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丰田自动变速器(为什么丰田混动要用CVT而不用AT变速箱?)

丰田自动变速器(为什么丰田混动要用CVT而不用AT变速箱?)

题图来自Unsplash,基于CC0协议

本文目录

  • 1、为什么丰田混动要用CVT而不用AT变速箱?
  • 2、丰田CVT变速箱用爱信,日产变速箱用捷特科,本田的变速箱用什么牌子呢?
  • 正文

    1、为什么丰田混动要用CVT而不用AT变速箱?

    丰田THS混动用的不是CVT而是ECVT,这两者就是千差万别,完全不是一类。严格的说丰田混动就没有传统燃油车的中的变速箱,是依靠电机和行星齿轮组来改变齿比的。因为齿轮间转速可以自由相对调整实现转速和扭矩的连续不间断变化,实现无级变速。而为了方便理解,起了个ECVT的名字。但是ECVT和CVT在结构和原理上完全不沾边,更不可能和AT搭上关系。

    一:CVT结构原理

    主要结构:主动轮、从动轮、钢带,链、液力变矩器、控制单元。

    1.原理

    发动机输出的动力→液力变矩器→主动轮→钢带→从动轮→减速齿轮→输出。发动机运转输出转速传递给主动锥轮,主动锥轮的主动盘通过液压力作用可以靠近或者远离从动盘;同理从动锥轮的主动盘也是可以通过压力力作用靠近或者远离从动盘。主动锥轮和从动锥轮之间是通过钢带(链)来传递转速或者扭矩。钢带(链)通过主动盘和从动盘压紧后的摩擦力来传递动力。比如低档位需要提供较大的扭矩时:1.主动轮主动盘和从动盘之间距离增大;2.从动轮的主动盘和从动盘之间距离减小;3.此时从动盘侧就能“撑大”钢带的半径;4.主动盘侧钢带半径减小,实现较大传动比输出。2.为何能实现无级变速

    要想实现无级变速,主、从动轮可以根据工况需求改变主动盘和从动盘的距离,这样主、从动盘距离远的一侧轮就以较低传动比转动而距离近的一侧轮就可以以较大传动比转动。因为主、从动轮是通过电控液压改变主动盘和从动盘的距离且通过钢带传动(没齿轮),所以在设定最小---最大传动比范围内可以实现连续不间断的无级变速。最核心的一部分还是要靠变速箱的控制单元PCU,什么时候放大扭矩,什么时候减小,改变幅度差异等都需要经过精准的判断。CVT原理很简单但是用起来好不好控制单元起着决定性因素。

    二:丰田THS中的ECVT

    最不是CVT的“CVT”,跟CVT没什么关系,类似CVT的无级变速的无级传动比变化,结构和原理也不同。

    1.丰田THS系统的主要组成有发动机、功率较小的1号电机、一套行星齿轮组、功率较大的2号电机、PCU控制单元、离合器等。1号电机和行星齿轮组太阳轮相连;发动机输出端和齿轮组行星架相连;齿轮组外齿圈同时连接2号电机和动力输出端。1号电机用于车辆的启动和发电,2号电机用于动力输出和动能回收,行星齿轮组用于动力的分流。电机、发动机和行星齿轮组之间通过PCU的控制根据不同车况进行精准控制,要么以电机取代发动机方式输出动力,要么电机+发动机混合输出,要么主要以发动机高热效率转速运转输出动力。从而实现电机为主、混合为主、发动机为主的三种输出模式。

    (1)启动,1号电机运转带动太阳轮,然后带动发动机运转

    (2)怠速,发动机运转后,1号电机转变为发电模式来发电

    (3)起步,2号电机作为电动机将动力通过齿轮盘传递给车轮

    (4)行驶,匀速工况以发动机高热效率运行区间输出动力为主;加速情况下发动机和2号电机都会将动力输出给齿轮盘,传递给车轮。

    (5)减速,2号电机充当发电机对动能进行回收后对电池充电。

    (6)倒车,主要由2号电机通过反转带动齿圈反转,从而将反向动力传递给车轮,完成倒车。

    那为何说ECVT可以实现无级变速?关键就在于这个行星齿轮组,就是利用行星齿轮组间各齿轮的转速关系来实现输入端和输出端转速比的变化,叫行星齿轮组差速功能。因为2发电机和齿圈相连可以直接传递转速而发动机和行星架相连,传递转速需要再通过行星轮再到齿圈,而行星轮和行星架与齿圈是开放式的,所以它们的转速比可以实现差速式的连续变化。如果想要控制发动机的转速保持在较高热效率区间,则需要电机对太阳轮和齿圈转速的控制。

    这里面的核心问题仍然是“如何精准控制”,就涉及到PCU控制策略,虽然THS混动原理和结构看似简单,不过难点仍然是软件方面,这需要大量的实验和经验总结。

    ↑图:丰田ECVT+4AT

    所以,ECVT和CVT不是一回事不要混淆,更不可能和AT有什么关系。但是值得一提的是丰田也有ECVT+AT的“创新”组合,ECVT模拟十档-ECVT+4AT,目的就在于扩大转速比范围从而保证车辆的加速性和燃油经济性,这在雷克萨斯的LS和LC系列车型中搭载。

    2、丰田CVT变速箱用爱信,日产变速箱用捷特科,本田的变速箱用什么牌子呢?

    丰田的变速箱用爱信,而日产的变速箱用加特可,这也是个必然,毕竟丰田与日产都有自己控股的变速箱企业,要不是日本的反垄断法的限制丰田、日产早就将爱信、加特可彻底给收购了,至于本田的变速箱完全是自主研发,不过发展之路也挺坎坷,但却没向丰田、日产低头,同为日本三巨头即使向德国的ZF借兵,也不会找丰田、日产帮忙,这也许就是本田的倔强与态度吧。。

    众所周知本田汽车在发动机研发上绝对算是大师,尤其在自然吸气发动机时代,本田更是打造出了F20C、K20A这两款自然吸气发动机中登峰造极的性能机头,本田在发动机领域的成就是不能否认的!但本田在变速箱领域的发展是坎坷的,至少在近20年来的发展很坎坷!在众多汽车企业中,能自己研发变速箱的企业很少,除了奔驰也就是本田具备自主开发变速箱的实力了(不必像丰田、日产那样搞控股从而降低使用成本)。本田在开发AT变速箱时遇到了很大的困难,要知道传统的行星齿轮是具有专利的(6速莱式行星齿轮结构貌似在2013年专利过期),本田没有这专利使用生产的权利,所以本田要么绕开专利研发、要么就采购并支付专利使用费、要么就将MT、CVT变速箱使用到底!固执而又骄傲的本田必然不会向本土的同行丰田、日产低头,而必然会走自主研发的路线,这就是本田的偏执如同马自达对转子的偏执完全一样,不这样做恐怕对不起本田的名声。本田先是绕开了传统AT的专利保护,开发出了平行轴6AT,名字的确叫AT,可这玩意就和传统的AT完全不是一回事,比方说这平行轴6AT依靠3根轴6个离合器,导致体积非常的巨大,之后本田还想搞平行轴8AT,但这6AT已经导致空间不足了,如果依然基于这个平行轴的技术就必然会形成四根轴以及8个离合器的布局,这样的8AT即使设计出来也完全是个废品,因为没有实际的使用场景(太大),所以本田的工程师在6AT的基础上只是通过技术改良而研发出全世界独一份的8DCT(带液力变矩器的双离合,独一份)。而在这个时候本田表面上看似同时拥有了AT、DCT变速箱,但基于平行轴的AT由于自身结构导致体积过大问题注定它只能走到6档,而基于平行轴6AT改良的8DCT也由于它自身的液力变矩器的设计(抵消掉了换挡效率,导致它丢掉了双离合变速器的特性)使得它没有再继续走下去的意义!其实这个时候的本田在AT变速箱这一块已经远远落后于同行的7AT、8AT变速箱了。

    由于平行轴8DCT换挡并不快,本田配备的车型并不多,最近貌似已经没有了吧?而平行轴6AT又远远落后,所以本田只能向ZF(采埃孚)借来9AT来救场,而自己抛弃过去的“平行轴”路线而重回传统的“行星齿轮”路线打造传说中的10AT,专利使用具体怎么摆平的不清楚(但6速行星齿轮结构的专利在2013年就到期了),当然本田这款横置10AT是打造出来了,而且非常迷你,据说直径只有48厘米长,这么小的体积的确降低了对空间的占用率,但这款为了实现小而“扁平化”了所有齿轮的10AT对大扭矩的承载却不理想,换句话说这款变速箱的扭矩承受范围很窄,最高也仅仅是达到了350N·M。所以以目前的本田变速箱的技术来看,本田并不能摆脱对ZF 9AT的依赖,就像2T的冠道扭矩都接近400N·M了,用自家新开的10AT有些勉强,所以只能用这9AT先在那对付着。说到底本田的变速箱之路的确坎坷,倔强的走了很多弯路,它宁可买ZF的高价货,也不会向丰田、日产低头,10AT的研发证明了本田拥有开发传统AT的实力,但以目前本田的布局来看,低端车型自家的CVT、MT挺着,高端车型ZF的9AT挺着,这款10AT目前的用处不大,期待以后的改良吧,变速箱当真是拖了本田的后退。