為什麼換擋會“頓挫”?工程師:完美的變速箱,動力永不中斷

為什麼換擋會“頓挫”?工程師:完美的變速箱,動力永不中斷

大部分人購車時會先看車輛外觀,再看參數配置。看似面面俱到,但其實卻忽略一個非常重要的點——“三大件”的結構

就比如驅動系統,能把最大扭矩當日常開的人很少,但動力系統是否平順,卻時刻影響著一臺車的駕乘感受,至關重要

為什麼換擋會“頓挫”?工程師:完美的變速箱,動力永不中斷

考過駕照的人都知道,汽車換擋時需要將離合器脫開,切斷動力,待檔位選擇完畢後再將離合器閉合。因此換擋過程整車會出現動力中斷,也就是我們經常吐槽點的“頓挫”

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那麼,我們該如何選擇一輛換擋平順的汽車呢

對於手動擋汽車,主要看司機的實力。而對於自動擋汽車,主要看整車廠的實力。

傳統汽車是如何解決動力中斷的?

一般的AMT變速箱就是在手動變速箱的基礎上增加了執行元件,換擋頓挫感明顯。

工程師為了改善這個問題,當前主要通過三個技術方向:

  • CVT(無級變速器)
  • AT(自動變速器)
  • DCT(雙離合變速器)

CVT無級變速器,它的變速比不是間斷的點,而是一系列連續的值,所以不存在換擋的說法,行駛起來會更加的柔和平順,沒有頓挫感。但急加速時動力不足,甚至出現鋼帶打滑的現象

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AT變速箱全稱叫自動變速箱,它由液力變矩器、行星齒輪和液壓操縱系統組成。液力變矩器是AT變速箱的靈魂,有傳遞扭矩和離合的作用。由於其緩衝調速作用,一定程度上避免了離合器結合時候的頓挫。

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DCT雙離合變速箱2個手動變速箱,換擋過程中兩個離合器同時傳遞扭矩。2個離合器一個控制奇數檔(1,3,5…),一個控制偶數檔(2,4,6…)。當掛到奇數檔位時,偶數檔待命,通過精確控制,實現扭矩由奇數離合器過渡到偶數離合器,改善換擋過程中的動力中斷情況。

但在特殊情況下,例如低速行駛、暴力駕駛等,還是避免不了出現動力中斷、換擋頓挫。

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無論變速箱結構多精密、多複雜,都只能是將動力中斷時間縮短,無法從根本上解決頓挫問題。再昂貴的變速箱,再豪華的汽車,只要它還是個變速箱,就早晚會出現頓挫。

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因為動力源只有一個,一蘿蔔不能佔兩個坑。同時,由於控制難度較高,離合器扭矩精度也是問題

這時候,雙動力源——同時擁有發動機+電機輸出的PHEV優勢顯而易見。能不能通過電機的精確控制,完美補償發動機換擋時的動力中斷呢?

新能源汽車是如何解決動力中斷的?

以業界比較有名的某品牌EDU混動電驅變速箱為例,這套混合動力總成包含一臺發動機,一臺功率100kW電機和一套複雜的10速EDU變速箱。

混動電驅變速箱的電機和發動機在不同的輸入軸,平行軸佈局,可以純電動行駛也可並聯混動驅動

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二代EDU系統構型圖

發動機換擋時,離合器打開,發動機動力卸除。但HCU混動控制器知道發動機扭矩卸除,換擋後接入的整個過程——

通過精細的計算,HCU控制電機扭矩增加,補償發動機扭矩的減少,保證整個換擋期間動力系統輪端總扭矩沒有波動。

換擋結束後,發動機扭矩恢復,同時HCU再次精確控制電機扭矩進行卸除,保證輪端扭矩無波動,從而實現升檔或者降檔無動力中斷的換擋。

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並聯驅動時,發動機升擋過程中電機扭矩補償原理

當然,電機升降檔時,HCU會按照類似的方法,控制發動機的扭矩輸出波動,實現類似的平順效果。
這種與雙離合看似相近的“交替換擋”結構,實際完全不同。

01 傳統雙離合變速箱、AT變速箱,其動力源只有發動機一個,可以縮短換擋時間,但無法從根本解決換擋頓挫。

02 電機的響應速度和精度都是遠超離合器和發動機的,所帶來的換擋品質可以比雙離合變速箱做的更好。

03 駕駛性更好以外,動力傳遞效率也更高。因為與AT相比,沒有液力變矩器導致的能量損失;和DCT相比,沒有雙離合換擋時兩個離合器的摩擦導致的損失。

同時,工程師通過對標的實測數據發現,混動變速箱在保證換擋平順性的同時,動力性能也得到提升

。無論在kickdown降擋過程的加速度,還是降檔後的最大加速度都優於對標車。也就是說,在踩油門加速超車時,可以給到順滑又澎湃的動力輸出,給駕駛員更強的信心

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從文獻數據中得知,以90kph時的kickdown降檔測試為例,三臺對標車型,換擋時加速度都出現了不同程度的下落,產生頓挫感。而搭載混動電驅變速箱的車型,加速度在逐漸上升,換擋時間也相對較短。雙動力源補償換擋帶來的駕駛感受提升十分明顯。

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歸根到底,換擋頓挫感,來自汽車變速箱換擋時的當前車速和發動機輸出動力不匹配

傳統汽車只有一臺發動機,變速箱在不同擋位切換時不可避免地會造成動力中斷,再加上換擋前後發動機動力輸出不匹配,頓挫感是一定會有的,只是部門技術較好的廠家會通過各種手段降低換擋過程的不適感。

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現在我們有了混合動力汽車PHEV,不止有發動機,還有電機。兩個動力源,通過精確控制,電機輸出動力可以將換擋過程的頓挫感完美彌補。

混合動力,帶來的不止是節能而已。

感謝工程師李德晴對本文的大力幫助

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