理論上講,變速箱的擋位越多越好。擋位越多,齒比越密,汽車的燃油經濟性與換擋平順性也就越出色。但問題是,擋位數(shù)會無限制增加下去嗎?會出現(xiàn)20擋的變速箱嗎?也不是沒可能,畢竟福特已經申請了11擋變速箱的專利。
有一點可以肯定,那就是等11擋變速箱普及,估計得是十年以后的事情了。至于擋位數(shù)能到多少,目前誰也說不準,但一定存在一個極限。在這個極限,擋位數(shù)與變速箱的體積、制造成本會達成一個平衡點。
但除了擋位個數(shù),變速箱的換擋邏輯也是重要課題。某種意義上講,換擋邏輯的設定,甚至比擋位數(shù)還要影響油耗與性能。
本文,我們來了解下變速箱的智能化進程。作為動力總成的核心零部件,汽車工業(yè)對于變速箱研發(fā)的投入,一點不亞于發(fā)動機。
既然是研究智能化,那么我們只討論自動變速箱(AT)。其實,自動變速箱早在1921年就由加拿大人Alfred Horner Munro研發(fā)成功,迄今已有近100年歷史。當時這款變速箱的傳動采用的是空氣壓縮法,由于承受的扭矩太小,以至于沒有商業(yè)化應用。
現(xiàn)代意義上的采用液力變矩器技術的變速箱,是由兩個巴西工程師于1932年發(fā)明的。稍后,這套方案被賣給了通用,并由后者在Oldsmobile品牌車型上予以商用。應該說,現(xiàn)代化的自動變速箱,始于通用汽車。
液力變距技術的發(fā)明,不僅推動了民用車的發(fā)展,也在第二次世界大戰(zhàn)中得到了檢驗。除了于1940年起進行商業(yè)化,在剛剛爆發(fā)的二戰(zhàn)戰(zhàn)場上,由通用生產的坦克也裝備了上述自動變速箱技術。
二戰(zhàn)結束后,英美國家、包括日本,都開始了高速的復興建設,汽車工業(yè)得到了空前的發(fā)展。但我們如今常討論的6AT、8AT乃至9AT,其實是進入2000年以后才出現(xiàn)的。也就說,自動變速箱擋位數(shù)的飆升,只是近十年多的事情。
在2000年以前,所謂自動擋的汽車,還只有3個、4個或5個擋位。即便如此,在歐美市場,自動擋汽車的普及速度也相當之快。直到2000年,ZF(采埃孚)與寶馬聯(lián)合推出了世界上第一款匹配乘用車的6AT變速箱(ZF 6HP26),讓自動變速箱的發(fā)展進入了新的階段。
一個關鍵的設計叫做Lepelletier行星齒輪,它在確保實現(xiàn)6個擋位的前提下,相比寶馬之前的5擋變速箱,還減少了零件數(shù)并降低了重量。這款變速箱最早被裝配到2002款寶馬7系上。
2003年,奔馳的7G-Tronic變速箱成為全球第一款7速自動變速箱,經歷不斷改進后一直沿用至今,這是奔馳自主研發(fā)的第五代自動變速箱技術。7G-Tronic首先裝配于奔馳的V8與部分V6車型上,逐步取代之前的5G-Tronic變速箱。
但由于扭矩極限的問題,V12發(fā)動機并未裝配這款新產品。同時,由于底盤匹配問題,奔馳的四驅車型也未裝配。7G-Tronic在機械結構上的創(chuàng)新之處,除了擋位增加了2個以外,還為倒車擋提供了2個齒比(實際上共計有9組齒輪)。
在Comfort(舒適)模式下,7G-Tronic默認以2擋起步、2擋倒車。此外,在換擋方式上,7G-Tronic首次引入了懷擋設計,并逐步應用于奔馳的大部分車系中。如今,奔馳的懷擋已經發(fā)展到了第二代,特斯拉Model S與Model X使用的也是奔馳的這套換擋裝置。
到2007年,豐田在雷克薩斯LS 460上首次裝備了愛信研發(fā)的8AT變速箱,是世界上第一款搭載8速變速箱的乘用車。然而,盡管豐田是第一個吃螃蟹的,但由于其“精益生產”的造車理念,豐田與雷克薩斯的車型在變速箱擋位上一直比較落后。
直到新一代凱美瑞上市,原來老掉牙的4AT才被替換掉。除了一些大型SUV仍采用4AT、5AT外,絕大部分配備自動變速箱的量產車型,均配備6AT以及更先進的技術。目前,雷克薩斯品牌中,最新的兩代車型NX系列與RX系列,仍搭載的是6AT。
2014年上市的Jeep自由光,是第一款搭載9AT變速箱的乘用車。這款由ZF研發(fā)的9速自動變速箱,也出現(xiàn)在了路虎極光與發(fā)現(xiàn)神行上。從3AT到5AT,用了半個世紀;從6AT到9AT,只用了十年時間。
目前,福特新一代F-150皮卡搭載的10速變速箱,是量產乘用車中擋位數(shù)量的最高紀錄。而值得一提,福特的11速變速箱技術已經申請了專利。擋位數(shù)量的增加,其實得益于工業(yè)設計與精密器械加工水平的提升。尤其是CAD(計算機輔助設計)的普及,讓復雜的變速箱結構可以有更深度的延伸。
因為擋位的增加并不意味著齒輪組數(shù)或變速箱體積的增加,如何在有限齒輪與換擋機構的前提下,實現(xiàn)更寬的齒比范圍,才是自動變速箱進步的精髓。以8AT變速箱為例,它至少包括變矩器、行星齒輪,以及多片式離合器三個核心部件。
變矩器目前以液力變矩器為市場主流,也就是發(fā)動機與變速箱之間的動力傳遞通道。采用液力耦合機構,當掛在D擋的時候,車輛的怠速會驅動變速箱,此時你松開剎車車輛會徐徐前行。
行星齒輪是所有變速箱都有的核心裝置,它負責制造齒比,縮小或放大發(fā)動機曲軸傳遞過來的轉速與扭矩。多片式離合器則負責創(chuàng)造擋位,是變速箱在發(fā)動機的不同轉速下,可以匹配不同的齒比。
在8AT變速箱領域,目前市場以ZF的8HP產品,與愛信的AWF8F35產品比較普及。前者是縱置變速箱的代表作,后者是橫置變速箱的代表作。當然,愛信也有自己的縱置8AT產品叫做TL-80SN,但不如ZF的普及,目前只應用在了。
從產品設計上講,愛信的8AT(縱置或橫置)都要更勝一籌。這款8AT變速箱僅僅使用3組 Lepelltier行星齒輪,即實現(xiàn)了8種不同的前進擋齒比。這樣的設計,尤其是對于橫置8AT來說,能夠進一步縮小體積,方便與橫置變速箱一同“塞進”引擎艙;而ZF的8AT,則使用的是4組行星齒輪。
但從實際產品體驗來說,ZF的8AT口碑要略好于愛信的8AT。愛信的8AT經常被詬病換擋頓挫,而沒有ZF的8AT那么平順。且油耗表現(xiàn)上,ZF的8AT貌似也更加節(jié)能。這或許是行星齒輪組數(shù)的區(qū)別導致的,當然變速箱結構復雜,其他零部件設計也會影響產品性能。
[!--empirenews.page--]最重要的一點,ZF與愛信都是零部件制造商,不同的汽車品牌采用他們的產品,都要進行重新編程,并針對自家的發(fā)動機進行調教。所以,盡管沃爾沃與Mini均裝備了愛信的橫置8AT變速箱,但實際體驗也會存在差別。
同樣的道理也體現(xiàn)在,ZF的9HP(即9AT產品)被應用到了Jeep自由光與路虎極光上,但在自由光上一般很難上到9擋;而在極光上是很容易上到9擋的。各品牌取向不同,變速箱的實際表現(xiàn)也就不同。
但有些硬傷會同時波及Jeep與路虎,比如在北美市場、中國市場均被曝光過的9AT故障。這讓大眾開始質疑ZF的9AT變速箱質量。自由光與極光同時遭遇變速箱風波,且波及全球市場,這可以排除廠家的編程問題。
除ZF外,奔馳也研發(fā)了自己的9G-Tronic產品,并于2014年首次裝配于E級E350 BlueTec柴油車型上。當然,這款車主要是為了迎合歐盟日益嚴苛的排放標準,并未在全球市場推行。直到上個月,奔馳GLE的發(fā)布,才正式代表9G- Tronic變速箱進入奔馳全系產品。
將于2015年底發(fā)布的奔馳GLC,是第三款搭載9G-Tronic的車型??梢灶A見,在未來5年內,奔馳S級、新一代E級,以及C級等,均會更換9G-Tronic變速箱。其實,奔馳從2009年就開始研發(fā)這款產品了,直到6年以后才正式應用于量產車。
作為奔馳的第七代變速箱技術,9G-Tronic比7G-Tronic要更加輕量化,同時占用的體積不變。根據對已裝備該變速箱的GLC測試來看,9G-Tronic在換擋邏輯上有了新的調教,其升降檔更加積極。得益于更廣的齒比,9G- Tronic的平順性也進一步改善。
在實際工況中,第9擋的意義主要體現(xiàn)在高速巡航時。據實測,當車輛在120km/h以9擋行駛時,9G-Tronic變速箱的轉速只有1350rpm。相比之下,6AT變速箱此時在6擋的轉速一般在2000~2500rpm。
所以,盡管愛信的6AT或福特的SelectShift做得平順性非常不錯,幾乎感覺不到頓挫,但燃油經濟性是個硬傷。這里也要說一點,那就是為何進口普拉多仍配備4AT?Jeep牧馬人仍配備5AT?