CVT变速箱是达芬奇设计的?我来讲点你不知道的故事 | 析技

如题所述

CVT变速箱对多数人来说既熟悉又陌生,说熟悉是因为它的应用非常广泛,而且很贴近我们的生活;而陌生是因为,CVT变速箱的种类非常繁杂,并且常见的CVT依旧对它有很多误解。

“Continuously Variable Transmission”是CVT的全称,翻译过来为连续可变变速器,广义上只要符合字面意思都可以称为CVT变速箱。所以除了我们熟知的两个棘轮用钢带或钢链连接之外,还有其他形式的CVT变速箱。

先说了一个我们相对熟知的E-CVT,本田iMMD和丰田THS混合动力系统就使用的是这一套变速箱。“E”代表电子的意思,用电机取代了机械结构为发动机变速变扭。这里补充一点,即便是混合动力车型也是需要一套机构为引擎调速调扭。丰田、本田之外的混动车大多需要一套变速箱,是因为它们的电动机只能够调节扭矩,并不能控制发动机的转速。

滚珠/滚球CVT

说完熟知的,再来看看那些不耳熟的。首先是滚珠/滚球CVT,这种变速箱同样没有棘轮和传动钢带,它的核心部件是多个球体。我们知道,一个球体表面距离转动轴不同的点,线速度也是不同的。滚珠/滚球CVT变速箱就是利用了这一原理,通过改变转动轴的角度,使得输入端和输出端的线速度发生变化,从而实现变速、变矩的功能。

 

语言描述可能有些抽象,我们现在来看两张图:

第一张是滚珠/滚球CVT的模型,第二张图是动力传导以及如何变速的示意图。如果还不是特别清楚的话,可以把这个东西想象成我们脚下的地球。假如输入端在北半球中国的三亚市,输出端在南半球的麦哲伦海峡,自转一周过后,在广州的人转动的距离一定是大于在麦哲伦海峡航行的人。也就是相当于,一个大齿轮连接了一个小齿轮,等同于AT变速箱的超比挡。

 

相反,如果需要放大扭矩进行起步或者爬坡时,就需要输入端向北走,比如到黑龙江漠河,输出端向赤道靠近,比如来到了秘鲁首都利马。这时就变成一个小齿轮连接大齿轮的情形,达到减速增扭的目的。

 

滚珠/滚球CVT最大的优势在于结构简单、体积小巧,可以做到手掌心那么大。所以主要用于踏板摩托车,还有很多汽车、船舶模型也会用到它。当然也有很大的短板,比如变速范围比较狭窄,扭矩承受极限较低等,所以只用于小型机械。

不过也有公司尝试拓展滚珠/滚球CVT功能,记得前些年在车展上看到过行星式变速箱。其实就是把行星齿轮组中的行星轮换成了球体,原理和之前讲的一样,运行方式和行星齿轮一致。由于这套变速机构非常的小巧,所以适配性很强可以串接液力变矩器或者传统变速箱,当时这个巧妙的设计让我印象很深。

锥环式CVT

说罢了滚珠/滚球CVT变速箱,再来说个新鲜东西“摩擦锥变速器”,这也是一个很大的无级变速箱分支,其中有很多的演变产品。和汽车有关是锥环式变速箱“cone ringtransmission”。

介绍之前,先简单复习一下传统CVT变速箱的结构,因为和锥环式变速箱多少是有点联系的。

传统CVT变速箱,主动、从动棘轮上都有一个V型槽,通过液压系统来改变槽的宽度,从而实现不同的速比。锥环式变速箱可以看作是台简化版的CVT变速箱,主动、从动棘轮被两个锥轮代替,钢带被钢环所取代。

这是一张俯视图,主动、从动锥轮由中间的钢环连接,并且钢环可以在两个锥轮之间移动,从而实现不同的速比。相比传统CVT变速箱,这套变速机构更简单轻巧,而且效率整体的效率也会更高。

 

说到效率,正好纠正一个关于CVT变速箱的误区,很多人觉得CVT传递效率低下是由于棘轮和钢带之间打滑所导致的,这是个大大误解。如果棘轮和钢带之间打滑,可不是动力响应慢,踩油门不走这么简单,而是变速箱启动保护程序,或者车辆直接趴窝,是很严重的问题。

 

那为何要说CVT变速箱的效率不高呢,前面也说了改变速比是靠液压系统完成的,而这套系统会消耗很多的能量,这部分能量当然也是来自于发动机的,所以会有动力损失,会降低效率。

锥环式变速箱不需要这套液压系统所以效率会提升,并且还具备结构简单、价格低廉、变速变扭平顺等优点,至于缺点和滚珠/滚球CVT类似,所以微、小型车与锥环式变速箱是很搭。

 

如果你还是搞不清楚锥环式变速箱的工作原理,可以推荐一个视频:https://www.bilibili.com/video/av65061553?p=1。简单、直观,非常好理解。

CVT可不是“软妹子”

奇特的这类说完了,再回头聊两句传统的CVT变速箱。我是挺着迷于CVT变速箱的,想想看“连续可变”是一个多么完美的状态。

 

首先这意味着变速过程中没有动力中断,还记得很早的时候看汽车杂志,超跑有一项很重要的参数是换挡时间,只有CVT变速箱能把这项参数降到0。

其次“连续可变”将引擎输出的动力由阶梯变成了滑梯,这意味着引擎能始终工作在最为正确的区间。CVT之所以省油也是这个道理,它能够让引擎最大限度的工作在最高热效率区间,与丰田、本田的混合动力是一个理念。此外,对于动力输出也有很大的帮助,CVT变速箱可以将转速锁定在引擎的最大功率点进行变扭,这也是其它变速箱没有的技能。

没有动力中断、可锁定最大功率点输出,这两点都证明了CVT在运动性上同样是把好手。1990年代威廉姆斯车队就试过将CVT变速箱放在F1赛车上,当时的测试车手“库克哈德”给予这种变速箱极高的评价,所以CVT才不是柔弱、无力软妹子呢。

之所以现在的性能车和超跑没有采用CVT,还是效率的问题,这也是CVT变速箱最大的软肋,想解决这个问题还是要看材料学有没有什么重大突破。

 

关于CVT的故事还没完,有人说CVT是意大利画家达芬奇发明的,当个趣闻可以这么讲,但要较真就不是那么回事儿了。达芬奇只是提出了一个无级可变传动系统的构想,和现今的CVT变速箱还是有很大区别的,现代棘轮钢带式CVT变速箱,是Hub vanDoorne在1958年设计出来的。

举个不恰当的例子,达芬奇只是讲述了一个嫦娥和月亮的故事,与人类探月、登月完全不是一回事。

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

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