唇齿相依——汽车的变速箱原理全解析

唇齿相依——汽车的变速箱原理全解析2008-5-814:37:05来源:奥杰汽车网编辑:yaya上期我们了解了普通手动变速箱的基本原理和与发动机转速的对应关系，这期我们继续对变速箱进行分析和探讨，不过这期主角其智能化程度相对来说要高一些，因此你需要仔细地阅读了。顺序式手动变速箱——SMG如果你是个不折不扣的赛车迷，就不难发现车手在比赛时操纵的变速箱挡位布置大多数并非传统的“H”式，取而代之的是前进、后退，或者“藏”在方向盘后的拨片式换挡方式，即顶序式变速箱。拨片式换挡其实与通常的变速杆换挡在功能上大同小异，只是它采用电子而非机械地传递换挡信号。所以顺序式变速箱仍旧属于手动变速箱范畴，只是它的变速箱内部变速（换挡）拨叉与传统手动变速箱的变速拨叉有区别——传统手动变速箱的每个变速拨叉位置相对自由，而顺序式变速箱的每个变速拨叉由一根带有螺旋槽的变速轴联结在一起。当变速杆或者变速拨片向前、向后移动时，联结变速拨叉的变速轴也随之转动相应的角度，这种扭转促使轴上的螺旋槽带动变速拨叉向前或后移动。因此，每一次换挡就会使变速轴旋转一定的角度，并带动所有的变速拨叉同时动作。固然，操作顺序式变速箱时你不能从一挡直接升三挡，而是必须一挡一挡向上衔接。赛车手靠双击方向盘后的拨片来实现空挡并切断动力换入下一挡，这样的换挡方式比普通的变速杆换挡更加迅速。所以目前越来越多的普通轿车也采用这一设计，如三菱Outlander、雪铁龙C3、雷克萨斯IS300、宝马6系等等。自动变速箱——AT相对于手动变速箱来说，自动变速箱在操作和基本构造上有很大的差别。例如在起动汽车时，你不用踩离合器踏板再转动电门，因为自动变速箱根本不需要传统意义上的脚踩式离合器，取而代之的是液力变矩器。液力变矩器主要由泵轮、涡轮以及固定不动的导轮组成。变矩器正常工作时，转动的泵轮通过油腔内的循环油将转矩传递到涡轮上礴变矩器不仅能传递转矩，在泵轮转矩不变的情况下，随着，吊轮转速的不同‘具体表现为汽绳的行驶速度）而改变涡轮输出的转矩值，在循环油流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮傀个作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。液力变矩器虽然能在一定范围内自动地、无级地改变转矩比和传动比，但却存在着变矩能力与效率之间的矛盾，这很难满足汽车的使用要求，故目前的自动变速箱广泛采用液力变矩器与齿轮相结合的形式。如果将自动变速箱拆开，你会发现一套烦琐而复杂的机构“挤”在一个不大的箱体里，而机构的中心就是一套行星齿轮系．在自动变速箱中，仅通过一套行星齿轮系便能提供所有的变速比一这听起来似乎有些神奇，不过自动变速箱的复杂程度的确是手动变速箱无法比拟的——因为齿轮太多了！任何行星齿轮系都是由三个主要部分构成，即太阳轮、行星轮以及环形齿圈。它们都能在适当的位置被锁止，同时更为重要的是其中任何一部分也都能作为动力的输入或者输出端。如果将其中的任意两部分锁止，它就会产生1:1的速比，不过自动变速箱究竟是怎样实现一套齿轮机构所需要的各级变速比的呢？这里我们通过一套行星齿轮系来说明，其中最外边的环形齿圈齿数为75，最里面的太阳轮齿数为25。下表显示了齿轮系中不同机构分别起到出入、锁止作用时，所产生的不同变速比。表中显示了两个前进挡和一个倒挡，如需产生更多的变速比，就需要增加不同齿数的行星齿轮将它们联合在一起，使它们由上一级的输出端变为下一级的输入端。因此，自动变速箱的总传动比为液力变矩器的变矩系数与行星齿轮系变速比的乘积，其中变矩系数是无级的，而齿轮系的变速比是有级的，同时行星齿轮变速箱可以由驾驶员直接操纵也可以由变速箱自动选择挡位。有了上述二者的配合运转，变速箱在行车过程中也就达到了自动升、降挡的作用。半自动变速箱——AMT半自动变速箱实际是由普通手动变速箱派生出的一种形式。其实将它称为非离合手动变速箱更为确切。半自动变速箱没有行星齿轮和变矩器，和普通手动变速箱结构一样，它有中间轴、输出轴、离合器和变速拨叉等。这种变速箱通常有三种换挡方式，其中两种采用拨片式换挡，第三种则采用传统换挡杆的形式（回顾前面提到的顺序式变速箱，这就是为什么你并不能从换挡杆或者换挡拨片来判断它是什么形式的变速箱）,SMG和AMT一样都没有离合器踏板。那么半自动变速箱是怎样工作的呢？以第一种和第二种拨片换挡形式为例，当你拨动换挡拨片时，一套液力装置用来分离离合器，在其接合之前推动变速拨叉选取下一级挡位齿轮。由于系统采用诸如节气门位置传感器、发动机转速传感器等设备来采集换挡信号，通过ECU直接控制其换挡动作，所以它比普通手动变速箱的人为换挡迅速且平顺。第三种变速杆形式，除了同样采用液力装置外，还增设了与换挡杆连接的“霍尔”传感器。通过这种方式，人为的换挡动作可以由此传感器来采集，且通过与电脑配合来控制离合器“离合”。因此，除了不用踩离合器踏板外，我们还能像普通的“手动换挡”一样来驾驶我们的车辆。目前隶属于意大利菲亚特集团的玛涅蒂—马瑞利公司就是世界上先进的AMT供应商，像自主品牌奇瑞QQ3就装备了它供应的AMT变速箱。无级变速箱——CVT无级变速箱这一理念最早由荷兰达夫（DAF）卡车公司于1958年首先提出。起初，CVT只是应用在一些小排量的两冲程机动车上，直到2005年当日产汽车公司在旗下的轿车和SUV上推出“无冲击变速”这一概念的变速箱时，无级变速箱即口汀才得以真正在量产车上采用。除了结构上的简单外，无级变速箱还有一个最大的优势在于：它可以通过不间断地连续变速来获得发动机的最大扭矩。因此，无级变速箱能使发动机总是处于最佳工作状态。在此插句题外话—1994年国际汽联禁止在Fl比赛中采用无级变速箱，原因很简单，就是因为它能让赛车太过于“疯狂”!所谓无级变速，简而言之就是力矩传递无顿挫感的变速。无级变速箱的原理其实比想像的要简单，没有互相啮合的齿轮，没有离合器，没有摩擦盘等等，取而代之的是“两轮一带”机构。“两轮一带”结构传递着动力，不过结构其实很简单无级变速箱究竟是如何工作的呢？绝大多数CVT是由两个可变半径滑轮和一条钢芯橡胶带组成。其中一个滑轮与发动机飞轮相联，而另一个则与输出轴相联，它们之间通过皮带联结。两个滑轮通过转动力大小的变化来改变几何半径。发动机端滑轮旋转得越快，它的半径就越小；输出端旋转得越快，它的半径就越大。在它们自动运转的过程中，滑轮的半径由一套ECU控制的液压活塞来改变。滑轮本身由一根带有一对圆锥楔结构的花键轴构成。当这对圆锥楔越接近，缠绕在它们上面的皮带旋转半径就越大；同理，当它们隔得越开，缠绕在它们上面的皮带的旋转半径就越小。根据上一期介绍的齿轮啮合原理，如果飞轮端滑轮半径大而输出端滑轮半径小，那么就相当于齿轮变速箱的低速挡。当汽车开始加速，两个滑轮通过皮带不断地改变旋转半径，最终使飞轮端半径最大而输出端半径最小。通过这样的方式便能达到连续无级的变速。下面的示意图便是CVT的基本结构。不过随着技术的不断进步，目前CVT中的橡胶带已由钢带代替，其好处在于防止打滑，可以避免由于磨损的原因造成的驱动带断裂，如日产奇骏、天籁，以及奥迪A6都采用了可靠的钢带式CVT。