認真聊一聊我心中最完美的變速箱——AT變速箱(科普向)

經過前面幾篇科普性文章的打底,今天終於可以開始聊一聊目前我心目中最完美的變速箱:AT變速箱了。

一、AT變速箱基本情況概述

AT變速箱,既液力機械自動變速箱,樣子大家應該很熟悉。

認真聊一聊我心中最完美的變速箱——AT變速箱(科普向)

採埃孚(ZF)8AT變速箱剖面圖

其實早在遙遠的1908年,美國福特汽車公司就首先在T型車上配備了2速自動變速器,但當時的自動變速器技術相當簡陋,需要駕駛者根據換擋時機主動控制油門開合(說是解放了左腳,卻大大加重了右腳和腦子的負擔),並不好用,隨後的1939年,美國通用汽車公司真正實現了便於操作的AT變速箱Hydra-Matic,雖然這款變速箱上使用的發動機-行星齒輪連接機構是液力耦合器並不是液力變矩器(這一段如果不是很明白請參考我之前發的文章:這是什麼神仙發明,能使自動檔汽車光憑油門剎車就能走走停停?)但,它終於傻瓜了。之後隨著二戰爆發,機械技術也隨著戰場需求迎來了井噴式發展,液力變矩器經過戰場檢驗逐漸顯現出優勢,液力機械自動變速器慢慢有了今天的雛形。時間繼續推移,到了1969年,對汽車事業有著突出貢獻並率先發明瞭手動變速器的法國人終於緩過味兒來:“這汽車高精尖技術的祖宗應該是我們啊”然後趕緊在液力機械自動變速器上加裝了電控系統,慢慢的,隨著芯片技術、電控技術越來越成熟,德國、日本的AT變速箱技術突飛猛進,然後,AT變速箱就變成了今天的樣子。

二、AT變速箱的工作原理

早期的AT變速箱由於沒有電控系統是純機械結構,所以操作起來並不順暢,主要是根據油門開合程度直接控制液壓操縱系統完成對多片式離合器的壓緊開合,從而對行星齒輪轉速進行控制,最終完成變速、變矩的。雖然不完美,但是,這種AT變速箱結構已經形成了多組行星齒輪連接的基本雛形,下面咱們以最簡單的3組行星齒輪6速變速箱做個機械方面的簡要講解:

1.連接方式

驅動軸通過液力變矩器後直接硬連接第一行星齒輪組的太陽輪(注意:這個太陽輪是中空的),並用多片離合器連接一根中間軸,中間軸連接第二和第三行星齒輪組的太陽輪,第一行星齒輪組的行星架連接第二行星齒輪組的齒圈,第二行星齒輪組的行星架連接第三行星齒輪組的齒圈,同時第二行星齒輪組的行星架與驅動軸也用多片式離合器連接,第三行星架輸出動力,每個行星齒輪組都有一套多片式離合器控制開合,這就形成了聯動機制。(請務必瞭解此聯動機制,否則下面檔位的形成看起來會比較困難!!!!!!!)

額……為了便於理解,我手畫了一個變速箱的剖面圖,很醜,將就看。

認真聊一聊我心中最完美的變速箱——AT變速箱(科普向)


2.檔位的形成

這一段稍微有點難,需要一點點邏輯思維,我用最通俗的語言講,希望大家能看懂。(如果對於行星齒輪的運動方式不是很理解,請參照我之前發的文章:這麼神奇嗎?一個簡單的裝置就能實現差速、增減速、反轉功能

一檔:壓緊中間軸離合器、第三行星齒輪組離合器。這時,第三行星齒輪組的齒圈固定,輸出軸轉速低於輸入軸轉速,轉速比為2.5-5,車輛起步。

二檔:壓緊中間軸離合器、第二行星齒輪組離合器。這時,第二行星齒輪組的齒圈固定,但注意,第二行星齒輪組的行星架連接著第三行星齒輪組的齒圈,這樣,第二行星齒輪組的行星架會帶動第三行星齒輪組的齒圈一起轉動,這樣,帶動輸出的第三行星架轉動會加快,轉速比約為1.8,車輛開始提速。

三檔:壓緊中間軸離合器、第一行星齒輪組離合器。由於第一行星齒輪組的太陽輪直接連接驅動軸,因此是一直轉動著的,所以壓緊它的離合器則第二行星齒輪組的齒圈也會一直轉動,此時壓緊中間軸離合器,則第二行星齒輪組的太陽輪也會同時轉動,且齒圈轉速小於太陽輪轉速,這樣就帶動第三行星齒輪組的齒圈轉速小於太陽輪轉速,轉速比約為1.4,車輛繼續提速。

四檔:壓緊中間軸離合器、第二行星架與輸入軸連接的離合器,這時,輸入軸連接的第三行星齒輪組的太陽輪和齒圈轉速相等,轉速比達到1.0。

五檔:壓緊第二行星架與輸入軸連接的離合器、第一行星齒輪組離合器,這時輸入軸直接傳動到第二行星齒輪組的行星架,由於壓緊第一行星齒輪組離合器第二行星齒輪組的齒圈也在轉動,但轉速小於行星架,轉速比約為0.7,車輛繼續提速。

六檔:壓緊第二行星架與輸入軸連接的離合器、第二行星齒輪組離合器,這時第二行星齒輪組齒圈固定,由驅動軸直接帶動第二行星齒輪組的行星架,這樣,第二行星齒輪組的太陽輪高速旋轉,轉速比約為0.2-0.4,第三行星齒輪組的齒圈在第二行星齒輪組行星架的帶動下略慢於太陽輪,最終輸出轉速比約為0.6,車輛繼續提速。

倒檔:壓緊第一行星齒輪離合器、第三行星齒輪組離合器。這時,由於第二行星齒輪組的行星齒輪不能公轉只能自轉,所以太陽輪反轉,車輛進入倒檔模式。

這就是最簡單的六檔AT變速箱工作原理。

三、寫在最後的話

說實話要講清楚AT變速箱的工作原理確實很困難,儘管科技的進步使很多東西日新月異、進步千里,但很多機械層面的動力卻是歷久彌新,一直沒有變過,我知道,有很多純技術層面的東西看起來真的很枯燥、乏味且抽象,遠不如寫點ZF的歷史、愛信與博格華納的愛恨情仇來的跌宕起伏,趣味性高。但,本著追根溯源、打好基礎的原則,還是用了幾篇來詳細的講了講AT變速箱的機械構造和運行方式。

昨天我有幸坐了坐電動車,它的加速確實讓人目眩神迷,驅動電機嗚嗚的聲音也很有未來感和科技感,當然,現在電動車也還有很多短板和問題,但我第一次有了油車是不是真的廉頗老矣的疑問,我喜歡機械結構,喜歡一切關於機械的東西,從小就很喜歡,所以想把我稍懂得車輛機械結構記錄下來,希望它能夠歷久彌新,再活百年。

謝謝大家閱讀。


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