隨著配備LuK乾式雙離合器的7檔DSG變速箱投入量產,DSG變速箱又邁入了一個新的臺階,而雙離合器變速箱DSG的雙離合器從溼式到乾式用了5年時間 ,DSG雙離合器乾式較溼式的區別是溼式更為先進,更耐用。溼式是靠液壓推動,所以有延時,DSG(Direct Shift Gearbox)中文表面意思為“直接換擋變速器”。起源 DSG的起源就如其他汽車高科技一樣,其設計都來自賽車運動,而其實際應用早在80年代初的保時捷Prosche 962C和1985年的奧迪Audi sport quattro S1 RC賽車上。
一.手動變速箱
手動變速箱(ManualTransmission,簡稱MT),又稱機械式變速器,即必須用手撥動變速桿(俗稱“擋把”)才能改變變速器內的齒輪齧合位置,改變傳動比,從而達到變速的目的。發動機的物理特性決定了變速箱的存在。首先,任何發動機都有其峰值轉速;其次,發動機最大功率及最大扭矩在一定的轉速區出現。
1.作用
比如,發動機最大功率出現在5500轉。變速箱可以在汽車行駛過程中在發動機和車輪之間產生不同的變速比,換檔可以使得發動機工作在其最佳的動力效能狀態下。理想情況下,變速箱應具有靈活的變速比。無級變速箱(CVT)就具有這種特性,可以較好的發揮發動機的動力效能。
2.優缺點分
優點顯而易見,它結構簡單,效能可靠,製造和維護成本低廉,且傳動效率高(理論上會更省油),另外,由於是純機械控制,換擋反應快,且可以更直接的表現駕駛者的意願,因此也更富駕駛樂趣,這些都是手動變速箱的優點。不過相比自動變速箱,它操作繁瑣。
二.液力自動變速器
液力變扭器裝有三種葉輪。和發動機相聯的叫“泵輪”,和輸出軸相聯
的叫“渦輪”,在它們內週中央,起調節作用的叫“導輪”。
發動機工作時,飛輪和泵輪一起旋轉,帶動泵內的油推動渦輪葉輪旋轉。這就好像把兩個風扇面對面地放在一起,開動一個風扇,另一個風扇也會轉動一樣。導輪使渦輪甩出的油再次衝擊泵輪,使得扭矩增大。泵輪和渦輪的轉速差別越大,扭矩就增加得越多。這就起到了變速器增大扭矩的作用。液力變扭器再配上一個行星齒輪變速器,可以改變不同的變速比和實現倒車,就完全可以滿足汽車的要求了。
液力自動變速器不用機械式的離合器,而且只有低速、高速和倒車三個擋位,因此,駕駛起來十分輕鬆,用不著踩離合器,也用不著頻繁換擋,執行平穩,低速扭矩大。所以,特別受到業餘駕駛員的歡迎。在美國,大多數汽車都裝用這種自動變速器。不過,這種自動變速器機構複雜,質量重,價格較貴,也比較費油,加速較慢。所以還不能完全取代齒輪變速器
三.無級變速器
CVT(CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSION)技術即無級變速技術,它採用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力,可以實現傳動比的連續改變,從而得到傳動系與發動機工況的最佳匹配。常見的無級變速器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器(VDT-CVT),目前國內市場上採用CVT的車型已經越來越多。
1.發展歷史
1987年,日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車投放市場,獲得成功。歐洲的Ford和Fiat也將VDT-CVT裝備於排量為1.1L到1.6L的轎車上。隨著技術的發展,能源危機引發全球性的節約能源和環境保護意識的提高,在總結第一代的CVT的經驗基礎上,開發出了效能更佳,轉矩容量更大的CVT。當前,全世界各大汽車廠商為了提高產品的競爭力,都大力進行CVT的研發工作。現在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中,都有配備CVT變速器的轎車銷售,全世界CVT轎車的年產量已達到近50萬輛。有一點值得注意的是,裝備有CVT的汽車市場,由最初的日本,歐洲,已經滲透到北美市場,因此無級變速汽車是當今汽車發展的2.主要趨勢。
我們國家有巨大的汽車銷售市場,汽車工業是中國的民族工業之一。然而中國汽車業所需的自動變速器(AT)全部依賴進口,這使得中國產汽車配備AT後,成本增加很大,而裝備自行開發生產CVT變速器,其成本提高不大,說明CVT的市場前景令人樂觀。
目前中國正在考慮發展轎車自動變速器的問題。自“九·五”期間轎車金屬帶式無級自動變速器的開發和研製已經被列入國家的重大科技攻關計劃,以跟蹤世界技術的發展和開發適合中國國情的汽車。
3.傳動分類
為實現無級變速,按傳動方式可採用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式。
4.液體傳動
液體傳動分為兩類:一類是液壓式,主要是由泵和馬達組成或者由閥和泵組成的變速傳動裝置,適用於中小功率傳動。另一類為液力式,採用液力耦合器或液力矩進行變速傳動,適用於大功率(幾百至幾千千瓦)。 液體傳動的主要特點是:調速範圍大,可吸收衝擊和防止過載,傳動效率較高,壽命長,易於實現自動化:製造精度要求高,價格較貴,輸出特性為恆轉矩,滑動率較大,運轉時容易發生漏油。
5.電力傳動
電力傳動基本上分為三類:
一類是電磁滑動式,它是在非同步電動機中安裝一電磁滑差離合器,透過改變其勵磁電流來調速,這屬於一種較為落後的調速方式。其特點結構簡單,成本低,操作維護方便:滑動最大,效率低,發熱嚴重,不適合長期負載運轉,故一般只用於小功率傳動。
二類是直流電動機式,透過改變磁通或改變電樞電壓實現調速。其特點是調速範圍大,精度也較高,但裝置複雜,成本高,維護困難,一般用於中等功率範圍(幾十至幾百千瓦),現已逐步被交流電動機式替代。 三類是交流電動機式,透過變極、調壓和變頻進行調速。實際應用最多者為變頻調速,即採用一變幅器獲得變幅電源,然後驅動電動機變速。其特點是調速效能好、範圍大、效率較高,可自動控制,體積小,適用功率範圍寬:機械特性在降速段位恆轉矩,低速時效率低且運轉不夠平穩,價格較高,維修需專業人員。近年來,變頻器作為一種先進、優良的變速裝置迅速發展,對機械無級變速器產生了一定的衝擊。
6.機械傳動
機械傳動的特點主要是:轉速穩定,滑動率小,工作可靠,具有恆功率機械特性,傳動效率較高,而且結構簡單,維修方便,價格相對便宜;但零部件加工及潤滑要求較高,承載能力較低,抗過載及耐衝擊性較差,故一般適合於中、小功率傳動。
7.工作原理
沒有明確具體的檔位,操作上類似自動變速箱,但是速比的變化卻不同於自動變速箱的跳擋過程,而是連續的,因此動力傳輸持續而順暢。
有V型橡膠帶式、金屬帶式、多盤式、鋼球式、滾輪轉盤式等多種構造,大都利用金屬帶和可變半徑的滾輪傳輸動力。透過主動滾輪與被動滾輪半徑的變化,達到齒輪比的變化。理論上這種傳動方式的效率很高,不過必須建立在能負荷所傳遞的動力的情況下。由於是利用鋼帶與滾輪之間的摩擦力傳遞動力,所以鋼帶及滾輪的工作情況十分苛刻。為了有效傳遞動力,鋼帶與滾輪之間不允許打滑,而且原本產生的熱能已經很多,如果再打滑恐怕將會造內部機件的燒燬或嚴重耗損。而為了增加靜摩擦力,最直接的方式就是增加鋼帶與滾輪之間的壓力。但摩擦力增加了,動力傳輸的耗損也會增加,無形中還是增加了油耗。並且鋼帶的強度也是一大重點。所以CVT變速箱縱然有舒適、效率高及節能等等優點。缺點就是目前一般的CVT變速箱不能承受較大的扭力。不然就是要用較高的油耗作補償。
無級變速器(CVT:Continuously VariableTransmission)與有級式的區別在於,它的變速比不是間斷的點,而是一系列連續的值,譬如可以從3.455一直變化到0.85。CVT結構比傳統變速器簡單,體積更小,它既沒有手動變速器的眾多齒輪副,也沒有自動變速器複雜的行星齒輪組,它主要靠主、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化。
其原理是與普通的變速箱一樣大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合,形成不同的速比,像腳踏車的踏板經大小輪盤與鏈條帶動車輪以不同的速度旋轉。由於不同的力度對各組齒輪產生的推力大小不一,致使變速箱輸出的轉速也隨之變化,從而實現不分檔次的徐緩轉動。
CVT採用傳動帶和可變槽寬的棘輪進行動力傳遞,即當棘輪變化槽寬時,相應改變驅動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進行變速,傳動帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等。CVT是真正無級化了,它的優點是重量輕,體積小,零件少,與AT比較具有較高的執行效率,油耗較低。但CVT的缺點也是明顯的,就是傳動帶很容易損壞,不能承受較大的載荷,只能限用於在1升排量左右的低功率和低扭矩汽車,因此在自動變速器佔有率約4%以下。近年來經過各大汽車公司的大力研究,情況有所改善。CVT將是自動變速箱的發展方向。
8.缺點
大量使用的液力自動變速箱(AT)不用離合器換檔,檔位少變化大,連線平穩,因此操作容易,既給開車人帶來方便,也給坐車人帶來舒適。但缺點也多,一是對速度變化反應較慢,沒有手動檔靈敏,因此許多玩車人士喜歡開手動檔車;二是費油不經濟,傳動效率低變矩範圍有限,近年引入電子控制技術改善了這方面的問題;三是機構複雜,修理困難。在液力變扭器內高速迴圈流動的液壓油會產生高溫,所以要用指定的耐高溫液壓油。另外,如果汽車因蓄電池缺電不能啟動,不能用推車或拖車的方法啟動。如果拖運故障車,要注意使驅動輪脫離地面,以保護自動檔齒輪不受損害。
9.特點
CVT技術真正應用在汽車上不過十幾年的時間,但它比傳統的手動和自動變速器的優勢卻是顯而易見的:
1. 結構簡單,體積小,零件少,大批次生產後的成本肯定要低於當前普通自動變速器的成本;
2. 它的工作速比範圍寬,容易與發動機形成理想的匹配,從而改善燃燒過程,進而降低油耗和排放;
3. 具有較高的傳送效率,功率損失少,經濟性高。
當然,CVT技術也有它的弱點,比如傳動帶容易損壞,無法承受較大的載荷等等,這些技術上的難關使得它一直以來多應用在小排量、低功率的汽車上。
目前CVT技術發展得相當迅速,各大汽車廠家都在加強這一領域的研發。尤其是在混合動力汽車具有廣泛前景的將來,CVT的地位和作用更是無可替代,它將會是未來變速器發展的大趨勢。
四.手自一體變速箱
手自一體變速箱,又稱手自排變速箱,也就是手動、自動一體化變速箱。它是在自動變速箱的基礎之上,讓使用者可以人工增加、減少擋位的一種變速箱。不過為了避免對變速箱及汽車發動機造成傷害,在使用者使用擋位不合理時都會由系統自動糾正。
1.簡介
手自一體變速箱,又稱手自排變速箱,也就是手動、自動一體化變速箱。它是在自動變速箱的基礎之上,讓使用者可以人工增加、減少擋位的一種變速箱。不過為了避免對變速箱及汽車發動機造成傷害,在使用者使用擋位不合理時都會由系統自動糾正。
2.自動變速器
自動變速器(英語:Automatic Transmission,縮寫:AT),亦稱自動變速箱,臺灣稱為自排變速箱,臺灣話則常稱咪兇(原自日語“トランスミッション”,簡稱“ミッション”),粵語俗稱自動波,普通話又稱自動檔,馬來西亞稱為auto或自動變速器。通常來說是一種可以在車輛行駛過程中自動改變齒輪傳動比的汽車變速器,另外,還有DSG、CVT、AMT等均屬於自動變速箱,用於大型裝置鐵路機車。它與手動變速器相對。
自1950年代以來,絕大部分在美國銷售的汽車都是採用自動變速器的,但在歐洲和其他地區卻並非如此。早期產品大幅降低燃油效率和功率,近年來自動變速器顯著地提高燃油效率但是仍然低於手動變速器。
多數自動變速器有一組可選的變速範圍,而無段自動變速器則能連續改變傳動比。此種自動變速器在摩托車上已有數十年的應用,但因為能承受的引擎扭力較小在汽車上應用還比較有限。
3.發動機
發動機,是將任何形式的能量轉化為機械能的裝置。其中,將燃料能量轉化為機械能量的裝置稱為發動機(英語:Engine)或動力機,亦可以機一字來代稱(如:熱機);將電能、流體動能、壓縮空氣的內能轉化為機械能的裝置稱為電動機或馬達,中國大陸也稱發動機。本條目只介紹其中把燃料能量轉化為機械能量的裝置。
五.雙離合變速箱
DCT是英文Dual Clutch Transmission的簡寫,中文直譯為“雙離合變速器”(與DSG“直接換擋變速器”相同,但DSG只是大眾公司的叫法),因其是透過兩套離合器工作,所以目前一般被稱為雙離合變速器。
離合器位於發動機與變速器之間,是發動機與變速器動力傳遞的“開關”,它是一種既能傳遞動力,又能切斷動力的傳動機構。
隨著配備LuK乾式雙離合器的7檔DSG變速箱投入量產,DSG變速箱又邁入了一個新的臺階,而雙離合器變速箱DSG的雙離合器從溼式到乾式用了5年時間 ,DSG雙離合器乾式較溼式的區別是溼式更為先進,更耐用。溼式是靠液壓推動,所以有延時,DSG(Direct Shift Gearbox)中文表面意思為“直接換擋變速器”。起源 DSG的起源就如其他汽車高科技一樣,其設計都來自賽車運動,而其實際應用早在80年代初的保時捷Prosche 962C和1985年的奧迪Audi sport quattro S1 RC賽車上。
1.作用
雙離合變速箱簡稱DCT,英文全稱為DualClutchTransmission,中文翻譯過來應該為“雙離合變速器”,因為其有兩組離合器,所以也有不少人乾脆就叫它雙離合變速器。離合器位於發動機與變速器之間,是發動機與變速器動力傳遞的“開關”,它是一種既能傳遞動力,又能切斷動力的傳動機構。它的作用主要是保證汽車能平穩起步,變速換擋時減輕變速齒輪的衝擊載荷並防止傳動系過載。在一般汽車上,汽車換檔時透過離合器分離與接合實現,在分離與接合之間就有動力傳遞暫時中斷的現象。這在普通汽車上沒有什麼影響,但在爭分奪秒的賽車上,如果離合器掌握不好動力跟不上,車速就會變慢,影響成績。
為了解決這個問題,早在上世紀80年代,汽車工程界就弄出了一個雙離合系統變速器,簡稱DSG(英文全稱:DirectShiftGearbox),裝配在賽車上,能消除換檔離合時的動力傳遞停滯現象。例如布加迪EBl6。4Veyron的新型7速變速器是裝置了雙離合器,從一個檔位換到另一個檔位,時間不會超過0.2秒。這種雙離合器已經從賽車廣泛應用到一般家用轎車上。奧迪汽車公司的新型奧迪TT跑車和新奧迪A3都已經裝置了這種DSG。大眾全系車型都安裝了6速或者7速雙離合變速箱,一些中國產汽車品牌甚至把雙離合作為新車型的賣點。這些汽車裝配DSG的目的是可以比自動變速器更加平順地換檔,不會有遲滯現象。
2.結構
雙離合變速箱(DCT),也稱直接換擋變速箱(DSG)。算下來它也有近70年的歷史,但很長一段時間內這種變速箱並不為人所知,而真正應用在量產車上也是不久以前的事情。雙離合變速箱優勢很明顯,但其內部結構相比下非常複雜。首先它有兩組離合器分別由電子控制並由液壓系統推動,而兩組離合器分別對應兩組行星齒輪,這樣傳動軸也相應複雜的被分為兩部分,中心的實心傳動軸負責一組齒輪,而空心傳動軸負責另一組。可見雙離合的內部構造幾乎徹底顛覆了傳統的變速箱形式。
雙離合變速箱的工作原理可以簡單理解為一個離合器對應奇數擋,另一離合器對應偶數擋。當車輛掛入一個擋位時,另一個離合器及對應的下一個擋位已經位於預備狀態,只要當前擋位分離就可以立刻接合下一個擋位,因此雙離合變速箱的換擋速度要比一般的自動變速箱甚至手動變速箱還快。此外雙離合變速箱雖然內部複雜,但實際體積和重量相比自動變速箱而言並沒有比手動變速箱增加多少,因此裝備雙離合變速箱的車型不會為自己平添過多的負擔。
截至2013年,中國國內在售的裝備雙離合變速箱的車型屈指可數,具代表性的是大眾旗下的Magotan、GTI、EOS以及尚酷,而裝備雙離合變速箱的Sagitar及Lavida也會在不久的將來上市。此外沃爾沃S40也有雙離合版本。而保時捷的眾多車型也都採用了雙離合變速箱。
奧迪這種雙離合系統變速器是一個整體,有6個檔位,離合器與變速器裝配在同一機構內,兩個離合器互相配合工作。這好比喻一輛車有兩套離合器,正司機控制一套,副司機控制另一套。正司機掛上1檔鬆開離合踏板起步時,這時副司機也預先掛上2檔但踩住離合踏板;當車速上來準備換檔,正司機踩住離合踏板的同時副司機即鬆開離合踏板,2檔開始工作。這樣就省略了檔位空置的一剎那,動力傳遞連續,有點象接力賽。雙離合系統兩套離合器傳動系統,透過電腦控制協調工作。
當汽車正常行駛的時候,一個離合器與變速器中某一檔位相連,將發動機動力傳遞到驅動輪;電腦根據汽車速度和轉速對駕駛者的換檔意圖做出判斷,預見性地控制另一個離合器與另一個檔位的齒輪組相連,但僅處於準備狀態,尚未與發動機動力相連。換檔時第1個離合器斷開,同時第2個離合器將所相連的齒輪組與發動機接合。除了空檔之外,一個離合器處於關閉狀態,另一個離合器則處於開啟狀態。
兩根傳動軸分別由第一、第二離合器控制與發動機動力的連線與斷開,分別負責1、3、5檔和2、4、6檔的檔位變換。考慮到零件使用壽命,設計人員選擇了油槽膜片式離合器,離合器動作由液壓系統來控制。
DSG變速器主要是要滿足消費者對駕駛感覺和車輛節油的雙重要求,為喜歡手動變速器的駕駛者提供了最佳選擇。配備了DSG的發動機由於快速的齒輪轉換能夠馬上產生牽引力和更大的靈活性,加速時間比手動變速器更加迅捷。
3.種類
①溼式雙離合
溼式雙離合是指雙離合器為一大一小2組同軸安裝在一起的多片式離合器,它們都被安裝在一個充滿液壓油的密閉油腔裡,因此溼式離合器結構有著更好的調節能力和優異的熱熔性雙離合變速箱(DCT),它能夠傳遞比較大的扭矩。
②乾式雙離合
它其實是在6速DQ250溼式雙離合的技術基礎上開發而來的,簡化了相關的液力系統。
它的工作原理為,雙離合器由3個尺寸相近的離合片同軸相疊安裝組成,位於兩側的2個離合器片分別連線1、3、5、7擋和2、4、6、倒擋,中間盤在其間移動,分別與2個離合器片“結合”或者“分離”透過切換來進行換擋。因為這套“雙離合器”不像DQ250那樣變速箱是安裝於密閉的油腔裡,動盤上的乾式摩擦片相互結合固然可以帶來最直接的傳遞效率,但是它也更容易發熱,所以它熱熔性不如溼式離合器,因此所承受扭矩也就相對較小。7速DQ200的最大承受扭矩為250牛米,一般與小排量的發動機配合使用。
4.優缺點
優點:1、雙離合變速箱結合了手動變速箱和自動變速箱的優點,沒有使用變矩器,轉而採用兩套離合器,透過兩套離合器的相互交替工作,來到達無間隙換擋的效果。
2、因為沒有了液力變矩器,所以發動機的動力可以完全發揮出來,同時兩組離合器相互交替工作,使得換擋時間極短,發動機的動力斷層也就非常有限。
3、由於換擋更直接,動力損失更小,所以其燃油消耗可以降低10%以上。
缺點:1、由於沒有采用液力變矩器,又不能實現手動變速器“半聯動”的動作,所以對於小排量的發動機而言,低轉速下的扭矩不足的特性就會被完全暴露出來。
2、由於雙離合採用了電腦控制,屬於一款智慧型變速器,它在升/降擋的過程中需要向發動機發出電子訊號,經發動機回覆後,與發動機配合才能完成升/降擋。而大量電子元件的使用,也增加了其故障出現的機率。
5.前景
雙重離合器的概念是比較先進,但作為新科技都存在著耐用性不佳的問題,耐用性的好壞同樣決定了其成本的多寡,於是,其經過十餘年的發展後,才真正被普通街車所用。 在實際駕駛中,DSG給人的感覺是在整個換擋過程感覺不到一點點頓挫或推拉,僅僅是從轉速錶上可以反映出擋位在變動。此外,DSG還有多種駕駛模式,比如運動模式,在電子程式的幫助下該模式的加擋明顯遲緩而減擋則有了很大的改進,換擋時間也調得更短,猶如駕駛跑車一般。例如高速彎道時,手動換擋往往顯得非常有必要,在DSG的幫助下,駕駛員在換擋的過程中還能體驗到油門自動增加的特殊樂趣。
在一般的車輛上只有手動和自動兩種變速箱,手動變速箱換檔常常出現動力傳動暫時中斷的現象,而自動變速箱換檔卻又存在響應遲緩的缺點。DSG變速箱綜合了傳統手動變速箱和自動變速箱的各自優點。
DSG變速箱在換檔過程中微小的液壓功耗損失和極短的換檔時間使整個換檔過程達到了高效率,從而降低了能量的損耗,自然就提高了加速性和車輛燃油經濟性。除了大眾集團使用的DSG雙離合器變速器外,像日產新的超級跑車GT-R也採用博格華納的雙離合器變速器,三菱新一代EVO也使用雙離合器變速器,還有寶馬將在自己的M系列運動轎車上採用7速的MDKG的雙離合器變速器。
綜上,可以預計,在強調高效能的高檔轎車和跑車上將會有越來越多雙離合器變速器的身影出現。