變速箱智能革命:幾個(gè)擋才夠用
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(jīng)濟(jì)性與換擋平順性也就越出色。但問題是,擋位數(shù)會(huì)無限制增加下去嗎?會(huì)出現(xiàn)20擋的變速箱嗎?也不是沒可能,畢竟福特已經(jīng)申請了11擋變速箱的專利。
有一點(diǎn)可以肯定,那就是等11擋變速箱普及,估計(jì)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(zhǔn),但一定存在一個(gè)極限。在這個(gè)極限,擋位數(shù)與變速箱的體積、制造成本會(huì)達(dá)成一個(gè)平衡點(diǎn)。
但除了擋位個(gè)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(shè)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(jìn)程。作為動(dòng)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(diǎn)不亞于發(fā)動(dòng)機(jī)。
既然是研究智能化,那么我們只討論自動(dòng)變速箱(AT)。其實(shí),自動(dòng)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(dāng)時(shí)這款變速箱的傳動(dòng)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(yīng)用。
現(xiàn)代意義上的采用液力變矩器技術(shù)的變速箱,是由兩個(gè)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(yīng)該說,現(xiàn)代化的自動(dòng)變速箱,始于通用汽車。
液力變距技術(shù)的發(fā)明,不僅推動(dòng)了民用車的發(fā)展,也在第二次世界大戰(zhàn)中得到了檢驗(yàn)。除了于1940年起進(jìn)行商業(yè)化,在剛剛爆發(fā)的二戰(zhàn)戰(zhàn)場上,由通用生產(chǎn)的坦克也裝備了上述自動(dòng)變速箱技術(shù)。
二戰(zhàn)結(jié)束后,英美國家、包括日本,都開始了高速的復(fù)興建設(shè),汽車工業(yè)得到了空前的發(fā)展。但我們?nèi)缃癯S懻摰?AT、8AT乃至9AT,其實(shí)是進(jìn)入2000年以后才出現(xiàn)的。也就說,自動(dòng)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(dòng)擋的汽車,還只有3個(gè)、4個(gè)或5個(gè)擋位。即便如此,在歐美市場,自動(dòng)擋汽車的普及速度也相當(dāng)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(dòng)變速箱的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。
一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)叫做Lepelletier行星齒輪,它在確保實(shí)現(xiàn)6個(gè)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(dòng)變速箱,經(jīng)歷不斷改進(jìn)后一直沿用至今,這是奔馳自主研發(fā)的第五代自動(dòng)變速箱技術(shù)。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(dòng)機(jī)并未裝配這款新產(chǎn)品。同時(shí),由于底盤匹配問題,奔馳的四驅(qū)車型也未裝配。7G-Tronic在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新之處,除了擋位增加了2個(gè)以外,還為倒車擋提供了2個(gè)齒比(實(shí)際上共計(jì)有9組齒輪)。
在Comfort(舒適)模式下,7G-Tronic默認(rèn)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(shè)計(jì),并逐步應(yīng)用于奔馳的大部分車系中。如今,奔馳的懷擋已經(jīng)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(gè)吃螃蟹的,但由于其“精益生產(chǎn)”的造車?yán)砟?,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(dòng)變速箱的量產(chǎn)車型,均配備6AT以及更先進(jìn)的技術(shù)。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(dòng)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(gè)世紀(jì);從6AT到9AT,只用了十年時(shí)間。
目前,福特新一代F-150皮卡搭載的10速變速箱,是量產(chǎn)乘用車中擋位數(shù)量的最高紀(jì)錄。而值得一提,福特的11速變速箱技術(shù)已經(jīng)申請了專利。擋位數(shù)量的增加,其實(shí)得益于工業(yè)設(shè)計(jì)與精密器械加工水平的提升。尤其是CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))的普及,讓復(fù)雜的變速箱結(jié)構(gòu)可以有更深度的延伸。
因?yàn)閾跷坏脑黾硬⒉灰馕吨X輪組數(shù)或變速箱體積的增加,如何在有限齒輪與換擋機(jī)構(gòu)的前提下,實(shí)現(xiàn)更寬的齒比范圍,才是自動(dòng)變速箱進(jìn)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(gè)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(dòng)機(jī)與變速箱之間的動(dòng)力傳遞通道。采用液力耦合機(jī)構(gòu),當(dāng)掛在D擋的時(shí)候,車輛的怠速會(huì)驅(qū)動(dòng)變速箱,此時(shí)你松開剎車車輛會(huì)徐徐前行。
行星齒輪是所有變速箱都有的核心裝置,它負(fù)責(zé)制造齒比,縮小或放大發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳遞過來的轉(zhuǎn)速與扭矩。多片式離合器則負(fù)責(zé)創(chuàng)造擋位,是變速箱在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速下,可以匹配不同的齒比。
在8AT變速箱領(lǐng)域,目前市場以ZF的8HP產(chǎn)品,與愛信的AWF8F35產(chǎn)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(dāng)然,愛信也有自己的縱置8AT產(chǎn)品叫做TL-80SN,但不如ZF的普及,目前只應(yīng)用在了。
從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了8種不同的前進(jìn)擋齒比。這樣的設(shè)計(jì),尤其是對于橫置8AT來說,能夠進(jìn)一步縮小體積,方便與橫置變速箱一同“塞進(jìn)”引擎艙;而ZF的8AT,則使用的是4組行星齒輪。
但從實(shí)際產(chǎn)品體驗(yàn)來說,ZF的8AT口碑要略好于愛信的8AT。愛信的8AT經(jīng)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(dǎo)致的,當(dāng)然變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其他零部件設(shè)計(jì)也會(huì)影響產(chǎn)品性能。
[!--empirenews.page--]最重要的一點(diǎn),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(chǎn)品,都要進(jìn)行重新編程,并針對自家的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)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(shí)際體驗(yàn)也會(huì)存在差別。
同樣的道理也體現(xiàn)在,ZF的9HP(即9AT產(chǎn)品)被應(yīng)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(shí)際表現(xiàn)也就不同。
但有些硬傷會(huì)同時(shí)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(zhì)疑ZF的9AT變速箱質(zhì)量。自由光與極光同時(shí)遭遇變速箱風(fēng)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(chǎn)品,并于2014年首次裝配于E級E350 BlueTec柴油車型上。當(dāng)然,這款車主要是為了迎合歐盟日益嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn),并未在全球市場推行。直到上個(gè)月,奔馳GLE的發(fā)布,才正式代表9G- Tronic變速箱進(jìn)入奔馳全系產(chǎn)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(yù)見,在未來5年內(nèi),奔馳S級、新一代E級,以及C級等,均會(huì)更換9G-Tronic變速箱。其實(shí),奔馳從2009年就開始研發(fā)這款產(chǎn)品了,直到6年以后才正式應(yīng)用于量產(chǎn)車。
作為奔馳的第七代變速箱技術(shù),9G-Tronic比7G-Tronic要更加輕量化,同時(shí)占用的體積不變。根據(jù)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(diào)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(jìn)一步改善。
在實(shí)際工況中,第9擋的意義主要體現(xiàn)在高速巡航時(shí)。據(jù)實(shí)測,當(dāng)車輛在120km/h以9擋行駛時(shí),9G-Tronic變速箱的轉(zhuǎn)速只有1350rpm。相比之下,6AT變速箱此時(shí)在6擋的轉(zhuǎn)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(cuò),幾乎感覺不到頓挫,但燃油經(jīng)濟(jì)性是個(gè)硬傷。這里也要說一點(diǎn),那就是為何進(jìn)口普拉多仍配備4AT?Jeep牧馬人仍配備5AT?