试驾汽车变速箱的历史 - 第 3 部分
在最后一部分中，您将在此区域找到各种类型的现代解决方案。
今天，变速器的世界比以往任何时候都更加多样化，汽车公司和供应商受到复杂的关系和协议的约束，从而创造出从小型 CVT 变速器到九速自动变速器的高科技产品。
在 50 年代，一切似乎都呈现出清晰的画面：对于美国人来说，自动变速器现在是最重要的，而对于欧洲人来说，手动变速器仍然是首要任务。 然而，同样的说法也适用于 70 年代——我们不能忘记欧洲（西方）真正的“机动化”正是从那时开始的，因为 80 年代还需要从战争废墟中重建。 历史表明，2000 年代的情况并没有太大不同，尽管在欧洲的某些地方，自动档开始出现在更豪华的汽车中。 直到 90 年代，电子政务的出现才开始改变趋势，有利于自动变速器和旧大陆。 但即使在 80 年，当新车的自动化比例在美国达到 15%，在日本达到 4% 时，也只有 5% 的欧洲人选择了这种解决方案。 当然，我们不能低估这种情况下的心理因素，以及后者有意自行换档的强烈愿望。 当时，它们仍然主要是 2002 年和 6 档 - 直到 8 年 ZF 才推出第一代 8HP 六速变速器，将它们提升到 XNUMXHP，七年后在 ZF XNUMXHP。 后者成为一场真正的革命，不仅在档位数量方面，而且在完美的操作舒适性方面，这要归功于 BMW 工程师以及他们在第七系列中的精确整合已经达到完美。
这确实是一个令人难以置信的变化时期，因为当时采埃孚继续为标致 4 提供 407HP，为大众和斯柯达提供 5HP。 事实上，13 年来，全球自动变速箱的份额猛增，46 年达到 2014%。 尽管齿轮数量增加了，但尺寸和重量却减少了，而且这里已经有适合每个人的东西了。 甚至像本田爵士这样的小型车也将配备双离合变速箱。 梅赛德斯和采埃孚先后推出了九款步进单元。 积极的联合开发 GM 和 Ford 正在努力开展十速自动变速器项目，以对抗美国的 Chrysler，同时发布 ZF 8HP 的许可版本。 虽然手动变速箱的发展正朝着更好的档位、简化和更精确的换档方向发展，使一些汽车如此完美以至于剥夺它们将是一种牺牲，但自动变速箱现在有大量的选择。 在 2014 年销售的所有配备自动变速器的汽车中，49% 是配备 6 档或更多档的经典自动变速器，只有 15% 的汽车配备少于 6 档。 CVT 占 20%，双离合变速器占 9%，自动手动变速器仅占 3%，混合动力和电动汽车变速器也是如此。 这些数字隐藏了一些严格的细节：例如，DSG 变速箱的主要份额在欧洲市场上销售，经典产品在欧洲和美国销售，而 CVT 变速箱的大部分份额在日本。 同时，新装置绝不会比它们的前辈更重或更大——如果 5 款梅赛德斯 2004 速自动变速器需要四个行星齿轮和七个锁定装置，由于其智能架构，新的 9G-Tronic 就是它还管理四个行星齿轮，但有六个离合器作为锁定元件。 有一点很清楚——很快，即使是中档品牌也会效仿奢侈品制造商，现在转向齿轮更多的变速器——一个很好的例子就是欧宝正处于开发八速自动变速器的最后阶段. 带有自动变速器的汽车使发动机加速不舒服并产生奇怪的合成感觉的想法现在已完全载入史册。
联盟与协议
然而，作为一家自行开发和生产变速器的汽车制造商，梅赛德斯是个例外。马自达、标致雪铁龙和现代/起亚的情况类似，但实际上，大多数汽车制造商在很大程度上受到复杂的关系以及相互之间以及与采埃孚和爱信等变速箱供应商的合资企业的约束。例如，奥迪、宝马、劳斯莱斯等车型都配备了不同型号的 8 速 ZF 自动变速箱。根据许可协议，克莱斯勒为 Evasion、克莱斯勒和吉普车型生产相同的变速箱，还为玛莎拉蒂和菲亚特生产相同的变速箱。通用汽车在克尔维特本身中生产八速 Hydra-Matic，但它与爱信合作为凯迪拉克开发八速变速箱，并在十年前向宝马提供自动变速箱。与此同时，这家美国巨头正在与福特合作开发十速变速箱，而其欧洲子公司欧宝正在开发自己的八速变速箱。现代/起亚也开发了自己的八速变速器。与此同时，格特拉克在双离合器变速箱生产方面积累了丰富的经验，为福特和雷诺紧凑型车型以及宝马M车型提供双离合器变速箱，其中两个离合器大部分由LUK供应。大众和奥迪著名的DSG变速箱是在博格华纳的帮助下设计的，而威龙的变速箱则是由里卡多设计的。具有两个离合器和七个齿轮的变速器。保时捷 PDK 是采埃孚 (ZF)、博格华纳 (BorgWarner) 和爱知机械工业 (Aichi Machine Industry) 的成果，三家公司共同开发和生产日产 GT-R 变速箱。
经典自动化大赛
在上一部分中，我们详细介绍了经典自动变速器的创建和开发。 我们还要补充一点，在较早的版本中，基于歧管中的真空并使用离心调节器来机械控制控制锁定元件的加压液压系统（见下文）。 后来，一切都基于电子和与电机控制有关的参数。 重要的是要注意，新型合成油还对现代变速器的精确性能做出了重要贡献。 然而，近年来经典自动变速箱的迅速发展已使它们在今天的变速档舒适性，卓越的平稳性和高速方面变得无与伦比，并且到目前为止，它们已成为变速箱数量的领先者（已经是9个）。 液力变矩器的快速断开使它们更加高效，并且不会中断牵引力，这使它们更接近DSG，换挡时间越来越短，并且在蓄压器的帮助下，启停系统没有集成。 题。 有趣的是，尽管公共汽车大多使用经典的自动变速箱，但大型卡车的首要任务是带自动气动换挡的手动变速箱。
自动变速箱
就在十年前，他们的未来看起来很有希望……在 80 年代进入赛车运动并改用高速序列式变速箱后，它们现在在量产车中越来越不常见，取而代之的是双速变速箱。 离合器。 具有气动和液压换档功能的机械变速箱选项仍然是卡车的优先选择，而顺序变速箱则是赛车的优先选择。 后者是一个相当矛盾的事实，国际汽联出于削减成本的愿望而争论不休。 已经到了很快所有一级方程式赛车都可能从同一供应商那里获得变速箱的地步。 此外，它们在材料、齿轮数量和齿轮宽度方面受到限制——在引入新型涡轮发动机的背景下，这是一个相当奇怪的决定。
事实上，这一切都始于一场极致的 Formula 1 孵化器革命，而其概念的缔造者正是 80 年代中期法拉利的首席设计师约翰·巴纳德 (John Barnard)。 他在实践中的深刻想法不是寻找新的开关方式，而是消除汽车驾驶室中复杂而笨重的机构。 由于当时已经有了电动液压装置形式的技术基础（作为汽车主动悬架的一个组成部分），他决定将这种激活器用于此目的。 这甚至不是先拆下离合器踏板。 第一个原型包括用于换档的装置，该解决方案允许移动方向盘杆。 这时候才想到松开离合器踏板，同时在控制电子大脑的帮助下打开它。 这种架构和微处理器的改进，以及电子控制油门的引入，实现了全自动换档。 这会是经典自动变速器棺材上的最后一颗钉子吗 - 在九十年代，这种声音开始越来越多。 更重要的是，自动变速器正在迅速改进，朝着采用有序（顺序）设计的全新架构发展，其中换档系统的杠杆放置在通道中或遵循旋转鼓的轮廓。
经典自动现在带有手动优先
但就在基于手动变速器的半自动变速器在这项大型运动中迈出第一步的同时，保时捷通过创造一款经典的自动变速器解决了相反的问题，该变速器能够使用方向盘上的杠杆进行换档。 变速器当然是采埃孚的，它和博世一起在项目中起主导作用（保时捷提出主要想法并领导项目，采埃孚开发设备，博世负责管理）。 该项目的实施以 911 和 968 的附加设备的形式进行了演示，后来奥迪和三菱为该项目购买了许可证。 这种手自一体变速器的名称来自德语单词 tippen（推动），因为它能够通过推拉杠杆进行换档。 这种类型的变速箱已经具有根据驾驶员的驾驶风格改变其模式的功能。
与此同时，约翰·巴纳德 (John Barnard) 的发明在汽车中占有一席之地——当然，对于那些具有运动精神的人来说，或者至少是自命不凡的人——比如法拉利 F360 Modena 和更温和的 Alfa 147 Selespeed，配备顺序变速箱（基于在标准的五速变速器上增加了变速杆和 Magnetti-Marelli 的大脑但是，正如我们提到的，双离合变速器的诞生似乎烧毁了自动变速器在大型汽车世界中的野心，而后者转向更适中的模型和现有变速器更便宜的自动化的可能性（例如欧宝 Easytronic 同时收到了新的第三版）。 这是通过比串行架构更简单的方式实现的——为此使用了一个额外的控制单元，它已经非常紧凑。 然而，设计师长期以来的同步自动换档和分离梦想的解决方案仍然只是一个乌托邦——实际上这从未发生过，而且所有这种类型的变速器都缺乏从一个档位到另一个档位的和谐换档。 . 跑车制造商专注于双离合变速器（DCT 或 DSG）。 这方面的一个典型例子是 BMW 和 Getrag 之间的合作，它具体化为上一代 M5 的序列式 SMG 变速箱，并为当前的 MXNUMX 转换为七速 DCT 变速箱。
有两个离合器，不会中断牵引
这一切都始于 2003 年，当时大众推出了与博格华纳共同开发的直接换档变速器（或德语的 Direct Schalt Getriebe）。 它一推出，就展示了换档速度更快的能力，并且没有手动和自动变速器的颠簸，没有牵引力损失，也没有因缺少转换器而导致的消耗恶化。 然而，回顾历史表明，奥迪早在 80 年代中期就在他们的拉力赛车中使用了类似的变速箱（例如 Sport Quattro S1 Pikes Peak），但这项技术还需要等待一段时间才能有足够快的电子系统可用。 批量生产的控制、合适的耦合材料和快速液压执行器。 与传统变速箱不同，DSG 有两个同轴轴，每个轴都有自己的离合器。 这些连接器彼此同心布置，外部连接到两个轴的内部，内部连接到中空的外部部分。 其中一个轴接受奇数，另一个 - 偶数齿轮。 例如，当第一个齿轮啮合时，第二个齿轮已经准备就绪，并且通过在不中断牵引力的情况下同时分离一个齿轮和接合另一个齿轮来进行接合。 齿轮使用经典的同步器驱动，但不是使用机械杆和叉，而是使用液压元件来驱动。 多片离合器在设计上不同于机械变速器，在这方面与自动装置中用作锁定元件的机构很接近——它们的发展促进了 DSG 的发展。 然而，这两种类型不仅在打开和关闭液压离合器方面相似，而且在基于多个传感器的电子控制方面也相似。 在早期版本中，变速箱采用油浴式离合器以实现更好的热传递，但随着材料的进步，现在使用更高效的干式离合器。 DSG 变速器现在主要用于运动车型，但也经常用作紧凑型和小型车型的替代品，例如福特福克斯和雷诺梅甘娜（配备 Getrag）、大众高尔夫、奥迪 A3、斯柯达明锐（大众-博格华纳）。 自动和自动化。 所以今天，在电子的帮助下，所有类型的自动变速器都能够机械地切换自动机器的不同操作模式。
变速箱发生了什么事？
无级变速器的概念与世界一样古老，项目包括许多变体。 他们的问题通常是没有齿轮，扭矩传递到滑动表面会导致拳击。 早在 20 世纪初，瑞士韦伯就有这样的变速器，但直到 1955 年，多恩兄弟才设法创造出这种实用的解决方案——后者以 Variomatic 的形式出现在荷兰 DAF 汽车中。 在具有轴向偏移液压致动器和由斜面皮带连接的锥形元件的各种设计中，简单且有前途的无级变化的主要问题是它们的磨损。 因此，在后来的设计中，取而代之的是高摩擦力的钢制分段金属元件，其运动不是通过拉动，而是通过推动，从而提供更高的扭矩。 80年代后期，福特、菲亚特、斯巴鲁、采埃孚等多家公司开始与Van Doorne合作生产，为了传递比2000年更大的扭矩，奥迪创造了使用链条的CVT变速器。 2003 年，在很大程度上要归功于当地制造商 Jatco，日产当然尊重这些变速器，为 Murano 配备了 CVT 变速器，而当前的 Subaru Legacy 自动变速器版本使用了 LUK 的变速器。
早在 19 世纪末，第一台 CVT 变速器问世，它使用不同直径的圆盘直接接合，在 20 年代，雪铁龙和通用汽车首次生产了第一批量产版本。 他们对这种技术解决方案的兴趣在 80 年代后期再次出现，随着材料的发展，它的保管人是英国公司 Torotrak 和前面提到的 Jatco - 后者是 CVT 变速器的领导者。 最近，出现了越来越多的此类新解决方案，例如 Double Rollet CVT Ultimate Transmission，但尚未显示出其可行性。
在标准CVT变速箱中，通常在主齿轮的前面放置一个小型行星齿轮，以提供前进，后退和空挡。 各种启动解决方案都使用磁性连接器或标准转换器（斯巴鲁或ZF Ecotronic CVT）。 近年来被长期忽视的CVT变速箱再次引起了越来越多的关注，尤其是日本制造商。 他们在自动变速器的总产量中仍然占有很大份额。 博世的传动技术正在这一领域越来越多地发挥作用。 与其他产品一样，新材料和电子产品也应运而生。
经典自动变速器的基本设计
在其新的 9G-Tronic 变速器中，梅赛德斯使用了所谓的液力变矩器，这是一种极其复杂的装置，但其工作原理与第一批此类装置并无不同（见图）。 实际上，它由连接到发动机飞轮的泵、连接到齿轮的涡轮和称为定子的中间元件组成。 该设备中的流体动力学极其复杂，但只是将放置在其中的油以圆周运动的方式围绕其外围泵送，类似于图 8 的顶部，但在相交线偏移的 50D 版本中。 相对于彼此。 涡轮叶片的特定形状，作为手臂的标志，实际上是经过极其精确计算的曲率，可以最佳地吸收流动的力，进而突然改变方向。 结果，扭矩增加。 不幸的是，一旦方向改变，流动就已经产生了负面影响，因为它被引导回泵叶片。 定子来帮忙，它的作用是改变流动方向，正是这个元件将设备变成了变矩器。 它的设计方式使其具有锁定机制，可在这种压力下保持静止。 由于上述所有原因，在启动时，扭矩增加最大。 虽然在一定速度下流动是反向的，但随着其涡轮圆周速度向相反方向逐渐增大，其净速度变得与涡轮方向相同。 要理解这一点，假设您以 30 km/h 的速度驾驶电车，并以 20 km/h 的速度弹回一个球。在这种情况下，油流从定子叶片后面流过，它的阻塞被关闭，它开始自由旋转，当达到泵速的 90% 时，涡流变为径向，扭矩停止增加。 因此，汽车启动并加速，但这总是与损失有关，即使是现代单位也是如此。 在现代变速器中，启动后不久，转换器就会关闭，或者更确切地说，它的动作在所谓的帮助下被阻止。 锁止离合器，可提高变速器的整体效率。 在混合动力版本中，例如 ZF 8HP，它被一个增加扭矩的电动机所取代，而在某些解决方案中，例如 AMG 7G-DCT，转换器被一组片式离合器所取代。 然而 - 为了优化油流的动力学，在某些情况下，定子叶片具有不断变化的迎角，这会根据情况改变扭矩。
行星齿轮组
如前一节所述，行星齿轮被选为最合适的齿轮，因为它能够在没有齿轮或同步器的情况下处理各种齿轮。 该机构是一个带内齿的环形齿轮（冠）、一个太阳轮和与其摩擦并与冠环耦合的行星轮，它们连接到一个公共导轨上。 当其中一个元件（表冠、导轮或太阳轮）被锁定时，扭矩会在另外两个元件之间传递，齿轮比取决于设计。 锁定元件可以是离合器或带式制动器，在较旧的变速箱中由液压致动器机械驱动，在较新的变速箱中由电子控制。 即使是早期的自动变速器，如 GM Hydra-Matic 或 Chrysler Torque-Flite，也没有使用传统的行星齿轮，而是使用像 Simpson 那样的复合设计。 后者以其创造者美国工程师霍华德辛普森的名字命名，包括两个完全相同的行星（行星）齿轮，其中第二个的一部分连接到第一个（例如，带有太阳轮的导轨）。 在这种情况下，固定元件是两个多片离合器、两个制动带，以及一个提供扭矩直接传输的单向离合器。 第三种机制，提供所谓的超速，可以单独添加到变速箱。 许多更现代的设计使用比传统行星齿轮更复杂的结构，例如 Ravigneaux（以其创造者 Paul Ravigneau 的名字命名），它结合了一个和两个标准齿轮，将齿轮数量增加到五个。 它包括一个共同的日冕和两种不同类型的卫星和太阳轮的组合，它们之间发生更复杂的能量流动。 ZF 于 6 年推出的首款 2002 速自动变速器采用了 Lepelletier 机构（设计师 Paul Lepelletier），从而减少了部件、重量和体积。 由于计算机分析，现代解决方案的智能主要在于能够集成更紧凑的锁定机构、轴和齿轮，允许更多元素相互作用，从而实现更多齿轮。
排在9档前列的是Mercedes 9G-Tronic。
新型梅赛德斯9G-Tronic变速器的齿轮比（齿轮比从第一到第九）为9,15。 因此，配备此变速器的E 350 Bluetec能够以120 km / h的速度以1350 rpm的速度以第九档行驶。 双扭矩减震器代替了飞轮，并配有离心摆装置，从而支持了低速行驶的能力。 尽管它可以处理高达1000 Nm的扭矩，但基于大量的计算机模拟，该传动系统比以前更轻，更紧凑。 两件式外壳由液力变矩器中的铝制成，而镁合金则带有聚合物曲轴箱。 在实现仅用四个行星齿轮实现九个齿轮的可能性之前，进行了许多分析。 该变速箱将广泛用于其他横向安装型号，而DSG将用于紧凑型型号。
奇异的后坐力ZF：9HP
9HP的根源可以追溯到2006年，当时采埃孚（ZF）决定重返横向市场（以前的产品是四速和CVT变速箱，在90年代后期停产）。 开发通常需要大约4年的时间，但是该公司不希望他们使用6速自动变速器回来，因为它们已经存在。 该公司花了7年的时间才能完成这一目标，这一事实证明了创建该变速箱的巨大设计工作。 该解决方案是一项令人难以置信的高科技解决方案，即使在480 Nm版本中，也仅重86千克。 得益于新的变速箱，与10速变速箱相比，燃油消耗减少了约6％，在120 km / h的恒定速度下，燃油消耗减少了16％。 智能架构包括放置彼此嵌套的四个行星齿轮，以及增加额外的销钉连接器，这些销钉连接器在打开时具有较小的残留摩擦力。 变矩器中增加了多级阻尼系统。
文字：Georgy Kolev
