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10AT、9AT、8AT……我們真的需要這麼多擋位的自動變速箱嗎?

要不是通用在1939年推出一款名為“Hydra-Matic”的全球首款4速自動變速箱,並從此讓自動變速箱(Auto Transmission,簡稱AT)解放我們左腳的話,估計大家還在開車上下班的路上跟離合器較勁著。

伴隨著汽車工業發展的過程中,尤其是近些年渦輪增壓發動機技術的突飛猛進,AT也迎來一波大爆發,從5AT、6AT乃至更多。但與之同時,也有不少人疑惑:各廠家爭相提升自動變速箱的擋位數的意義究竟在哪呢?我們真的需要這麼多擋位的自動變速箱嗎?咱們今天就來聊聊這個話題。

對於一臺豪華轎車而言,更多擋位的AT意味著什麼?

如果單純從變速箱的作用來看,它的職責主要是降速、增矩、中斷動力傳輸以及實現倒車這幾樣。無論是普通的家用車或是豪華車,變速箱的作用都是如此。除了換擋平順這最最基本的要求外,普通家用車的消費者所關注的焦點也僅僅是變速箱的耐用或者省油與否而已。但對於豪華轎車來說,實際上變速箱所肩負的任務還要更加多。

要知道排放法規以及排量稅已經讓渦輪增壓發動機成為了當下豪華轎車的主力配備,因此讓發動機保持在最合適的發力區間自然成為了變速箱的另一項重任。

與此同時,豪華車消費者對於更快的換擋速度、更低的油耗、更高的傳動效率等指標的要求也越來越高,原有的擋位數已經不能滿足需求的前提下,以更多擋位來達到目的便成為兼顧上述各項需求的最合適解決方案。

▲發動機萬有特性曲線圖:紅圈位置為最高燃效區間

那麼多擋位AT有什麼好處呢?最簡單直接的答案便是擴大齒比範圍之餘,讓發動機有更多合適的齒比選擇數量以及更小的擋位之間齒比落差。

我們都知道發動機存在一個比較狹窄的最高燃效區間,那麼在複雜多變的工況下,越是多擋位的變速箱越能通過不同齒比的組合,讓發動機儘可能接近或者停留在這個最高燃效區間轉速內工作。

而更低的齒比落差則能夠減小擋位切換時發動機的轉速升跌幅度,在同樣的液力變矩器標定前提下,理論上換擋速度衝擊會小很多,也就是我們平時所說的換擋會更加平順。至於齒比範圍很好理解,無非是變速器最小齒比和最大齒比之間的落差,理論上齒比範圍越大,變速箱低擋位的加速效能以及高擋位的燃油經濟性會得到相應的提升。

不過齒比範圍還需連同發動機的動力輸出一併考慮,ZF那臺橫置9AT便是很好的例子。它有著9.81:1的齒比範圍,第9擋的齒比僅為0.48。按道理能讓發動機高速巡航的轉速更低。然而由於ZF 9AT的主減速比太小,因此放在老款的2.4L自由光上,卻出現了120km/h續航時卻掛不上第9擋的尷尬。

那按照上述邏輯,為何大家不繼續把AT變速箱的擋位繼續往上堆,尤其是某些廠商至今仍停留在8AT甚至6AT的階段呢?最主要的問題其實是更多的擋位數,意味著變速箱的機械複雜程度更高,體積、重量、尺寸也會隨之上升。而且過多的檔位還需要更多的換擋邏輯指令,匹配做不好反而影響換擋速度。

因此出現在各家旗艦轎車上的變速箱,往往凝聚了當下最尖端的技術,正如當年6AT之於E65 7系,8AT之於USF41 LS以及當下10AT之於CT6。

8AT/9AT,燃油經濟性壓力下的應試作業

當然了,在究竟多少擋位才合適的問題上,每個廠家都會有自己的見解,我們不妨以賓士和採埃孚作為例子。賓士自家9G-Tronic的最大亮點在於其相當寬泛的9:15:1齒比範圍,並且通過4個行星齒輪組、6個換擋機構便實現了9個擋位的佈局,結構上更加精簡。

而且得益於液力變矩器和油底殼分別採用鋁合金和鎂鋁合金材質,讓9G-Tronic在重量和體積上反而比7G-Tronic更輕更小,同時它還能承受高達1000Nm的扭矩輸出。另外,並且賓士還改進了液力變矩器的液壓回路,令傳動效率提高到92%。從齒比排布來看,9G-Tronic的7、8、9擋均為超比擋,工程師儘可能降低轉速,達到較好的燃油經濟性的意圖很明顯。

對於ZF 8AT來說,開發之初其最大的目的便是降低油耗,因此它的齒比排布比起ZF 6AT更加綿密,四個行星齒輪組和五個換擋離合器能夠讓它最大限度地減少了阻力損失。同時液力變距器內配備鎖止離合器,讓傳統效率得以提升之餘,換擋速度也能達到200毫秒的水平。

從齒比排布上,ZF 8AT旨在提升齒比範圍,以達到變速器的適用範圍更廣(兼顧低速大齒比和高速省油)的目的。

80km/h就能上第10擋,齒比綿密得驚人!

無可否認,ZF 8AT和賓士的9G-Tronic都是相當出色的變速箱,但仍未能稱之為完美。直至通用釋出了10AT以後,才用事實告訴大家:搭載在新款CT6上的這臺10AT或許是當下 AT變速箱的最優解。

從數字上,10AT比9AT只增加一個擋位,可是正如上文所述,其內部結構將會變得更復雜,並因此而帶來的重量、體積等一系列負面影響。但令人意想不到的是,CT6 所搭載的10AT的結構其實相當緊湊,尺寸上也就和ZF、愛信這兩家的8AT大致相仿。

▲CT6 10AT多片式三重離合器

深究原因的話,主要得歸功於它的液力變矩器的直徑只有260mm,同時離合器所採用的同軸設計大大節省了佈置空間。讓這臺10AT通過四組行星齒輪和六組離合器便能實現10個前進擋的切換。另外,通用的工程師還通過一體式鋁製外殼來減輕變速箱的整體重量,讓變速的擋位數增加之餘並沒有在重量上給發動機帶來更多負擔,從而影響到燃油經濟性。

而在齒比排布上,這臺10AT的齒比範圍為7.39:1。從這點可以看出,它的思路和此前的Hydra-Matic 橫置9AT很相似。並沒有執著於把齒比範圍擴大,而是通過密齒比的設計,讓擋位切換來得更加連貫和平順。而且更小的齒比落差,能夠讓發動機轉速保持在峰值扭矩平臺附近,讓動力輸出能夠更加快一些。電子控制容量離合器(ECCC)技術的加入,能通過可調節的滑動量來抑制發動機脈衝,實現換擋過程中更加平穩的銜接。

如果再把它和ZF 8AT、9G-Tronic的齒比數放在一起便能發現,這臺10AT從第7擋開始才進入直接擋(齒比等於1)。換言之,在市區走走停停這種比較耗油路況中,變速箱有著多達6個擋位的選擇空間,讓發動機儘量接近高燃效的轉速區域工作。同時後三擋為超比擋的設計,令第10擋有更高的使用率。知行君試駕CT6時實測過,只要時速達到80km/h便能掛上第10擋。

你沒聽錯,TA換擋比保時捷PDK還快!

如果單純以齒比和重量體積這兩個維度就說它出色未免還不夠全面,然而這臺10AT最值得稱道的地方在於因擋位數增多也導致換擋速度下降的問題在它身上並不存在,其換擋速度甚至超越了雙離合變速箱。一方面它支援快速降擋策略,尤其大腳油門急加速時可從10擋直接降至5擋,讓變速箱避免逐級降擋所帶來的拖沓。

▲CT6 10AT液壓閥體

另一方面則是在4個行星齒輪組和6組換擋離合器的結構內,變速箱離合器的兩兩配對實現了“結合”和“鬆脫”這兩個動作的無縫銜接,再結合通用為其量身開發的控制器和電磁閥,讓這臺10AT的1-2升擋比保時捷的PDK雙離合變速箱快36%,而2-3和3-4升擋分別快27%和26%。

▲CT6 10AT可變排量葉片泵

再者,為了避免因齒輪組數目增多而導致的機械摩擦損失的遞增,這臺10AT採用了粘度比原來上一代自動變速箱減少25%的低粘度變速箱油,並且變速箱內部的油路還增加了旁通設計,讓變速箱可以更快達到工作溫度;而可變排量葉片泵則能根據速度和負載調節變速箱油壓,從而提高變速箱的傳動效率。

在此前試駕的新款CT6上,這臺變速箱確實能讓換擋動作做到近乎無感的絲滑狀態。而且正常的駕駛節奏下,發動機能用到2000轉以上的機會並不多,密齒比的好處便體現在這了。只要路況允許,60km/h便能掛上7擋、甚至8擋來巡航。別看10AT的燃油經濟性較前代的提升只是2%,但搭配全新的2.0T可變缸渦輪增壓發動機以後,能讓CT6以堪比D級車的身型尺寸做到7.1L/100km的油耗成績,算是非常出色的數字了。

知行有話說

和其它多擋位的AT相比,CT6 上的10AT並沒有單純執著於齒比範圍或者超比擋數目,而是在提升燃油經濟性的前提下,同時把換擋速度、平順性乃至傳動效率都一併兼顧到。而且緊湊的體積也降低了它和不同車型匹配的難度。而CT6有了10AT的加持以後,無疑能讓它繼續捍衛了凱迪拉克家族旗艦的身份,奠定CT6、5系、E級這後驅三強的局面。
Reference:Man's Daily

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