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了解变速箱,我们常说的顿挫感

我们在评价一款变速箱是不是足够优秀的时候,除了换挡速度够不够快、换挡逻辑是不是聪明之外,通常也会提到换挡的“平顺性”。事实上,在民用车的领域,我们对变速箱“慢”的容忍度是高于“顿挫”的,也就是宁可换挡慢一点也不要有冲击感,而高性能车则反过来,换挡效率是首位的。其实在某种程度来说,这两者是一对矛盾,慢则容易达到平顺,快则容易顿挫,当然也有又慢又顿挫的,但几乎没有又快又平顺。为了平顺性放弃换挡速度,最极端的例子就是赛欧3 AMT;为了换挡速度放弃平顺性,则是法拉利的各种AMT变速箱。我们先来探讨一下顿挫是怎么来的,然后就可以更好地理解,它又是怎么被消除的。

说说变速箱 我们常说的顿挫感是什么回事

变速箱的作用顾名思义,就是通过改变发动机和车轮之间的转速比,令发动机相对不那么宽广的动力带,可以适应我们驾驶时对动力非常复杂的、多变的需求。所以在更换变速箱挡位的时候,意味着同样的车轮转速,发动机的转速要发生变化,从一个挡位的某个转速,过渡到下一个挡位的另一个转速。例如1挡传动比3.2,2挡传动比2.0,那么1档@3200rpm升2挡,发动机转速就会变成2000rpm,降低了1200rpm。

那么这个发动机转速或被拉高或被拖低的过程,如果处理不好,让发动机转速在换挡时发生突然变化,发动机内部运动部件的惯性,就会反作用于车体,一小部分将震动直接从发动机悬置传递到车身,其余则从飞轮传递到变速箱,再到传动轴,最后车轮,车速突变,从而产生冲击感。挡位越低,发动机扭矩放大比例越高,顿挫越明显,所以顿挫感一般发生在1-2或2-3的过程里,例如奔驰(包括英菲尼迪)的1.8T和2.0T配7G-Tronic,1-2挡就会有明显顿挫;挡位之间齿比越疏,换挡转速差就越大,顿挫越明显,所以越多挡位的变速箱,挡位之间传动比越密,理论上越平顺。

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怎么消除顿挫感呢?我们先从结构最简单的手动变速箱说起。不是说手动变速箱有同步器的吗?其实同步器的作用只是帮助进行变速箱内部的转速同步,让驾驶者可以顺利换挡,但最终变速箱和发动机同步,还是要交给离合器。所以换挡之后离合器接合的瞬间,离合器输入(发动机转速)与输出(由车速决定的变速箱转速)转速不同步,就是顿挫产生的“根源”。首先,换挡时发动机和变速箱有转速差;第二,再加上“离合器”接合控制不够精细。凑齐这两点,想平顺都难。

最理想的消除顿挫的方法,就是让每一次换挡时离合器输入输出端转速完全相同。这并非不可能,有经验的驾驶者通过一段时间的摸索,知道这款车各挡位转速大致转速差、发动机掉转速的速度(和发动机设计有关系,一般规律是高性能高转速发动机相对快一些,排气阻力高的发动机相对低一些),由发动机转速掉落的速度决定换挡的节奏,就有办法找到顺畅换挡的“节奏”,――松开油门踩下离合,切换挡位的同时发动机转速开始下跌,下跌到下一个挡位对应转速,接合离合器。

当然并非每一次换挡的转速掌握都这么精准,那老司机的做法是离合先松70%,让离合器半联动,相对轻柔地让发动机和变速箱的转速进行同步,也能减少顿挫,甚至达到车内的人感受不到的程度。

以上两种方法,要么“等”要么“磨”,换挡平顺性是可以保证了,但可想而知换挡速度都不可能很快。当我们在跑比赛的时候就需要快的换挡,这时候我们松踩离合的动作很粗暴,接近于踹,挡杆也几乎是砸进下一个挡位的,尽可能减少动力中断时长才是首要的,平顺性什么的也就排在后面了。当然就算是赛车,换挡平顺点终归是好事,平顺意味着离合器输入输出转速差小,这样离合器打滑引起的损耗就少一些,可以延长离合器的使用寿命。

好的,用机械结构最简单的手动变速箱解释完了顿挫是怎么形成怎么避免之后,我们来聊聊更常见的自动变速器吧。这里的自动变速器是广义的,包括了所有“非手动操作的变速器”,传统AT、双离合、AMT统统算在内。

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对于自动变速箱而言,顿挫产生的机理是一样的:产生转速落差并且挡位切换之后同步过程不精细。那么我们先讨论和手动变速箱结构最近似的双离合变速箱来说明。(AMT变速箱本质上就是手动变速箱,在此先略过)先举一个正面例子,为什么有的变速箱就能做得平顺而且换挡速度比较快。这时候要请大众DSG变速箱出场了。事实上双离合变速箱也并非神速且平顺换挡的代名词,正如我之前提到的,换挡必须要消化转速差才能够平顺,这是一个物理定律,与变速箱采用何种换挡构造没有关系。

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那么为什么大众系列的双离合变速箱换挡能又快又顺呢?这源自大众的一个可以控制松开油门后发动机停留在某一个转速的专利技术。试想想,变速箱TCU(变速箱控制单元)准备升挡时,向ECU发出关闭节气门的信号,这时候大众可以将发动机转速快速定格在下一个挡位对应的转速,那么在双离合的两组离合器完成切换的过程里,用来同步转速的半联动过程就可以节省掉或者说大幅度缩减,因而可以更快速地把离合器完全接合。

事实上双离合变速箱换挡速度不能更快,瓶颈并不在离合器切换的速度(很多厂家会把离合器切换速度当成换挡速度),而在于半联动所要耗费的时间(切换离合器并完成半联动,才能恢复动力,所以一个完整的换挡过程必须包含半联动时间)。因为不是每一家厂商都可以精准地控制好发动机转速和变速箱的同步问题,也就是我们常说的,发动机和变速箱匹配做得不精细。既然还需要离合器去慢慢把转速同步好(有的双离合变速箱转速同步也没有做好,导致1-2挡顿挫),那么换挡速度就没办法缩短了。

本田就找到了另一套解决方案,它在传统双离合变速箱的基础上增加了一副液力变矩器。其实更准确的描述是,本田保留了AT的液力变矩器,而将后面的齿轮组换成三轴8速设计,然后在两根输出轴的末端(也就是在远离发动机的那一侧),各增加了一对湿式双离合机构。形象点说,如果说传统双离合变速箱的双离合在头部的话,那么本田DCT的离合器就是在屁股。湿式双离合有了变速箱油的过渡,再加上液力变矩器本身就可以消化冲击,这让本田DCT可以在用业界一流的速度换挡的同时,达到顶级AT变速箱的平顺性。

说到平顺性,传统AT变速箱普遍做得比较好,就是有赖于液力变矩器这个柔性传动元件。所谓柔性,是相对于刚性的,离合器传动就是刚性传动。举个例子,我要让漂在水上的球动起来,我可以直接推球,这是刚性传动;要不我也可以搅水,让船顺着水流漂,这就是柔性传动。柔性传动效率低于刚性(因为柔性要先让水动起来),但可以更好地吸收我手部的不规则运动(震动、力的突变)。所以AT变速箱通常很容易做得平顺,靠的就是液力变矩器。至于投诉变速箱换挡不聪明,那是控制策略的问题了。

说说变速箱 我们常说的顿挫感是什么回事

但液力变矩器也不是无所不能的,现在AT变速箱的一个很显著趋势是提升传动效率,当柔性传动要提高传动效率时,它吸收冲击的能力就会相应削弱,就会更容易产生顿挫。这时候,就要考验厂商在发动机和变速箱匹配、以及换挡动作做得足够柔顺的功力了。而使用时间较长的自动变速箱,或者工作条件恶劣(例如频繁地板油起步、频繁强制降N挡等)其变速机构内部的制动片、离合片磨损,以及变速箱油老化,都会让换挡过程更粗暴,平顺性变差。

原理的介绍大致就到这里吧,变速箱要抑制顿挫,可以有几种具体的办法,而这些办法我们都很熟悉。一是减小挡位之间的转速差,增加挡位数让相邻挡位更绵密;然后是延长换挡时间,在大众干式DSG发生一连串问题后,不少配用双离合变速箱的厂家都采用更保守的换挡策略;然后是保持AT变速箱消除冲击的先天特性,同时增加锁止离合器组,并逐步提升锁止率(普遍做法是刚性锁止,少部分厂家如丰田会使用吸收冲击能力更强的挠性锁止),以兼顾更高的传动效率;最后,也是终极武器了,从根本上消除换挡转速差,如各种CVT、丰田的ECVT(其结构并非常规CVT)、乃至不需要变速箱的电动车。

最后,我来做一个变速箱平顺性的不完整评分表吧,以丰田ECVT为10分标准,手动变速箱1挡拉高转,松开离合器再猛地接合的冲击感为0分。

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