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变速器知识
变速箱的发展——MT,AT,到DSG
从1894年第一台车用变速器诞生起,汽车传动装置经历了100多年的演变。
无论汽车变速箱如何发展变化,采用什么样的技术,从操作方式来讲,则无外乎手动和自动变速箱两种形式。
MT(ManualTransmission),即手动变速器,是应用历史最长的变速装置,它的优点是:
结构简单,传动效率高,车速随档位变换的响应表现直接,富有驾驶乐趣,给司机带来强烈的驾驭和掌控感。
然而MT也存在一些缺点:
换档操作复杂,舒适性略差,并且在换档过程中,离合器分离与结合的过程会产生动力间断。
要想获得理想的燃油经济性,则要有良好的驾驶习惯。
AT(AutomaticTransmission),即自动变速器,其最大的好处是给人们带来了方便的换档操控、舒适的驾乘感受。
目前应用最多的采用液力变矩器的自动变速箱,也是迄今应用历史最长的自动变速箱。
但是,AT换档动作迟钝,因此提速慢,并且会产生顿挫感,使驾驶乐趣降低。
另外,AT的传动效率较低,油耗高。
那么能否综合上述两种变速箱的优点,弥补各自的缺点呢?
DSG双离合自动变速箱则为这一问题提供了答案:
DSG双离合自动变速箱结合了手动变速箱和自动变速箱的优点,以低油耗实现了更快换档响应,带来更为强劲的动力,驾驶乐趣更多。
DSG双离合自动变速箱的发展
DSG的核心部件“双离合器”分别与单数和双数档位齿轮相联。
在一个档位运行的同时,下一个档位则预选下一档位的齿轮,并处于待命状态。
达到换档点时,在转瞬间完成2个档位之间“离”与“和”的切换,快速完成换档。
DSG的换挡过程极为迅速,因此不产生动力间断,其换档速度快过手动档变速箱,而且没有顿挫感。
带有DSG变速箱的车子只在挡把上有显示
DSG的换档过程理解起来并不复杂,但要实现快速、精准的动作,特别是“双离合器”的2组离合器和2个档位之间精准快速的切换动作,则非常复杂的技术挑战。
“双离合”这一技术概念其实早在20世纪40年代就由德国Darmstadt大学的RudolphFranke教授第一个申请了双离合器变速箱技术专利,但是,受到当时技术水平的限制,没有实现批量生产应用于量产车型。
1985年,大众汽车集团旗下奥迪品牌将双离合变速箱技术应用于赛车等,并取得了众多胜利。
大众汽车的工程师们努力研发,力求将这一先进的自动变速技术应用于量产车型。
2003年,经过多年研发,历经了无数次试验及数百万公里的路试,大众汽车率先成功推出6档DSG双离合自动变速箱,并成为第一家将DSG双离合自动变速箱装备于量产轿车的汽车制造商。
由于DSG具有出色的动力性能表现,最早主要装备于大众汽车集团旗下运动车型,如高尔夫(图库论坛)R32和奥迪TT(图库论坛)等,使众多驾驶者享受到高速驰骋的驾驶乐趣。
随后,DSG取得了巨大的市场成功,装车率逐年大幅提高。
短短几年,装备DSG的车型的销量就突破百万辆。
2008年,大众汽车又推出采用“干式”双离合器的7档DSG,使更多中小型轿车能够享受到这一先进的变速箱技术。
目前,大众汽车的主要车型均有配备DSG双离合自动变速箱的车型。
DSG双离合自动变速箱的优势
DSG在换档之前,已经预先将下一档齿轮啮合,因而在换档时只有快如闪电的“双离合器”的切换动作,动作迅速而平顺,不产生动力间断——这为提高车辆的动力表现带来了直接好处,使车辆动力性能得以提升。
以配备6-DSG的迈腾(图库论坛)1.8TSI车型为例,其0到100公里/小时加速需时9.5秒,比配备AT(6档Tiptronic)变速箱的车型快了1.1秒,和手动档车型的表现(9.4秒)相差无几。
某汽车运动俱乐部的专业车手以配备6档DSG和6档手动档变速箱的高尔(图库论坛)夫GTI车型(2.0TSI,147kW)进行400米直线加速性能对比。
在加速至200米时,DSG车型用时9.837秒,手动档车型用时10.154秒;而加速行驶至400米时,DSG车型用时15.078秒,而手动档车型则用时15.495秒。
DSG胜出!
由于DSG的控制系统能够控制换档机构在最佳换档时刻进行换档,同时,其换档动作之快即使是专业车手也难以匹敌。
(DSG在0.3-0.4秒之内即可完成换档,而动作最快的专业车手的换档动作也要0.5秒才能完成。
)因此,DSG车型在对比测试中取胜。
同时,DSG的系统效率也更高,从而,使油耗降低。
同样以配备6-DSG的迈腾1.8TSI车型为例,在动力表现提高的同时,其油耗却比配备AT(6档Tiptronic)变速箱车型的百公里油耗低。
需要说明的是,其实,6档AT-Tiptronic已经是非常先进的自动变速箱了,相对有些厂家还在使用4档或5档AT,6档AT-Tiptronic在燃油经济性表现方面已经略胜一筹了。
而DSG则又为自动档车型带来了油耗的进一步降低。
DSG双离合自动变速箱在提高动力性能,为驾驶者带来更多驾驶乐趣和更加舒适的驾驶感受的同时,不再以更多油耗为代价,充分满足了消费者对驾驶乐趣和节油的双重追求!
DSG已成为变速箱技术一个重要的技术发展趋势。
大众汽车DSG双离合自动变速箱系列
6-DSG
采用“湿式”双离合器,双离合器为一大一小2组同轴安装在一起的多片式离合器,分别连接1、3、5档以及倒档和2、4、6档齿轮。
“湿式”是指双离合器安装于一个充满液压油的封闭油腔里。
这种“湿式”结构具有更好的调节能力和优异的热容性,因此能够传递比较大的扭矩。
6-DSG可匹配最大扭矩350牛米的发动机。
目前在中国市场,迈腾1.8TSI和2.0TSI两款国产车型以及大众汽车CC、R36,EOS(图库论坛)、Scirocco、迈腾3.2FSI等大众汽车进口车型都装备了6档DSG。
6档DSG变速箱原理
7-DSG
采用“干式”双离合器,“双离合器”由3个尺寸相近的离合器片同轴相叠安装组成。
位于两侧的2个离合器片分别联接1、3、5、7档和2、4、6档以及倒档齿轮,中间盘在其间移动,分别与2个离合器片“结合”或“分离”,通过切换来进行换挡。
因为它的“双离合器”不是像6-DSG那样安装于封闭油腔里,所以,被称为“干式”双离合器。
“干式”双离合器结构简单,因而效率更高。
但是“干式”离合器自身结构的固有特性使它能够承受的最大扭矩比“湿式”离合器要低。
7-DSG可匹配最大扭矩250牛米的“较小”的发动机。
7档DSG变速箱原理
然而,这并不是说7档DSG能力不足。
实际上,7档DSG的设计初衷就是针对中小排量发动机开发的。
在欧洲,配备中小排量发动机的轿车是主流,而传统AT自动变速箱存在的油耗高、换挡迟缓、有顿挫感等缺点,不适合与中小排量发动机搭载应用。
这也是数年前欧洲自动档车型比例不高的原因。
7档DSG达到了和手动档车型相当的动力传递效果,同时,系统效率高,油耗表现也和手动变速器相当,因而,7档DSG成为与中小排量发动机匹配应用的最佳选择,使更多驾驶装备中小排量发动机轿车的消费者也能够享受到自动档方便舒适的驾驶。
7档DSG上市后,装车率快速上升。
目前,进口到中国市场的Scirocco即配备了7档DSG。
国产车型也将很快装备7档DSG。
大众汽车位于大连的自动变速器厂将于2010年初开始本地生产7档DSG双离合自动变速箱。
越来越多大众汽车在华生产的车型将会装备7档DSG。
7-DSG与6-DSG形成互补,丰富了DSG系列产品线
大众汽车在2003年推出6档DSG并取得重大市场成功之后,于2008年又推出了7档DSG,又一次取得了市场成功,进一步巩固了大众汽车行业领先者的地位。
6档DSG由于采用“湿式”双离合器,可以承受更大扭矩,因而可以与动力更强(最大扭矩350牛米)的发动机进行匹配。
而7档DSG则针对中小排量(最大扭矩250牛米)的发动机进行开发,档位的增加、“干式”双离合器的应用以及更为简单的系统结构为其带来了更高的效率,更为出色的油耗表现,使其成为与中小排量发动机匹配的最佳搭档。
7档DSG做为新一代双离合自动变速箱,并不是说它比6档DSG更先进,也不是6档DSG的替代产品,而是在大众汽车DSG变速箱产品系列中又增加了一个产品,7档DSG与6档DSG各具优势形成互补,使DSG产品得以丰富,从而可以覆盖从小型车到中级车更为宽广的产品线,使更多车型能够装备DSG双离合自动变速箱,令更多消费者享受到方便舒适,更富乐趣的驾驶感受。
大众汽车DSG双离合自动变速箱给消费者带来益处
1.驾驶乐趣——DSG的换档动作比手动档变速箱还要快,车速对档位变化的响应更加快捷,带来更多驾驶乐趣。
2.换档快速——DSG通过双离合器交替换档,下一档齿轮在换档前即已预选,换档过程中,双离合器的“离”、“合”切换动作几乎是在同时完成,因而,换档动作非常迅速。
3.动力充沛——由于一个离合器的“离”与另一个离合器的“合”的动作几乎是在同一瞬间完成,因而,换挡过程中不产生动力间断,使DSG获得了与手动变速箱水平相当、甚至更优的加速表现,改变了人们以往认为自动档车型“加速迟缓”的认识。
4.驾乘舒适——DSG极为快速的换档过程令人难以察觉,无间断的动力输出使车速提升迅速而平顺,无顿挫感,给人们带来舒适的驾乘感受。
5.降低油耗——DSG的工作原理决定了其系统效率很高,同时,控制单元指挥系统在最佳换档点进行换档,从而获得最佳燃油经济性。
DSG的油耗水平与手动档车型相当,改变了人们认为自动换档方式油耗高的认识。
DSG双离合自动变速箱变速箱技术的革新
变速箱作为汽车动力传动系统的重要部件,对动力性能、驾驶舒适性和油耗,都具有重要的作用,先进的变速箱可以令发动机更好地演绎其优良的动力性能,并能够实现车辆动力性与经济性的完美结合。
代表着德国大众汽车绿色动力总成核心技术的DSG®双离合自动变速箱,以革命性的技术应用,实现了欧洲乃至全世界变速器技术领域的一个重大突破。
通过专业对比可以发现:
传统的手动变速箱具有换档快捷、灵活的优点,而且经济性较为出色,但在换档过程中,离合器片的分离与结合过程会产生动力传递的间断,使驾乘不够舒适;传统的自动变速箱虽然换档舒适、操作方便,但由于多采用液压变矩器作为传动控制装置,因而存在动力传递响应迟缓的弱点,缺乏了驾驶乐趣;手自一体变速箱虽然能在一定程度上改善前两种变速箱的短处,但并没有特别发挥出它们的长处。
而大众汽车集团的工程师们创造性地将这几种变速箱概念结合形成一个全新的框架——DSG®双离合自动变速箱。
大众汽车集团这种独有的DSG®双离合自动变速箱,比传统自动变速箱更舒适、比传统手动变速箱更省油、比手自一体变速箱更富有驾驶乐趣的特点,集合并超越了目前所有变速箱的优势,开创了全新变速箱技术的一个新时代。
双离合变速器技术最早起源于赛车运动,经过大众汽车集团的全新研发和改进,巧妙地将手动变速箱的灵活性、经济性与传统自动变速箱的方便性、舒适性结合在一起,使其成为目前世界上最先进的智能变速箱,并且成功地应用在了普通轿车上,有人形象地称这种变速箱为“超级变速箱”。
比自动档变速箱更舒适
DSG®变速箱系统主要包括一个由两组离合器片集合而成的双离合器装置,一个由实心轴及其外套筒组合而成的双传动轴机构,以及控制单数和双数档位的两组齿轮。
其中离合器1负责控制奇数档位齿轮和倒档齿轮,离合器2负责控制偶数档位齿轮。
在挂入1档时,离合器1接合并与1档齿轮啮合,输出动力;而2档的齿轮也进入啮合状态,只是与之相联的离合器2仍处于分离状态,等待换档命令;当换档时机到来,电子控制系统控制将处于接合状态的离合器1与1档齿轮分离,使动力脱离;与此同时,离合器2接合已被预选的2档齿轮,进入2档,同时,离合器1控制的3档齿轮完成啮合动作,等待换档命令。
以此类推。
相当于两套变速机构的集成
在整个换档过程中,当一组齿轮在输出动力时,另一组齿轮已经待命,DSG®总是保持有一组齿轮在输出动力,不会出现动力传递的间断,使换档过程更加快捷、顺畅,提速更为迅猛,比之传统的自动档变速箱感受更加舒适称心。
而且由于没有采用扭矩变换器,DSG®双离合自动变速箱比传统的自动变速箱易于控制,传递更多功率,工作更可靠。
比手动档变速箱更省油
DSG®变速箱具有六个(或七个)前进档和一个倒档,它利用双重的多片式离合器设计和不同自动换档方案,提供无间断的动力输出,由此大幅度降低了车辆的燃油消耗,颠覆了自动档变速箱比手动档更耗油的传统观念。
更短的换档和加速时间,带来了动力输出的高效率,既提高了装备DSG®变速箱车型的动力性能和驾驶乐趣,又降低了油耗。
据欧洲市场油耗测试显示,配备DSG®的GTI车型百公里平均油耗为7.9升,优于手动档车型的每百公里8.0升油耗。
比手自一体变速箱更具驾驶乐趣
由于DSG®双离合器自动变速箱集成了两组离合器和两组换档齿轮,相当于由两个平行的变速器组成一个自动变速箱,形成一套由电子液压控制系统来操控的湿式双离合器系统,交替将发动机的驱动力传递至车轮。
在换档过程中,微小的液压功耗损失和极短的换档时间使DSG®变速箱的效率更高,快速的齿轮转换能够马上产生牵引力和更大的灵活性,因此加速时间比手动变速箱更为迅捷,驾驶者完全感觉不到顿挫感,顺畅的换档令驾驶体验更加随心而富有驾驶乐趣。
以GTI车型为例。
配备6速手动档变速箱的GTI车型,从0加速到时速100公里/小时需要7.0秒,最高时速为233公里。
而配备DSG®的GTI车型,从0加速到100公里/小时则需6.9秒,最高时速为235公里。
更出色的换档舒适性,更低的燃油消耗以及更强的驾驶乐趣,使DSG®双离合自动变速箱充分满足了消费者对驾驶乐趣和节油的双重要求。
特别是DSG®双离合自动变速箱还具有更好的环保性,与相同排量传统手动档车型相比,与之配备的发动机废气排放量可降低5%。
其可靠的质量保证和更低的维修成本,都成为这款高科技、高品质变速箱吸引众多消费者的主要因素。
作为一家国内领先的汽车企业,一汽-大众一直致力于最先进的汽车技术开发与应用,并努力将最完美的操控体验带给每一位热爱驾驶的用户。
正是秉承这样的理念,一汽-大众率先将这款世界上最先进的DSG®双离合自动变速箱引进国内,并将装备在一汽-大众大众品牌的首款B级轿车迈腾上,使这款高科技变速箱第一时间为中国的普通消费者所拥有。
DSG变速箱引发的大战三种自动变速箱比拼
随着新volvos40和迈腾装备上了DSG变速箱,国内的自动变速箱技术竞赛拉开帷幕。
在DSG变速箱的宣传手册中着重强调了它换档的敏捷和平顺,那么它与我们熟知的液力机械式自动变速箱和CVT自动变速箱相比究竟有何优势?
想要得出结论不妨把三者放在一起分析比较一番。
变速箱最初的设计目的很简单,因为车辆的行驶速域越来越宽,单靠一个固定齿轮比已经不能满足要求了。
光靠一档即使发动机到达转速极限车子也不可能开到80Km/h,光靠5档也许一个小坡就能让发动机熄火。
多档位的变速箱就此需求而诞生,让车子能靠低档获得充足的扭力爬上陡坡的同时也能靠高档获得最高行使速度。
当然刚开始汽车只有手动变速箱,需要人工在多个档位间切换,虽然很多人能在切换档位的过程中找到驾驶乐趣,但是繁琐的操作也令很多人厌倦。
好在聪明的工程师发明了自动变速箱,才令驾驶员从频繁的换档动作中解脱出来。
随着时间推移和技术的进步,自动变速箱不断发展以满足人们对高质量驾乘感受的追求。
到了今天,自动变速箱家族中已经有了三种主要的类型,液力机械式、无级变速式和自动机械式。
液力机械式自动变速箱解析
液力机械式自动变速箱
这种变速箱就是绝大多数车辆上运用的自动变速箱,一般我们所说的自动变速箱指的就是这种。
它的结构和手动变速箱有着天壤之别,它没有传统的离合器、没有两排待啮合的齿轮、也没有拨动齿轮到啮合位置的拨叉。
它的里面只有一个液矩扭力传递器和后面的一串行星齿轮组。
液力变矩器(如图)是自动变速箱的核心部件,它是一个灌满油的密封容器,两端有两根轴,一根输入轴一根输出轴。
输入轴连接到里面的一只叶轮,输出轴连接到另只叶轮,两只叶轮相对,中间是油。
它的工作原理是当输入轴转动的时候带动一只叶轮并搅动油液流向另一只连接输出轴的叶轮从而推动输出轴转动。
就如同用一只电风扇对着吹另一只电风扇,以让其转动一样。
只是在密封的容器中用油做媒介比开放空间中用空气做媒介效率高的多。
行星齿轮结构示意图
但是这种装置的变矩范围很有限,并且当不熄火停车时没法让连接发动机的一边空转而连接车轮的一边不转,因此就需要行星齿轮组的配合。
行星齿轮组(如图)由中心齿轮、行星齿轮和外齿圈构成,红色的中心齿轮连接液力变矩器的输出轴,蓝色的外齿圈连接到车轮传动轴。
中间绿色的行星齿轮可以通过所止机构与外齿圈所止在一起。
当发动机处于怠速不行车时,绿色的行星齿轮未被锁止,此时红色中央齿轮随发动机带动而旋转,绿色行星齿轮绕着红色齿轮旋转,外部蓝色齿圈不转。
起步时,系统将锁止绿色行星齿轮,此时红色齿轮会带动绿色行星齿轮和蓝色外齿圈旋转,动力被传递到车轮。
这一组行星齿轮就是自动变速箱的一个档位,随着消费者对车辆性能要求的提升,现在已经发展到将8组行星齿轮组串联的8速自动变速箱。
一台典型的液力机械式自动变速箱
液力机械式自动变速箱是应用最广的一种变速箱,它实现了自动变矩变速的功能,随着档位的增多和电控技术的进步,这种变速箱的换档反映更加敏捷,动作也更平顺。
但是它也有一些固有缺点。
首先,依靠液体传递动力的液力变矩器自身体积较大重量较重且油液传递效率不如齿轮传递效率高会损耗一些能量,造成车辆的油耗高。
其次,换档过程中需要锁止行星齿轮,在锁止动作中尤其是激烈驾驶时需要快速锁止时难免会产生一些换档冲击。
第三,由于整套机构包括电控、液压、机械等装置使其结构十分复杂,可靠性相对降低。
CVT无级变速箱解析
CVT(ContinuouslyVariableTrans-mission)无级变速箱
CVT结构示意图
CVT是一种全新概念的变速箱,它没有齿轮,只有锥形棘轮和钢带,其结构类似于山地自行车的变速机构(如图)。
主动棘轮和从动棘轮之间由钢带连接,棘轮可以改变中间的槽宽,棘轮变宽时钢带欠入棘轮槽较深,离棘轮轴心较近、棘轮变窄时钢带被挤向棘轮边缘,离棘轮轴心较远。
随钢带离棘轮轴心距离的变化,变速比也随之变化。
CVT的出众之处是这一变化过程是线性的,不像传统变速箱那样受到齿轮齿数的限制,只能在几个固定的速比间跳跃。
CVT变速箱剖视
这样的好处是使变速过程极为平顺,完全没有其他变速箱所存在的换档冲击问题。
而且行使时能在发动机的转速不发生变化的情况下变化车速,这就使发动机能一直工作在最佳转速区间,同时也省去发动机在行使换档时转速不断的起起落落的过程,极大地降低了油耗。
同时CVT变速箱体积小、重量轻,也节省了空间。
但是CVT受到钢带传动的限制,它只能配备在动力输出较低的发动机上,过高的动力输出会使钢带打滑,损坏钢带,因此CVT变速箱应用于中小排量的车型上。
DSG双离合器自动变速箱解析
DSG(DirectShiftGearbox)自动变速箱
DSG内部绿色和红色部分是两个离合器连接的不同轴
DSG的直译是直接换档变速箱,它实际上就是一台电子控制换档的手动变速箱,从结构上看它更像是将一个有1、3、5档的手动变速箱和一个有2、4、6档的手动变速箱并联了(如图),因此它有三根齿轮轴、两个离合器。
它的工作原理是离合器1连接1、3、5档位的齿轮轴,离合器2连接2、4、6档位的齿轮轴,用1档起步的时候离合器1结合,1档齿轮联通传动,而此时2档的齿轮已经啮合好,只是离合器2没有结合,动力不从2档齿轮这过。
到达换档转速时,变速箱无需再做啮合2档齿轮的动作,只需分离离合器1,结合离合器2即实现了换档。
离合器2结合后,变速箱退出1档挂再上3档预备。
DSG变速箱
这样一个机构即有像手动档一样的直接输出,又省去了手动档进退档动作所需的时间,同时一个离合器分离的同时另一个离合器已经结合上,中间动力没有中断。
正是因为DSG即有手动档的动力输出直接、体积小、重量轻的优势,又实现了手动档无法完成的快速换档,所以DSG长期用于赛车运动并被驾驶爱好者所追捧。
DSG民用化之后也体现出它换档平顺和节省燃油方面的优势,被不少车厂选择。
但是由于DSG的结构比较复杂,制造成本也比较高。
而且DSG也没法达到CVT那样的平顺和节油效果。
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