期的“搜索”栏目,我们已经对博格华纳未来的生产计划进行了报道。同时,让我们对这种革命性的创新早日到来给予期望。那些最先装备这款“小型”DCT的A级或者A0级轿车,无疑将会是未来10年内让我们最为满意、最乐于驾驶的产品。就像是历史上AT变速器给人们带来的惊喜一样,入门级轿车与DOT的结合肯定会让国内的广大消费者再次对新技术革命的高效成果感到震惊和欣喜。
变速器的分类
按照目前市场上主流变速器的工作模式,我们可以把变速器分为手动变速器(MT)、液力自动变速器(AT)、机械自动变速器(AMT)和无级传动变速器(CVT)4种。
手动变速器(MT)
作为最古老,也最稳定可靠的变速器类型,MT的发展一直得到那些坚定运动爱好者的支持。理由很简单:传动效率接近100%的MT不会私自“吞噬”发动机的动力。
自诞生以来,MT也从最初的3个挡位演化到当前的6挡。虽然从结构上来说MT可以很方便地增加挡位,但6个挡位的设置已经是人类操作便利性的极限。在汽车以固定的速度行驶时,使用3挡可能需要3000rpm的发动机转速,升到4挡的话这个转速可能需要变成2200rpm,降到2挡的话就可能需要4800rpm的发动机转速。因此,MT对驾驶者的驾驶技术提出了较高的要求。想要平顺,流畅地在各个挡位间切换的话,需要对汽车的速度,发动机转速比较了解才能做到。
液力自动变速器(AT)
为了让更多的人享受到汽车的便利,1939年,当时还在通用汽车旗下的奥兹莫比尔品牌推出第一款液力自动变速器,利用变速器内油液来驱动车轮前进。受到液体传动效率低的制约,这种变速器的传动效率只有80%左右,而且换挡速度很慢。尽管有上述缺陷,但由于自动挡汽车非常便于驾驶,因此迅速在全球范围推广开来,被各大汽车厂商所竞相效仿。
常见的自动变速器均采用液压控制方式,一般由液力变矩器、液压操纵系统和行星齿轮传动系统组成。液力变矩器利用液体介质把发动机的动力传递给齿轮传动系统,行星齿轮传动系统可以利用本身的传动特点,改变发动机的转速和转矩,起着换挡的作用。液压操纵系统可以根据汽车行驶的实际需要操纵行星齿轮系统,使其加挡,减挡或倒车,从而改变汽车的行驶速度和方向。
到了1977年,克莱斯勒汽车率先在液力变矩器中引入锁止离合器,在汽车平稳前进时候锁止变矩器的两端,由液力传动改为机械传动,大大提高了自动变速器的效率。随后,通过与发动机的匹配优化。液力变矩器锁止,增加挡位数等措施,自动变速器的传动效率开始逐渐达到手动变速器的水平,自动变速器开始逐渐普及开来。
机械自动变速器(AMT)
长期以来,总有很多人把带手动换挡功能的自动变速器成为“AMT”,这其实是对“AMT”的错误认识。
事实上,AMT的定义是“自动控制的机械式变速器”,在本质上仍然是一款手动变速器,不过仅仅加入了自动控制的换挡功能而已。虽然AMT变速器没有离合踏板,但依然保留有离合器片,只是在MT变速器上需要驾驶者脚踩的 动作现在由电子系统代劳了。
正由于AMT基本上沿用了MT的结构,因此挡位数量较多,目前6挡,7挡的AMT变速器是市场上的主流。相比之下,很多液力自动变速器多是4挡。
AMT的最大优势就是保留了Mr变速器传动效率高、维护简单等特点。唯一的制约因素就是控制程序过于复杂。在MT车型中,驾驶者不自觉地就会收集前方路况、发动机转速、加速意图等各种信息,来操作离合器、油门踏板和换挡杆,选择一个合适的挡位。可AMT系统只能接受车速、踏板位置等有限的信息,完全无法做到随心所欲地升挡、降挡。驾驶者无心地抬起油门就可能让AMT的控制系统误以为要升挡,而无法知道驾驶者是不是正打算去踩刹车踏板。
正是由于AMT的控制策略远远无法和人类的大脑处理能力相提并论,因此,前几年大力发展AMT变速器的几个厂商已经陆续放弃了对高档AMT系统的开发。一个月前,BMW正式宣布放弃SMG(BMW投入大量时间和资金开发的一款AMT变速器,现在服役于BMW M5和M6车型上),转投DCT(双离合自动变速器)领域。
无级传动变速器(GVT)
无级传动变速器没有传统变速器的挡位齿轮,仅通过压紧两组变速轮盘和一条传动带来传递动力。
在CVT刚刚诞生的时刻,不少人甚至都觉得这是兼顾驾驶便利性和提高车辆燃油经济性的理想解决方案。的确,CVT的结构特点让它在理论上拥有无限个挡位选择,完全可以满足用户对动力性和经济性的要求。
但是,从几十年前出现的双锥体球、盘、环柱体等传动带。再到目前比较流行的皮带传动,CVT始终靠传动材料的压力来为摩擦材料提供工作条件。受制于加工工艺和材料成本的难题,CVT一直不能传递较大的扭矩,因此也大多应用了中小排量的汽车上。
1982年,比较成熟,稳定的CVT产品开始投放市场。5年后,福特汽车率先用钢带作为CVT的传动带,受到市场的一致好评。可这种钢带通常具有5层左右的机构,而且在工作过程中每层钢带都具有不同的运动速度,相互之间存在摩擦损耗的问题。如果有一层钢带断裂,其他层的钢带将会分担更多的扭矩传递任务,导致其他层上的钢带也会很快依次断裂。
在目前市场上的CVT产品中,以奥迪Multitronic为代表的无级链传动产品成为该领域的突出代表。奥迪Multitronic创新性地使用一种多片式链带,解决了早期CVT产品的传动带内部互相摩擦问题,可以传递高达280Nm的最大扭矩。另外,这种变速器采用湿式多片式离合器取代了以前无级变速器和普通自动变速器车上的液压变矩器,油门反应更快,油耗更低。从测试数据表明:在0~100km/h加速测试中,Multitronic车型比装备普通液压自动变速器的车型快了1.3s,甚至比装有5速手动变速器的相同车型也快0.1s。同时,按照欧洲的燃料消耗标准,它比常规液压自动变速器的车型每百公里少消耗0.9L汽油,比装5速手动变速器的车型每百公里少消耗0.2L汽油。
无极变速装备有自动控制装置,行车中可根据车速自动调整挡位,无需人工操作,省去了许多换挡及踏踩离合的工作。但它劣势同样明显,价格昂贵,维修费用很高。而且在其他新技术逐渐成熟的背景下逐渐丧失了竞争力,未来的应用前景仅在于一些低成本的小排量家用轿车上。
孰死孰生?
历史的变革是无情而严肃的。那些已经走到生命尽头的变速器即将走入末路,而代表了未来新技术发展方向的变速器,也将登上舞台受到越来越多人的喜爱。
通过下面这种图表的说明,我们可以大致了解目前市场上主流变速器的传动效率以及存在能源浪费的方面。
现在我们可以对未来中国汽车市场上的变速器发展趋势进行一次总结,来弄清楚未来的市场更喜欢哪些变速器。
手动变速器(MT):仍将继续保留自己一定的市场份额,虽然在拥堵的交通中非常不便利,但省油、动力性优秀、驾驶乐趣一流这些优点,具有其他技术无法取代的优势。我们预计在今后的10年中,MT车型会逐渐减少,但仍可以保留20%以上的市场份额,尤其是在油价不断攀升的背景下。
液力传动自动变速器(AT):使用液力变矩器的汽车是否会逐渐退出历史舞台?这将取决于以“小型”DCT变速器什么时候能正式登上历史舞台。在DCT的优点被人们发现以后,传统AT变速器的末路将不可避免。未来10年内,DCT将会促使传统AT的市场份额持续减小,直至走入博物馆。
机械式自动变速器(AMT):目前已经走入非常尴尬的境地,随着BMW等主流厂商纷纷放弃对AMT的投入,这一变速器在高档汽车上的应用将消失。在入门级轿车上,那些成本接近传统MT的AMT变速器将开始出现并增长,但很难在未来10年内超过MT的市场份额(约20%)。
无级传动变速器(CVT):按照目前的技术发展看来,如果没有重大的技术革新,CVT的发展优势将逐渐不明显。未来10年内,CVT将会稳定地保持一个较小的市场比例,应用于一些微型汽车上,市场份额不超过10%。
双离合自动变速器(DCT):毫无疑问的未来主流方向。以R Tronic为代表的高端DCT将在超级跑车,豪华轿车上逐渐壮大:而以“小型”DCT为代表的入门级DCT将逐渐抢占传统AT和CVT的市场份额,与入门级AMT一起成为未来微型,小型和中档汽车的自动变速解决方案。我们预计5年之后,这种变速器的市场份额和有可能超过25%。