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家用车变速箱选择之CVT篇

家用车变速箱选择之CVT篇

作为汽车产品狗,汽车的各种配置一直是我谈论的重点内容。但是对于汽车的大件配置如发动机、变速箱和底盘等则谈的比较少。今天,就来谈一谈家用车变速箱选择的问题,毕竟咱也是变速箱研发工程师出身。

由于篇幅问题,首先会在整体上谈一谈各种类型的变速箱的特点,然后重点来谈一谈无级变速器——CVT的技术特点和发展现状,希望能为大家购车提供一些帮助。以下是目录。


1,汽车变速箱类型及特点
2,CVT变速箱的原理以及特点
3,CVT变速箱技术升级

1,汽车变速箱类型及特点

当前市场上在使用的自动变速箱种类主要包括AT(自动变速箱),DCT(双离合变速箱),CVT(无极变速箱)三种。其他还有一些市场份额比较小的变速箱类型(如AMT半自动变速箱等),基本上也是基于前三种的原理,在此不过多讨论。

作为普通的消费者,关于变速箱最大的问题可能是,购车时究竟应该选择哪种变速箱?

对于以上三种类型的变速箱的特点,我的总结如下。

AT:齐达内。发挥稳如狗但是身价略高。

DCT:罗本。激情四射,各种暴力爆杆就是脆了点。

CVT:皮尔洛。经济实用,丝般顺滑。


AT

AT应用范围最广市场份额最大,技术上也比较成熟,性能可靠。AT由于使用了液力变矩器,所以低速性能和坡上性能优异。但是同时也导致了动力传输不直接,效率偏低。


DCT

DCT的特点是换挡快,没有AT的液力变矩器所以效率高。尤其是干湿DCT连离合器里面的传动油都省了,效率更高。

DCT最大的问题是低速时两个离合器配合的控制难度大,容易出现顿挫。另外在某些交通拥堵和山路工况下,反复升降档时离合器容易过热。

市面上使用DCT比较多的是德系车型,例如大众的热销车型如途观,朗逸等,都是使用的DCT。


CVT

CVT的特点是使用钢带传输动力。因此结构相对最简单,体积最小,重量最轻。便于整车布置。换挡流畅无顿挫,同时可以实现发动机效率的最佳匹配,明显降低油耗。

CVT用得最多的是日系厂商如丰田本田。早期的时候CVT主要用于发动机功率较小的车型上,近些年随着技术的进步,越来越多的中大型车也可以搭载CVT。

2,CVT变速箱原理及特点分析

CVT基本结构

在CVT变速箱中,发动机的动力首先通过液力变矩器传输到第一级锥盘上。第一级锥盘通过钢带将动力传输到第二级锥盘上。然后第二级锥盘通过差速器最终将动力传输到车轮上。通过对第一级锥盘和第二级锥盘的半径进行连续调节,实现传动比的连续变化。


优势一:无顿挫感

在消费者对变速箱的反馈中,顿挫感强的抱怨居高不下,过强的顿挫感会带来非常不舒适的驾驶体验。AT和DCT由于天生的结构中就存在传动比的突变,变速过程中必须经过动力中断再结合。因此几乎无法彻底消除顿挫感。而CVT由于传动比连续可调,因此可以在保持动力连接的同时实现变速过程,既可以保证发动机持续工作在高功率区间,同时还完全消除顿挫感。这就是为什么凯美瑞和雅阁这种日系车,开起来会比帕萨特要“舒服”。

虽然,某种意义上这种无顿挫也造就了CVT的一个缺点。(后面会详述)


优势二:提高发动机效率

某发动机效率图

发动机根据转速和扭矩的不同,分为不同的效率区间。变速箱的出现,就是为了调整发动机的运行点,使其尽可能的处于高效率区间。

CVT在这一方面有得天独厚的优势。如果说8AT提供了8个不同的传动比以优化发动机区间,那么理论上对于CVT来说就是无数个点,虽然在实际实现的过程中,CVT会模拟出若干个档位。但是自由度上CVT还是要大出很多。

简单来说就是,发动机跟CVT匹配会工作得更“舒服”,效率更高,油耗更低。


优势三:结构简单,体积小,重量轻。

因为省略了大量的齿轮、轴和离合器装置,CVT的结构最为简单,体积和重量都很小。对于整车来说,更好布置同时整车的重量也更轻。


当然,CVT的钢带结构带来的不全是好处。

锥盘压紧钢带的结构

问题一:动力绵软,缺乏爆发力。

从上图可以看出,锥盘和钢带之间动力的传输,实际上要依靠锥盘压紧钢带产生的静摩擦力。当车辆在低速爬坡,或者急加速变道的时候,对扭矩的需求会突然增大。此时如果锥盘不能压紧钢带,钢带就会在锥盘表面发生打滑。打滑会导致钢带和锥盘持续的摩擦发热,轻则影响驾驶感受,严重的会导致钢带烧毁。

由于钢带容易打滑和钢带本身承受扭矩有限等限制,导致了市面上大部分的CVT都只能与马力较小的发动机相匹配。同时在某些扭矩需求比较大的场合,如低速爬坡或急加速时,系统不得不主动限制发动机扭矩的输出。因此便出现了动力绵软,没有爆发力的现象。


问题二:缺乏驾驶乐趣

这个正好与前文的优势一相对应。正是由于CVT变速箱在变速的过程中可以保持发动机动力平稳,持续,无顿挫的输出,缺少了换挡过程中发动机的嘶吼和仪表盘的抖动,导致了很多消费者认为驾驶CVT车辆不具有驾驶AT或者DCT车辆的驾驶乐趣。


3,技术升级是如何解决上述问题的?

为了解决以上提到的CVT存在的不足,CVT的工程师们想出了很多精妙的方案。


斯巴鲁/通用/奥迪:金属链代替金属带结构


金属链跟锥盘之间通过特殊的机械结构连接。动力的传递,不像带式结构需要通过压紧的静摩擦力,因此不存在打滑的情况。所以链式结构的CVT可以突破CVT传递扭矩的上限,匹配很多大功率发动机。


丰田:增加启动齿轮

丰田的解决方案比较有意思,他们在CVT变速箱中新增了一个启动齿轮。

这一枚启动齿轮被放置在变速箱输入轴和输出轴之间,并有一个专门的同步器控制。主要的作用是,当车辆速度低于16km/h的时候,CVT的动力传输不通过钢带,而是通过这个启动齿轮直接传递动力。

低速大扭矩的工况是CVT最“不喜欢”的工况,因为这种工况下钢带需要承受很大的扭矩,极易打滑,同时传递效率又特别低下。(CVT钢带的效率在传动比最大和最小的两端都比较低)。当这种工况的动力传输由齿轮代替后,提高了传递效率,又使钢带和锥盘的设计不用考虑低速工况而更具有自由度。


日产/丰田:模拟AT换挡

为了使CVT的驾驶更具有乐趣,在sport模式或者激烈驾驶模式下,部分厂商通过调整CVT的换挡过程,可以模拟出AT和DCT那种充满节奏感的加速过程。怎么说呢,虽然只是模拟的,但是基本能让消费者体验到跟AT十分接近的感受,因此在驾驶乐趣方面CVT也有了很大的提升。


其他优化的技术方案包括优化钢带结构,优化锥盘结构以及优化润滑油等等,都可以一定程度上提升CVT的表现。


总的来说,CVT是一款适合家用车的变速箱。随着技术的进步,以往面对的一些技术难题也在慢慢被克服。未来的前景值得期待。

发布于 2019-08-16

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