試駕汽車變速箱的歷史 - 第 3 部分
在最後一部分中，您將在此區域找到各種類型的現代解決方案。
今天，變速器的世界比以往任何時候都更加多樣化，汽車公司和供應商受到復雜的關係和協議的約束，從而創造出從小型 CVT 變速器到九速自動變速器的高科技產品。
在 50 年代，一切似乎都呈現出清晰的畫面：對於美國人來說，自動變速器現在是最重要的，而對於歐洲人來說，手動變速器仍然是首要任務。 然而，同樣的說法也適用於 70 年代——我們不能忘記歐洲（西方）真正的“機動化”正是從那時開始的，因為 80 年代還需要從戰爭廢墟中重建。 歷史表明，2000 年代的情況並沒有太大不同，儘管在歐洲的某些地方，自動檔開始出現在更豪華的汽車中。 直到 90 年代，電子政務的出現才開始改變趨勢，有利於自動變速器和舊大陸。 但即使在 80 年，當新車的自動化比例在美國達到 15%，在日本達到 4% 時，也只有 5% 的歐洲人選擇了這種解決方案。 當然，我們不能低估這種情況下的心理因素，以及後者有意自行換檔的強烈願望。 當時，它們仍然主要是 2002 年和 6 檔 - 直到 8 年 ZF 才推出第一代 8HP 六速變速器，將它們提升到 XNUMXHP，七年後在 ZF XNUMXHP。 後者成為一場真正的革命，不僅在檔位數量方面，而且在完美的操作舒適性方面，這要歸功於 BMW 工程師以及他們在第七系列中的精確整合已經達到完美。
這確實是一個令人難以置信的變化時期，因為當時採埃孚繼續為標致 4 提供 407HP，為大眾和斯柯達提供 5HP。 事實上，13 年來，全球自動變速箱的份額猛增，46 年達到 2014%。 儘管齒輪數量增加了，但尺寸和重量卻減少了，而且這裡已經有適合每個人的東西了。 甚至像本田爵士這樣的小型車也將配備雙離合變速箱。 梅賽德斯和採埃孚先後推出了九款步進單元。 積極的聯合開發 GM 和 Ford 正在努力進行十速自動變速器項目，以對抗美國的 Chrysler，同時發布 ZF 8HP 的許可版本。 雖然手動變速箱的發展正朝著更好的檔位、簡化和更精確的換檔方向發展，使一些汽車如此完美以至於剝奪它們將是一種犧牲，但自動變速箱現在有大量的選擇。 在 2014 年銷售的所有配備自動變速器的汽車中，49% 是配備 6 檔或更多檔的經典自動變速器，只有 15% 的汽車配備少於 6 檔。 CVT 佔 20%，雙離合變速器佔 9%，自動手動變速器僅佔 3%，混合動力和電動汽車變速器也是如此。 這些數字隱藏了一些嚴格的細節：例如，DSG 變速箱的主要份額在歐洲市場上銷售，經典產品在歐洲和美國銷售，而 CVT 變速箱的大部分份額在日本。 同時，新裝置絕不會比它們的前輩更重或更大——如果 5 款梅賽德斯 2004 速自動變速器需要四個行星齒輪和七個鎖定裝置，由於其智能架構，新的 9G-Tronic 就是它還管理四個行星齒輪，但有六個離合器作為鎖定元件。 有一點很清楚——很快，即使是中檔品牌也會效仿奢侈品製造商，現在轉向齒輪更多的變速器——一個很好的例子就是歐寶正處於開發八速自動變速器的最後階段. 帶有自動變速器的汽車使發動機加速不舒服並產生奇怪的合成感覺的想法現在已完全載入史冊。
聯盟與協議
然而，作為一家自行開發和生產變速箱的汽車製造商，梅賽德斯是個例外。馬自達、標緻雪鐵龍和現代/起亞的情況類似，但實際上，大多數汽車製造商在很大程度上受到複雜的關係以及相互之間以及與採埃孚和愛信等變速箱供應商的合資企業的約束。例如，Audi、BMW、勞斯萊斯等車型都配備了不同型號的 8 速 ZF 自動變速箱。根據許可協議，克萊斯勒為 Evasion、克萊斯勒和吉普車型生產相同的變速箱，也為瑪莎拉蒂和菲亞特生產相同的變速箱。通用汽車在克爾維特本身生產八速 Hydra-Matic，但它與愛信合作為凱迪拉克開發八速變速箱，並在十年前向寶馬提供自動變速箱。同時，這家美國巨頭正在與福特合作開發十速變速箱，而其歐洲子公司歐寶正在開發自己的八速變速箱。現代/起亞也開發了自己的八速變速箱。同時，格特拉克在雙離合器變速箱生產方面積累了豐富的經驗，為福特和雷諾緊湊型車型以及寶馬M車型提供雙離合器變速箱，其中兩個離合器大部分由LUK供應。大眾和奧迪著名的DSG變速箱是在博格華納的幫助下設計的，而威龍的變速箱則是由里卡多設計的。具有兩個離合器和七個齒輪的變速器。保時捷 PDK 是採埃孚 (ZF)、博格華納 (BorgWarner) 和愛知機械工業 (Aichi Machine Industry) 的成果，三家公司共同開發和生產日產 GT-R 變速箱。
經典自動化大賽
在上一部分中，我們詳細介紹了經典自動變速器的創建和開發。 我們將補充說，在較早的版本中，基於歧管中的真空並使用離心調節器來機械地控制激活鎖定元件的加壓液壓系統（見下文）。 後來，一切都基於電子和與電機控制有關的參數。 重要的是要注意，新型合成油也為現代變速器的精確運行做出了重要貢獻。 然而，近年來經典自動變速箱的迅速發展已使它們在當今的換檔舒適性，卓越的平穩性和高速性方面變得無與倫比，並且它們仍然是變速箱數量的領先者（已經是9個）。 液力變矩器的快速斷開使它們更高效且不會中斷牽引力，這使它們更接近DSG，換擋時間越來越短，並且在蓄壓器的幫助下，啟停系統沒有集成。 題。 有趣的是，儘管公共汽車大多使用經典的自動變速箱，但大型卡車的首要任務是帶自動氣動換擋的手動變速箱。
自動變速箱
就在十年前，他們的未來看起來很有希望……在 80 年代進入賽車運動並改用高速序列式變速箱後，它們現在在量產車中越來越不常見，取而代之的是雙速變速箱。 離合器。 具有氣動和液壓換檔功能的機械變速箱選項仍然是卡車的優先選擇，而順序變速箱則是賽車的優先選擇。 後者是一個相當矛盾的事實，國際汽聯出於削減成本的願望而爭論不休。 已經到了很快所有一級方程式賽車都可能從同一供應商那裡獲得變速箱的地步。 此外，它們在材料、齒輪數量和齒輪寬度方面受到限制——在引入新型渦輪發動機的背景下，這是一個相當奇怪的決定。
事實上，這一切都始於一場極致的 Formula 1 孵化器革命，而其概念的締造者正是 80 年代中期法拉利的首席設計師約翰·巴納德 (John Barnard)。 他在實踐中的深刻想法不是尋找新的開關方式，而是消除汽車駕駛室中復雜而笨重的機構。 由於當時已經有了電動液壓裝置形式的技術基礎（作為汽車主動懸架的一個組成部分），他決定將這種激活器用於此目的。 這甚至不是先拆下離合器踏板。 第一個原型包括用於換檔的裝置，該解決方案允許移動方向盤桿。 這時候才想到鬆開離合器踏板，同時在控制電子大腦的幫助下打開它。 這種架構和微處理器的改進，以及電子控製油門的引入，實現了全自動換檔。 這會是經典自動變速器棺材上的最後一顆釘子嗎 - 在九十年代，這種聲音開始越來越多。 更重要的是，自動變速器正在迅速改進，朝著採用有序（順序）設計的全新架構發展，其中換檔系統的槓桿放置在通道中或遵循旋轉鼓的輪廓。
經典自動現在帶有手動優先
但就在基於手動變速器的半自動變速器在這項大型運動中邁出第一步的同時，保時捷通過創造一款經典的自動變速器解決了相反的問題，該變速器能夠使用方向盤上的槓桿進行換檔。 變速器當然是採埃孚的，它和博世一起在項目中起主導作用（保時捷提出主要想法並領導項目，採埃孚開發設備，博世負責管理）。 該項目的實施以 911 和 968 的附加設備的形式進行了演示，後來奧迪和三菱為該項目購買了許可證。 這種手自一體變速器的名稱來自德語單詞 tippen（推動），因為它能夠通過推拉槓桿進行換檔。 這種類型的變速箱已經具有根據駕駛員的駕駛風格改變其模式的功能。
與此同時，約翰·巴納德 (John Barnard) 的發明在汽車中佔有一席之地——當然，對於那些具有運動精神的人來說，或者至少是自命不凡的人——比如法拉利 F360 Modena 和更溫和的 Alfa 147 Selespeed，配備順序變速箱（基於在標準的五速變速器上增加了變速桿和 Magnetti-Marelli 的大腦但是，正如我們提到的，雙離合變速器的誕生似乎燒毀了自動變速器在大型汽車世界中的野心，而後者轉向更適中的模型和現有變速器更便宜的自動化的可能性（例如歐寶 Easytronic 同時收到了新的第三版）。 這是通過比串行架構更簡單的方式實現的——為此使用了一個額外的控制單元，它已經非常緊湊。 然而，設計師長期以來的同步自動換檔和分離夢想的解決方案仍然只是一個烏托邦——實際上這從未發生過，而且所有這種類型的變速器都缺乏從一個檔位到另一個檔位的和諧換檔。 . 跑車製造商專注於雙離合變速器（DCT 或 DSG）。 這方面的一個典型例子是 BMW 和 Getrag 之間的合作，它具體化為上一代 M5 的序列式 SMG 變速箱，並為當前的 MXNUMX 轉換為七速 DCT 變速箱。
帶兩個離合器，不會中斷牽引
這一切都始於 2003 年，當時大眾推出了與博格華納共同開發的直接換檔變速器（或德語的 Direct Schalt Getriebe）。 它一推出，就展示了換檔速度更快的能力，並且沒有手動和自動變速器的顛簸，沒有牽引力損失，也沒有因缺少轉換器而導致的消耗惡化。 然而，回顧歷史表明，奧迪早在 80 年代中期就在他們的拉力賽車中使用了類似的變速箱（例如 Sport Quattro S1 Pikes Peak），但這項技術還需要等待一段時間才能有足夠快的電子系統可用。 批量生產的控制、合適的耦合材料和快速液壓執行器。 與傳統變速箱不同，DSG 有兩個同軸軸，每個軸都有自己的離合器。 這些連接器彼此同心佈置，外部連接到兩個軸的內部，內部連接到中空的外部部分。 其中一個軸接受奇數，另一個 - 偶數齒輪。 例如，當第一個齒輪嚙合時，第二個齒輪已經準備就緒，並且通過在不中斷牽引力的情況下同時分離一個齒輪和接合另一個齒輪來進行接合。 齒輪使用經典的同步器驅動，但不是使用機械桿和叉，而是使用液壓元件來驅動。 多片離合器在設計上不同於機械變速器，在這方面與自動裝置中用作鎖定元件的機構很接近——它們的發展促進了 DSG 的發展。 然而，這兩種類型不僅在打開和關閉液壓離合器方面相似，而且在基於多個傳感器的電子控制方面也相似。 在早期版本中，變速箱採用油浴式離合器以實現更好的熱傳遞，但隨著材料的進步，現在使用更高效的干式離合器。 DSG 變速器現在主要用於運動車型，但也經常用作緊湊型和小型車型的替代品，例如福特福克斯和雷諾梅甘娜（配備 Getrag）、大眾高爾夫、奧迪 A3、斯柯達明銳（大眾-博格華納）。 自動和自動化。 所以今天，在電子的幫助下，所有類型的自動變速器都能夠機械地切換自動機器的不同操作模式。
變速箱發生了什麼事？
無級變速器的概念與世界一樣古老，項目包括許多變體。 他們的問題通常是沒有齒輪，扭矩傳遞到滑動表面會導致拳擊。 早在 20 世紀初，瑞士韋伯就有這樣的變速器，但直到 1955 年，多恩兄弟才設法創造出這種實用的解決方案——後者以 Variomatic 的形式出現在荷蘭 DAF 汽車中。 在具有軸向偏移液壓致動器和由斜面皮帶連接的錐形元件的各種設計中，簡單且有前途的無級變化的主要問題是它們的磨損。 因此，在後來的設計中，取而代之的是高摩擦力的鋼製分段金屬元件，其運動不是通過拉動，而是通過推動，從而提供更高的扭矩。 80年代後期，福特、菲亞特、斯巴魯、採埃孚等多家公司開始與Van Doorne合作生產，為了傳遞比2000年更大的扭矩，奧迪創造了使用鏈條的CVT變速器。 2003 年，在很大程度上要歸功於當地製造商 Jatco，日產當然尊重這些變速器，為 Murano 配備了 CVT 變速器，而當前的 Subaru Legacy 自動變速器版本使用了 LUK 的變速器。
早在 19 世紀末，第一台 CVT 變速器問世，它使用不同直徑的圓盤直接接合，在 20 年代，雪鐵龍和通用汽車首次生產了第一批量產版本。 他們對這種技術解決方案的興趣在 80 年代後期再次出現，隨著材料的發展，它的保管人是英國公司 Torotrak 和前面提到的 Jatco - 後者是 CVT 變速器的領導者。 最近，出現了越來越多的此類新解決方案，例如 Double Rollet CVT Ultimate Transmission，但尚未顯示出其可行性。
在標準CVT變速箱中，通常在主齒輪的前面放置一個小型行星齒輪，以提供前進，後退和空擋。 各種啟動解決方案都使用磁性插頭連接器或標準轉換器（斯巴魯或ZF Ecotronic CVT）。 近年來被長期忽視的CVT變速箱再次引起了越來越多的關注，尤其是日本製造商。 他們在自動變速器的總產量中仍然佔有很大份額。 博世的變速箱技術在該領域變得越來越活躍。 與其他產品一樣，新材料和電子產品也應運而生。
經典自動變速器的基本設計
在其新的 9G-Tronic 變速器中，梅賽德斯使用了所謂的液力變矩器，這是一種極其複雜的裝置，但其工作原理與第一批此類裝置並無不同（見圖）。 實際上，它由連接到發動機飛輪的泵、連接到齒輪的渦輪和稱為定子的中間元件組成。 該設備中的流體動力學極其複雜，但只是將放置在其中的油以圓周運動的方式圍繞其外圍泵送，類似於圖 8 的頂部，但在相交線偏移的 50D 版本中。 相對於彼此。 渦輪葉片的特定形狀，作為手臂的標誌，實際上是經過極其精確計算的曲率，可以最佳地吸收流動的力，進而突然改變方向。 結果，扭矩增加。 不幸的是，一旦方向改變，流動就已經產生了負面影響，因為它被引導回泵葉片。 定子來幫忙，它的作用是改變流動方向，正是這個元件將設備變成了變矩器。 它的設計方式使其具有鎖定機制，可在這種壓力下保持靜止。 由於上述所有原因，在啟動時，扭矩增加最大。 雖然在一定速度下流動是反向的，但隨著其渦輪圓周速度向相反方向逐漸增大，其淨速度變得與渦輪方向相同。 要理解這一點，假設您以 30 km/h 的速度駕駛電車，並以 20 km/h 的速度彈回一個球。在這種情況下，油流從定子葉片後面流過，其阻擋失效並開始旋轉自由流動，當達到泵速的 90% 時，渦流變為徑向，扭矩停止增加。 因此，汽車啟動並加速，但這總是與損失有關，即使是現代單位也是如此。 在現代變速器中，啟動後不久，轉換器就會關閉，或者更確切地說，它的動作在所謂的幫助下被阻止。 鎖止離合器，提高了變速器的整體效率。 在混合動力版本中，例如 ZF 8HP，它被一個增加扭矩的電動機所取代，而在某些解決方案中，例如 AMG 7G-DCT，轉換器被一組片式離合器所取代。 然而 - 為了優化油流的動力學，在某些情況下，定子葉片具有不斷變化的迎角，這會根據情況改變扭矩。
行星齒輪組
如前一節所述，行星齒輪被選為最合適的齒輪，因為它能夠在沒有齒輪或同步器的情況下處理各種齒輪。 該機構是一個帶內齒的環形齒輪（冠）、一個太陽輪和與其摩擦並與冠環耦合的行星輪，它們連接到一個公共導軌上。 當其中一個元件（表冠、導輪或太陽輪）被鎖定時，扭矩會在另外兩個元件之間傳遞，齒輪比取決於設計。 鎖定元件可以是離合器或帶式製動器，在較舊的變速箱中由液壓致動器機械驅動，在較新的變速箱中由電子控制。 即使是早期的自動變速器，如 GM Hydra-Matic 或 Chrysler Torque-Flite，也沒有使用傳統的行星齒輪，而是使用像 Simpson 那樣的複合設計。 後者以其創造者美國工程師霍華德辛普森的名字命名，包括兩個完全相同的行星（行星）齒輪，其中第二個的一部分連接到第一個（例如，帶有太陽輪的導軌）。 在這種情況下，固定元件是兩個多片離合器、兩個制動帶，以及一個提供扭矩直接傳輸的單向離合器。 第三種機制，提供所謂的超速，可以單獨添加到變速箱。 許多更現代的設計使用比傳統行星齒輪更複雜的結構，例如 Ravigneaux（以其創造者 Paul Ravigneau 的名字命名），它結合了一個和兩個標準齒輪，將齒輪數量增加到五個。 它包括一個共同的日冕和兩種不同類型的衛星和太陽輪的組合，它們之間發生更複雜的能量流動。 ZF 於 6 年推出的首款 2002 速自動變速器採用了 Lepelletier 機構（設計師 Paul Lepelletier），從而減少了部件、重量和體積。 由於計算機分析，現代解決方案的智能主要在於能夠集成更緊湊的鎖定機構、軸和齒輪，允許更多元素相互作用，從而實現更多齒輪。
排在9檔前列的是Mercedes 9G-Tronic。
新型梅賽德斯9G-Tronic變速器的齒輪比（齒輪比從第一到第九）為9,15。 因此，配備此變速器的E 350 Bluetec能夠以120 km / h的速度以1350 rpm的速度以第九檔行駛。 替代飛輪的雙扭力阻尼器與離心擺裝置相結合，還支持低速運動能力。 儘管它可以處理高達1000 Nm的扭矩，但基於大量的計算機模擬，該傳動系統比以前更輕巧，更緊湊。 兩件式外殼由液力變矩器中的鋁製成，鎂合金則由聚合物曲軸箱製成。 在實現僅用四個行星齒輪實現九個齒輪的可能性之前，進行了許多分析。 該變速箱將廣泛用於其他橫向安裝型號，而DSG將用於緊湊型型號。
奇異的後坐力ZF：9HP
9HP的根源可以追溯到2006年，當時採埃孚（ZF）決定重返橫向市場（以前的產品是四速和CVT變速箱，在90年代後期停產）。 開發通常需要大約4年的時間，但該公司不希望他們使用6速自動變速箱回來，因為它們已經存在。 該公司花了7年的時間才能完成這一目標，這一事實證明了創建該變速箱的巨大設計工作。 該解決方案是一項令人難以置信的高科技解決方案，即使在扭矩為480 Nm的版本中也僅重86千克。 得益於新的變速箱，與六速變速箱相比，燃油消耗減少了約10％，在6 km / h的恆定速度下，燃油消耗減少了120％。 智能架構包括放置彼此嵌套的四個行星齒輪，以及增加額外的銷釘連接器，這些銷釘連接器在打開時具有較小的殘留摩擦力。 多級阻尼系統已添加到變矩器中。
文字：Georgy Kolev
