汽車變速器科普系列之:變速器發展歷史,130餘年你認識多少?

汽車,一個複雜而又精緻的工業產品,如今已經走進了千家萬戶,已然成為人們出行的必須品,無時不刻不在影響著我們的日常生活。

而變速器作為汽車動力系統的重要組成部分,從無到有,從手動檔到自動檔,從簡單到複雜再到精緻,也經過了130餘年的發展歷史,直到今天,已經有許許多多的變速器產品融入到了我們的日常生活當中。

那麼我們今天就來翻翻汽車變速器的發展歷史,回顧一下這130餘年的技術演變和一次次的革新。

汽車變速器並不是一開始就在整車上搭載的。也就是說,最早的汽車,並沒有變速器這一傳動機構。我們先來看看歷史上最早的一臺所謂的汽車,它是1886年由汽車鼻祖卡爾本茨發明的戴姆勒奔馳一號。卡爾本茨也就是今天德國豪華品牌奔馳的創始人。這臺汽車,是不是很簡陋?其實萬物伊始都是從簡陋開始,不是嗎?

1886年誕生的戴姆勒奔馳一號

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然而當時的這部奔馳一號只裝配有一個減速器,是的,減速器,只有一個檔位,而且不能倒車,只能前進。

經過了三年的發展,到了1889年,法國人標緻發明了世界上首臺變速器,當時的這臺變速器也僅僅是比卡爾本茨的那臺多出一個檔位,變成了兩個檔位,不過這個進步已經是相當了不起了,也正是因為多出的一個檔位,可以在兩個檔位之間切換,這個才是真正意義上的變速器,而非減速器。

又經歷了19年的漫長道路,到了1908年,美國人亨利福特發明的T型車裝備了全球首款2速自動變速器,不過它卻算不上真正的“自動”,因為它依然需要駕駛者掌握一定的駕駛技巧,變速器換擋時,需要油門的配合才能順暢換擋。

福特T型車裝備了2速自動變速器

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1921年採埃孚開發了一款名為Soden的變速器,該變速器是以他的發明者馮•索登(採埃孚公司的聯合發起人和第一任總經理)命名。Soden變速器是一種採用常齧合齒輪設計,通過預選檔和同步器輔助的4檔變速器,該變速器設計了一套預選機構使得駕駛者可以提前決定將要掛入的檔位。

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駕駛員通過方向盤一個旋鈕設置變速器將要換入的檔位,然後踩下離合器,變速器檔位便會自動結合。Soden變速器這種毫不費力的換擋在當時具備很大的技術優勢,然而它的設計在當時太過於超前,變速器的控制也過於複雜,因此僅獲得少量生產,並沒有在市場上得到商業化應用,這是AMT半機械式自動變速器的雛形。

1940年,美國通用汽車研製出Hydra—Matic變速器,它採用液力耦合器(非液力變矩器)和三排行星齒輪,擁有四個前進擋位和一個倒擋位


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真正意義上的自動變速器是通用研製的Hydra-Matic,這款變速器,最初裝配在oldmobile奧茲莫比爾汽車上,不久後又被凱迪拉克和龐蒂克兩款車型大量應用。

同樣在1940年,Darmstadt大學教授Rudolph Franke,申請了雙離合器變速器專利,該變速器曾經在卡車上試驗,但卻並沒有投入批量生產,隨後保時捷也發明了專用於賽車的,雙離合變速器,然而卻也沒能成功將DCT/PDK技術投入批量生產。

而自動變速器最重要的改進與革新,是在第二次世界大戰期間,當時美國的別克公司為坦克開發了液力變矩器。這個重要的部件的到來,徹底的為自動變速器的發展和進一步的成熟,奠定了堅實的基礎。

1948年,這種液力變矩器,在汽車領域得到了廣泛應用。

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1950年,福特旗下車型開始配備3擋自動變速器,它依舊採用了液力變矩器,加行星齒輪變速器的組合方式。

1958年,荷蘭DAF公司的H.Van Doome博士發明了CVT變速器,CVT變速器也叫做無級變速器,最開始並不是現在的鋼帶,而是用V型橡膠帶作為動力傳遞,隨後它們推出了裝備雙V型橡膠帶式CVT的轎車DAF600,由於CVT變速器承受的扭矩有限,所以普及率一直不是很高。(關於CVT變速器,有這麼個插曲,據稱1490年,由達芬奇首次繪製了CVT的原始模型,它是一種無段式連續變速機構,這是世界上第一張CVT的手稿。而CVT在汽車上開始應用,大家比較認同的是1923年英國的Clyno汽車)。

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我國首次在五十年代自行研發的紅旗CA770三排佈置的高級轎車上採用了液力變矩器自動變速器。

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到了上世紀六十年代中期,荷蘭的VDT公司用金屬帶取代之前的橡膠帶,研製出了新型的CVT變速器,此時的CVT變速器在全球引發了關注,很多廠家開始試驗並推出相關的車型。

而在上世紀六十年代這個時期,大部分車企都在使用3AT自動變速器。

隨著電子控制技術的飛速發展。到了1969年,法國雷諾汽車R16TA首次採用了電子控制變速器,電控變速器的出現,極大的提升了電子換擋的速度和平順性,從此開始,自動變速器的便捷和舒適就成為最大的優勢,也正是從此,電子變速器便開始了汽車變速器的電控歷史。

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1977年,克萊斯勒發明了帶鎖止離合器的液力變矩器,它改善了變速器的燃油經濟性,同時也降低了油溫,此後自動變速器進入快速發展階段

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4AT、5AT自動變速器開始出現。

到了上世紀八十年代,不斷髮展的AMT變速器也為消費者帶來了新的選擇,採埃孚開發出了一種名為AVS(Automatic pre-selection gear change system)自動預選換擋系統,也稱為半自動變速器換擋系統。AVS是通過在傳統的機械變速器上添加一套換擋執行機構而形成的換擋系統,稱之為添加式(Add-on)系統。駕駛員在進行換擋操作的時候,首先預選一個檔位,此時變速器的檔位並沒有真正掛入,所以稱之為檔位預選,駕駛員預選的檔位會通過顯示屏顯示出來。在駕駛員需要換擋的時候,只要踩下離合器,預選的檔位便會自動掛入。

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這樣的操作減輕了駕駛員換擋時的工作負荷,同時在換擋的時候手不需要離開方向盤,可使駕駛員將注意力集中於前方路況,因此提高了車輛的安全性。


奧迪 R8(參數|圖片)同樣在用AMT變速器

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1982年

保時捷將PDK雙離合器變速器應用於956賽車,此後的956賽車,在1984年和1985年獲得了極大成功,在保時捷輝煌的賽車運動史中,956是一個永遠不會磨滅的數字,它是一部充滿爭議卻又空前偉大的競賽用車。1982年,FIA徹底修改了世界耐力錦標賽的規則,所有東西都必須推倒重來,於是保時捷956便應運而生,五屆勒芒冠軍Derek Bell見證了這一切。

保時捷 956賽車

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1985年,奧迪也將雙離合器技術應用到賽車場上,並助力奧迪獲得了多項賽事的勝利,當時該技術被命名為“Audi Sport quattro S1賽車配合雙離合器技術”

Audi Sport quattro S1賽車

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1986年,電控機械式自動變速器AMT技術第一次應用在F1法拉利賽車上,促進了法拉利賽車性能的大步提升。從1992到2007年,使用馬瑞利AMT的法拉利賽車總共15次贏得F1車隊冠軍,馬瑞利AMT也伴隨著法拉利等車隊取得一次次輝煌成就。

如今,F1賽場已經完全是AMT的天下,目前馬瑞利是法拉利、雷諾和紅牛等車隊的供應商,幾乎所有的F1賽車和豪華跑車都裝載了AMT技術。而AMT技術也正在全球範圍內從高水準、競爭性的賽車運動向標準化產品領域擴展。

1987年初,日本斯巴魯公司推出Justy車型,裝備了改進的電控CVT變速器,而這款車型也奠定了斯巴魯在CVT領域的長足發展和巨大貢獻,一直到今天,斯巴魯都一直專注使用CVT變速器。

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也是在1987年年中,福特嘉年華和菲亞特Uno問世,成為歐洲首個搭載CVT變速器的車型。

CVT變速器也遭遇瓶頸,當斯巴魯將其用到大排量發動機上後

出現了打齒及磨損現象,至此,CVT發動機,承受扭矩有限的缺點才被發現

值得欣慰的是,日系車的研發初衷就是省油、平順、好開,剛好CVT變速器能夠滿足這些要求,CVT變速器便大量搭載在了小排量汽車上,而大排量或大馬力車型,還是用普通自動變速器

1990年,著名跑車品牌保時捷964 Carrera2車型首次裝備了Tiptronic變速器,這款變速器擁有手動/自動切換功能,在保證駕駛樂趣的同時又兼顧了日常實用性,保時捷也因此成為目前全球汽車市場上手自一體變速器的鼻祖。

保時捷964 Carrera2車型

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1995年,德國汽車零配件巨頭博世(BOSCH)收購了DAF公司的CVT變速器壓力鋼帶專利,並致力於這一核心技術領域的研究,迄今為止,博世的鋼帶已經成為全球絕大部分CVT變速器的選擇,可以說是壟斷了這個領域。

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此後,CVT也引起了日產等更多日本車企的關注,日產不但推出了NCVT變速器搭載在當年的瑪馳上,還研發了能夠承受更強扭矩的滾輪式CVT,稱為Extroid CVT變速器,這款變速器並沒有採用傳統CVT鋼帶,而是使用了滾輪來傳遞動力,可用於排量為3.0L的大馬力車型,比如Skyline 350GT-8。

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1997年,ECVT電控無級變速器首次在豐田第一代普銳斯搭載應用,這是豐田研發的用於混合動力系統的新結構,他由行星齒輪、溼式離合器、調速電機來共同配合,取代傳統CVT的鋼帶傳動,整個過程完全是無縫銜接。隨著豐田不斷的升級和完善,這套適合於混合動力系統的變速器已經被廣泛的應用,比如現在的卡羅拉雙擎、本田CRV混動等等車型。

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1999年,奧迪與零部件巨頭LuK合作開發的CVT變速器發佈,它的動力輸入端為多片溼式離合器以拉動式鏈條替代推動式鋼帶,但它與Quattro四驅系統並不兼容,只適用於前驅車型,此後由於其所覆蓋的產品並不廣,性價比不高而被奧迪棄用。

到了20世紀90年代末期,大眾與博格華納合作生產了DCT雙離合變速器,此後博格華納應用了新的電子液壓元件。

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至此,雙離合變速器的實用性進一步加強。

在雙離合變速器的發展過程中,也出現了基於不同車企和技術的“變種”,如大眾的DSG變速器,主要與高扭矩的發動機配合使用,保時捷的雙離合變速器PDK工作原理與DSG基本一樣。

奧迪的S-Tronic技術被稱為直接換檔變速器,S-Tronic採用兩套離合器串聯工作,該變速器換檔速度極快,有效提升了加速性和節油性。

目前,越來越多的奧迪車型搭載了該款變速器。

1996年,寶馬SMG變速器被裝備在了E36 M3(參數|圖片)運動型轎車上,這也是寶馬一次歷史性的將賽車技術向民用轉移。

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裝備SMG的E36 M3運動型轎車

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該變速器由寶馬與GETRAG、SACHS(ZF)合作研發,它結構簡單,價格便宜,有效提升了車輛的經濟性,經過SMGⅡ與SMGⅢ兩代的進化

該變速器已完全能滿足V10發動機的匹配需求

如今,寶馬M系擁有了更先進的M-DCT雙離合變速器,不過其量產車型搭載的依舊是8AT等變速器

寶馬M6上的SMGⅢ變速器控制部分,Powershift變速器,具備兩片獨立的溼式離合器,並以類似兩組手動變速器的方式平行運作,這種變速器主要被福特、沃爾沃等採用。

2007年7月,三菱也發佈了自家的SST雙離合變速器,不過這款變速器並不常見,在第十代EVO上曾有搭載。

在雙離合變速器飛速發展的同時,自動變速器也相繼推出了8AT、9AT甚至10AT產品。目前,市場上最主流的9AT變速器除了已量產的採埃孚ZF 9HP和奔馳9G-TRONIC外還有通用最近推出的9速HYDRA-MATIC變速器。

奔馳9G-TRONIC變速器結構圖

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9AT、10AT等變速器的最大不同是換擋更為平順,車輛在高速巡時發動機轉速也更低,比6AT變速器更省油。

採埃孚ZF 9HP變速器

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雷克薩斯LC500,是世界上第一臺搭載10AT變速器的車型,愛信的這部10AT變速器低擋位之間的齒比更為密集,進一步提升了換擋平順性

提升了燃油經濟性

本田則研製出世界上第一臺應用於橫置平臺的10AT變速器,而通用與福特聯合研製的10AT變速器在F150及Mustang車型上均有搭載。

通用福特聯合研製的10R80變速器

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搭載10AT變速器的福特F150

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同時手動變速器也在繼續發展,它的擋位也從早先的三四個,發展到最多時的7個,目前,只有部分性能車和低端車才搭載手動變速器,手動變速器更多成為了消費者的一種精神追求。

保時捷曾經也搭載過7MT變速器

第七代科爾維特搭載了型號為Tremec tr6070的七速手動變速器。

2011年,CVT變速器從1987年至此,經過20餘年的發展後,已突破了過去僅限於小排氣量、低功率引擎的限制,甚至3.5升V6的大功率引擎也可以搭載。

在現今自動檔變速器普及率極高的環境下,先進車企和部分人群依然沒有減緩或降低對手動檔變速器的熱愛和追求。這兩年大眾汽車全新研發的MQ281新一代手動檔變速器就是一個典型的例子,在原有耳熟能詳的經典箱子MQ200和MQ250基礎上不斷創新技術,降低摩擦係數,給消費者帶來極致的駕駛樂趣。

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寫在最後

如今,國內幾大主流車企都在大力發展和推廣DCT變速器,比如比亞迪、上汽集團的榮威名爵寶駿、長城哈弗、廣汽傳祺,甚至合資車也慢慢在推廣,比如大眾、別克、起亞、現代等等。國產車之所以熱衷於DCT變速器,有技術上的優勢,也有成本因素的考慮,我們會在後期的專題中進行探討。

而新能源汽車除了簡單的一級減速器外,各大車企也在不斷的嘗試其他新型的變速器,日系的ECVT、輪邊驅動、以及各類混動系列等,不斷的拓展創新的AMT、新型自動離合器技術等等,都在不斷的研發試製和驗證之中。

技術的創新源於基礎的沉澱,變速器的發展歷經百年滄桑,不管是手動還是自動變速器,它們的出現都為人類的出行帶來了翻天覆地的變化,不斷的創新還改變,只為讓你輕鬆愜意的駕駛你的愛車。

大概如此,未能詳盡,疏忽遺漏之處,歡迎一起探討,不勝感激。


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