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8AT、9AT、10AT?我来告诉你什么变速箱才是最好的!

10-15万 购车计算 上市新车


不知道什么时候开始,多档变速箱成为了各个车企推出新车型的重要噱头之一。从7速开始,现在的主流变速箱挡位已经增加到10个之多。就连国内一些名不经传的自主品牌,也号称要推出和生产或者购买多于8个挡位的自动变速箱。一时间,挡位的多少貌似成为了“高科技”的代名词,挡位越少,市场话语权就越低。连不到10万元的力帆轩朗都配上8AT变速箱,可见市场对多档变速箱重视到什么程度。


雷克萨斯LC500是世界上第一台搭载10AT变速箱的车型


  多挡位从CVT开始  


在说多挡变速箱之前,首先说说CVT变速箱。理论上,无段变速箱可以拥有无限多的变速比,因此对于内燃机这种工况随着转速变化而变化的机器而言,无段变速箱更容易可以将发动机的工作范围固定在“最佳能效”、“最大扭矩”和“最大功率”等几个范围内,效率也最高。因此,这个世界最完美适用于内燃机的变速箱应该属于“无段变速箱”。但是,现在CVT的结构虽然能达到无段变速的目的,但钢带和锥轮非刚性连接的机构弱点,会在大扭矩介入时发生打滑的情况。因此现行的CVT结构只是牺牲了传动效率来提升发动机效率。虽然现在不少厂商都在致力改善传动效率,不能解决结构的弱点也无法根治打滑,实用性比较局限,并不是最佳的变速箱选择。


基本上所有CVT的核心结构都是锥轮和钢带。由于是非刚性链接,大扭矩介入时会发生打滑现象。虽然能达到“无段变速”的效果,但传动效率并不高。


AT变速箱和双离合变速箱等由于传动部件是刚性连接,传动效率比CVT更高。但由于局限在有限的挡位上,自然避免不了发动机转速的变化导致的工况波动。要接近无段变速的效果,最直接的手段就是增加挡位,这就是现在多挡变速箱的由来。


本田推出的一款10AT变速箱,这是世界上第一台应用于横置动力平台的10AT变速箱




 多挡变速箱就等于省油? 


理论上,行驶在相同速度和负载下,发动机转速越低就越节能。一般而言,汽车行驶时的引擎最低转速不建议低于1000rpm。因此行驶时,假如下一个挡位的转速会导致引擎转速低于1000rpm的话,变速箱换挡逻辑是不会允许升高一个挡位。但假如这两挡之间有多一个挡位的话,切入这个挡位就能“更靠近1000rpm的最低值”,理论上油耗就会降低。所以说,多挡变速箱省油的是有一定的硬件基础。

图上可见,多挡变速箱几乎每一挡都可以在更低的转速就升上高一个挡位,而120公里/小时巡航时也能有更低的转速,因此能够有更佳的理论油耗表现。


多挡变速箱还有一个优势。由于挡位多,减速比范围宽广。因此在保证低速齿比足够用的情况下,可以做多2组甚至3组超比挡,让高速时也能有更低的引擎转速而降低高速油耗。


不过,由于多挡变速箱需要很多组的齿轮,内部换挡组件和行星齿轮组数量都增多,内部摩擦就大,节省的油耗一部分会被变速箱内部增大的摩擦所抵消。以AT变速箱为例子,一般4AT变速箱只需要两组行星齿轮,4AT以上就需要3组行星齿轮,10AT就需要4组行星齿轮,还没算增多的大量离合片、刹车和换挡机构。ZF曾经研究,现在的8AT变速箱传动效率比6AT提升了15%,但10AT只能再提升1%左右,优势并不明显。


变速箱内部摩擦是造成发热和传动效率下降的元凶,因此不少多挡变速箱挖空心思将行星齿轮进行抛光,以降低齿间摩擦。


还是以力帆轩朗为例子,搭载5速手动变速箱的1.5T手动版本的综合油耗为8.2L/100km,搭载8AT变速箱的1.5T版本也同为8.2L/100km。虽然自动版本的车重比手动多了70kg,但油耗数据上并无更明显的优势。而且多挡变速箱的节能效果对换挡逻辑、换挡速度、齿比编排等有更严格的要求,要综合性能更高才能有效降低油耗。


  多挡变速箱就等于加速快? 


内燃机的输出功率与转速密切相关。在合理转速内,转速越高,功率越大,在相同齿比下加速也越快。产生最大功率的转速范围我们一般叫“Power Band”动力带。要加速快,就要让引擎转速保持在Power Band以内。但换挡之后由于减速比变小,引擎转速会下跌,有可能会跌出Power Band。而更密的减速比编排,每次换挡之后转速的下跌越少,引擎转速能保持在Power Band以内,加速就越快。


Power Bandd一般都是峰值扭矩出现后的转速区间,譬如保时捷新4.0T V8引擎的最佳出力范围处于4600rpm-6800rpm。


另外,齿比的大小也和加速有关系。减速比越大,轮上扭矩就越大,加速力就越强。但是由于大减速比会造成该齿比下极速偏低,因此需要下一个挡位用更小的减速比来“接上”。多挡变速箱在中低速可以有较多的可用挡位,也就容易将齿比做得更密更大,理论上加速就越快。


多挡变速箱容易有更密的齿比,每次换挡后转速下跌更少,引擎转速更容易维持在Power Band内。


不过,换挡也是需要时间的。以通用的8AT变速箱举例,其换挡时间约80毫秒,加上液力变矩器需要时间来稳定滑差和放大扭矩,最快换一次挡也需要0.2秒左右。如果只用2个挡位来完成加速,加速时间增加0.2秒。如果用三个挡位完成加速,换挡就会浪费0.4秒。另外,由于换挡的瞬间都要关闭节气门。对于自然吸气车辆来说,关闭节气门之后需要重新建立进排气流速,而涡轮增压车更需要一定的时间重建增压值。这个部分也会造成引擎的工况受到影响而影响到加速的效果。



现在即使用到10AT变速箱,大部分汽车都会使用前3挡完成百公里加速,少量车型才会出现挂四挡破百的情况。而通用的10R80变速箱,更由于挡位数太多,一般行驶会采用“跳挡”(1-3-5-6-7-8……)的方式进退挡,以提高效率降低顿挫。举个极端的例子,参加0-400米直线加速赛的赛车普遍都只有4挡,而且有些只有一个传动比,就是因为太多挡位反而会拖累加速效率。所以说,多挡变速箱并不就等于加速快。


  多挡变速箱就等于平顺? 


变速箱的挡位都是代表着不同的减速比。当换挡的时候,代表着在相同车轮转速下减速比发生了变化,于是引擎的转速就会发生变化。


换挡就意味着保持同样的车轮转速,发动机的转速发生变化,从一个挡位的某个转速,过渡到下一个挡位的另一个转速。譬如保时捷Panamera的1挡减速比为5.966,2挡减速比为3.235。当1挡在3000rpm时挂上2挡,2挡的转速为1600rpm左右,引擎转速降低了将近1600rpm。而引擎转速被升高(降挡)或拉低(升档)的过程如果处理得不好,这个能量就会通过引擎传递到车身,或者反作用于变速箱影响车轮转速,于是顿挫就发生。多挡的变速箱最大的优点就是可以将减速比变得更紧密,于是换挡的时候转速落差会更小,引擎震动更小,顿挫自然更轻。

多挡的变速箱最大的优点就是可以将减速比变得更紧密,于是换挡的时候转速落差会更小,引擎震动更小,顿挫自然更轻。


不过,换挡顿挫的大部分原因更多的是来自于将变速箱和引擎接合的过程做得太粗暴,转速差不能“柔性”地解决。一般这种顿挫多数都需要液力变矩器“内耗”,或者通过摩擦片摩擦来解决。而不论何种方式都会降低传动效率。因此不少车型调到运动模式时,换挡的顿挫会来得更明显。这是由于要加快换挡结合降低动力流失而产生的副产品,无论挡位多少都不能根本解决(除非CVT)。假如换挡逻辑做得不完善,即使换挡速度慢依然会造成顿挫。可以说,多挡变速箱具有减少顿挫的先天优势,但并不能根本解决顿挫产生的原因。


不少自主品牌的8AT都来自于山东盛瑞,由于换挡逻辑不完善和结构不合理等原因,“顿挫”、“换挡慢”和“不省油”等一直是自主品牌搭载多挡变速箱车型的”标签“。


  多挡变速箱的其他劣势  


多挡变速箱有着很多的优点,或者说具有了更好的硬件条件去获得更低的油耗、更快的加速和更平顺的换挡品质。不过,多挡位变速箱会大量增加内部的组件,对于油压、电控系统的要求也更高。除了制造和研发成本更高以外,故障点也增多。另外,内部组件更复杂,但外壳尺寸的限制导致需要压缩内部组件的体积,而较小的齿轮组和离合器片等组件会造成变速箱可承受扭矩的减小。因此在大扭矩介入的时候,往往会出于保护变速箱的机制而降低发动机输出功率。对于某些廉价车型盲目地配备多挡位变速箱,除了导致挡位过多无用浪费以外,也降低了整体的体验。



 多挡变速箱有优势,但不要神化  


当然,并不是意味着多挡变速箱不好。多挡变速箱有着更宽的减速比范围,更多的挡位也具有更强的适应性,无论什么负载和什么速度下都能选择到适合加速或者巡航的挡位,这是多挡变速箱最大的优势。不过,过度盲目追求非多档变速箱的车型不买,或者坚信多挡变速箱一定比挡位少的好,就有点不太切合实际。不论什么车的变速箱,除了挡位多少以外,还有换挡逻辑、齿比编排、和发动机匹配性、故障率、传动效率、技术是否成熟等多项指标。一副技术成熟的少挡位变速箱并不一定比技术不成熟的多挡位变速箱差。因此大家选车的时候,还是要谨慎对待“多挡控”的影响。 




(来源:玩车教授)

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