趣味問題:手動變速箱是否會被淘汰,賽車真的使用這種機型嗎?

2020-12-16 汽車科學島

#老司機聊汽車知識#

問題:

自動擋變速箱能否用於賽車?對於Manual transmission手動變速箱痴迷的用戶,總是期望找到一些案例來印證MT仍然有存在的意義;於是看到各類賽事使用的汽車還在手動撥動檔杆,於是就想找到了「救命稻草」一樣。

然而高段位的賽車使用的都不會是「H型·手動變速器」,類型實際涵蓋兩類:序列式變速箱,無改組自動變速箱!至於F1方程式賽車使用的所謂無縫換擋變速箱,其本質應當屬於「雙離合PLUS」且具備MT手動起步模式的特殊機型,這些機器嚴格意義上都不屬於MT哦。

01無改標準-自動

以拉力賽為主的賽車均有「無改賽車組」,指車輛單純更換適配的輪胎,或者進行懸架和底盤的加強,車輛的動力傳動系統是不允許改動的。所以參與此類賽事的車輛有很多都是自動擋,而且變速箱的類別不盡相同,哪怕是出現AT和雙離合都不要感覺意外。

AT理論上市最不適合賽車的變速箱選項,因為這種機器在起步瞬間多為「液力傳動」;也就是通過發動機嵌入泵輪動力轂,帶動泵輪運轉攪動變速箱油流動,油液通過導輪流到到渦輪擠壓使其運轉(傳動)。理由迫力油傳動會有較大的動力損耗,而能夠做到起步瞬間就以單向離合器推動泵輪渦輪結合,以剛性低損耗狀態傳動的機型是極少的,所以AT很少由於賽車。

Double clutch transmission為雙離合變速箱,這種機型用於競速賽車是再合適不過的選項了;知名度非常高的保時捷PDK-DCT,最早是在1983年用於「Porsche-956」的賽車上,後期的962型賽車也用雙離合,而且取得的成績是非常好的。

所以並不存在雙離合自動變速箱不能用於賽車的說法,但是這種機器確實不適合用於拉力賽(越野);因其傳動結構還是發動機飛輪與離合器的剛性結合,起步換擋以及脫困時難免要半聯動。

所謂的半聯動是降低離合器壓盤對摩擦片的壓力,通過飛輪轉矩大於摩擦係數的方式,使得飛輪與離合器以打滑狀態運行;飛輪打滑可以緩慢輸出動力以實現脫困,同時可以抵消通過傳動系統反向施加給飛輪的運行阻力,說白了就是保證不熄火且車輛可以前行。

然而從正常的滾動摩擦變成打滑狀態的「半滑動摩擦」傳動,這也會快速的打磨摩擦片與壓盤;拉力賽是要越野的,高頻率的半聯動的打磨很快就會燒毀離合器,同時也容易造成高溫導致宕機,所以這種結構的車輛恨不適合越野賽車。

自動擋最佳賽車選項:PHEV插電式混動汽車——電驅系統減速器!

並聯混動汽車具備動力儲備強大的電驅系統,功率扭矩都不輸車上裝備的內燃機驅動系統;比如曾經參加過插電混動無改組且多次獲得冠軍的比亞迪秦與秦Pro,這兩臺車裝備的HDCT溼式雙離合似乎也不適合拉力賽,但是電驅系統幫了大忙。

因為電動機的轉速可以輕鬆達到≥1.5萬轉(每分鐘),同時起步第一轉就能爆發最大扭矩;所以調整車速完全不用變速箱,也就是直接驅動車輛即可達到超高時速。

但是也因轉速過高所以需要為其減速,於是就裝備了單速比減速器;也就是「1AT」變速箱,概念仍然是發動機直驅,這是最佳的連續可變傳輸-無級變速,且齒輪組結構不需要考慮磨損問題。

那麼至此還能說自動變速箱不能用於賽車嗎?答案顯然是否定的,不過一些賽事為了提高觀賞性,對於這種有絕對優勢的動力傳動系統是不允許使用的。比如F1方程式賽車就不允許用PHEV技術,電機系統也只是輕混標準而已,那麼這種汽車用什麼變速箱呢?

02職業F1-無縫銜接

有人說方程式賽車使用的是序列變速箱,這種秒撒胡也不夠精準;嚴格意義上只能用「無縫換擋」來定義這種機型,普通的雙離合變速箱已經有非常高的效率,在換擋時假設以1擋起步,準備升2擋的瞬間是先不分離行駛擋,而是限行做好升檔(嚙合2擋)的準備,在分離1擋的瞬間做到結合2擋。

這種操作已經可以達到兩位數的毫秒級換擋標準,AT是很難達到這種超高水平的;至於MT手動變速箱完全沒有可能性,因為換擋的操作需要先行控制離合器踏板,摘擋後再掛入新的前進擋,最後鬆開離合器結合傳動——整個流程是需要按照「秒」來計算的,所以這種技術被早已被賽車以及跑車淘汰,那麼什麼又是無縫換擋呢?

簡而言之,雙離合可以做到摘擋和入擋的「幾乎同步」,用幾乎來評價是因為還沒有做到100%同步,摘掛操作還是有時間差的;但是無縫換擋變速箱是用單向傳動齒輪組排列前進擋齒輪,可以實現的操作是變速箱先掛上準備升高的前進擋,換擋步驟很特殊。

先升擋利用升檔慣性力分離低速擋雙離合變速箱換擋時還需要分離發動機與變速箱的連接(離合器),哪怕是半聯動也不是正常結合傳動狀態;但是無縫換擋的升檔是不需要分離離合器的,也就是先掛擋後,利用齒輪自身的作用力「甩開」低速前進擋,這樣的動力銜接就會非常順暢了,而且換擋的速度可以比普通雙離合變速箱縮短數十倍,那麼這種機器又為什麼被會誤認為是手動變速箱呢?

原因:賽車需要有效控制起步轉速,不同的路面條件與輪胎類型,決定換擋轉速的控制要更加精準;自動變速箱起步轉速也可以拉伸,但為了保護離合器或變矩器往往會限制到很低,比如≤2500rpm。

這不是能滿足賽車需求的標準,所以無縫換擋變速箱設計出了離合器撥杆,在起步和停車時需要通過撥杆操作,同時可以做到轉速的自由調整。有撥杆則很像是手動變速箱,其實性質完全不同,畢竟行駛中是不需要操作撥杆的;這種變速箱的製造成本,可以輕鬆換一串MT汽車。

03序列式變速箱

Sequential gear box嚴格意義上接近「MT」,但標準操作實際屬於「AMT減去自動換擋機構」,也就是有高效率的自動離合器,各大主機廠還是認為這種作業系統屬於準自動變速箱,而AMT則是標準電控機械自動變速箱。(不用手動換擋)

這種機器的特點是使用了旋轉棘輪筒,傳動齒輪是所謂的「直齒」;同時換擋撥叉在同一根撥叉軸上;操作換擋杆時的機械結構可以改變所有換擋撥叉的位置,這種特殊的設定可以實現是換擋時也不用切換離合器,實際本質上與F1的變速箱沒有什麼差別,只是叫法和細節的技術的存在不同。

這種變速箱也只是在起步停車時控制離合器,行駛中的換擋只需要控制檔杆,但是不能跳擋加減檔,點火時不用切斷離合器的原因是發動機會瞬間斷火,不過時間控制標準不會影響車輛的動力銜接。

不過序列式變速箱的使用壽命很短,因為換擋時的同步器是硬扛衝擊的;所以普通代步汽車不適合用這種機器,只有極少數的歐系超級跑車有使用過。

總結:普通的MT變速箱因為換擋速度太慢而會影響性能發揮,序列式變速箱耐用性差,而且操控難度非常高。

結果則是高性能汽車普遍都採用了高效率的雙離合,或者水平非常高的AT變速箱;手動變速箱目前只用於商用車型,以及小排量的的入門級代步汽車了。這種機器終將成為過去式,尤其是在電動與混動汽車普及後;MT只有製造成本低的優勢,那麼經濟發展速度與程度是不是決定了MT的命運呢?

編輯:天和Auto-汽車科學島

天和MCN授權發布

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