双离合变速箱为什么不用液力变扭器以改善换挡闯动问题?
换挡「创动感」不是DCT的专利-实现平顺换挡需要依靠双离合技术
问:
换挡顿挫感最严重的变速箱是哪种?也许大部分汽车爱好者都会说是双离合变速器,哪怕从来没有驾驶过也会这么认为;实际上换单顿挫最突出且规律的是AMT,顿挫明显且不规律的是manual transmission-手动变速器,再次之是普通认为最好的automatic transmission-AT自动挡。
无级变速器比较特殊,在改变传动比的时候不需要切断发动机与变速器的连接,升降档和加减速是同时进行的;理论上会非常平顺,但实际表现普遍比较差。因为CVT也要模拟出前进挡,加速过程中可能会出现顿挫,减速滑行时会有较为明显的拖拽感;那么最终就只剩下双离合变速器了,这种变速器除了干式双离合以外,真正优秀的湿式双离合是能够比AT平顺的。
换挡的「闯动感」究竟是什么原因导致?
这是个挺简单的问题,从手动挡汽车换挡的顿挫原理即可找到答案。
踩离合器-摘挡挂挡松离合器手动变速器换挡的过程是比较复杂,重点是足够慢的;尤其是新手司机驾驶车辆的换挡操作会很慢,于是每次换挡都会出现明显的创动感——换挡顿挫的核心因素是“换挡速度慢”。假设换挡之前的发动机转速是2500转,从摘挡到挂挡松离合器,新手拢共用了三秒钟;转速就会从2500转下滑到1000转甚至怠速,但是转速的变化为什么会造成顿挫呢?这就要了解一下转速和动力的关系了。
发动机输出的功率越高则动力越强,功率的单位是马力,两者可以换算;功率=转速×扭矩÷常数,马力=功率×1.36,常数和倍率都不变化,会改变的只有转速和扭矩。自然吸气发动机在中低转速区间为转速越高扭矩越大,两者是同步升降;涡轮增压发动机的相同转速区间内,是扭矩基本不变、依靠转速调整输出功率,那么就以涡轮增压发动机为参考,假设动力储备为150kw/350N·m(1500~4000rpm)。
换挡后转速2500rpm=124马力换挡后转速1500rpm=74马力换挡后转速1000rpm≈40马力公制马力1PS=75公斤力(把75公斤物体驱动到每秒移动一米),这是个不变的数值;换当前的124马力显然会让车辆达到一个足够高的车速,换挡完成之后如果低至1500转则减少了50马力,驱动力就少了3750公斤力,能实现的车速必然会低得多。但是74马力的作用力仍旧大于车辆滑行的惯性力,这就会出现发动机制动!
手动挡和自动挡汽车的换挡操作有些不同,自动挡的顿挫感会小一些;原因在于换挡时仍旧踩着油门,TCU(变速箱微电脑)完成换挡操作之后,ECU(行车电脑)就会控制节气门(油门实际控制气门)来加大进气量和喷油量,以实现转速和马力的再次拉升。那么顿挫感就只是一瞬间,或者说发动机制动只出现一瞬间,随即就会开始加速;手动挡汽车如果操作流畅则能与自动挡差不多,反之新手操作就会有时间较长的顿挫(减速刹车前倾的状态与感受)。
这是顿挫形成的原因,AMT电控机械自动变速器之所以换挡顿挫感非常明显,原因正是换挡速度非常慢;AT变速箱也有这个缺点,因为这两种自动变速箱实际都是基于手动变速器打造,早期的4/5AT还因为前进挡的速比落差过大,因不同前进挡放大动力的能力过差而造成换挡顿挫的严重问题;后期升级到8-10AT才好一些,而且还是要通过提升换挡速度才一定程度的解决了换挡顿挫问题。
所以AT的优点从来都不是换挡会平顺,使用或测试过的4-10AT的车辆中,品牌涵盖爱信精机、岱摩斯、捷科特、采埃孚、通用、奔驰、吉利、盛瑞等,这些品牌中实际也只有些优秀的纵置机型有相对理想的换挡平顺感。绝大多数横置6-9AT都是很一般的,在真实的车辆用户群体中,讨论最多的问题就是AT为什么也会顿挫——究竟是谁说AT不会顿挫?这才是需要思考的问题。
双离合变速箱的优点很突出,只是被DSG-DQ200等干式双离合机型毁掉了
双离合变速器的换挡速度是最快的,是仅次于赛车使用的序列式变速器的高标准机型;因为这种变速器通过两个执行离合器控制两根动力输入轴,每根轴上分别安装奇数(13/5/7/9)和偶数(2/4/6/8)前进挡——目前已经有量产的9DCT湿式双离合装车销售。换挡时能够做到在准备分离行驶(使用中)的前进挡之前,做好准备降或升的前进挡的半联动动作;说白了就是摘挡的瞬间就能挂挡,换挡的时间差可以低至不足100毫秒,这是AT极难做到的高水平。
换挡时间差值小则转速回落程度低,行驶中的换挡平顺性自然会非常好;但是干式双离合在低速蠕行过程中确实很难做到平顺,原因在于离合器与AMT/MT的结构特点一样,是没有润滑和主动散热系统的干摩擦式离合器。
众所周知使用离合器传动的话,起步和换挡时都存在半联动的问题,起步时还需要长时间的半联动——不过有效地半联动可以让加速很平顺,手动挡汽车缓慢起步难道不平顺吗?顿挫其实只是在行驶中的换挡瞬间出现而已。然而没有润滑系统的干式离合器如果高频率半联动的话,离合器摩擦片就会快速且严重的磨损,磨损过程中会产生高温,高温会降低离合器片的摩擦系数;摩擦系数降低会加速磨损,这是个“死循环”。
所以为了让低成本的干式离合器耐用一些,这些变速器就得刻意降低半联动的效率;手动挡汽车半联动没有结束就加油门并且松离合,会不会有创动感呢?干式双离合顿挫的概念就像是这样了。其次则是离合器摩擦片磨损到异常状态后,某个前进挡升降的时候就会出现固定的换挡顿挫问题,不过这些问题在湿式双离合变速器中都能够解决。
湿式离合器会通过变速箱油的流动对离合器进行温控,没有了高温问题也就不用担心摩擦系数;有了润滑的离合器摩擦片的使用寿命也会足够高,这就决定了半联动的调校可以偏向平顺起步,测试的比亚迪、长安、WEY的7/9DCT就有这种特点,换了很多人试驾、包括完全不懂离合器的新手,基本都是说它用7-9AT也都相信,因为只要低速蠕行换挡做到了平顺,车速起来之后肯定是平顺的。
所以双离合变速器有换挡平顺的结构优势,缺点无非是湿式离合器的使用寿命可能会比液力变矩器短一些,参考下图。
这是液力变矩器的结构特点,其中的单向锁止离合器要在车速平局超过10km/h或升高到2挡(部分车辆急加速1挡)即可推动涡轮和泵轮刚性结合传动;这样的设计是为了提升动力与节油,因为用泵轮搅动变速箱油推动涡轮转动的传动过程有较大的动力损耗,总是用液力传动是不靠谱的。所以变矩器也有磨损问题,甚至有些变矩器是一二十万公里就能磨损出问题的,而湿式双离合器也能平均用到20万公里左右,总在畅通道路行驶的话,变矩器和湿式离合器基本都是终身免维护。
那么双离合变速器也就没有必要用“双变矩器”替代,毕竟刚性直连的传动会有动力和耗油量的优势。
不过未来不论什么类型的自动变速器都会被淘汰,电动和混动汽车都已经不需要变速器,通过电机配合减速器、以电机转速升降直接调整车速即可;燃油汽车需要变速箱只是因为内燃机过于原始,也就是不适合长时间高转速运行,否则噪音很大、油耗很高、磨损很严重。但是电机没有这些问题,所以变速箱已经没有什么值得再继续投入研发的价值,双离合和AT之争也挺无聊,因为都是注定要被淘汰的机型。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
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