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变速器智能革命:几个挡才够用?

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变速器智能革命:几个挡才够用?

发布日期:2017-04-22 作者: 点击:

    理论上讲,变速器的挡位越多越好。挡位越多,齿比越密,汽车的燃油经济性与换挡平顺性也就越出色。但问题是,挡位数会无限制增加下去吗?会出现20挡的变速器吗?也不是没可能,毕竟福特已经申请了11挡变速器的专利。

  

  有一点可以肯定,那就是等11挡变速器普及,估计得是十年以后的事情了。至于挡位数能到多少,目前谁也说不准,但一定存在一个极限。在这个极限,挡位数与变速器的体积、制造成本会达成一个平衡点。

  

  但除了挡位个数,变速器的换挡逻辑也是重要课题。某种意义上讲,换挡逻辑的设定,甚至比挡位数还要影响油耗与性能。

  

  本文,我们来了解下变速器的智能化进程。作为动力总成的核心零部件,汽车工业对于变速器研发的投入,一点不亚于发动机。

  

  既然是研究智能化,那么我们只讨论自动变速器(AT)。其实,自动变速器早在1921年就由加拿大人Alfred Horner Munro研发成功,迄今已有近100年历史。当时这款变速器的传动采用的是空气压缩法,由于承受的扭矩太小,以至于没有商业化应用。

  

  现代意义上的采用液力变矩器技术的变速器,是由两个巴西工程师于1932年发明的。稍后,这套方案被卖给了通用,并由后者在Oldsmobile品牌车型上予以商用。应该说,现代化的自动变速器,始于通用汽车。

  

  液力变距技术的发明,不仅推动了民用车的发展,也在第二次世界大战中得到了检验。除了于1940年起进行商业化,在刚刚爆发的二战战场上,由通用生产的坦克也装备了上述自动变速器技术。

  

  二战结束后,英美国家、包括日本,都开始了高速的复兴建设,汽车工业得到了空前的发展。但我们如今常讨论的6AT、8AT乃至9AT,其实是进入2000年以后才出现的。也就说,自动变速器挡位数的飙升,只是近十年多的事情。

  

  在2000年以前,所谓自动挡的汽车,还只有3个、4个或5个挡位。即便如此,在欧美市场,自动挡汽车的普及速度也相当之快。直到2000年,ZF(采埃孚)与宝马联合推出了世界上第一款匹配乘用车的6AT变速器(ZF 6HP26),让自动变速器的发展进入了新的阶段。

  

  一个关键的设计叫做Lepelletier行星齿轮,它在确保实现6个挡位的前提下,相比宝马之前的5挡变速器,还减少了零件数并降低了重量。这款变速器最早被装配到2002款宝马7系上。

  

  2003年,奔驰的7G-Tronic变速器成为全球第一款7速自动变速器,经历不断改进后一直沿用至今,这是奔驰自主研发的第五代自动变速器技术。7G-Tronic首先装配于奔驰的V8与部分V6车型上,逐步取代之前的5G-Tronic变速器。

  

  但由于扭矩极限的问题,V12发动机并未装配这款新产品。同时,由于底盘匹配问题,奔驰的四驱车型也未装配。7G-Tronic在机械结构上的创新之处,除了挡位增加了2个以外,还为倒车挡提供了2个齿比(实际上共计有9组齿轮)。

  

  在Comfort(舒适)模式下,7G-Tronic默认以2挡起步、2挡倒车。此外,在换挡方式上,7G-Tronic首次引入了怀挡设计,并逐步应用于奔驰的大部分车系中。如今,奔驰的怀挡已经发展到了第二代,特斯拉Model S与Model X使用的也是奔驰的这套换挡装置。

  

  到2007年,丰田在雷克萨斯LS 460上首次装备了爱信研发的8AT变速器,是世界上第一款搭载8速变速器的乘用车。然而,尽管丰田是第一个吃螃蟹的,但由于其“精益生产”的造车理念,丰田与雷克萨斯的车型在变速箱挡位上一直比较落后。

  

  直到新一代凯美瑞上市,原来老掉牙的4AT才被替换掉。除了一些大型SUV仍采用4AT、5AT外,绝大部分配备自动变速器的量产车型,均配备6AT以及更先进的技术。目前,雷克萨斯品牌中,最新的两代车型NX系列与RX系列,仍搭载的是6AT。

  

  2014年上市的Jeep自由光,是第一款搭载9AT变速器的乘用车。这款由ZF研发的9速自动变速器,也出现在了路虎极光与发现神行上。从3AT到5AT,用了半个世纪;从6AT到9AT,只用了十年时间。

  

  目前,福特新一代F-150皮卡搭载的10速变速器,是量产乘用车中挡位数量的最高纪录。而值得一提,福特的11速变速器技术已经申请了专利。挡位数量的增加,其实得益于工业设计与精密器械加工水平的提升。尤其是CAD(计算机辅助设计)的普及,让复杂的变速器结构可以有更深度的延伸。

  

  因为挡位的增加并不意味着齿轮组数或变速器体积的增加,如何在有限齿轮与换挡机构的前提下,实现更宽的齿比范围,才是自动变速器进步的精髓。以8AT变速器为例,它至少包括变矩器、行星齿轮,以及多片式离合器三个核心部件。

  

  【汽车解码】变速箱智能革命:几个挡才够用?

  

  变矩器目前以液力变矩器为市场主流,也就是发动机与变速器之间的动力传递通道。采用液力耦合机构,当挂在D挡的时候,车辆的怠速会驱动变速箱,此时你松开刹车车辆会徐徐前行。

  

  行星齿轮是所有变速器都有的核心装置,它负责制造齿比,缩小或放大发动机曲轴传递过来的转速与扭矩。多片式离合器则负责创造挡位,是变速器在发动机的不同转速下,可以匹配不同的齿比。

  

  在8AT变速器领域,目前市场以ZF的8HP产品,与爱信的AWF8F35产品比较普及。前者是纵置变速器的代表作,后者是横置变速器的代表作。当然,爱信也有自己的纵置8AT产品叫做TL-80SN,但不如ZF的普及,目前只应用在了。

  

  从产品设计上讲,爱信的8AT(纵置或横置)都要更胜一筹。这款8AT变速器仅仅使用3组Lepelltier行星齿轮,即实现了8种不同的前进挡齿比。这样的设计,尤其是对于横置8AT来说,能够进一步缩小体积,方便与横置变速箱一同“塞进”引擎舱;而ZF的8AT,则使用的是4组行星齿轮。

  

  但从实际产品体验来说,ZF的8AT口碑要略好于爱信的8AT。爱信的8AT经常被诟病换挡顿挫,而没有ZF的8AT那么平顺。且油耗表现上,ZF的8AT貌似也更加节能。这或许是行星齿轮组数的区别导致的,当然变速箱结构复杂,其他零部件设计也会影响产品性能。

  

  最重要的一点,ZF与爱信都是零部件制造商,不同的汽车品牌采用他们的产品,都要进行重新编程,并针对自家的发动机进行调教。所以,尽管沃尔沃与Mini均装备了爱信的横置8AT变速器,但实际体验也会存在差别。

  

  同样的道理也体现在,ZF的9HP(即9AT产品)被应用到了Jeep自由光与路虎极光上,但在自由光上一般很难上到9挡;而在极光上是很容易上到9挡的。各品牌取向不同,变速器的实际表现也就不同。

  

  但有些硬伤会同时波及Jeep与路虎,比如在北美市场、中国市场均被曝光过的9AT故障。这让大众开始质疑ZF的9AT变速器质量。自由光与极光同时遭遇变速器风波,且波及全球市场,这可以排除厂家的编程问题。

  

  除ZF外,奔驰也研发了自己的9G-Tronic产品,并于2014年首次装配于E级E350 BlueTec柴油车型上。当然,这款车主要是为了迎合欧盟日益严苛的排放标准,并未在全球市场推行。直到上个月,奔驰GLE的发布,才正式代表9G-Tronic变速器进入奔驰全系产品。

  

  将于2015年底发布的奔驰GLC,是第三款搭载9G-Tronic的车型。可以预见,在未来5年内,奔驰S级、新一代E级,以及C级等,均会更换9G-Tronic变速器。其实,奔驰从2009年就开始研发这款产品了,直到6年以后才正式应用于量产车。

  

  作为奔驰的第七代变速器技术,9G-Tronic比7G-Tronic要更加轻量化,同时占用的体积不变。根据对已装备该变速器的GLC测试来看,9G-Tronic在换挡逻辑上有了新的调教,其升降档更加积极。得益于更广的齿比,9G-Tronic的平顺性也进一步改善。

  

  在实际工况中,第9挡的意义主要体现在高速巡航时。据实测,当车辆在120km/h以9挡行驶时,9G-Tronic变速器的转速只有1350rpm。相比之下,6AT变速器此时在6挡的转速一般在2000~2500rpm。

  

  所以,尽管爱信的6AT或福特的SelectShift做得平顺性非常不错,几乎感觉不到顿挫,但燃油经济性是个硬伤。这里也要说一点,那就是为何进口普拉多仍配备4AT?Jeep牧马人仍配备5AT?

  

  有人说这是因为4AT与5AT能承受更高的扭矩,适合越野。这种说法是非常片面的。奔驰的9G-Tronic可以承受1000N•m的扭矩,装备到超跑上都没问题。4AT与5AT的应用,原因是因为两点:一是这些SUV底盘的匹配问题,二是因为越野用途平均时速很低,不需要高挡位。

  

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