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淺談汽車變速箱

變速箱的最基本定義是，它是一個(gè)封閉的齒輪系統(tǒng)，或者說是由一系列位于殼體內(nèi)的集成齒輪組成的機(jī)械單元。實(shí)際上，名稱本身定義了它的含義，就是一個(gè)裝有齒輪的盒子。從最基本的意義上說，變速箱的功能類似于任何齒輪系統(tǒng)。它改變了諸如發(fā)動(dòng)機(jī)之類的驅(qū)動(dòng)裝置與負(fù)載之間的扭矩和速度。

前文有述，變速什么是變速器箱就是一個(gè)齒輪箱，早期的變速箱包括風(fēng)車，馬力驅(qū)動(dòng)的設(shè)備和蒸汽機(jī)中的直角驅(qū)動(dòng)器和其他齒輪裝置，以支持泵送，銑削和吊裝。

大多數(shù)現(xiàn)代齒輪箱用于增加扭矩，同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的速度。這意味著齒輪箱輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度比輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度慢，這種速度上的降低產(chǎn)生了機(jī)械優(yōu)勢，從而增加了扭矩。可以將齒輪箱設(shè)置為相反方向，并在減小扭矩的情況下提高軸速。
許多典型的汽車變速箱都具有在幾種傳動(dòng)比里面選擇其中之一的能力。在這種情況下，大多數(shù)傳動(dòng)比（簡稱為“齒輪”）用于減慢發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出速度并增加扭矩。但是，最高檔位可能是增加輸出速度的“超速檔”類型。

變速箱齒輪可以是錐齒輪，螺旋錐齒輪，蝸輪蝸桿齒輪和其他諸如行星齒輪之類的多種類型中的任何一種。齒輪安裝在軸上，軸由滾動(dòng)軸承支撐并通過滾動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)。

在美式英語的表達(dá)里，變速箱只是整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)單元，負(fù)責(zé)提供動(dòng)力的受控施加。通常，術(shù)語“五速變速箱”僅指變速箱。而在英式英語的表達(dá)中，變速箱是指整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，包括離合器，變速箱，傳動(dòng)軸，差速器和最終傳動(dòng)軸。詳細(xì)用法有所不同。

具體點(diǎn)描述變速箱的工作原理，在機(jī)動(dòng)車上，變速箱需要通過飛輪或離合器或液力耦合器連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，部分原因是內(nèi)燃機(jī)不能以低于特定速度的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。變速器的輸出通過驅(qū)動(dòng)軸傳遞給一個(gè)或多個(gè)差速器，由差速器驅(qū)動(dòng)車輪。盡管差速器也可以提供齒輪減速功能，但它的主要目的是允許輪軸兩端的車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)，這是避免車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)打滑的必要條件，因?yàn)樗鼤?huì)改變旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)然了，現(xiàn)代汽車都按照配置細(xì)分售價(jià)去迎合不同消費(fèi)能力的車主。有些配置簡單的車上，變速箱并不配備有明顯效果的差速器。

變速箱的種類

現(xiàn)代汽車的變速箱種類我們可以粗略的分為手動(dòng)變速箱和自動(dòng)變速箱兩種，這其中又有一些細(xì)分，比如CVT變速箱，DSG變速箱，AMT變速箱等等，有些變速箱因?yàn)閭鲃?dòng)效率和耐用性不高的緣故已經(jīng)基本消失了，比如AMT變速箱。而故障頻發(fā)的DSG變速箱也在市場需要中得到了不斷的升級和優(yōu)化。CVT變速箱的耐用性也越來越高了，至于手動(dòng)變速箱嘛，且用且珍惜，以后可能能進(jìn)入中國市場的配備手動(dòng)變速箱的車會(huì)越來越少。不是手動(dòng)變速箱不好，而是只要你不是亂來的話，手動(dòng)變速箱不怎么會(huì)壞，大大影響了“收割”效率。還有一個(gè)原因是城市道路因?yàn)檐嚵髁刻蟮木壒剩胀ㄏM(fèi)者都不太愿意去開手動(dòng)變速箱的車。對于玩車的人來說，也許很多人覺得手動(dòng)變速箱才是樂趣，其實(shí)也不盡然，早幾年就有一些大神抱怨，雙離合變速箱的傳動(dòng)效率太高，同場競技時(shí)手動(dòng)變速箱的傳動(dòng)效率略遜一籌。所以，如果你是純粹喜歡開手動(dòng)，沒毛病。要想追求傳動(dòng)效率的話，按需求來，別較勁。

手動(dòng)變速箱

傳統(tǒng)手動(dòng)變速器有兩種基本類型，其中一種是現(xiàn)在無處不在的，簡單的，有堅(jiān)固的滑動(dòng)嚙合或非同步系統(tǒng)，直齒輪組可以自由旋轉(zhuǎn)，并且必須由駕駛員進(jìn)行同步，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與行駛速度相匹配，以避免產(chǎn)生異響或者具有破壞性的齒輪碰撞的手動(dòng)變速箱。這種變速箱包括不同步或同步 Synchromesh系統(tǒng)，通常是斜切的斜齒輪組不斷地“嚙合”一起使用，也有用直切齒輪或雙斜齒輪的。另外由爪式離合器用于變速。在同步箱上，除了爪式離合器外，還使用摩擦錐或“同步環(huán)”，以在完全機(jī)械耦合之前緊密匹配（分離）變速器兩側(cè)的轉(zhuǎn)速。另外一種類型是許多老式汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，能見度已經(jīng)不高，就不贅述了。

手動(dòng)變速箱可以包括同步和非同步齒輪。例如倒檔通常是不同步的，因?yàn)閮H當(dāng)車輛靜止時(shí)才期望駕駛員接合它。許多1970年以前生產(chǎn)的汽車不具備一檔同步性，這或許是因?yàn)槌杀旧系脑颍缙诘淖兯傧渫ǔＪ褂?ldquo;較短”的整體齒輪，發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有較低的低端扭矩，經(jīng)常使用的一檔同步器非常容易磨損過度，這就意味著它也只能用于從停車位移開，除非駕駛員精通兩次減速并且特別需要定期降檔至最低檔。

 

一些手動(dòng)變速箱的一檔傳動(dòng)比極低，被稱為“爬行”齒輪，這樣的齒輪通常不能同步。這個(gè)功能在大型拖拽式貨車或?yàn)榱私ㄖさ亓可矶ㄖ频目ㄜ嚿虾艹Ｒ?。在正常的道路行駛中，卡車通常完全不使用履帶齒輪來驅(qū)動(dòng)，而從起步開始就使用第二齒輪。一些越野車，尤其是一些硬派越野車，也都裝備了帶有“Granny First's”系統(tǒng)的變速箱，作為標(biāo)準(zhǔn)變速箱或選裝變速箱。這種功能現(xiàn)在基本由連接到普通變速箱上的低速變速系統(tǒng)提供，完全同步傳輸。

配備手動(dòng)變速箱的車輛，在一些歐美國家非常常見。因?yàn)樗鼈兏阋?，更輕，通常可以提供更好的性能，但是最新的自動(dòng)變速器和CVT可以提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。目前在國內(nèi)，駕駛學(xué)校在進(jìn)行駕駛執(zhí)照考核前后都建議初學(xué)者先在手動(dòng)換檔的汽車上學(xué)習(xí)，當(dāng)然你也可以直接考取自動(dòng)變速箱車輛的準(zhǔn)駕資格證。區(qū)別在于國外許多國家，如果你考取的是自動(dòng)變速箱車輛的執(zhí)照，那你就不能駕駛手動(dòng)變速箱的車輛上路。有關(guān)這個(gè)不同變速箱車輛的準(zhǔn)駕資格細(xì)分，通俗的說，如果你不會(huì)開手動(dòng)擋的車，那你整個(gè)駕駛車輛的節(jié)奏可能是有缺失的，這或許就是很多初學(xué)者一上路就容易把油門當(dāng)剎車踩了的原因之一。駕駛機(jī)動(dòng)車需要在正確的操作步驟下形成肌肉記憶并養(yǎng)成自己的操作節(jié)奏，有節(jié)奏了，才能享受到駕駛的樂趣。畢竟我們駕駛汽車是為了擴(kuò)大自己的行動(dòng)半徑，不是為了單純?nèi)プ瞿芘苓h(yuǎn)點(diǎn)的工具人嘛。

自動(dòng)變速箱

自動(dòng)變速箱中使用的比較多的，是周轉(zhuǎn)齒輪或行星齒輪?，F(xiàn)代大多數(shù)汽車都具有自動(dòng)變速箱，可以自動(dòng)選擇合適的傳動(dòng)比，而無需駕駛員干預(yù)。相比手動(dòng)變速箱，自動(dòng)變速箱更容易使用。

但是不管是以前是現(xiàn)在，甚至可能在未來，這種類型的自動(dòng)變速箱都會(huì)存在許多問題。它們既復(fù)雜又昂貴，有時(shí)會(huì)遇到可靠性問題，這就會(huì)產(chǎn)生更多的維修費(fèi)用，比如尊貴的大眾DSG干式雙離合變速箱，新車下地跑個(gè)10萬公里出頭，變速箱閥體就會(huì)故障，維修一次需要花費(fèi)幾萬元。以前的自動(dòng)變速箱燃油效率通常低于手動(dòng)變速器，這是由于變矩器“打滑”導(dǎo)致，并且換檔時(shí)間比手動(dòng)變速箱慢。這樣的自動(dòng)變速箱在汽車比賽中沒有任何競爭力。隨著現(xiàn)代自動(dòng)變速器的發(fā)展，工程師們在努力改變這一切。曾經(jīng)，工程師們試圖提高自動(dòng)變速箱的燃油效率，嘗試包括使用變矩器。變矩器在超過一定速度或在需要更高傳動(dòng)比的時(shí)候會(huì)鎖止，以消除功率損失，并在高于一定速度時(shí)自動(dòng)切換超速擋。在舊款的變速箱中，當(dāng)條件使得它們會(huì)隨著速度、坡度、風(fēng)阻等負(fù)載系數(shù)的微小變化而反復(fù)切入時(shí)，這兩種技術(shù)都可能具有干擾性。如今的自動(dòng)變速箱會(huì)帶有專門的變速箱電腦，具有復(fù)雜的程序，既可以最大化燃油效率又可以消除干擾。然而這主要是由于電子技術(shù)而非機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步，另外電子技術(shù)的穩(wěn)定性和后續(xù)維修成本的控制也是有待提高的。盡管CVT技術(shù)的改進(jìn)和自動(dòng)離合器的使用也有所幫助。實(shí)際上從一些國外媒體的測試數(shù)據(jù)可以看到，像本田飛度這種A0級小汽車的實(shí)際油耗，依然是CVT版比手動(dòng)版的略高。

有趣的是，相較于某些應(yīng)用，自動(dòng)變速箱固有的打滑也可能是有利的。例如，在直線加速比賽中，自動(dòng)變速箱允許汽車以高RPM（“失速”）的速度與發(fā)動(dòng)機(jī)保持一定轉(zhuǎn)速的前提下讓車子停在原地，隨即在松開剎車踏板時(shí)快速啟動(dòng)。增加變速器的失速速度，對于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說更加有利，在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪增壓器必須通過大量排氣流保持高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以維持增壓壓力并消除在空轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上節(jié)氣門突然打開時(shí)出現(xiàn)的渦輪遲滯現(xiàn)象。

無級變速箱

如今本田和豐田的民用車型已經(jīng)普遍使用CVT變速箱，經(jīng)過十多年的改良，如今的CVT變速箱已經(jīng)有了不錯(cuò)的穩(wěn)定性，不過有關(guān)CVT變速箱，我還是想多聊幾句。

公元1993年，威廉姆斯車隊(duì)在自家F1賽車上實(shí)驗(yàn)性的裝了一顆前所未有的變速箱，不同于現(xiàn)在的F1賽車變速箱有8個(gè)檔位。它有一個(gè)巧妙的機(jī)制，可以通過無限多的齒輪比平穩(wěn)的換擋，威廉姆斯認(rèn)為這種變速箱可以使汽車更容易駕駛，效率更高，速度更快。它叫作無級變速箱，Continuously Variable Transmission，也就是被人們熟知的CVT變速箱。就如今來說，CVT早已經(jīng)不是什么新鮮的東西，而在90年代，對于大馬力的F1賽車來說，卻是個(gè)新東西，這意味著汽車總是在正確的檔位，并能充分利用引擎的動(dòng)力，一直提供著850ps的動(dòng)力。有關(guān)引擎的工作管理，這里就不贅述了，只是多年來F1賽車一直對引擎尺寸有各種限制，允許的活塞數(shù)量從最早的16個(gè)變到了后來的6個(gè)，現(xiàn)在的F1只有4個(gè)活塞了吧？所以擅長多汽缸引擎的法拉利一直被奔馳吊打，看著真鬧心。

書歸正傳，因?yàn)镕1賽車對引擎尺寸有諸多限制，因此要在規(guī)則內(nèi)產(chǎn)生最大的動(dòng)力，研發(fā)團(tuán)隊(duì)會(huì)創(chuàng)造出超高轉(zhuǎn)速的引擎，基本上每一秒都有更多次爆炸，當(dāng)然了，超高轉(zhuǎn)速的引擎聲浪聽起來也是非常棒的。那么，更高的轉(zhuǎn)速意味著更大的功率，但當(dāng)?shù)竭_(dá)某一個(gè)點(diǎn)，動(dòng)力會(huì)隨著轉(zhuǎn)速升高而下降，這里面有幾個(gè)原因，引擎轉(zhuǎn)速越快，摩擦就越大，像這些活塞與氣缸的相互摩擦，閥門的推動(dòng)和所有為保持引擎運(yùn)轉(zhuǎn)所需的各種系統(tǒng)，同樣在很高的轉(zhuǎn)速下，可能會(huì)出現(xiàn)這種情況，你不能得到足夠的燃料和廢氣的排出來持續(xù)產(chǎn)生這么多的動(dòng)力，制造商也因?yàn)閮蓚€(gè)基礎(chǔ)原因增加了轉(zhuǎn)速的限制器，為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱并熔化其關(guān)鍵部件，或者振動(dòng)變得太強(qiáng)，把自己振成碎片（引擎爆缸）。因?yàn)?，在?dòng)力和摩擦之間自然有一個(gè)平衡點(diǎn)，作為一名車手，自然希望引擎盡可能地在這個(gè)范圍內(nèi)工作，這就是CVT變速箱更有優(yōu)勢的原因。

CVT到底是怎樣一種變速箱呢？其中作為車輛輸入軸和輸出軸的兩個(gè)軸的轉(zhuǎn)速比可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而提供無窮多個(gè)可能的比率。CVT允許在連續(xù)范圍內(nèi)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)速度和車輪速度之間的關(guān)系。如果發(fā)動(dòng)機(jī)始終以定速運(yùn)行，則可以提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。從理論上講，這種變速箱能夠提供更好的用戶體驗(yàn)，而不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升和下降，并且在換檔不佳時(shí)會(huì)產(chǎn)生頓挫感。

既然說到CVT變速箱了，就聊一個(gè)CVT變速箱里的特殊類型，IVT，無限可變。IVT不僅包括無限多個(gè)齒輪比，而且還包括一個(gè)“無限”范圍。這是一個(gè)轉(zhuǎn)折，實(shí)際上是指能夠包括“零速比”的CVT，其中輸入軸可以保持輸出檔位而無需輸出軸的任何運(yùn)動(dòng)即可轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，傳動(dòng)比不是“無限的”，而是“不確定的”。大多數(shù)IVT是由CVT與具有固定傳動(dòng)比的周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的組合產(chǎn)生的。周轉(zhuǎn)齒輪的固定比率與CVT特定匹配比率的組合導(dǎo)致零輸出。例如，考慮將行星齒輪傳動(dòng)比設(shè)置為1:1的變速箱，比如1:1倒檔。當(dāng)CVT設(shè)置為1:1時(shí)，這兩個(gè)比率總和為零。IVT始終處于接合狀態(tài)，即使在其零輸出期間也是如此。當(dāng)CVT設(shè)置為更高值時(shí)，它通常以增加的前進(jìn)比率運(yùn)行。

實(shí)際上，如果不需要倒車或通過其他方式進(jìn)行處理，可以將周轉(zhuǎn)齒輪設(shè)置為CVT的最低可能比率。能夠通過將行星齒輪傳動(dòng)比設(shè)置為略高于CVT的最低傳動(dòng)比來提供換向，從而提供一定范圍的換向比。

電動(dòng)變速箱

在全球汽車工業(yè)向新能源時(shí)代努力的時(shí)候，電動(dòng)變速箱（EVT或e-CVT）將變速箱與電動(dòng)機(jī)結(jié)合在一起，以提供單個(gè)CVT的錯(cuò)覺。常規(guī)狀態(tài)下，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)連接到傳統(tǒng)的變速箱，而傳統(tǒng)的變速箱又連接到行星齒輪系統(tǒng)的行星架。電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)連接到中央“太陽”齒輪，該齒輪在典型的周轉(zhuǎn)系統(tǒng)中通常是不驅(qū)動(dòng)的。兩種電源都可以同時(shí)輸入到變速箱的輸出中，從而在兩者之間分配功率。比較常見的是可以將四分之一甚至一半的發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸入到太陽輪中，這個(gè)取決于實(shí)施方式，這可以大大簡化或完全消除周轉(zhuǎn)系統(tǒng)前的傳動(dòng)，EVT能夠像機(jī)械CVT一樣連續(xù)調(diào)節(jié)輸出和輸入速度比，具有顯著的優(yōu)勢，即能夠?qū)碜詢蓚€(gè)不同電源的功率也施加到一個(gè)輸出上，并且有可能顯著的降低總體復(fù)雜性。當(dāng)駕駛員踩下油門時(shí)，相關(guān)的電子設(shè)備會(huì)解析踏板位置，并立即將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置為RPM，從而為該設(shè)置提供最佳的汽油行駛里程。由于通常將齒輪比設(shè)置為遠(yuǎn)離最大扭矩點(diǎn)，因此這種設(shè)置可能會(huì)導(dǎo)致非常差的加速度。與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)不同，電動(dòng)機(jī)可在多種RPM范圍內(nèi)提供有效的扭矩，并且在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)效率低下的低速設(shè)置下尤其有效。通過改變附接到太陽輪的電動(dòng)機(jī)上的電負(fù)載或電源，可以提供額外的扭矩，以彌補(bǔ)從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的低扭矩。隨著車輛的加速，電動(dòng)機(jī)的功率減小，并最終終止，從而產(chǎn)生了CVT的錯(cuò)覺。

EVT的典型示例是豐田的Hybrid Synergy Drive。太陽輪始終從發(fā)動(dòng)機(jī)接收28％的扭矩。電源可以用于操作車輛中的任何電子負(fù)載，為電池充電；為娛樂系統(tǒng)供電或運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)。然后將任何剩余功率反饋到第二個(gè)電動(dòng)機(jī)，讓這個(gè)電動(dòng)機(jī)直接為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出提供動(dòng)力。在高速公路上行駛時(shí)，這種附加的電動(dòng)機(jī)的路徑效率要比直接為車輪提供動(dòng)力的效率低。但是，在加速過程中，電氣路徑比發(fā)動(dòng)機(jī)在距其扭矩點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方運(yùn)行更為有效。

自動(dòng)手動(dòng)變速箱

自動(dòng)手動(dòng)變速箱（AMT），也稱為無離合器手動(dòng)變速箱，是一種緊密結(jié)合傳統(tǒng)手動(dòng)變速箱的機(jī)械設(shè)計(jì)和內(nèi)部構(gòu)造的多速機(jī)動(dòng)車變速箱系統(tǒng)，并使用自動(dòng)化來控制離合器。

這些變速箱的早期版本是半自動(dòng)運(yùn)行的，例如Autostick，只能自動(dòng)控制離合器系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的現(xiàn)代版本在上世紀(jì)90年代中期開始出現(xiàn)在量產(chǎn)民用汽車上，并且是全自動(dòng)操作的，例如Selespeed和Easytronic，可以通過以下方式自動(dòng)控制離合器的操作和換檔：一個(gè)ECU，因此不需要人工干預(yù)或駕駛員無需換檔。

到了90年代中后期，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制的AMT在民用量產(chǎn)車中的使用有所增加，這是對傳統(tǒng)液壓自動(dòng)變速器的一種更具運(yùn)動(dòng)性的選擇。在2010年，AMT被越來越普遍的雙離合變速箱設(shè)計(jì)所取代。因?yàn)锳MT變速箱的穩(wěn)定性并不出色，傳動(dòng)效率也無法應(yīng)付確實(shí)的運(yùn)動(dòng)需求，哪怕只是在代步需求中。

雙離合器變速箱

雙離合器變速箱結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，由馬達(dá)、主傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)軸、雙離合器、從動(dòng)軸、中間軸、空心軸、均勻齒輪、副軸、奇數(shù)齒輪等部件組成。把德語Direktschaltgetriebe 縮寫后，就是DSG了。DSG變速箱是電子控制的雙離合器多軸自動(dòng)變速箱，采用變速驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行變速。傳統(tǒng)的變速箱布局，具有自動(dòng)離合器操作以及全自動(dòng)或半手動(dòng)擋位選擇。最早的雙離合變速器是1980年時(shí)保時(shí)捷內(nèi)部為保時(shí)捷962開發(fā)而來，而第一次真正應(yīng)用到民用車上，則是2003年在第四代高爾夫R32上，3.2L自然吸氣的VR6發(fā)動(dòng)機(jī)搭配6速濕式DSG變速箱。

簡單來說，DSG可使兩個(gè)單獨(dú)的“手動(dòng)”變速箱和離合器自動(dòng)化，這些變速箱包含在一個(gè)殼體中并作為一個(gè)單元工作。它是由BorgWarner設(shè)計(jì)，并在IAV GmbH的支持下獲得了大眾汽車集團(tuán)的許可。通過使用兩個(gè)獨(dú)立的離合器，DSG可以實(shí)現(xiàn)更快的換檔時(shí)間，并消除了常規(guī)周轉(zhuǎn)自動(dòng)變速器的液力變矩器。說到這，就再次糾正一下很多人對DSG變速箱的一個(gè)常規(guī)誤區(qū)，雙離合變速箱的能力是換擋更快，身邊有很多把濕式DSG變速箱開報(bào)廢的人一直認(rèn)為雙離合變速箱是起步更快。