AT变速箱这么好越来越多的车却用CVT和双离合这是为什么
提到CVT大家会想到什么?不耐用?加速慢?钢带打滑?还是售后麻烦?这些都是常见观点。到底CVT有哪些真正的技术硬伤,它的变速原理又是什么?汽车工业进化这么多年,在一些人嘴里,一个变速机构大类怎么就成了一个东西?那么本期我们就来聊聊这里面的门道
什么是CVT?
刻板印象中,CVT无级变速箱的核心是锥轮和推力钢带,所谓“两轮一带”中的这个轮,指的是一对能相对安装带有锥面的圆盘,一个固定另一个可以沿轴向移动,内部是油压驱动,可以相互靠近或远离,金属带放置在两个锥面之间,因为传动带长度相对不变,一个圆盘靠近另一个的过程中,会迫使另一根轴上的圆盘开始分离,锥面的间隙变化就带来了不同的传动半径。
范道尔纳传动带
那么这个过程中传动钢带一边被压紧,另一边被释放,所以普遍称为推力带。目前主流制造商是博世的V型金属片组成的脊状推力钢带,这种钢带也被称为范道尔纳传动带。
范道尔纳两兄弟Hub和Wim两个人,在荷兰可以说家喻户晓,他们创办了达夫汽车这个著名的商用车公司,与斯堪尼亚/奔驰/曼恩/沃尔沃/依维柯以及雷诺,合称为欧卡七妹。
纵观整个汽车工业史,达夫汽车带给人类的机械瑰宝有两样,除了CVT,还有一种被称作Trado的后驱结构
由一个板簧转架和两个可同时驱动的负重轮组成,实现后轴翻转,这相当于给车提供了一个额外的行走系统,越野能力大大加强。只不过从商用到乘用的过程中又提升了NVH的要求,如果没有好的设计,评价是不可能高的。所以乘用车维度,直到1985年脊状推力传动带被博世大量生产,各种维度的平衡才得到基本解决。
博世的这套传动带,内嵌钢带作为基础支撑,横向由金属推片堆叠而成。主动锥轮压迫钢带侧面形成静摩擦力,利用片与片之间的推力,让钢带推着从动轮一起转,把发动机的动力从主动锥轮传递到从动锥轮。
当主动轮因为油压装置向中间夹紧的时候,钢带的容身区域缩小会被顺着侧边挤上去,钢带的整体周长是相对不变的,但因为分到主动轮一侧的周长长了,从动轮的周长自然不就小了么。
从透视图来看,主从动轮实用半径变化明显,功能角度,这相当于沿着轴线叠加了无数种传动比的齿轮,钢带只是一个抓手,在轴向根据实际需求随意拿取,从而实现扭矩变化的效果。
只不过,这样一来也有一个弊端就是钢带打滑,而且根据老王之前的拆解经验,本田CVT,新车不到2万公里锥轮侧面就已经出现了零部件互相加工的现象。所以,正如多数人所说,CVT打滑和磨损都是客观存在的。
奥迪Multitronic CVT
从出货量角度来看,CVT变速箱确实以日本品牌为主,像两田、日产、斯巴鲁。当然德国品牌奥迪在5年前也大量使用CVT,但是大家真以为上述这么多型号CVT都是一个东西么?
显然有区别,熟悉机械的小伙伴都知道,根据传动装置的不同,CVT还分钢带和链条两种,比如奥迪的Multitronic CVT.
采用的就是链条,主要是由环形钢片和拉片组成,工作时链条和锥轮不是直接接触,而是通过压紧中间的摇臂销来实现扭矩传递。钢带形成的是推力,而链条则是利用节与节的拉
力,他们的目的都是为了改变钢带或者是链条的工作周长,来实现速比的连续变化。
由于采用拉力传递,在锥轮压紧时会产生向内的拉力,这种CVT和钢带式的可以说就不是一种东西了,理论上只要链条强度足够,中间是越拉越紧的,打滑概率大大减小,举个不恰当的例子,链条式CVT就像用束带绑手腕,越拉越紧,到最后不是束带断了就是你手腕断了,但肯定是不用担心打滑,从数据角度来说,链条式CVT往往要比钢带式的CVT承受扭矩高50-70N·m左右。
在传动效率方面,链条CVT也有优势,如果是钢带传动,在与锥轮接触的时候,必须确保所有钢片都与锥轮压紧才能产生足够的静摩擦力,但钢片和锥轮接触面越大,摩擦阻力也越大,最终等于说扭矩需求越高的时候传递效率越低。而链条只是摇臂硝和锥轮局部接触,接触面小,摩擦阻力也一定更小,传递效率就会更高。所以链条式CVT具有更宽的变速范围和更长的寿命。
但市面上使用链条的厂家不多,最大的原因还是成本高。传统的推力钢带是博世的专利,出货量比较大,成本要远远低于舍服勒生产的链条。
2023年之前奥迪内部关于是否要全面采用双离合去替换CVT,争论地非常激烈,因为供应商不愿让利降价,加上大众对于双离合的研发,已经过了在低端车进行试错的阶段,所以两条技术线交汇的那一刹那,下一代MLB evo平台的cvt计划就被搁置了。你看,在资本的面前,很多车企也都是会低头的。那么有没有企业在CVT方面有新的设计呢?
丰田的S-CVT
答案当然是有的,比如丰田就认为无论钢带还是链条,如果都避免不了CVT起步响应慢、爬坡能力差的硬伤。那么就索性把AT和CVT的优势组合一下,长久以来老王在看文献的过程总结了一个观点,就是日本人在组合发明方面从来不弱于欧洲,例如丰田搞的这个S-CVT,加入的起动齿轮可以称得上巧妙了。
在座的如果有雷凌或卡罗拉的车主,你去瞅一眼副驾驶B柱铭牌上最底下这一行,如果写有K320字样的,就是爱信设计,在常熟组装下线带有2档低速起步齿轮的CVT。
它结合了AT跟CVT的优点,低速起步时一二挡用齿轮传动,保护变速箱。高速时钢带传动,理论上更省油。这台变速箱启动齿轮和普通AT的一样,可以承受低车速大扭矩的工况。
而且很多人都不知道,开这种车是有技巧的,从静止到起步需要在齿轮传动和钢带传动这两个形式之间互相转换,运动模式,直接地板油问题不大,其他模式如果你想省油,你就一脚油门干到3/4的行程,到一定速度比如20公里每小时适当收一脚油抬一下,让变速箱知道你准备切换到钢带的工作状态
这其中的原因在于,速度很低时CVT钢带是不动的,有且仅有主动齿轮通过行星轮带动输出轴提供动力,速度超过20km/h CVT锥轮的压力缸就逐渐参与动力输出了,这时候抬不抬一脚的关键在于你对动力的需求,是否让低速齿轮和钢带同时参与驱动。而且为什么我们平常说,地板油丰田的CVT为啥没问题,而本田思域的CVT就有干废的?原因就在于,启动齿轮相比钢带,在低速时会更优先介入,原则上只有齿轮碎了才轮到钢带打滑,所以只要爱信的这台S- CVT质量批次没问题保养正常,性能和AT是看齐的。
Dana Variglide行星变速器
汽车变速箱那有人说了,既然传动带是CVT的薄弱环节,设计时避免这种问题不就得了!于是有人设计了一种叫做环形牵引驱动式CVT,结构非常简单,两个相对放置的圆盘,在之中放置三个摆动滚子,如果滚子偏向驱动盘一侧,滚子外侧就由圆盘的外侧驱动,滚子再驱动另一
个圆盘的内侧,传动比就是增大状态。
反之,传动比降低。这样一来,不用很大的接触摩擦就可以实现传动比的变化。这套机构之前英菲尼迪和日产公爵的一些车型就有。
和它有关的有两个知名公司和专利,一个是Dana注册的VariGlide行星变速器专利,基本架构就是通过输入环和输出牵引环之间的滚动球体来变速,具体来讲就是通过改变球体的旋转轴线,来改变输出环的速比范围。
另外一个知名公司是ToroTrack,这家公司开发的,叫做滚子环形传动技术,几套滚子之间的滚动轨迹看起来更像一个非常窄的矩形,矩形的每一端,都从距离滚子较远的地方进行扫掠,这样传动比就可以随着角度变化而变化。也是一种非常精妙的设计
但大家要知道,没有传动带承压的变速机构,总要有东西来承受这些交变负荷,谁来承受?答案就是油,这类CVT保养油可千万不能使用普通ATF油,因为除了润滑散热的属性,这类变速器对油液要求就是要在接触面传递扭矩过程中形成剪切油膜,让两个金属球和金属盘表面不发生直接接触,这种油学名叫做弹性流体动力润滑油EHL,进一步提升了
研发成本,所以这种变速箱虽然非常好,但在双离合高速发展的行业背景下,高昂的研发维护成本依然让主流品牌失去了兴趣。
结尾
节目的最后,大家不妨思考一下,CVT其实是一种变速机构的大类,为什么到了一些车评人嘴里,就可以一笔带过,让大多数人认为CVT就是一种变速箱呢?除了抨击这些人知识面有限以外,是否还应该再思考一下,机械工业发展这么多年,想要绕开齿轮这个关键零部件,其投入产出比是否低到了已经被边缘化以至于多数人都不想去剖析细分种类的地步呢?