汽車知識知多少——汽車變速器的發展歷史

隨著經濟和科技的發展,汽車越來越成為工業中十分重要的產業之一。而且隨著我國汽車工業水平的不斷提升,變速器作為車輛動力總成中十分重要的一環,是動力總成技術的核心之一。

汽車知識知多少——汽車變速器的發展歷史

由於發動機的轉速和轉矩的變化範圍較小,相反汽車行駛速度的變化範圍較廣,所以傳動系統就少不了變速器的作用。變速器可以:①改變傳動比,通過擴大驅動車輪轉矩和轉速的範圍,使發動機在理想的環境下運轉,實現車輛在各種工況下正常行駛;②在不改變發動機轉矩的情況下,實現汽車的倒車動作;③實現空擋,中斷髮動機的動力,啟動發動機和怠速。

德國工程師卡爾本茨設計製造出了世界上第一輛汽油三輪車,而戈特利布戴姆勒製造的是汽油四輪車。當時的傳動系統,是經由齒輪和鏈條的傳動以及後軸系的兩個半軸和差速器,發動機的動力傳輸到後輪,並且使用變速桿來改變鏈條的傳動比,由此實現了動力傳動。這就是早期的汽車傳動裝置

經過技術的發展和積澱,目前來說變速器分為兩大類:手動變速器(MT)和自動變速器,而自動變速器下面還分有液力自動變速器(AT)、電控機械式自動變速器(AMT)、無級自動變速器(CVT)。下面我們來一一介紹它們:

手動變速器(MT)

手動變速器(MT)採用齒輪傳動的降速原理,通過多組齒數不同的齒輪副。其實際使用中的換擋就是通過此機構中不同的齒輪副配合工作。因為每一檔的齒輪數是固定的,所以每一擋的變數比也是一個定值。體現在日常車輛行駛中:低速行駛時,就通過傳動比大的齒輪副進行工作,相反高速行駛時,會使用傳動比低的齒輪副運轉。

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五速手動變速箱圖示

優點:汽車的結構更加緊湊、質量較低,整車的製造成本低(橫置型MT被廣泛的應用在微型、普通級和中級轎車上)。

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缺點:行駛中需頻繁換擋,容易造成駕駛員疲勞,一定程度上影響駕駛安全;換擋過程影響整車舒適性,不同駕駛方式會對車輛的動力、燃油經濟性等產生較大差異,因而就催生出了自動變速器。

液力自動變速器(AT)

AT的結構都相對複雜,但是基本上都是由液力變矩器、行星齒輪變速器、液壓操縱機構及控制系統組成。基本原理:AT通過電子傳感裝置蒐集的汽車運行情況,並將其轉化為電信號,經微電腦處理後向相應的電磁閥輸出控制命令,從而實現變速器的自動換擋操作。

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AT結構圖示

優點:

①AT具有換擋方式簡單,換擋過程平穩的特點;

②取消離合器踏板和變速桿,僅需控制好油門踏板和制動踏板即可控制車速,大大簡化駕駛員的操作強度,使駕駛員集中精力觀察路況,提高行駛的安全性;

③AT能把發動機的轉速控制在一定範圍內,有利於提高整車的NVH水平。另外,由於減少了換擋次數和平穩的換擋過程,因此提高了汽車行駛的平穩性和燃油經濟性,提高乘坐舒適性(這也是為什麼很多主機廠把日常轉速調校在一個較低的區間)。

缺點:

①整體結構複雜,製造精度高,且成本較高;

②液力變矩器的傳動效率比機械傳動低,燃油消耗比機械變速器高,但如果AT與發動機匹配較好,也可以使燃料消耗與MT持平,甚至燃效更優。

電控機械式自動變速器(AMT)

AMT在傳統的軸式變速器和乾式離合器進行改造,引入了電控系統、傳感器和相應的執行機構,把選換擋、離合器和發動機油門進行自動化控制,從而實現了在不同路況、汽車運行情況的自動換擋控制。

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AMT結構特點

基本原理:在實際的駕駛中,通過駕駛員的加速踏板和選擇器向控制器(ECU)傳遞信號,將發動機轉速、輸入軸轉速、車速、擋位、油門開度等電信號數據實時的傳輸到ECU,然後ECU按照已經設置好的程序模擬實際熟練駕駛員的開車習慣和駕駛規律,實現發動機、離合器和變速器之間完美匹配。

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優點:

①AMT 可使汽車的動力性和平順性等有所提高;

②採用傳統的齒輪變速器傳動,傳動效率大於液力變速器。

缺點:

通過微電腦控制實現自動換擋,增加了傳感器、ECU和換擋執行機構,其成本比MT高,結構較為複雜。

無級自動變速器(CVT)

按照駕駛的實際需求,其實CVT是最理想的傳動方式之一,金屬帶式無級變速器是量產使用中的、開發最早、應用最廣泛的車輛無極變速傳動。

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CVT結構圖示

CVT系統主要包括主動輪組、從動輪組、傳動帶和液壓泵等基本部件。CVT系統的發動機首先輸出動力到主動輪,依次是V型傳送帶、從動輪、減速器、差速器到車輪,最終實現無級調速。

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優點:

①車輛實現了自動平穩的無級變速,而且操縱簡,消除了MT與AT換擋時的頓挫和衝擊;

②CVT能夠及時調整傳動比,是發動機最佳匹配的工作狀態,更有利於環保;

③在維修方面,與AT相比CVT結構簡單緊湊、成本低、工作可靠且維修方便;

④CVT能按照不同行駛工況及時調整傳動比,與發動機實現最佳匹配,使發動機始終處於最佳工作狀態,獲得最佳的燃料經濟性,減少了廢氣排放,有利於環保。

缺點:

在低速行駛時,部分CVT變速箱會出現輕微的拖拽感(或者是闖動),相同體積下CVT所承受的發動機扭矩較小。

隨著微電子技術、機電一體化技術、電控技術、大規模集成電路等技術的發展,汽車變速器將朝著更加智能化、電子化、小型化和低噪音化的方向不斷進步。

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