AT变速箱与CVT变速箱全面对比

AT变速箱与CVT变速箱全面对比

文章来源:动力哥 点击数:71 发布时间:2019-12-10
AT变速箱在目前燃油车自动变速箱中可谓备受推荐,坊间更有[AT>DCT>CVT]的潜规则排名。既然地位那么高,必有其原因。所以,我们就首先从最基本的结构和工作原理去认识AT变速箱的特点。
AT变速箱与CVT变速箱全面对比

AT与CVT的不同结构所带来的不同特点

AT变速箱在目前燃油车自动变速箱中可谓备受推荐,坊间更有[AT>DCT>CVT]的潜规则排名。既然地位那么高,必有其原因。所以,我们就首先从最基本的结构和工作原理去认识AT变速箱的特点。

AT变速箱基础知识

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(常规AT变速箱的主要部件)

AT变速箱全称是:自动变速器(automatic transmission)。主要由壳体、液力变扭器、行星齿轮组、离合器液压控制系统组成,通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。

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(常规液力变矩器的结构)

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(常规液力变矩器的工作原理)

上图所示的液力变矩器是AT变速器最重要的部件之一,它由泵轮、导轮、涡轮及锁止离合器组成。简单来说,液力变矩器的作用就是将发动机产生的动力传递到变速齿轮机构,传动路径:发动机带动泵轮旋转→定叶轮对泵轮泵过来的变速箱油起导向作用→涡轮被泵轮泵过来的变速箱油推动。

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(行星齿轮的结构)

行星齿轮组也同样是AT变速器最重要的部件之一。行星齿轮组包括行星架、齿圈和太阳轮(又称中心轮),通过这三者的联动旋转,就会产生不同的转速,也就是我们常说的变速。

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(行星齿轮组变速器原理)

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(行星齿轮组内部工作逻辑表)

说完了行星齿轮组,那么,我们就能明白变速的原理其实就是将行星齿轮组中的某一个部件固定住,离合器就是用来解决固定部件间的切换。

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(AT变速箱中的离合器工作原理)

离合器的摩擦片是在变速器油中工作的,压力油注入离合器壳体后,对离合器活塞施加作用力。活塞在受到力后,迫使钢片和摩擦片挤压在一起,从而完成换挡过程。

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(液压控制系统的基本原理)

有了前面的铺垫,最后如何执行换挡,还需要靠换挡控制系统(即液压控制系统),这个系统主要由变速器控制电脑(或叫变速器控制单元)、电磁阀和阀体构成。

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(变速器控制电脑)

液压控制系统中的TCU通过电信号控制电磁阀的动作,从而改变变速箱油在阀体油道的走向。当作用在多片式离合片上的油压达到制动压力时,多片式离合片接合从而促使相应的行星齿轮组输出动力。

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(AT变速箱主要部件及作用)

但AT变速箱也并不是十分的完美,缺点也是明显的,下面就来说说AT变速箱目前有哪些不足。

1.AT变速箱价格比较高

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传统AT变速箱(平行轴式)

大多数人都会明白变速箱的挡位越多,带来的好处是多于坏处的,所以AT变速箱也朝着这个目标发展。不过与其他齿轮式变速箱一样,如果要增加挡位,就需要增加齿轮组……那么我们可以用下面的这张图来表示平行轴式变速箱的设计思路,也就是说,比如一个4速AT变速箱(如丰田A340)需要两组(辛普森式)行星齿轮组,如果要提升到6速,那就必须增加至少一组行星齿轮组。那如果想增加到两位数以上的挡位,按照平行轴式设计方案……

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2.都说「AT变速箱」油耗高?

这里就以沃尔沃S60L(2016款T3)为例,采用为前置前驱车重新设计的爱信变速箱(型号AWF6F25,最大扭矩容量为280Nm)。就一个1.5T的车,百公里油耗超9L。相信这与「AT变速箱」有着不小的关系。

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爱信公司(丰田为大股东)为前置前驱车型结构优化后的AT变速箱

由于AT变速箱在动力接入时使用的是液力变矩器,这就带来了一个缺陷:动力不是直接输出,泵轮转速要大于涡轮才可以实现想要的动力,这带来的结果就是能耗大。虽然通过锁止离合器或制动带优化的方式,将能量损失降到最低。可以看出,使用AT变速箱车型的油耗相对来说还是比较高的。

CVT变速箱基础知识

CVT 的英文全称是Continuous VariableTransmission(机械式无级变速器)。CVT技术的发展,已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖,早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。

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(带式CVT基本工作原理)

CVT无级变速器是采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。可以使传动系与发动机工况实现最佳匹配。金属带式无级变速器的系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成,与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动,另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构,它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮,然后通过V型传动带传递到从动轮,最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径,从而改变传动比。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节,从而实现了无级变速。

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(带式CVT的滑轮控制机构)

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(钢链的基本结构)

传统CVT的核心部件就是传动带,而使用最为广泛的就是钢链和钢带这两类。钢链是由2个圆弧曲面的销子组成销子组, 并通过链节固定组成钢链最基本的一个单位,2个链节之间的弯曲通过销子两配合曲面的滚动来完成 。

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(钢带的基本结构)

钢带通常是由400片左右金属推片和多组钢环组成,每个推片的厚度为 1.4mm左右,单侧钢环组由厚度为0.2mm左右的12或9片钢环组成。在实际工作中,钢带的大部分扭矩传递都是通过推片之间相互挤压来传递的,所以这种钢带也被叫做推力带。由于钢带相比钢链在工作时产生的噪音和震动更小,是目前应用最广的CVT传动带。

CVT变速箱的特点和突破口

1.      CVT变速箱很省油

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由于CVT变速箱相比AT变速箱来说,摆脱了齿轮的束缚,CVT变速箱真正实现了无级变速,通过滑轮机构和传动带将发动机的转速始终保持在最大功率点附近(注意不是最大扭矩),所以传统CVT变速箱的燃油经济性是毋庸置疑的。

2.   CVT变速箱结构简单,体积小

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相比齿轮式变速箱需要多组齿轮变速不同,一组简单的滑轮机构和传动带解决了大部分变速问题,在体积上,CVT变速箱的优势让齿轮式变速箱望尘莫及,无需过多赘述。

对于CVT变速箱中钢带的质疑一直是吃瓜群众们的热议点,而质疑的焦点无非是两个:

钢带的最大承受力差

目前民用CVT变速箱的钢带承载扭力上限一般被设置在450N·m,同时也带来了30万公里左右的寿命(AT通常在40万公里),所以关于钢带的最大承受力差的问题,就目前车开不到20万公里便换的现状,基本就是不存在。

钢带打滑带来的能量损失

AT变速箱在传动效率上的确存在着优势(AT最高效率96%左右,CVT在90%左右),毕竟钢带打滑确实有能量的损失,但CVT变速箱厂商也在为控制钢带滑动等方面不断优化。

启动时的迟滞

相比齿轮式变速箱齿轮啮合直传动力的结构,CVT变速箱是以传动带的摩擦传输动力方式的确软了很多,更是很难实现“二挡7200转,干他”的骚气操作……给到人一种迟滞感,这算是一个先天的结构劣势。

 结论

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AT变速箱与CVT变速箱都存在着自己的优势与不足,但在全世界环保如此严苛的今天,新能源车型以逐步占领全球主流市场,所以小排量、低油耗的车型所搭载的CVT变速箱逐渐得到重视。我们必须承认CVT变速箱在不停的优化,已经不再是当年的那个“弱鸡”了。