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自动变速箱诞生原因之一 居然是斯隆驾驶水平不高

【机械网】讯

 不管愿意还是不愿意,我们总要面对的一个现实是手动变速箱正在被淘汰。这种变化引起了许多汽车爱好者的愤慨。2010年,法拉利宣布将逐步取消手动变速箱的时候,就给手动变速箱是否还有存在意义的争论火上浇了把油。

    但这一趋势的背后其实是自动变速箱的不断发展,它们已经进化到足够优秀。也可以说,正是自动变速箱的出现,才让汽车驾驶不再那么困难。于是,我们总是心怀感激那些为自动变速箱诞生而付诸心血的伟大工程师们,也因此回忆起了世界第一款自动变速箱Hydra-Matic诞生的那些岁月。

  开车为什么那么难?

  Hydra-Matic的诞生,我们必须要感谢一个人——通用著名CEO斯隆先生。在他的授权下,通用在自动变速箱研发上投入了大量资金,承受着巨大的风险,研发甚至曾一度中断,所谓道险且阻,好在斯隆坚持了下来。说起来,能让斯隆如此矢志不渝推动自动变速箱研发的原因,其实还挺出人意料的——他本人驾驶水平不高。

  

  当然,这并不是斯隆能力有问题,而是因为当时手动挡和今天的手动挡完全不是一回事儿,要知道,亨利·福特在自家Model A生产之前也是一直没能考到驾照的。

  1920年汽车刚诞生不久那会儿,发动机技术水平不高,虽然动力表现不错,但扭矩区间很窄,加上早期汽车又非常重,就造成了要想依靠变速箱完成起步,必须有一个比较高的齿轮比。更困难的是,当时的汽车根本就没有转速表一说,也不像今天可以通过估算汽车行驶速度完成换挡。因此,那时的手动变速箱对发动机转速同步要求极为苛刻,驾驶员必须能够通过发动机声音判断转速,否则稍有不慎就会造成变速箱损伤。所以,当时根本没多少人能掌握驾驶这门技术。即便是掌握的那些人,也都是起步后尽快升档,并避免停车和减速。

    高手在民间

  眼瞅着汽车驾驶如此麻烦,俄勒冈一位叫厄尔·汤普森的年轻人看不下去了。他提出了一种三速变速箱的构想:为什么不先踩离合器踏板断开发动机连接,选定齿轮和输出轴转速完成换挡后,再松开离合器结合呢?

  带着这种想法,他不断完善,然后跑去了底特律。当时的底特律对这种民科艺术家根本瞧不上,汤普森是接连碰壁,直到遇见了凯迪拉克首席工程师Seaholm。他感觉汤普森的模型虽然有点粗糙,但想法还是十分不错;既然如此,何不邀请加盟通用呢?于是,通用率先量产了与当今汽车类似的手动变速箱,驾驶汽车终于不再那么痛苦了。随之而来的是通用汽车销量的爆增,以及来自世界各地汽车制造商的合作意向。

  

  因为手动变速箱的成功,汤普森也被提拔成了副总工程师。不过,斯隆还有更大的抱负,他们的下一步计划就是自动化换挡。

  从手动到半自动的变速箱曲折发展历程

  第一次尝试的自动传动结构最初被设计成了两种使用堆叠钢片摩擦推进的无级变速器,类似滚珠轴承的原理。结构传动效果非常顺利,效率也十分高,只可惜成本太高了。(这其实就算早期无极变速箱了)

  成本太高就意味着无法量产,经过多次测试都无法解决后干脆放弃,于是汤普森第二次的尝试将重点放在了行星齿轮组上。这次,他注意武汉哪家医院治疗癫痫有效果到了一个新的动力传输方式——流体飞轮(Fluid Coulings),这就是如今液力耦合器的雏形,汤普森也凭此制造出了变速箱,只是它依然需要手动选择档位。不过,汤普森认为,只要把目前所有东西综合起来,全自动变速箱指日可待。

  

  1934年,汤普森团队转入通用汽车工程部,成立传动开发团队。他们在原自动变速箱的基础上设计出了一种分段比率传动结构(即如今的档位),更重要的是这台变速箱已经可以自动切换扭矩了。只是,这台变速箱虽然不需要手动选择档位,但还是需要使用主离合器控制起步和停车,于是传动事业部的工程师开始着手将主离合器和踏板集成在一起。

  这样一来,伴随全自动控制的发展,直接导致了液压自动化传动系统的诞生,这便是史上鼎鼎有名的“THE AUTOMATIC SAFETY TRANSMISSION”(以下简称AST)半自动变速箱。

  

  最开始,这台变速箱被率先使用在奥兹莫比尔和别克上,原因有两点:第一,销量大,可以产生规模效应;第二,避免质量问题,影响其他高端品牌口碑。

  Hydra-Matic横空出世

  然而,尽管AST变速箱生产成本开始大幅下跌,表现也不错,但斯隆还是不满意。对他而言,如何彻底解放左脚和右手依然十分重要,否则对于普通消费者来说,驾驶难度还是太高了。尤其当时雪佛兰凭借一系列创新之举超越福特,成为代表美国文化标志之一的品牌并迅速占领全球市场,搭载最新的变速箱必然是大势所趋;但如若一款车型因为变速箱操作过于复杂而降低对消费者的吸引力,那对通用市场竞争的影响也将是巨大的。

  

  最终,汤普森和同事凯利发明了另一种自动传统系统。这套传统系统以闭路、流体涡轮扭矩转换器出名,它包含了一组装有叶片的叶轮,所有叶片以一定角度组合,当与发动机直连的叶片旋转时会带动液体流动,从而带动另一个连接主动轴的叶片旋转。这其实就是世界上第一台液力变矩器。

  有了液力变矩器,发动机和传动轴之间就可以构造出一个速度比率,这个速度比率可以实现无极调节,从而保证了最终驱动效果十分平稳。

  

  1939年,这套自动变速箱结构正式被命名为“Hydra-Matic”,名字确定的同时目标也得以设定:“为高端消费者提供经济和舒适的驾乘体验”。这是斯隆对未来自动变速箱市场的展望,这套自动变速箱也被要求尽快通过技术下沉装载在雪佛兰车型上。

  坦克竟然是打开自动传动领域新世界的大门!

  正当通用加大马力为雪佛兰投产液力变矩器的时候,世界第二次大战爆发了……这是一场灾难,但通用却因此在自动传动领域打开了一个新世界。

  由于过去坦克都是由操纵杆控制方向,所以操作员有时候需要放开转向杆来转换齿轮换挡,这样一来就暂时失去了方向掌控;此外,更换齿轮时车辆速度会急剧下降,且偶尔会因动力不足停转,在战场上成为敌人的活靶子。所以,当时美国军方要求通用为美国主战坦克M3和M4设计一款新的传动系统来弥补这一项致命弱势。

  

  于是,液力变矩器的应用成为通用传动技术部门为这些坦克设计重型液压自动传动系统时的首选,并通过它对坦克两条履带分别控制,解决了坦克的平顺运行问题。后来,通用为美军设计的M24霞飞坦克,以及美军主战坦克M5A1轻型坦克都使用了液力变矩器,丰富的实践经验也使通用在自动变速箱方面突飞猛进。

  随着战争的结束,通用开始深入研究将液力变矩器应用在汽车上的课题。最终这个项目十分成功,直接成果就是1950年,通用终于在雪佛兰Powerglide上第一次使用了全新的自动变速箱,从此,自动变速箱正式进入普通家用车领域。

  

  随着Hydra-Matic的热销,威利斯、林肯等纷纷找到通用采购自动变速箱,英国的顶级豪华品牌劳斯莱斯也成为了通用的合作伙伴,并且引进这款自动变速箱到英国生产。可以说,到目前为止,多数车企都是在通用变速箱的基础上进一步创新而研发出不同类型的自动变速箱。

  自动变速箱漫长的瓶颈时期

  Hydra-Matic在自动变速箱领域就是一个鼻祖式的存在,它意味着自动变速箱从无到有,是一切自动变速箱的奠基石。但在此之后的七十多年里,变速箱只是从3速升级到4速就用了20年,从4速升级到5速再耗费了近30年,在6速上停滞不前也太久了,仿佛瓶颈时期早早到来。究其原因有两点:

  1、郑州哪里的医院可治好癫痫6AT已经能满足目前大多数产品的需求,在动力、成本、经济方面容易达到平衡。

  2、传统变速箱过多依赖液力宜昌癫痫治疗医院排名变矩器,所以导致增加档位无法控制成本,更重要的是无法控制体积和重量。

  

  虽然此前采埃孚推出了9AT变速箱,但实现方式有些取巧,也因此造成了不同程度的质量问题。最严重的是换挡顿挫,即便是冠道也无法在起步及一二档时避免这个问题。

  或许是机缘巧合,变速箱另一场变革的重任似乎又压在了Hydar-Matic肩上。如今,通用推出了一款9AT变速箱,进入中国后被率先搭载在雪佛兰探界者上。

  自动变速箱再次进入新纪元

  实际上,制造9AT并没有技术难度,但因横置平台发动机舱体积很小,真正难点在于如何在小体积内实现9AT结构。

  

  Hydra-Matic 9AT使用了一个可选择的单向离合器替代在6速自动变速箱中的两个离合器组。单向离合器可以在自由轮或保持扭矩状态间自由切换,从而减少了离合器的数量。同时,这款9AT强调On-Axis Design,即所有的齿轮都以直线的方式排列在输入轴上,而且在采用齿轮组、离合器以及扭力变矩器方面也采用了特殊策略,因此,这款9AT与原来6AT的体积大小几乎相同。

  其实,之所以要做到和6AT尺寸大体一致,也是通用在变速箱方面模块化的布局,以期无缝替代过去6AT,完成产品更新迭代。

  另外一点影响变速箱的就是液力变矩器,这也是过去自动变速箱传动效率低的主要原因,直接导致动力的削弱及油耗的上升。这次,Hydra-Matic 9AT对液力变矩器做了些调整,首先它使用了超椭圆形的横截面来降低变矩器厚度,以保持较小尺寸;其次,它采用通用电控离合器抑制发动机振动。

  

  从这款变速箱的齿比上看,应该是想做到运动和经济兼顾的效果,所以齿比设置没有采埃孚9AT那么疯狂,只有两个超速档的设定可以保证平顺性。在经济性方面,我们猜想这款变速箱应该会设置大量的离合器锁止范围,保证动力硬连接概率。

  另外一点值得关注的是,这款变速箱还会在车辆下坡时自动降档,通过发动机制动车辆速度,避免大量使用刹车造成热衰减的问题。

  其实,总结下来你可以看到这款9AT采用的几大技术都集中在小型化方面,这种小型化的技术主要依赖于通用在过去几年集大成者——电气化。通过电气化,不仅可以实现更加灵活的调节方式,同时可以降低成本,提高使用率。应该说,Hydra-Matic这次在电气化方面又开了一个青海最好癫痫医院是哪家先河,日后多档位变速箱也都会遵循此种发展方式。