AT变速箱为什么一定要用行星齿轮组?用MT的定轴齿轮机构不行么?

芊千手绘画 2023-12-08 04:09:50

众所周知AT变速箱的特点是采用了行星齿轮组,所以才被称之为AT变速箱。而实际上AT变速箱从广义上看与行星齿轮组并没有因果关系。也就是对AT变速箱的定义并非拘泥于是否采用了行星齿轮组。其实从AT变速器的名称上就能看出,如今AT与行星齿轮组的关联其实只是狭义角度所产生的结果。

AT的全称为AutoTransmission,即是可根据车速、发动机转速自动换挡的变速箱。从广义上看无论是CVT、DCT其实都可以视作自动换挡变速箱。只不过是因为最早实现量产的AT变速箱大都采用了行星齿轮组,所以导致AT与行星轮产生了关联。所以从狭义的角度上看只有采用行星齿轮结构的自动变速箱才能叫AT。

而CVT实现量产比较晚、双离合搭载于民用车上就更晚了,所以为了便于区分这俩后起之秀自动变速箱就被命名为CVT、DCT。实际上这与电喷、直喷是同样的道理,两者都是电喷机(电控歧管喷射发动机、电控缸内直喷发动机)。只是因为歧管喷射发动机出现得更早占用了电喷的名字,后起之秀缸内直喷为了区分,就用了直喷命名。

行星齿轮组最初被用在手动变速箱上

从现代工业历史上看,行星齿轮组的诞生要早于第一台AT变速器近百年。要知道第一台AT变速器诞生于1939年,而在这之前行星齿轮组被应用于手动变速箱上。比如改变世界汽车格局的福特T型车(定义了工业生产线的概念),它所采用的就是搭载行星齿轮组的手动变速器。可能有些朋友认为行星齿轮组不是比手动变速器的结构更复杂么?

对于当今而言,N排行星齿轮组结构的确要比手动变速器的定轴齿轮(也叫平行轴)结构更复杂。但对于上世纪初汽车普遍2、3个挡位时,这种复杂度的差异并不明显,一个行星齿轮组实现两个前进档足够。为什么曾经的MT会用到行星齿轮组呢?实际上也是不得已而为之的选择,在那个齿轮理念、技术极为匮乏的年代,没产生斜齿、旋转棘轮桶之类的,更是没有研发同步器。

所以那个年代手动变速器的操作比如今的序列式变速箱还费劲,序列式变速箱好歹有旋转棘轮筒。不熟悉的操作者会导致打齿问题频出(转速不同步进行接触),这导致了换挡操作难度大幅度增加。所以在那个时期为了促进汽车的普及,只能给手动变速箱配行星齿轮组。而行星齿轮组换挡通过制动带来实现,同步过程避免了打齿问题。这为换挡的操作带来了简便。

AT变速器为什么也要用行星齿轮组?

因为当时的手动变速箱要用行星齿轮组,所以AT变速箱就一定要用行星齿轮组么?答案是:必须用。理由也很简单,人来操作都很难控制好转速同步而造成打齿。而1939年前后也没有如今的电控、TCU之类的,所谓的自动换挡完全是由机械来实现。比如发动机转速达到一定时、变速箱液压油就会顶开某一油道(阀体中的迷宫、钢珠、孔洞就是干这事用的),之后压紧某一离合、完成了升档(简单理解即可)。

这么糙的控制方式如果用在MT的定轴齿轮排上那还得了?知道诞生很早的双离合为啥量产最晚么?原因就在于转速同步方面极为依赖精确的电控技术,控制的越精确、出现转速同步问题的概率越低。话是这么说可即便2000年初的DSG其实也没完全解决这个问题对吧?所以在第一台AT变速器被设计出来的时候,采用行星齿轮组是唯一可行方案。因为用定轴齿轮组控制不了,可能开不了多远齿轮就被打碎了。

所以知道为啥AT变速箱都用行星齿轮了?AT本质上与行星齿轮组没有因果关系,这种设计只不过是最早的AT变速箱的唯一设计思路罢了,别的方式行不通。而后来变速器的挡位越来越多,行星齿轮组的优势变得更为明显,所以AT与行星齿轮组就变成了完美的组合,也可以理解为对当今AT变速器的一种固化的定义。而实际上AT变速器也是可以不用行星齿轮组的,至少以现如今的技术并不难实现。

本田8AT(8DCT)的产生

关于本田8AT或8DCT产生的说法其实是很多的,有些说是为了避开专利、有些说是当时本田技术的不成熟等等,这些江湖传言并不是重点。重点是这的确可以看作是一台采用MT定齿轮结构的AT变速箱,上文也提到了AT是个狭义词,因为最初的设计导致AT与行星齿轮组实现了绑定。但从广义上看AT与行星齿轮组无因果关系,也就是说它可以使用别的传动结构、只看想不想。

手动箱子的定轴齿轮结构如上,有几个挡位就需要机组齿轮排,上图中5档对应了5组齿轮,那8档、9档、10档呢?那就需要10组齿轮,若更多可以挂副变速箱,当然现在也出现了绕道技术(用在双离合上)。双离合变速器也采用这种齿轮结构,所以如今乘用车上的MT、DCT普遍档位不多。本田这台箱子实际上是个各种效能都极低的产物,8组齿轮排占地方、重量大,高达98公斤的重量却只能承受270nm。

而采用行星齿轮组只要3排(爱信8AT是3排齿轮组,采埃孚8貌似是4排),且能承受约400nm扭矩的爱信8速只要90公斤。这么一比较是不是本田8AT没有存在的必要了?的确如此,它的确已经很难见到了。远离很简单,用笨法去思考,同样的重量做3排轮与8排轮,很显然做3排轮的轮片要更粗壮承受的扭矩也更大。再机械领域用更少的组件完成更多的事才是关键,所以自动变速器采用定轴设计并不是正确的出路。

当然同样采用定轴齿轮组的双离合变速箱之所以流行也是因为其特点太过于鲜明,更高效的传动、超快的换挡速度,这使得它对于很多运动定位的车型而言难以舍弃。而对于AT变速箱而言采用行星齿轮组完全是走了一条捷径,可以说最初的选择是正确的。如果当初设计者们真的头脑发热弄一台定轴齿轮结构的AT变速箱那乐子就大了。还是那句话从广义的角度上看AT与行星齿轮组没有因果关系,AT用行星齿轮组仅仅是发展历程上的狭义认知罢了。

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评论列表
  • 2023-12-11 12:29

    有 本田老AT 接近于AMT

  • 2024-01-18 19:25

    好文章!讲讲为啥必须用液力变矩器?

  • 2023-12-10 22:50

    现在直线加速塞用的手动变速箱一样行星齿轮组

  • 2023-12-20 05:20

    本田8AT设计之初是想集合AT和DCT的优点,做出来之后才发现优点突出的同时缺点也突出,本想集合DCT的换挡速度和AT的可靠性,结果就是油耗比DCT高可靠性比AT低,重量还重,本田自己都不想用

    SinceJuly 回复:
    油耗不高,质量也稳定,就是这么牛逼。唯一缺点就是不能进阶改装罢了。
    小陈 回复:
    嗯,本田这款可以承受270的扭矩,同等重量的8AT好的可以承受400往上
  • 2023-12-09 18:36

    [吃瓜]之后就出现过AMT

  • 2023-12-19 17:34

    手自一体是个什么玩意

    能吃能睡 回复:
    CVT的手自只是模拟
    小陈 回复: 能吃能睡
    对的模拟7速,CVT这玩意只要他愿意可以模拟十速甚至二十速的都行,
  • 2024-02-16 22:05

    cvt无极变速不好么

  • 2024-02-16 22:09

    双离合是淘汰技术 最开始都没用多久 后来开发商为了省钱又搬出来。。

  • 2024-01-05 23:03

    双离合基本就是自动化的MT