什麼是序列式變速箱?


關於離合器需不需要踩,什麼時候踩。我目前的看法是這樣,起步一定要用到,降檔分車分人,有些變速箱要求降檔踩離合補油再換(其實就是普通手動的降檔方式),有些車手可能習慣一律降檔離合;升檔基本沒必要,當然你要踩也可以,就當普通手動的開唄。

序列式離合器的設計初衷就是減少換擋步驟,減少動力中斷時間,儘快入檔,這一切在沒有電子輔助的情況下,就是通過強度極大的材料和結構來暴力實現的。

」傳統「的序列式可以理解為普通手動擋的加強版,離合器變成始終耦合狀態,僅僅靠選檔撥叉環上的狗牙(怎麼說,就齒非常大非常稀疏的而且是直的)來」暴力「地嚙合檔位相關的齒輪。想像一個內部有齒的大齒輪和外部有齒的小齒輪,小齒輪正好能嵌入大齒輪裡帶動兩者一起旋轉。這個嚙合動作就是當前小齒輪在另外一個大齒輪里同步旋轉,換擋時,小齒輪沿軸向移動,極其迅速的插入旁邊轉速並不同的另一個大齒輪里,然後轉速瞬間達到同步。當然同步的不只是這個齒輪和所有嚙合的變速箱齒輪,還有因為直連著的整個發動機曲軸,也要在一瞬間轉速直接被改過來。

這個圖基本是狗丫同步器的樣子。這個不是內層外層耦合的,是同層半徑耦合的,反正就是那個意思了。還注意到灰色和紅色部分,齒的間距都大於齒的寬度,這可以理解為減少兩者互相嵌入時的難度,即使兩邊轉速差很遠,也有比較大的概率正好對到空擋里。這一瞬間,兩邊的轉速還不同步,作為輸出軸的一邊(與車速同步,難以突變,所以在這個過程中看成不變)會通過碰撞把另外一邊拉到或者拖到同樣的速度。

看起來很疼吧。那麼傳統變速箱是怎麼實現這一過程的呢?首先有離合器,換擋時可以切斷引擎動力,使得變速箱可以先同步自身幾個齒輪這些轉動慣量和阻力小很多的部件。而且關鍵的是,選檔撥叉環上不再是小一圈的直齒狗牙,而是一個很大的圓錐形同步器后街普通的齒輪,這個圓錐形同步器的作用跟離合器差不多,就是先靠接近並靠上先用錐形部位摩擦另外一個齒輪中央的凹槽,然後達到轉速同步的時候在嵌入,通過後邊的齒輪嚙合。其實這個過程是很快的,就是你在手動換擋的時候,離合器踩下的情況下,完全可以以最快的速度從一個檔位撥到另外一個檔位(而且慢反而不好)。之後再抬起離合器通過摩擦同步引擎轉速。

當紫色的撥叉器靠近藍色齒輪時,中間的藍色錐形和對應的黃色錐環會最先接觸,通過摩擦讓兩者達到通轉速,然後紫色的外圈再繼續移動,知道兩邊通過齒嚙合。看起來比狗牙要柔和?不僅柔和,而且錐形同步器的力量也微弱,這種同步只能限於藍色齒輪附帶其他幾個變速箱齒輪自己單獨旋轉,整體轉動慣量很小的時候(變速箱幾個齒輪的阻力還是很小的,用手就可以輕鬆撥動),摩擦可以讓兩者速度很快統一。但是如果離合器沒有踩下,藍色齒輪直接連接到引擎,這個摩擦就很難起作用了,這時候強行變檔只能讓紫色和藍色的齒部分在稍微接觸的狀態中一直互相擊打,這個更傷。為什麼這個紫色和藍色的齒不能像前一圖狗牙那樣直接生生套上?我不好說具體的原因,但顯然這兩者的尺寸,結構,材料,疏密程度都不一樣(這圖看著還不明顯),那一定有各自擅長的東西。

特點呢,顯然序列式就是快,少了一些步驟,而且不用踩離合,操作也簡單,就是別猶豫,除了換擋瞬間適當送點油門,其他的動作一氣呵成。所以很顯然了這種技術是給賽車用的,一般的車可以經不起這磨損,雖然狗牙直齒的結構已經經過很多優化來減少磨損了,但再怎麼說,直接插進另外一個轉速差幾百轉的齒輪里... 還有就是,噪音巨大,不是換擋時的噪音,而是平常旋轉時,似乎這噪音也是由於狗牙導致的。

哦還沒說,為什麼這種結構叫做」序列式「囧... 其實我覺得這不是重點,序列式就是說這玩意兒只能一檔挨一檔的換,不能跳。本質原因是因為它的換擋機構,就是移動選檔撥叉環的機構,這是一個很簡單又精妙的的純機械結構,通過一個帶刻槽的滾筒的旋轉,來控制插在刻槽里的數個撥叉環的前後移動。。。

那些折線刻槽里會插著撥叉片的連接栓,撥叉片相對圖片不動,換擋時,就是在轉動這個結構,當某個連接栓遇到折線,就會往其引導的方向移動,帶動下邊的撥叉片向左和向右的齒輪移動,與其他齒輪嚙合。

具體到現在的應用上,目前高端變速器主要就是雙離合或者序列式了。這兩種都屬於普通手動擋的變體,自動擋和CVT則完完全全不一樣。當然現在的技術複雜先進多了,比如至少換擋時引擎會進行相應的收油或者補油來讓曲柄精確的定位到下一檔位的轉速,甚至還可以控制離合器快速的收放,減少了很多衝擊,也加快了速度。還有很多其他的伺服電子機構...而且換擋本身肯定是有電子控制的複雜機械結構而不用上圖的簡易機械機構,至於為什麼還是序列而不能跳,應該就是減小衝擊吧,而且,這麼快的換擋速度下,按多少下不也都是1秒多的事兒。但我還是想強調的是,當我們提到「序列式」的時候優先指的還是這種不需要電子輔助,離合器長時間不用鬆開,靠暴力機械碰撞實現直接換擋的變速箱。因為單從「序列式」來講,現在所有帶手動模式的變速箱,無論原理天差地別,都是按順序升降檔的,雙離合自然是按順序的,AT也大量帶手動順序控制,CVT都可以模擬固定齒比實現序列換擋,離合器或者變矩器或者更複雜的機構,無論有無都是電子控制,人是無法干涉的。

具體什麼量產車用到序列式了?我能肯定的好像只有Lambo的Avantador和Veneno。保時捷自然是自己的PDK, Ferrari的叫「F1 Dual Clutch」,GTR啊McLaren都是雙離合。但是比賽用車裡,WRC比賽里早年間就大量流行那種看起來非常粗野狂放的超長檔桿純機械序列式了。現在都是那種樣子,而不是換擋撥片,我認為是一定多多少少有電子輔助介入了。F1好像用過序列式,現在可能也是,但也可能是Dual Clutch,但問題是F1的變速箱技術,能公布多少出來啊...


廣義上的序列式變速箱 (sequential gearbox):支持手動換檔,並且只能逐級換檔的變速箱,很多量產車的帶變矩器的自動檔的手動模式,CVT的手動模擬檔位模式,DCT的手動模式,以及與flappy-paddle類型手動變速箱結構接近的序列式箱子,都可以算進去。

狹義的序列式變速箱特指從手動變速箱改過來的的那種。換檔形式有利用旁邊的一根棍子前後推的,也有利用一套paddle-shift電控系統在方向盤上設計操作區的,內部結構上有些公路定位的車保留了手動變速箱常用的同步器。但是賽車用的序列式變速箱,通常採用一些非常規的方式來達到想要的性能,包括低重量、高響應、高耐用和高效率等。常見的手段包括使用輕量化材料外殼,使用直齒輪 (Straight cut gears),用簡化的狗牙結構代替同步器等。

賽車用序列式變速箱的大神級別企業多在英國,其中 Xtrac 和 Hewland 甚至是觸及 OEM產品的兩大神。


借台摩托車騎騎 你就明白了


序列式mt變速器是換擋不開閉離合,用狗牙齒撞擊承受發動機不同擋位的轉速差,mt、amt、dct是用離合器半聯動代替狗牙齒撞擊,乾式雙離合只要離合開閉足夠快,也可以接近序列式的衝擊換擋,而且更耐用,雙mt式dct的mt離合致動器開閉夠快的話性能等於序列式mt。


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