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让我们一本正经地扯扯CVT

(2015-06-10 23:35:06)
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杂谈

汽协供稿 作者丨李昌轩

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事先声明:强烈建议男性单身汪认真看完本文,提高姿势水平,同时掌握必备的和妹纸讲解机械类事物的基本技巧。小编包您认真看完本文后两周内,必能:

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人活在世上,还是需要钱的,纵使它其万千罪恶于一身。而对于汽车来说,它需要的,是奔涌不止的动力。沉睡数万年的石油在一瞬间引爆,提供着源源不断的能量,然而,要把这股能量转变成前进的动力,需要的是变速箱。


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变速箱一头连着发动机,一头牵着轮子,其中,负责把两头连上的叫离合器,而变速箱得名之处却在与另一部分,变速器。你不能让赛马去拉车,要不伯乐会从棺材里哭醒。但你可以让一辆汽车当会千里马,当会拉磨驴。

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变速器最大的用处在于合理的利用功率,达到力与速度的合理调节,既不让发动机累死,又能适应路况变化。当然了,还有倒车。


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而传统的变速器是一大堆齿轮,就如同一条楼梯,每一阶好比一个档位。速度慢的时候倒无所谓。假如汽车奔驰在路上需要不停的换挡,就像骑着自行车下楼梯,就算你没摔跤,难受的地方还在于那卡顿感。


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等等!机智的你一定想到了,下楼梯时菊花太酸爽,还有一种东西能解决这个问题,那就是无障碍通道!放心,和你一样机智的机械攻城狮们早就发明了变速箱界的“无障碍通道”——无级变速器(ContinuouslyVariable Transmission,简称CVT)。

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CVT通过液压使主动轮和从动轮的半径发生线性的变化,进而改变传动比,在理论上提供无数的档位。它的核心部分并不是由简单的齿轮构成,它的主动轮和从动轮之间动力的传输靠的是夹在两对可变槽宽的棘轮间的金属带……


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慢!以上解释方法实乃在妹子面前谈论机械之大忌!不要问我是怎么知道的,都是泪!

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小编还是用简单的方法,带你深入浅出地看懂CVT到底是怎么在工作的,让我们先来看一道高中物理基础题:


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已知皮带轮传动机构中,主动轮的半径为R1,从动轮的半径为R2,则两轮之间的转速比n1/n2=?

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哈哈哈看到这题,你一定想说So easy!不就是半径的反比R2/R1嘛!(我不服,要求提高难度!)


传统的齿轮变速箱就是这样,一个档位对应一个固定的传动比,也就是一个固定的转速比,换挡的过程就是从一个转速比直接跃到另一个传动比。可是我们都知道,发动机的转速只能一圈圈地加,或者一圈圈地减,突然传动比一变……终于明白传统变速器顿挫感从何而来了吧(扯一句,小编觉得体验这种顿挫感最好的方式就是在公交车上站着,而且不要拉扶手——动作有危险,未经专业训练人士不要随意模仿)


所以要消除这种顿挫感,就不能让传动比发生突然的变化,要让传动比的变化是一个有过渡的变化,再拿初中数学打比方,传统变速器的传动比,就是数轴上那一个个离散的点

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而CVT变速器的传动比,那简直就是某一区间内的全体实数啊!分分钟占满数轴一整段有木有!


再回到公式n1/n2=R2/R1中来,要实现n1/n2的变化是具有连续性的,那别的没办法,只有R1和R2的变化都是连续性的。这也就是CVT设计的主要目标。了解CVT的设计目标,其原理也就非常易懂了。


首先,CVT的核心传动部分,也就是起变速作用的部分不宜使用齿轮,因为齿轮的齿数必定是整数,我们都知道整数是离散的量,那就必然导致动力的输出是跳跃的(当然,如果齿数接近有时候跳跃感可能不易察觉)。于是,攻城狮们便选择了采用带轮的形式来传递动力。通过几张图,我们便能轻松了解到CVT的两个带轮是如何改变各自半径大小的:

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4a,也就是图左上方这家伙,主动轮可动部分,被5,液压泵顶着往右走,它和固定着的4越靠越近。当然,金属带轮不甘就这样被挤扁,于是只能被逼着往远离转动轴的外侧走(嗯?好像是挤果冻的道理),于是就变成了右边这样。金属带被挤了出来,转动半径不就增大了吗?当然,这一切都是渐进着发生的,因为主动轮和金属带接触的面是有一个斜度的,金属带轮并没有突然来个乾坤大挪移,飞到了远离转动轴的一侧,于是就获得了线性的传动比变化。与此同时,下方的7a,从动轮可动部分,也要配合着向右移动,让从动轮一侧可动部分和固定部分远离,于是在从动轮一侧,金属带轮靠近转轴,转动半径减小。如果不这样配合,金属带轮就莫名其妙被拉长,直至拉断,这其中暗含着张弛之道,攻城狮们都是一群“会玩的”家伙。


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当然啦,有时候也要反着来配合,即从动轮的可动部分靠近固定部分,使从动轮侧金属带回转半径增大,主动轮侧回转半径相应配合着减小,以下两张图分别对应这两种情形:


主动轮回转半径小,从动轮回转半径大,传动比大的情形,相当于传统变速器的一档,用于起步:


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主动轮回转半径小,从动轮回转半径大,传动比小的情形,相当于传统变速器的五档,用于高速行车:

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没错,攻城狮们就是这么机智,通过这么一套并不复杂的设备,实现了动力的线性、无缝、流畅输出!必须为机智的攻城狮们点三十二个赞!!!(此处应有掌声!)当然啦,以上这种只是一种典型的CVT形式,还有其他形式的CVT,比如这种锥环式无级变速:

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当然,这些装置的目的都一样,可谓异曲同工。


艾玛,用了CVT,简直就像骑自行车走下坡!一泻千里、如丝般柔顺的感觉啊有木有!就这个feel倍儿爽!!

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使用CVT的感觉就像你用百兆带宽看电影,再也不会在关键情节时卡顿一下,缓冲一下,才能接着看下面的情节,更别说有时还会页面崩溃。


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说了那么多,还是简洁概括下CVT的优缺点:


优点:驾驶流畅、省油、高效、成本低。

档位线性变化,从而可以找到最适当的传动比,传动效率极高。另外由于没有过于复杂的结构,成本大幅降低。


缺点:没有突然加速的刺激、稳定性差。

速度变化平顺,没有普通变速箱提供的猛然加速的刺激。特别的是,CVT对钢制皮带的要求特别高,所以最初的CVT都是在小排量车上使用。


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CVT常见于日系车中,典型的就是丰田的卡罗拉、凯美瑞,日产的天籁、奇骏,本田的飞度、雅阁……也许是岛国人民比较节俭,追求舒适。然而前不久说过要专攻DSG的奥迪,又给前不久刚推出的纪念版的A4和A6装上了CVT,在一定程度上还是看重了CVT舒适、省油、成本低的特点。


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丰田卡罗拉


另外,再聊句题外话——据说,无级变速还是达芬奇发明的呢,这是他在1490年创作的草图。

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