变速箱减肥,原来是受了老司机的启示

国际金属加工网 2017年07月21日

要说认真对待减肥这事的,笔者觉的是汽车工程师。他们想尽各种办法让车更轻,比如优化车身结构、用更轻的合成材料、铝、碳纤维替代钢铁,甚至把底盘上的支架打出一排孔洞--就为了减少几克的重量。

更不用说,现在流行的把V6发动机换四缸涡轮机了。

汽车有一个地方不容易减重,即变速箱。变速箱技术更新速度比发动机还慢,目前主流仍是手动档、双离合、CVT、带液力变矩器的自动变速器等,从结构上减重潜力小,成本原因又不允许普及昂贵的钢材替代材料。

一、美国小伙的新创意

但随着混合动力在汽车圈兴起,又有牛人巧妙地运用电机给变速箱减重。一位来自美国麻省理工学院、名为Dan Dorsch的研究生设计出了一款用于高性能车上的无离合器混合动力变速箱(clutchless hybrid transmission)。

这台变速箱只由两台电动机和不同档位齿轮组构成,没有离合器、液力变矩器以及复杂的行星齿轮组,比保时捷918、Laferrari、迈凯伦P1、NSX等超跑上使用的双离合变速器等结构简单、体积小、重量轻。Dorsch也凭借这项设计获得了1.5万元的高额奖学金。

二、原理得从手动变速箱说起

了解这台变速箱原理前,小编来科普点变速箱常识。在所有变速箱中,手动变速箱是结构最简单、最原始的一种结构,通过不同齿比的齿轮组合来减速增矩、改变车辆前进方向。

汽车开起来后,动力从发动机曲轴经离合器传入变速箱输入轴,变速箱内不同档位齿轮组同时飞速旋转,哪个档位齿轮与输出轴相连即为哪个档位。

由于不同档位齿轮转速不同,换挡时,当前档位齿轮与即将挂入档位齿轮要通过同步器摩擦使转速相同,变速器输出轴与即将挂入的档位齿轮顺利啮合。因同步器摩擦力矩有限,所以换挡时必须通过离合器断开与发动机的连接。

但要知道,从前的手动挡是没有同步器的,老司机们要通过两脚离合的方式换挡。玩的更溜的老司机还有不踩离合换挡的神技。具体操作不多讲,网上教程有的是。

技巧就是利用手动挡工作原理,摘至空档后,找准下一档位对应的转速迅速推进去,简洁流畅,还能延长离合器寿命(当然非老司机不要随意尝试,玩不好很容易打齿损坏变速箱)。

三、老司机不踩离合换挡的启示

老司机的故事告诉我们:离合器和同步器并不是变速器的必需品。

Dorsch的无离合混动变速箱就是利用这个思路。变速箱内部的小型电机专门负责不同档位齿轮组间的转速匹配。换挡过程中,电机迅速两组齿轮的转速匹配好,然后切入下一档位,动作稳准狠。

由于有了这个精准的电机,离合器可以省去了。对于双离合变速器来说,离合器、用于散热的离合器油液也都不需要了,这就能节省十多公斤的重量。俗称“大瓢”的离合器外壳也能把空间让给其他零部件,间接提高了车内空间利用率。电机还充当起动机的角色,又能节省近4公斤。

变速器外面的大电动机不但能以轮胎抓地的极限进行加速和弥补换挡过程中的动力中断,还能通过反转电极实现倒车。这样变速箱内又可省去倒挡齿轮,重量和体积进一步减小。根据测算,这台变速箱比保时捷911上的PDK变速箱轻了20%多。

四、离量产不远了

这款变速箱虽然是个概念技术,但是已经进入了技术验证阶段,Dorsch已经为他的棒呆的发明申请了专利,专利中详细的描述了其结构、功能甚至驾驶模式。

根据外媒报道,这款变速箱已经被不少汽车厂商看上,最早也许在今年(2017)就以OEM的方式出现的量产高性能车上。Dorsch还透露他在设计更紧凑更轻便的单电机无离合混动变速箱,具体什么结构什么原理还没有更多消息,相信一定会更黑科技。

小结:

不得不服,用电机替代老司机的办法确实巧妙,也不由得令小编想起了观致与柯尼塞格合作研发的无凸轮轴发动机技术,后者也能大幅减小发动机尺寸、降低重量。


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