本文作者:李霄偉

  中國品牌汽車缺乏獨核心技術的情況可能在幾年內會得到改變,由北京科技園一家機械研發企業發明的“活齒CVT”變速箱或許在今後幾年內推向市場。活齒CVT變速箱把依靠齒輪傳動的分級變速箱和無齒傳動的CVT兩者的優勢集合到一起,同時剋服了現有CVT的缺陷。我們可以通過分析動力傳輸的過程來理解這項由中國人自己研發的動力總成的核心系統。


1、現有CVT的優勢與短板

  作為不間斷連續傳輸方式,CVT比分級固定齒輪傳輸變速箱更加合理,但是,現有CVT因為沒有齒輪,是通過鋼帶(鏈)與驅動輪和從動輪“靜摩擦力”的接觸進行傳播方式就會導致效率降低。來看一下具體的傳輸過程中存在的問題:

(1)鋼帶(鏈)滑動

  鋼帶由驅動輪向從動輪傳輸扭矩時,輸出軸首先需要把扭矩傳遞到鋼帶上,再由鋼帶把扭矩傳輸到從動輪,從動輪再通過輸出軸把扭矩傳遞給車輪。在這個過程中,鋼帶和驅動輪、從動輪都是錶面接觸,為“打滑”情況提供了結構基本;還有就是在變數箱里存有一定數量的潤滑油由於潤滑和散熱,儘管使用的潤滑油摩擦力較大,畢竟潤滑油還是有利於產生“滑動”。

(2)鋼帶張力過大

  CVT的鋼帶張力是非常關鍵的因素:略松一點會加重打滑現象、甚至無法傳輸動力,略緊一點又可能導致運行阻力增大、同樣會降低傳輸效率。大家通常會認為CVT變速箱在高速時容易發熱的問題是鋼帶與兩個輪子摩擦引起的,其實,鋼帶綳的過緊也能夠導致輪子在運行時產生較多的熱量。

  鋼帶張力過大不僅僅可以損失一定的動力而降低傳輸效率,還會把動能轉變成熱集聚在變速箱內形成溫度上升。

(3)現有鋼帶傳輸承載力有限

  目前CVT主要用於小功率動力總成,原因之一就是這種傳輸方式能夠承載的動力是有限的。有的企業已經把CVT的承載動力做到了300牛·米,大大增加了動力的覆蓋面;從總體上來看,繼續提高動力承載的難度將越來越大,生產成本也會大幅提高。

  有齒-分級-硬鏈接的AT和無齒-連續-軟連接的CVT各具優勢,同時也存在各自的短板。當我們把CVT的連續傳輸比作“魚”時、AT的硬鏈接就像“熊掌”,能不能研發出一種“魚和熊掌”可以兼得的傳輸技術?

  一家中國機械研發企業從2006年開始了讓CVT的傳輸方式由無齒接觸式轉變成有齒傳輸的嘗試,現在已經完成實車測試,進入了推廣階段(特別感謝《汽車之家》網友劉文娜提供的關於活齒CVT方面的信息)。下麵和大家一起分享從新浪網和企業網上獲取並整理的關於“活齒CVT”技術的資料。

2、什麼是“活齒CVT”

  CVT的驅動輪和從動輪的基本特點是附在輪子上的鋼帶形成的圓可以根據需要變大和變小。當驅動輪變大時、從動輪同步變小,鋼帶形成的傳輸帶的周長不發生變化。如果要在兩個輪子上做齒輪,齒輪間的距離由外向內逐漸變小時、鋼帶上對應的齒也要由大變小,這樣的設計幾乎無法實現。

如何解決這個難題?

(1)活齒設計原理

  如果在一個長條形的金屬板上做平齒,齒寬和齒間距都是標準的,做出的齒條如下圖A。這個齒條的齒寬和齒間距是固定不能改變的。如果把長條形的金屬板分割成若干小片,就可以像圖B那樣根據需要隨意組合出若干種齒寬和齒間距不同的齒條,滿足配合輪齒間距變化的需要。

這就是活齒CVT的基本設計原理。

(2)活齒工作原理

  活齒CVT的設計者在驅動輪和從動輪的接觸面上設計了8個放射狀槽,兩個相對的輪面上裝一根固定支架,每個輪子上的8根支架形成了一個正8邊型。這個8邊型的“輪子”和兩個驅動輪同步轉動,不會出現“打滑”現象,也不會因為過度繃緊鋼帶使兩個輪子的軸心摩擦力過大產生大量的熱。

(圖片來自新浪汽車/穆正凱)

  如果把支架比作一個“配合齒”,在實際工作時,8根支架之間的距離(齒間距)會隨著兩個輪子的調節變大或變小,鋼帶上的活動齒片就可以根據需要把齒間距變大或變小。如此工作,CVT的鋼帶就不會打滑、也不需要過度繃緊,完全像兩個固定齒輪一樣進行動力傳輸。

  對於CVT變速箱來說,這是一個偉大的發明。

(3)活齒CVT的優勢

  與現有CVT和AT相比較,活齒CVT集兩者優勢於一身,同時剋服了兩者的部分缺陷。

傳輸效率高

 

 現有CVT的傳輸效率只有85-92%,活齒CVT的傳輸效率高達96%;據發明者的網站介紹,有可能將傳輸效率提高到98%。

  有網友斷言CVT無法取代AT,傳輸效率低就是理由之一。活齒CVT很好地解決了這個難題,甚至傳輸效率還可能比MT或AT更高。說不定過幾年滿街都是活齒CVT,其它變速箱會成為小眾群體。

承載力量大

  MT具有很好的承載力,所有輸出動力的車均可以使用;AT的承載力也可以,幾乎可以在常用車型上使用;現有CVT就差了一些,最大承載力只有300牛·米,多數CVT只有150牛·米左右;活齒CVT似乎不受承載力的限制,相關網站報出來數據為:普通的500牛·米、大一點的1000牛·米、超大的2000牛·米!以前只是中國人的創造力沒有迸發而已。

  這輛輸出扭矩550牛·米的勇士軍用越野車裝上活齒CVT後性能大幅提升:

保持了連續傳輸的特征

  儘管是通過“齒輪”傳輸,活齒CVT保留了CVT連續傳輸的所有特征,駕駛者對CVT流暢性的所有感受不會打扮點折扣。

生產成本低

  據發明者的網站介紹,與其它自動變速箱相比,活齒CVT仍然保留了生產成本低的優勢。隨著市場供應量的增大,加上100%部件都國產化、不需要支付高昂的專利技術使用費,活齒CVT的價格可能會比現有CVT的價格很具競爭力,裝載車型會具有非常好的價格優勢。

適用車型廣

  活齒CVT在早期試驗中就把動力較大的貨車作為市場目標,現有的所有家用車型和商用車型均可使用。也許發明者想要從根本上改變汽車的傳動變速方式,對汽車界來說意味著一場動力革命。

這是參與實驗的貨車:

(圖片來自新浪汽車/黃群俊)

3、活齒CVT進入市場還要走多長的路

  據報道,活齒CVT技術已經獲得6項專利權,併在美、日、德、法、英等多數汽車生產國申報了專利。目前已經和國內兩家主機廠家進行合作,還與美國一家企業展開合作,有可能在2017-2018年面世。

  一項新技術走向成熟需要一定的時間周期,需要一定數量的汽車參與道路試驗和耐久性試驗。因為國內的汽車電控技術相對薄弱,用於CVT變速箱控制的TCU也需要消耗大量的實驗時間加以完善,所以,汽車使用活齒CVT技術仍然需要耐心等待。

  從另一個角度看,中國汽車多數還停留產品級階段,能稱為作品的車型和技術十分有限。如何借助活齒CVT技術幫助中國品牌改變長期依賴進口技術的命運是一個大命題,既需要政府層面的支持、也需要現有中國品牌汽車企業積極配合。

  真心希望活齒CVT技術改變中國汽車品牌的命運。


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