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--熱烈祝賀我會聯辦的科普活動被中國科協評為--優秀科普活動
12月21日,中國科學技術協會辦公廳印發《關于對2020年全國科普日有關組織單位和活動予以表揚的通知》(科協辦函普字【2020】158號),江蘇省機械工程學會、南京工程學會和江蘇省學會服務中心聯辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動,被評為優秀科普活動。
整個汽車車身內部有很多種類的零部件,每個都會發揮著自己的功能以及和其他零部件相互協調運作,都有著不可替代的作用。今天為大家分享的是變速器作用和原理。
變速器,是一套用于來協調發動機的轉速和車輪的實際行駛速度的變速裝置,用于發揮發動機的最佳性能。變速器可以在汽車行駛過程中,在發動機和車輪之間產生不同的變速比,通過換擋可以使發動機工作在其最佳的動力性能狀態下。
變速器的出現
世界上第一臺汽車是由德國工程師卡爾.苯茨(KartBenz)在1886年發明的,當時并沒有變速器。目前被廣泛承認的第一臺汽車變速器則出現在1894年。法國工程師路易師·雷納·本哈特和埃米爾·拉瓦索爾在其制造的本哈特—拉瓦索爾汽車上準備了他們發明的變速器。直到1904年,本哈特—拉瓦索手操作滑動齒輪變速器被汽車界普遍采用,從此改變了汽車的傳動系統,變速器也正式踏進歷史舞臺。而當時變速器的原理,和現在手動變速器的原理幾經基本相同了。
變速器出現的原因:汽車發動機存在固有缺陷
變速器不是一起一開始就有的,同時如前文所述,變速器也不可能永遠存在。聽起來很可悲,因為它的存在只不過是因為發動機的不完善而已。
在汽車工業的百年歷程中,發動機都是由燃燒燃料來驅動,無論汽油還是柴油,無論活塞式還是轉子式。它們共同的特點都是等待燃料在其內部燃燒后膨脹而輸出動力,因此稱為內燃機。由于燃燒和膨脹都需要時間,由此導致了內燃機的特性并不能滿足汽車的使用。
汽車的動力需要可以理解為瞬時的。在起步的時候,汽車需要大的扭矩推動,小的轉速即可;而在高速公路巡航的時候,汽車需要一個比較小的扭矩,和一個比較高的轉速,利用慣性就能一直在高速上飛奔;而在超車的時候,汽車既需要大的扭矩作為加速之用,又需要很快的速度攀升。扭矩和轉速綜合起來就是發動機的功率,因此,只有當汽車在很高的速度運動時,才有可能迫使發動機輸出最大功率。
變速器的作用是什么?
1、改變傳動比,滿足不同行駛條件對牽引力的需要,使發動機盡量工作在有利的工況下,滿足可能的行駛速度要求。在較大范圍內改變汽車行駛速度的大小和汽車驅動輪上扭矩的大小。由于汽車行駛條件不同,要求汽車行駛速度和驅動扭矩能在很大范圍內變化。例如,在高速路上車速應能達到100km/h,而在市區內,車速常在50km/h左右。空車在平直的公路上行駛時,行駛阻力很小,則變速器控制桿當滿載上坡時,行駛阻力便很大。而汽車發動機的特性是轉速變化范圍較小,而轉矩變化范圍更不能滿足實際路況需要。
2、實現倒車行駛,用來滿足汽車倒退行駛的需要。實現倒車行駛汽車,發動機曲軸一般都是只能向一個方向轉動的,而汽車有時需要能倒退行駛,因此,往往利用變速箱中設置的倒檔來實現汽車倒車行駛。
3、中斷動力傳遞,在發動機起動,怠速運轉,汽車換檔或需要停車進行動力輸出時,中斷向驅動輪的動力傳遞。
4、實現空檔,當離合器接合時,變速箱可以不輸出動力。例如,可以保證駕駛員在發動機不熄火時松開離合器踏板離開駕駛員座位。
CVT 是Continuously Variable Transmission 的英文縮寫,即連續可變傳輸器,一般稱為無級變速器。它是自動變速器的一種,但不同于一般的AT 自動變速器,自動擋車還是有級變速,有擋位的,而CVT 可以連續變速,是沒有擋位的。
為消除發動機與變速器之間的摩擦損耗,發動機與CVT 之間以飛輪減振裝置代替一般液力自動變速器的液力變矩器。其動力輸出采用行星齒輪系統及兩組濕式可變壓力油冷式離合器,壓力可隨發動機輸出轉矩大小而改變。可變壓力油冷式離合器具有軟連接的功能,能滿足車輛起步、停車和換擋的需要。
變速器作用和原理——DCT 變速器
DCT 變速器(Double—clutch Gearbox)即雙離合變速器,在大眾車系中也稱直接換擋自動變速器(DSG)。DSG可以形象地設想為將兩臺變速器的功能合二為一,并建立在單一的系統內。DSG內含兩臺自動控制的離合器,由電子控制及液壓推動,能同時控制兩臺離合器的運作。
當變速器運作時,一組齒輪嚙合,而接近換擋時,下一擋段的齒輪已被預選,但離合器仍處于分離狀態;當換擋時一臺離合器將使用中的齒輪分離,同時另一臺離合器嚙合已被預選的齒輪,在整個換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動力,使動力沒有出現間斷的狀況。
無論6擋DSG 變速器還是7擋DSG 變速器,它們的基本原理是一致的,簡單地說,就是將兩套變速系統合二為一。DSG變速器包含智能電子液壓換擋控制系統、雙離合器、雙輸入軸和三個驅動軸等核心環節,它們共同完成復雜的換擋過程。
發動機的工作范圍是被規定在怠速和最高轉速之間的。而在整個運行范圍內,發動機輸出的扭矩和功率并不能保持一致,其相應的最大值只能在規定的轉速出現。如果用一句話來概括變速器的作用,那就是:改變發動機的扭矩和轉速,使其適應車輛瞬時的需求。
傳動比:比檔位數更重要的數據
就是由于發動機和汽車需求之間的矛盾,才有了變速器生存的原因。例如汽車剛起步,發動機轉速在很低的區域,相應的扭矩也很低,這時候就不滿足汽車所需要的高扭矩低轉速的要求。此刻的發動機轉速大約在1000轉以下,不過實際上,車輪也不需要這么高的轉速,每分鐘幾十到幾百轉就夠了。這個時候,變速器就將發動機輸入的轉速降低,由于速度降下來了,也就是說扭矩上去了。剛好能滿足車輛起步時低轉速、高扭矩的需求。假設變速器在1擋的時候,發動機轉3圈,經過變速器的變速后,只輸出1圈,同時扭矩也增加3倍(不考慮摩擦損失),這樣就完成了降低轉速、增加扭矩的目的。這個擋位的傳動比就是3。
汽車在高速中運行,發動機的轉速在2000轉以上了,相應的扭矩也上升到了一個不錯的水平。這時候的汽車需要的往往是一個比較小的扭矩和一個比較高的速度。變速器就可以把發動機輸入的轉速提高,由于速度升上去了,同時扭矩會下降。正好滿足汽車的需要。如果發動機每轉0.9圈,變速器就能輸出1圈,這個檔位的傳動比就是0.9。
為了滿足汽車和發動機在不同的速度下都能協調工作,變速器往往被設計成具有多個擋位可以選擇。變速器的擋位設計也是隨著發動機不斷地進步而進步的,早期的發動機功率不足,因此變速器能起到的都是減速增扭,傳動比都是大于1的。但隨著發動機功率越來越強勁,現代轎車一般都具備傳動比小于1的擋位。
在這里舉一個基本的例子:1檔3.704;2檔2.202;3檔1.414;4檔1;5檔:0.802。這是一個當今典型的變速器各檔位的傳動比,從中我們看以看到,這個變速器有4個檔位的傳動比是大于1的,一個小于1的擋位我們通常稱為超速擋。由此可見,整個變速器的變速范圍在3.704-0.802之間。
當然,變速器還有一個很重要的功能就是提供倒車。因為發動機在發動之后只會朝著一個方向轉,因此還需要變速器提供反向旋轉的擋位,這個檔位我們稱為倒擋。不過一般在討論變速范圍的時候,指的都是前進擋,正如沒有人說自己的5擋變速器是6擋的一樣。
如何通過油門控制自動變速器加減檔
對于手動擋車輛,我們知道,變速器升降檔是由車主手動進行控制,通過油離配合控制變速器升降檔平順性;對于自動擋,車主只知道踩油門加速,車輛便會自己升檔,踩剎車減速,車輛便會自己降檔。但是不知道有多少車主知道,自動擋變速器加減檔通過油門也可以實現較為精準的控制。“汽車概況FLY”借助本文給大家詳細介紹,如何通過油門踏板控制自動變速器加減檔。
油門控制變速器加減檔的原理
車輛各個檔位變化關系主要由兩個變量決定,一個是車輛速度,另一個是加速踏板,其中實線為升檔曲線圖,虛線為降檔曲線圖。如果我們固定加速踏板保持不變,隨著車輛速度的增加,變速器檔位是逐漸上升的,但是,如果我們保持車輛速度不變,隨著加速踏板的增加,變速器檔位是降低的,反過來說,隨著加速踏板的降低,變速器檔位是提升的。
所以,控制油門升降檔無非是保持車速不變,通過改變油門深淺,來控制變速器檔位。油門控制變速器擋位變化是有一定限度的
不過,車輛油門踏板對變速器檔位的控制是有一定限制的,比如車輛速度處于20km/h,車主只能控制變速器檔位在1、2、3之間變化,不可以使變速器檔位提升至4、5、6、7擋;再比如車輛速度提升至70km/h,我們可以控制變速器檔位在3、4、5、6、7擋之間變化,但是不可以使變速器檔位處于1或2擋。并且,油門對變速器檔位的控制并不能長久保持,畢竟該變速器是自動變速器,當變速器滿足升降檔條件(油門&車速)時,車輛便會自己升降檔。
降檔加速
通過上述換擋關系圖,我們可以明確的理解,我們常說的降檔加速意思就是,車主如果想要提升車輛速度,首先要深踩油門,而根據換擋關系圖,車主深踩油門必然要使得車輛變速器降檔,這樣才能使發動機轉速迅速提升,發動機才可輸出更大的扭矩值。
變速器檔位可以控制升降,但是難以維持
不過通過油門深淺控制變速器檔位加減,這對車主駕駛技術水平要求比較高,畢竟車主踩油門,車輛檔位是降低了,但是車輛加速能力也會顯著提升,車輛速度無法維持 恒定;車主松油門,車輛變速器檔位會升高,但是車輛的加速能力會下降,速度變化幅度較慢。車主油門只要發生變化,變速器檔位也會相應改變。
如果車主想要更容易地控制車輛檔位,完全可以采用手動模式,畢竟現在大部分變速器都采用手自一體式模式,手動模式控制變速器擋位,變速器檔位便會直接固定,該檔位值不會隨著車速或油門踏板的變化而發生任何改變。