《凤凰解密》汽车变速器之原理（三）--20130320

《凤凰解密》汽车变速器之原理（三）

2013年03月20日 06:14来源：凤凰汽车 作者：一路向南

凤凰解密 在对变速器的基本构造以及运行原理了解之后，我们现在进入第三个话题，各种常见变速器的原理讲解。不过需要说明的是，在这里我们并不想深入讲解双离合器变速器，因为这种变速器本身就是手动变速器的变异，它除了在离合器部分与手动变速器差异很大外，其余部分基本上都有相似或者相同的结构，所以在此我们不再浪费笔墨，我们会在以后单独提出重点分析。

半自动变速器

可以称为半自动变速器的不仅有AMT，还有宝马的SMG以及兰博基尼的ISR，当然它们还有另一个名字：序列式变速器。实际上，半自动变速器是由普通手动变速器派生出的一种新变速器，它相比双离合变速器只是差了一组离合器，在传统手动机械变速器之外加入了电脑控制模块，控制离合器和换挡的逻辑。序列式变速器和普通手动变速器结构一样，它有中间轴、输出轴、离合器和变速拨叉等。

那序列式变速器如何工作呢？在换挡座面板上它和AT自动挡一样印有R、N、A和M的字样，但没有P驻车挡。A表示纯自动换挡，电控模块控制离合器的接合，M则是手动模式，可以用换挡拨片或是换挡杆执行操作。

不论是拨片式还是换挡杆式，都只是一个信号源，汽车电子化已经让换挡机构大为瘦身，在序列式变速器的内部，换挡拨叉与传统手动变速器的拨叉有所区别--传统手动变速器的每个变速拨叉位置相对自由，而顺序式变速器的每个变速拨叉由一根带有螺旋槽的变速轴连接在一起。当变速杆或拨片向前、向后移动时，连接变速拨叉的变速轴收到信号后，也随之转动相应的角度，这种扭转促使轴上的螺旋槽带动变速拨叉向前或后移动。所以，每一次换挡就会使变速轴旋转一定的角度，并带动所有的变速拨叉同时动作。

操作顺序式变速器，你不能跳挡，只能一挡一挡的升或者降。有时候赛车手会靠双击方向盘后的拨片来实现空挡并切断动力然后换入下一挡，这样的换挡方式比普通的变速杆换挡更加迅速。在使用手动模式时，一套液力装置用来分离离合器，在其接合之前推动变速拨叉选取下一级挡位齿轮--有点类似于双离合变速器的逻辑。

由于整套变速器系统采用了节气门位置传感器、发动机转速传感器等来采集换挡信号，通过ECU直接控制换挡动作，因此它比普通手动变速器的人为换挡更加迅速，不过由于机器换挡比较生硬，所以某些廉价的序列变速器，如AMT并不拥有更好的平顺性。不过在注重运动性的车上，电子控制部件更加精密，所以换挡效果更好，曾经SMG在宝马M3以及6系上大放光彩。

我们再回来看看AMT，它仅需对普通手动变速器进行改造，就可成为初级版本的序列变速器，因此它也多出现在廉价的小车上。除了不用踩离合器踏板外，AMT可以扮演AT的角色，也可以扮演MT的角色，它成为了欧洲人的最爱。

自动变速器

相对于手动变速器来说，自动变速器在操作和基本构造上有很大的差别，它不需要传统意义上的脚踩式离合器，取而代之的是液力变矩器。

液力变矩器主要由泵轮、涡轮以及固定不动的导轮组成。变矩器正常工作时，转动的泵轮通过油腔内的循环油将转矩传递到涡轮上。变矩器不仅能传递转矩，在泵轮转矩不变的情况下，随着涡轮转速的不同(具体表现为汽车的行驶速度)而改变涡轮输出的转矩值，在循环油流动的过程中，固定不动的导轮给涡轮一个作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输入的转矩。

液力变矩器虽然能在一定范围内自动地、无级地改变转矩比和传动比，但却存在着变矩能力与效率之间的矛盾，这很难满足汽车苛刻的使用要求，因而自动变速器又广泛采用液力变矩器与齿轮相结合的形式。如果将自动变速器拆开，你会发现一套烦琐而复杂的机构“挤”在一个狭小的箱体里，而机构的中心就是一套行星齿轮系。

在自动变速器中，仅通过一套行星齿轮系便能提供所有的变速比--这听起来似乎有些神奇，不过自动变速器的复杂程度的确是手动变速器无法比拟的--因为齿轮太多了！

行星齿轮系由三个主要部分构成，即太阳轮、行星轮以及环形齿圈。它们都能在适当的位置被锁止，同时更为重要的是其中任何一部分也都能作为动力的输入或者输出端。如果将其中的任意两部分锁止，它就会产生1：1的速比。其实就目前的自动变速器来说，大多数都开始使用锁止离合器来提升效率，尤其是加速时，能分担液力变矩器的负担，如马自达CX-5的6速自动变速器就使用了一套锁止离合器，尤其是加速时作用非常明显，同时还能达到省油的目的。

无级变速器

无论是半自动变速器AMT、自动变速器AT还是无级变速器(CVT)，总的来说它们都不需要人工介入选择挡位了，它都是自动化程度很高的变速器。那么无级变速器CVT又是如何工作的呢？

绝大多数CVT由两个可变半径滑轮和一条钢芯橡胶带组成。其中一个滑轮与发动机飞轮相联，而另一个则与输出轴相联，它们之间通过皮带连接。两个滑轮通过转动力大小的变化来改变几何半径。发动机端滑轮旋转得越快，它的半径就越小；输出端旋转得越快，它的半径就越大。在它们自动运转的过程中，滑轮的半径由一套ECU控制的液压活塞来改变，滑轮本身由一根带有一对圆锥楔结构的花键轴构成。当这对圆锥楔越接近，缠绕在它们上面的皮带旋转半径就越大；同理，当它们隔得越开，缠绕在它们上面的皮带的旋转半径就越小。

根据之前我们介绍的齿轮啮合原理，如果飞轮端滑轮半径大而输出端滑轮半径小，那么就相当于齿轮变速箱的低速挡。当汽车开始加速，两个滑轮通过皮带不断地改变旋转半径，最终使飞轮端半径最大而输出端半径最小。通过这种方式便能达到连续无级的变速--因为没有齿轮的接替结合，只有钢带的直径变化而达到变速的作用。

随着技术的不断进步，以前在微型车中使用的CVT大多采用橡胶带，而现在CVT向大型车过度时已经替换为了钢带，其好处在于防止打滑，可以避免由于磨损的原因造成的驱动带断裂。目前，日产和奥迪的车型正在大量的使用CVT，而这也是自动变速器的一个发展方向。