擋是怎么變出來的?

如果各位童鞋仔細看過汽車的儀表盤，那么從轉(zhuǎn)速表上就能看出大多數(shù)汽車的發(fā)動~J1，E怠速的時候每分鐘也就800轉(zhuǎn)的樣子。而在加速的時候，轉(zhuǎn)速則猛地提高到了5000轉(zhuǎn)。對于兩者之間6倍還要多的差距，必須要有一個東東來將發(fā)動機輸出的動力優(yōu)化，從而能夠應對不同情況下的動力輸出。要實現(xiàn)這一點，咱們靠的就是下面要說的變速器……

當1895年那個叫做阿爾芒·標致的童鞋在汽車上裝上變速器的時候，上面也就兩個擋——一個前進擋，一個倒車擋。這玩意兒的結(jié)構其實灰常簡單，說起來無非就是個減速器，也就是一個小直徑的主動齒輪帶動大直徑的從動齒輪。當兩個齒輪嚙合的時候，從動齒輪在轉(zhuǎn)動的同時增加了扭矩。不過光是有了減速器，車輪的轉(zhuǎn)速倒是降下來了，扭矩也提高了，可是道路的情況相當復雜，地球人總不能只用一種辦法來對付吧?于是，地球人想出了MT變速器來搞定這個問題。

說起來MT變速器的結(jié)構可以說是所有變速器中最簡單的——多的咱們不說，這玩意兒里面無非是幾組不同齒比的齒輪，將發(fā)動輸出的動力進行扭矩放大，最后傳遞到車輪輸出而已。在需要換擋的時候，咱們需要踩下離合器，將發(fā)動機輸出的動力斷開，通過讓相應擋位的齒輪嚙合來換擋。不過，早期的MT變速器都采用的是直齒齒輪，雖然傳遞動力灰常直接，但是由于齒輪上每個嚙合的齒從開始到結(jié)束都是屬于線接觸，換擋的整個過程并不平順，而且還經(jīng)常造成變速器損壞。各位童鞋想想，在18世紀末、20世紀初，買得起汽車這個新奇玩意兒的地球人肯定非富即貴，誰都愿意花大價錢買享受，要是花錢買罪受，估計這汽車的歷史肯定就此打住了。

既然直齒齒輪不給力，那么地球人就得換條道來走，這條道地球人選擇了斜齒齒輪。既然叫做斜齒齒輪，顧名思義就是這個齒輪上的齒都是采用斜向排列。在嚙合的時候，這種齒輪的兩個齒開始先是點接觸；完全嚙合則與直齒齒輪一樣，變?yōu)榫€接觸；最后兩個齒開始分離，由線接觸轉(zhuǎn)為點接觸完成一次嚙合。由于開始是點接觸，采用斜齒齒輪的MT變速器要比采用直齒齒輪的平順多了。不光如此，兩個齒完全嚙合的時候是線接觸，最后輸出的動力也不會損失多少，可以說是魚與熊掌兼得的東東，所以直到今天地球人都一條道走到底，絕大多數(shù)的MT變速器里面都裝的是斜齒齒輪(1905年，來自法蘭西共和國的安德烈·雪鐵龍童鞋在斜齒齒輪的基礎上搞出的人字形齒輪更厲害，只不過那玩意兒加工難度灰常高，費用不是一般地球人能承擔的，所以這玩意兒最后留在了雪鐵龍的Logo上。當然，凡事也不是木有例外，在一切向速度看齊的F1賽車打死都不會采用斜齒齒輪，這玩意兒只用直齒齒輪。至于原因嘛，咱們也不多說什么了，換擋平不平順、變速器能用多久這一堆問題人家根本就不在乎，只有速度才是最關鍵的。

如果早幾年進駕校考駕照，開過3擋北京212吉普的童鞋肯定不會忘記換擋的時候那折騰人的兩腳離合。按照毀入不倦的教練的說法，升擋的時候咱們需要松油門，踩離合，入空擋，松離合，再踩離合，最后升擋；而降擋的時候咱們必須踩離合，入空擋，踩油門，松離合，再踩離合，最后降擋。這種俗稱兩腳離合的換擋操作，實在是太過復雜，不少童鞋，特別是女童鞋一場考試往往就栽在這上面。好在當年考駕照還木有現(xiàn)在這樣嚴格與緊俏，只要以后多加練習，最后的補考多半還是能安全通過的。OK，好像咱們確實有點扯遠了，現(xiàn)在還是回到變速器上來。對于一個合格的Geek而言，通過前面對于兩腳離合的描述，應該開始思考為什么會出現(xiàn)這樣的情況，畢竟現(xiàn)在考駕照木有要求兩腳離合啊?對于這個問題的原因，咱們可不想在這里賣關子，還是直接告訴各位童鞋好上，那時候的變速器中木有同步器。

在需要升擋的時候，由于發(fā)動機已經(jīng)提升到了一定轉(zhuǎn)速，如果直接由低速擋升入高速擋，那么很可能由于輸入軸上的齒輪轉(zhuǎn)速高于換擋齒輪的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)無法升擋的情況(兩個轉(zhuǎn)速不同的齒輪強行嚙合必然會發(fā)生強烈沖撞，導致齒輪損壞)。對于這樣的情況，咱們就需要用兩腳離合來延長換擋的時間，即先進入空擋，再等發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低到與換擋齒輪轉(zhuǎn)速差不多之后進行升擋，這樣兩個齒輪才會完美嚙合。同樣地，-在進行降擋的時候，由于這個時候發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低，也是無法降入低速擋的，必須先進入空擋，并踩下油門提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，才能讓輸入軸上的齒輪轉(zhuǎn)速與換擋齒輪的轉(zhuǎn)速基本一致，這樣才能進行降擋。咱們的描述估計各位童鞋看了這段都已經(jīng)十分暈乎，更不要說在汽車上手忙腳亂地換擋了。這個時候，地球人在MT變速器技術上的—大革新，要考駕照童鞋的一大救星——同步器閃亮登場了。前面咱們也說了，用兩腳離合最大原因就是兩個齒輪的轉(zhuǎn)速不同，導致齒輪無法完美嚙合，現(xiàn)在地球人發(fā)明的同步器就來解決這個問題。

說起來同步器的結(jié)構其實灰常簡單，說白了也就是兩個部件組成——接合套與同步鎖環(huán)。其中的同步鎖環(huán)內(nèi)側(cè)是一個錐面，而與之接合的齒輪上則被設計成了對應的錐面。咱們換擋的時候，撥叉推動結(jié)合套，再帶動里面的同步鎖環(huán)上的錐面與齒輪上的錐面發(fā)生摩擦，在摩擦的作用下齒輪的轉(zhuǎn)速被迅速降低或升高，直到與同步鎖環(huán)轉(zhuǎn)速相同為止。這個時候，結(jié)合套在慣性作用下就能與齒輪牢牢地固定在一起。這樣一來，變速器內(nèi)部就形成時條暢通的動力傳遞路線，換擋也就搞定了。正是有了同步器，咱們才告別了兩腳離合。而各位童鞋在MT變速器上經(jīng)常說的吸入感，其實就是同步器的工況，像大眾引以為傲的MQ200變速器，這個東東的同步器擁有3個錐面，同步效果自然不錯，吸人感能不好嗎?就算是里面有了斜齒齒輪與同步器，MT變速器還是需要地球人來操作——踩離合與撥擋這兩個動作總還是要有的。要是有這樣-一種變速器，連前面的兩個動作都通通省略了。那不是只要控制好方向，汽車這個玩意兒不是傻瓜都能開了呢?要實現(xiàn)這個想法，地球人就得在MT變速器上大動刀子。首先需要搞定的就是離合器。這離合器無非就是個開關，負責切斷發(fā)動機的動力輸出而已，只要用一個東東來代替離合器就可以了。

各位童鞋都知道，用嘴吹口氣，風車就會轉(zhuǎn)；那么用風扇吹風車，風車還是會轉(zhuǎn)。如果咱們在發(fā)動機與變速器之間設置主動葉輪作為風扇，而從動葉輪則來當風車，再用金屬殼體將這兩個東東包起來，最后用液壓油來代替空氣，那么發(fā)動機帶動主動葉輪旋轉(zhuǎn)的時候，動力就會通過液壓油帶動從動葉輪旋轉(zhuǎn)。特別是在汽車起步的時候，由于從動葉輪的，這個時候就需要猛踩油門，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速來讓從動葉輪旋轉(zhuǎn)。這樣一來，其實就與在采用MT變速器的汽車上起步一個道理，算是半離合狀態(tài)。這個東東叫做液力耦合器，后來地球人又在液力耦合器的基礎上加裝了導輪，讓這個東東原地升級成為可以進行扭矩調(diào)節(jié)的液力變矩器。看完了前面說的，各位童鞋應該知道液力變矩器在一定程度上可以代替離合器，不過咱們說的只是一定程度，要真正代替還需要另外一個灰常重要的東東——行星齒輪組。

除了液力變矩器之外，AT變速器與MT變速器最大的不同就是內(nèi)部用到了行星齒輪組。一個行星齒輪組由齒圈、行星架、行星齒輪與太陽齒輪組成。其中行星齒輪是安裝在行星架上面，只要將齒圈、行星架與太陽齒輪這3者中的任何一個進行固定，那么就能實現(xiàn)不同齒比的輸出，甚至反向旋轉(zhuǎn)，也就是倒擋都不是什么大問題。如果AT變速器中有一個行星齒輪組，其中齒圈為144齒，太陽齒輪為60齒，行星架上的行星齒輪則與前面兩者嚙合。咱們將齒圈固定，動力由太陽齒輪輸入，那么行星架輸出的轉(zhuǎn)速就是原來的1+144÷60=3.4，齒比即為3.4：1，也就是說輸入的轉(zhuǎn)速為3，4圈，那么輸出的轉(zhuǎn)速則被降低到1圈；·要是太陽齒輪被固定，動力由行星架輸入，那么齒圈輸出的動力就是原來的1÷(1+60÷144)=0.705約0.71，齒比即為0.71：1，也就是說輸入的轉(zhuǎn)速僅僅為0.71圈，那么輸出的轉(zhuǎn)速就被提升到1圈；最后咱們將行星架固定，動力還是由太陽齒輪輸入、齒圈輸出，那么情況就大不一樣十齒圈輸出的轉(zhuǎn)

速就是原來的144÷60=-2.4，齒比即為2.4：1，即輸入轉(zhuǎn)速為2.4圈，輸出的轉(zhuǎn)速不僅下降到了1圈，而且旋轉(zhuǎn)方向還被改變了。從前面行星齒輪組的不同狀態(tài)，各位童鞋應該可以看出，3.4：1其實就是AT變速器的低速擋，而0.71：1則是高速擋，-2.4：1就是倒擋。了解了這些，好像還少了點什么?木有錯，咱們少說了固定齒圈、行星架與太陽齒輪的東東——濕式多片離合器。這個東東其實是由幾層摩擦片與壓盤組成，通過液壓控制來完成對齒圈、行星架與太陽齒輪的固定。也正是有了這些濕式多片離合器與液力變矩器，AT變速器才實現(xiàn)了自動換擋，告別了踩離合與撥擋這兩個動作。

無論是MT變速器還是AT變速器，它們都有一個共同的特點——每一擋的齒輪的齒比都是固定的。也就是說，變速器在保持同一擋的情況下，想要讓汽車超過70碼，那么只能靠猛地踩下地板油，提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速來搞定。而在換擋的時候，就算是AT變速器，也會由于內(nèi)部的濕式多片式離合器分離與結(jié)合而造成動力輸出中斷。雖然這樣的時間灰常短暫，甚至還不足1秒鐘，但是由于汽車處于高速行駛狀態(tài)，對于上面乘坐的地球人而言，就會有明顯的感覺。對于這樣的感覺，地球人取了個灰常直白的名字——頓挫感。說起來，頓挫感對于廣大人民群眾而言絕對是屬于鴨梨不大的東東，反正自動換擋就成，動力中斷一下也木有太大的影響，忍一忍也就算了。可是這個東東對于那些絕對不差錢的領導與他們后面的官二代、權二代而言，那肯定就是難以忍受了。所以他們需要一種換擋更為平順的變速器來滿足自己驕奢淫逸的欲望。

既然領導明確提出了要求，那么這事兒可不能拖，必須得趕緊辦。在變速器上面，只要還存在齒輪，還設有擋位這兩個東東，那么就不可能完全消除頓挫感。換句話說，要完全消除頓挫感，變速器就得徹徹底底地換一種結(jié)構，直接放棄齒輪與擋位。對于這樣的要求，那些負責研發(fā)的民工們想到了日不落帝國在工業(yè)革命之前，用在手搖紡紗機上的皮帶傳動來。說起這皮帶傳動，其實各位童鞋都應該見過，無非是一個主動帶輪通過皮帶來帶動從動帶輪。如果動力從主動帶輪輸入，那么從動帶輪的轉(zhuǎn)速就會提高；而動力換做從動帶輪輸入，主動帶輪輸出的扭矩就將增大。這兩種方式其實正好符合汽車隊變速器的要求——要在轉(zhuǎn)速與扭矩之間的變換，只要讓兩個帶輪的直徑動態(tài)變化就可以。

對于前面咱們所說的原理，其實在100多年前，那個發(fā)明汽車的卡爾·本茨童鞋就已經(jīng)略懂、略懂了，只不過當時這家伙造出的東東灰常山寨，橡膠做的皮帶并不怎么耐操，不是轉(zhuǎn)速高了打滑，就是扭矩大了斷掉，始終木有進入工業(yè)化大生產(chǎn)，出現(xiàn)木有幾天就被手動變速器打得滿地找牙。而在此后的100多年里，采用這種原理的變速器基本上屬于停滯狀態(tài)。這一切的一切一直持續(xù)到上世紀80年代才有所改變。在那個時候，東瀛國造的汽車在地球上可是暢銷貨，甚至在號稱頭號汽車消費山頭的花旗國也是如此。在東瀛國造汽車的工廠中，有個叫做日產(chǎn)的工廠造出的變速器滿足了領導的需求。

由于橡膠做的皮帶不能傳遞高轉(zhuǎn)速、大扭矩的動力，所以日產(chǎn)將許多片薄鋼片串在一起，組成一條柔軟而強韌的鋼帶來代替。如此一來鋼帶不僅解決了皮帶不能傳遞高轉(zhuǎn)速、大扭矩的動力這個問題，而且在耐操程度上也大為提高。由于鋼帶的橫截面是個三角形，所以與之對應的兩個帶輪中間做成了V形槽的樣子。當汽車需要提高輸出轉(zhuǎn)速的時候，主動帶輪在液壓的作用下會向內(nèi)壓縮，這個時候鋼帶受到擠壓開始向外擴張，從而達到增加主動帶輪直徑的目的；與此同時，從動帶輪的動作則與主動帶輪相反，在液壓的作用下向外擴張，而鋼帶就會開始向內(nèi)收縮，讓從動帶輪的直徑自動縮小。而在汽車需要高扭矩輸出的時候，過車則與前面相反，在液壓的作用下主動帶輪直徑縮小，而從動帶輪的直徑增加。由于這種變速器在變速的過程中，主動帶輪與從動帶輪的直徑始終都是以線性成反比，消除了MT變速器與AT變速器上的擋位概念，因此這玩意兒稱為CVT變速器，也就是各位童鞋常說無級變速器。不過CVT變速器也不是木有擋位的，為了照顧某些蛋疼的童鞋玩手動的變態(tài)需求，這玩意兒竟然硬生生被虛擬出n個擋來。

不過地球人可是一種灰常難以伺候的物種，在感受過TAT變速器換擋的便捷與CVT變速器換擋的無頓挫感之后，這些主兒又挑剔起油耗這個東東來。本來動力從發(fā)動機輸出到車輪上，經(jīng)過飛輪、離合器、變速器，中間都是直接機械傳動，MT變速器的損失灰常之小，可以說是所有變速器中傳動效率是最高盼，達到了95％以上。而對于AT變速器與CVT變速器而言，由于有了液力變扭器這個東東間接傳動中轉(zhuǎn)，傳動效率一下就降低到了80％左右。既然MT變速器與AT變速器在傳動效率上有15％的差距，那么咱們要在享受換擋便捷的同時獲得較低的油耗，那就只有在這相差的傳動效率中做做文章。想要在傳動效率上做文章，那么最簡單的方法之一就是在現(xiàn)有的東東上進行改造。各位童鞋都應該知道在MT變速器上面，任何一次換擋地球人都需要手動來完成——首先踩下離合器踏板，然后用擋桿帶動撥叉，再進入對應的擋位，最后松掉離合器踏板……這一系列過程如果咱們用機械來搞定，那么MT變速器不就原地滿血復活，直接升級變成TAT變速器?不光如此，這樣的變速器不僅有著手動變速器高達95％以上的傳動效率，而且還有自動變速器換擋的便捷。雖然有著介于牛A到牛C之間的優(yōu)勢，但是這種變速器本質(zhì)上還屬于MT變速器，只不’過有了一套代替地球人換擋過程的機械結(jié)構而已，因此這玩意兒得了個灰常拗口的名稱，被地球人稱為自動手動變速器，也就是現(xiàn)在咱們經(jīng)常在咱們這片兒自有品牌汽車上看到的AMT變速器。

雖然AMT變速器現(xiàn)在咱們這片兒看來是屬于廉價的東東，可是人家的家譜那可是灰常顯赫。各位童鞋都知道從來就不差錢的菲亞特吧?這個隔三差五就造點邪惡跑車的意大利工廠在上世紀60年代就開始了對AMT變速器的折騰。為什么菲亞特當年要去搞AMT變速器，咱們確實說不上來，因為意大荊人腦子里的內(nèi)容很難用正常人的思維來衡量。不過在這里面有一點咱們倒是可以肯定——菲亞特看重的應該不是AMT變速器可以讓換擋變得更便捷這個優(yōu)勢，而是這玩意兒高達95％的傳動效率。要知道傳動效率越高，那么發(fā)動機的輸出功率損失也就越小。這對于大排量的發(fā)動機而言，換個變速器就等于提高了實際輸出功率，這樣的好事兒，菲亞特能錯過嗎?經(jīng)過近20年時間的折騰，1986年的時候菲亞特一狠心竟然將AMT放到了旗下的法拉利F1賽車上。根據(jù)汽車發(fā)展的歷史慣例，但凡是賽車上用過的新東東，過不了多少年肯定會出現(xiàn)在跑車上，再過些年也會被裝在普通的汽車上。對于這個慣例，菲亞特也不例外。6年之后，菲亞特將AMT變速器裝在了旗下的阿爾法·羅密歐156跑車上面。而又過了5年，法拉利F355跑車竟然也裝kTAMT變速器。而在此之后，菲亞特旗下的馬瑞利開始大批量造AMT變速器，并將這玩意兒賣到了地球上大多數(shù)角落，讓許多普通的汽車也用上了。前面咱們說了許多AMT變速器厲害的地方，不過這玩意兒也不是木有缺點的。由于AMT變速器不過是在手動變速器上加裝了用來換擋的機械結(jié)構，所以在響應時間上并不如純粹的手動變速器。用過AMT變速器的童鞋都用來得慢形容這玩意兒，基本上從手動換擋到速度明顯改變，中間差不多有1秒的延遲。這對于某些追求操控感的童鞋是不能接受的。既然開著普通汽車的童鞋都不能接受，那么咱們再倒推上去，那些開著跑車、賽車的童鞋就更不能接受了。特別是那些開F1賽車的童鞋，每一秒都是那么的寶貴，紛紛表示鴨梨很大。為了解決這個問題，負責研發(fā)的民工們又折騰出了DCT變速器。其實，DCT變速器的歷史可比AMT變速器早多了。在上個世紀的40年代，就已經(jīng)出現(xiàn)在了地球上，甚至在80年代還用在了有四個圈標志的賽車上。不過賽車那玩意兒太高端，離廣大人民群眾的生活實在是過于遙遠，所以真正將這玩意兒發(fā)揚光大還是最近幾年的事情。

既然DCT變速器翻譯過來叫做雙離合變速器，那么不用說這玩意兒肯定有兩個離合器。這兩個離合器分為干式與濕式兩種，無論是采用哪一種，這兩種離合器都是自動控制分離與結(jié)合的(干式離合器采用類似AMT變速器的控制技術，而濕式離合器則用到TAT變速器的控制技術)。DCT變速器并不光只有兩個離合器，而且其中一個離合器與奇數(shù)擋軸(1擋、3擋與5擋，甚至還有7擋)連接，另一個離合器則與偶數(shù)擋軸(2擋、4擋、6擋與倒擋)連接。不僅如此，這兩根軸其中之一是空心軸，所以這兩根軸都套在一起處于同一軸線上的。

當偶數(shù)擋離合器結(jié)合的時候，動力由發(fā)動機輸出到偶數(shù)擋軸，如果這個時候DCT正處于2擋并準備進行升擋，那么由于奇數(shù)擋離合器木有結(jié)合，與之相鄰的奇數(shù)擋軸實際上是在空轉(zhuǎn)。不過在此之前，同步器已經(jīng)預先與3擋齒輪結(jié)合。一旦偶數(shù)擋離合器分離，奇偶數(shù)擋離合器結(jié)合，那么動力就會由偶數(shù)擋軸無縫切換到奇數(shù)擋軸，這樣一來DCT變速器不僅完成了升擋，而且輸出的動力也木有出現(xiàn)中斷的情況。反過來說，如果汽車需要降擋，那么唯一的不同就是同步器已經(jīng)預先與1擋齒輪結(jié)合了。換句話說，無論在哪個情況下，DCT變速器總是同時掛著兩個擋，只不過其中一個正在工作，另一個則在為下一步的升擋或降擋做好準備。不過，DCT變速器并不知道下一步是升擋還是降擋，那么這就需要TCU與ECU來對汽車的行駛速度、換擋習慣進行分析并預測，提前在相鄰兩個擋中選擇其一，并讓同步器預先與之結(jié)合，為升擋或降擋做好準備。正是由于DCT變速器由了這么一個預先準備的機制，在換擋速度上比AMT變速器快了許多，甚至比許多MT變速器都還要快。

目前，DCT變速器可以說是未來變速器發(fā)展的一大趨勢，福特系的PowerShift變速器、大眾系的DSG變速器、別摸我系的DKG變速器、三菱系的SST變速器等東東其實都是屬于DCT變速器，除了名稱不同之外，在結(jié)構上都是大同小異。不過，由于咱們這片兒最常見的DCT變速器就是南北兩個合資大眾裝在一大堆汽車上的DSG變速器，以至于有不少童鞋錯誤地將DSG變速器作為DCT變速器的簡稱。

變速器從19世紀90年代出現(xiàn)到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了100多年發(fā)展變得越來越成熟、越來越耐操、越來越先進。不過，這玩意兒未來將會變成什么樣兒，咱們現(xiàn)在確實不那么好說。隨著電動車的發(fā)展，特別是4輪獨立電機驅(qū)動的電動車的大規(guī)模普及，縱橫汽車江湖上百年的變速器灰常有可能從此退出歷史舞臺，也許有那么一天，咱們只能在博物館中才能找到，MT、AT、CVT、AMT、DCT這些變速器了，希望那一天我們還能親眼看到……