在此前的專(zhuān)欄文章中，我科普了一些CVT變速箱的基礎(chǔ)知，也有不少朋友私信與我探討『CVT不如AT』的話(huà)題。正好借著豐田WCVT變速箱的技術(shù)解釋?zhuān)覀儊?lái)淺談一下『CVT到底是不是不如AT』。
AT與CVT的不同結(jié)構(gòu)
「AT變速箱」作為目前燃油車(chē)自動(dòng)變速箱的主流，備受推崇，坊間更有『AT>DCT>CVT』的潛規(guī)則排名，既然地位那么高，必有其原因。所以，我們先要從最基本的結(jié)構(gòu)和工作原理去認(rèn)識(shí)它的特點(diǎn)。
常規(guī)「AT變速箱」的主要部件
本文中提及的「AT變速箱」主要指的是「液力自動(dòng)變速箱」。主要由「液力變扭器」、「行星齒輪組」、「離合器」和「液壓控制系統(tǒng)」組成，通過(guò)液力傳遞和齒輪組合的方式來(lái)達(dá)到變速變矩。
常規(guī)「液力變矩器」的結(jié)構(gòu)
常規(guī)「液力變矩器」的工作原理
「液力變矩器」一般是由「泵輪」、「導(dǎo)輪」、「渦輪」及「鎖止離合器」組成。動(dòng)力傳遞路徑：「殼體」→「泵輪」→「渦輪」→「變速器」。其原理就像一把插電的風(fēng)扇能夠帶動(dòng)一把不插電的風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)一樣。
「行星齒輪」結(jié)構(gòu)
「AT變速箱」的核心部件就是「行星齒輪組」，其包括「行星架」、「齒圈」和「太陽(yáng)輪」（又稱(chēng)「中心輪」），由于這三者的周長(zhǎng)不同，所以通過(guò)聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速，也就是『變速』。
「行星齒輪組」變速器原理
「行星齒輪組」內(nèi)部工作邏輯表
看到這里，你或許會(huì)有一個(gè)問(wèn)題，變速的基礎(chǔ)是將「行星齒輪組」的某一個(gè)部件固定住，那么如何解決固定部件的切換呢？很簡(jiǎn)單，用「離合器」就可以了。
「AT變速箱」中「離合器」工作原理
「離合器」的「摩擦片」是在變速器油中工作，且用油壓推動(dòng)「活塞」進(jìn)行工作。「壓力油」進(jìn)入「離合器殼體」，對(duì)離合器「活塞」施加作用力。「活塞」迫使「鋼片」和「摩擦片」擠壓在一起，完成換擋。
「液壓控制系統(tǒng)」基本原理
有了「離合器」，就有執(zhí)行換擋的機(jī)構(gòu)，最后，我們還要有一個(gè)大腦來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這就是「換擋控制系統(tǒng)」（即「液壓控制系統(tǒng)」），該系統(tǒng)主要由「變速器控制電腦」（或叫「變速器控制單元」即TCU）、「電磁閥」和「閥體」構(gòu)成。
2015款雪佛蘭賽歐3自動(dòng)擋的TCU
「液壓控制系統(tǒng)」中的TCU通過(guò)電信號(hào)控制「電磁閥」的動(dòng)作，從而改變「變速箱油」在「閥體」油道的走向。當(dāng)作用在「多片式離合片」上的油壓達(dá)到制動(dòng)壓力時(shí)，「多片式離合片」接合從而促使相應(yīng)的「行星齒輪組」輸出動(dòng)力。
「AT變速箱」主要部件及作用
1. 增加「擋位」是一大瓶頸
傳統(tǒng)「AT變速箱」（平行軸式）
在此前撰寫(xiě)的文章中，我們得到一個(gè)相對(duì)普世結(jié)論：「擋位」越多會(huì)帶來(lái)的好處多于壞處，所以「AT變速箱」也朝著這個(gè)目標(biāo)發(fā)展。不過(guò)與其他「齒輪式」變速箱一樣，如果要增加「擋位」，就需要增加「齒輪組」……
頗有「平行軸式」設(shè)計(jì)思路的「既視感」
舉個(gè)例子，早期豐田采用「平行軸式」設(shè)計(jì)（如上圖），一個(gè)4速「AT變速箱」（如豐田A340）需要兩組「（辛普森式）行星齒輪組」，如果要提升到6速，那就必須增加至少一組「行星齒輪組」。如果想增加到兩位數(shù)以上的「擋位」，按照「平行軸式」設(shè)計(jì)方案……
2. 都說(shuō)「AT變速箱」油耗高？
以我自己開(kāi)的沃爾沃S60L（2016款T3）為例，采用為前置前驅(qū)車(chē)重新設(shè)計(jì)的愛(ài)信變速箱（型號(hào)AWF6F25，最大扭矩容量為280Nm）。從我的駕駛感受而言，無(wú)論是升擋的平順性，但就一個(gè)1.5T的車(chē)，百公里油耗超9L。相信這與「AT變速箱」有著不小的關(guān)系。
愛(ài)信公司（豐田為大股東）為前置前驅(qū)車(chē)型結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的「AT變速箱」
由于「AT變速箱」在動(dòng)力接入時(shí)使用的是「液力變矩器」，即是 『軟』傳動(dòng)，這帶來(lái)一個(gè)缺陷：動(dòng)力不是直接輸出，「泵輪」轉(zhuǎn)速要大于「渦輪」才可以實(shí)現(xiàn)你想要的動(dòng)力，這帶來(lái)的結(jié)果就是內(nèi)耗大（耗油）。雖然通過(guò)「鎖止離合器」或「制動(dòng)帶」優(yōu)化的方式，可以將『軟』傳動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤河病贿B接，將能量損失降到最低。但是，「AT變速箱」在油耗控制上還是落后于「手動(dòng)變速箱」，也落后于我們將要詳聊的「CVT變速箱」。
「帶式CVT」作為最常見(jiàn)的CVT結(jié)構(gòu)，通常『傳統(tǒng)CVT變速箱』，其核心部件是由「滑輪機(jī)構(gòu)」和「?jìng)鲃?dòng)帶」組成。
「帶式CVT」基本工作原理（簡(jiǎn)圖）
「滑輪機(jī)構(gòu)」的「錐形盤(pán)」成V形結(jié)構(gòu)，「錐形盤(pán)」可在液壓的推力作用下收緊或張開(kāi)，擠壓「?jìng)鲃?dòng)帶」以此來(lái)調(diào)節(jié)V形槽的寬度。當(dāng)「錐形盤(pán)」向內(nèi)側(cè)移動(dòng)收緊時(shí)，「?jìng)鲃?dòng)帶」在「錐形盤(pán)」的擠壓下向圓心以外的方向（離心方向）運(yùn)動(dòng)，相反會(huì)向圓心以?xún)?nèi)運(yùn)動(dòng)。這樣，「?jìng)鲃?dòng)帶」帶動(dòng)的圓盤(pán)直徑增大，傳動(dòng)比也就發(fā)生了變化。
「帶式CVT」的「滑輪控制」機(jī)構(gòu)
汽車(chē)開(kāi)始起步時(shí)，「主動(dòng)滑輪」的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動(dòng)比，從而保證驅(qū)動(dòng)橋能夠有足夠的扭矩來(lái)保證汽車(chē)有較高的加速度。隨著車(chē)速的增加，「主動(dòng)滑輪」的工作半徑逐漸增大，「從動(dòng)滑輪」的工作半徑相應(yīng)減小，CVT的傳動(dòng)比下降，使得汽車(chē)能夠以更高的速度行駛。
「鋼鏈」的基本結(jié)構(gòu)
「?jìng)鹘y(tǒng)CVT」的核心部件就是「?jìng)鲃?dòng)帶」，而使用最為廣泛的就是「鋼鏈」和「鋼帶」兩類(lèi)?！镐撴湣故怯?個(gè)圓弧曲面的「銷(xiāo)子」組成銷(xiāo)子組， 并通過(guò)「鏈節(jié)」固定組成「鋼鏈」最基本的一個(gè)單位，2個(gè)「鏈節(jié)」之間的彎曲通過(guò)「銷(xiāo)子」兩配合曲面的滾動(dòng)來(lái)完成 。
「鋼帶」的基本結(jié)構(gòu)（3D）
「鋼帶」（適用QR019）是由400片左右金屬「推片」和多組「鋼環(huán)」組成，每個(gè)「推片」的厚度為 1.4mm左右，單側(cè)「鋼環(huán)組」由厚度為0.2mm左右的12或9片「鋼環(huán)」組成。在實(shí)際工作中，「鋼帶」的大部分扭矩傳遞都是通過(guò)「推片」之間相互擠壓來(lái)傳遞的，所以這種「鋼帶」也被叫做「推力帶」。由于「鋼帶」相比「鋼鏈」在工作時(shí)產(chǎn)生的噪音和震動(dòng)更小，是目前應(yīng)用最廣的CVT傳動(dòng)帶。更多CVT基礎(chǔ)知識(shí)，請(qǐng)看這篇長(zhǎng)文。
1. 無(wú)級(jí)傳動(dòng)真省油
「CVT變速箱」是目前最能使得發(fā)動(dòng)機(jī)能在最經(jīng)濟(jì)的扭矩和轉(zhuǎn)速范圍工作的變速箱
相比「AT變速箱」擺脫了齒輪的束縛，「?jìng)鹘y(tǒng)CVT」真正實(shí)現(xiàn)了變速「無(wú)級(jí)」，其重大意義在于，通過(guò)「滑輪機(jī)構(gòu)」和「?jìng)鲃?dòng)帶」將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終保持在最大功率點(diǎn)附近（注意不是最大扭矩），所以「?jìng)鹘y(tǒng)CVT」燃油經(jīng)濟(jì)性毋庸置疑；
2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小
豐田TNGA架構(gòu)下的WCVT變速箱
相比「齒輪式變速箱」需要多組齒輪變速不同，一組簡(jiǎn)單的「滑輪機(jī)構(gòu)」和「?jìng)鲃?dòng)帶」解決了大部分變速問(wèn)題，在體積上的優(yōu)勢(shì)讓「齒輪式變速箱」望塵莫及，無(wú)需過(guò)多贅述。
3. 「鋼帶」是『水桶變速箱』的關(guān)鍵之一
「鋼帶」的基本結(jié)構(gòu)
對(duì)于「CVT變速箱」中「鋼帶」的質(zhì)疑一直是吃瓜群眾們的熱議點(diǎn)，而質(zhì)疑的焦點(diǎn)無(wú)非是兩個(gè)：
1）「鋼帶」的最大承受力差
2）「鋼帶」打滑帶來(lái)的能量損失
關(guān)于第一個(gè)問(wèn)題，相信稍懂一些的朋友都已經(jīng)知道『目前「鋼帶」已經(jīng)不是那么羸弱不堪』，講一個(gè)汽車(chē)的冷知識(shí)：
1993 Williams FW15C
1991年，DAF公司找上了威廉姆斯車(chē)隊(duì)技術(shù)總監(jiān)海德，決定開(kāi)發(fā)在F1賽車(chē)上使用的CVT系統(tǒng)。他們花了半年的時(shí)間研發(fā)出可用于800kW（1072匹馬力）引擎的CVT系統(tǒng)。不過(guò)帶來(lái)的結(jié)果就是整個(gè)系統(tǒng)只有4小時(shí)的壽命。當(dāng)時(shí)的測(cè)試車(chē)手庫(kù)特哈德在測(cè)試過(guò)后對(duì)這輛賽車(chē)大加贊賞：表示賽車(chē)不但在加速過(guò)程中毫無(wú)間斷，甚至還可以使用過(guò)去在卡丁賽車(chē)上的左腳剎車(chē)技巧。經(jīng)測(cè)試，這款賽車(chē)在銀石賽道上相較同時(shí)代的賽車(chē)有幾秒的優(yōu)勢(shì)。后來(lái)在1993年，威廉姆斯車(chē)隊(duì)的FW15C與塞納的宿敵阿蘭·普羅斯特以15個(gè)桿位，10個(gè)分站冠軍，10年最快單圈帶走廠(chǎng)商冠軍和車(chē)手冠軍。而FIA也不得不在次年修改規(guī)定，禁止CVT變速箱出現(xiàn)在賽場(chǎng)。
當(dāng)然，F(xiàn)1上的技術(shù)不是每個(gè)都會(huì)用到民用汽車(chē)的，不過(guò)這說(shuō)明了一個(gè)結(jié)果：不是沒(méi)有解決「鋼帶」承受能力的方法，而是一個(gè)衡量『值不值得』做的問(wèn)題。
目前民用「CVT變速箱」的「鋼帶」承載扭力上限一般被設(shè)置在450N·m，同時(shí)也帶來(lái)了30萬(wàn)公里左右的壽命（AT通常在40萬(wàn)公里），所以關(guān)于『「鋼帶」的最大承受力差』的問(wèn)題，就目前『車(chē)開(kāi)不到20萬(wàn)公里便換』的現(xiàn)狀，基本就是不存在。
但是關(guān)于『「鋼帶」打滑帶來(lái)的能量損失』的問(wèn)題，我不得不承認(rèn)「AT變速箱」在傳動(dòng)效率上的確存在著優(yōu)勢(shì)（AT最高效率96%左右，CVT在90%左右），但「CVT變速箱」廠(chǎng)商也在為控制「鋼帶」滑動(dòng)等方面不斷優(yōu)化（在下面介紹豐田WCVT部分會(huì)詳解），所以，在這個(gè)問(wèn)題上，比的就是『哪家變速箱廠(chǎng)的技術(shù)更牛X』。
4. 駕駛樂(lè)趣的爭(zhēng)議
「CVT變速箱」在帶來(lái)平順加速的同時(shí)，也帶來(lái)一個(gè)被人爭(zhēng)議最多的問(wèn)題：駕駛樂(lè)趣怎么辦？！『地板油』都踩了，『推背感』去哪里了？！
其實(shí)，我本來(lái)不想談及這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@是每個(gè)人的抉擇問(wèn)題，就像我在科普輪胎和機(jī)油時(shí)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的一句話(huà)『世界上沒(méi)有最好的，只有最適合的』。
首先，搭配「CVT變速箱」的民用家轎一般排量都不大，多是主打『燃油經(jīng)濟(jì)性』的車(chē)型，就算配合一臺(tái)「AT變速箱」又能有多大的提升呢。那么既然你要的是『小鋼炮』，那還看什么『燃油經(jīng)濟(jì)性』車(chē)型呢。
其次，目前大部分「CVT變速箱」都自帶了模擬擋位，比如2019款凱美瑞的「CVT變速箱」帶來(lái)模擬10速的擋位，也就是將無(wú)級(jí)變速過(guò)程中，固定10個(gè)傳動(dòng)比，讓偶爾想『野』一把的朋友，過(guò)過(guò)小癮。
5. 啟動(dòng)時(shí)的遲滯
相比「齒輪式變速箱」齒輪嚙合直傳動(dòng)力的結(jié)構(gòu)，「CVT變速箱」是以「?jìng)鲃?dòng)帶」的摩擦傳輸動(dòng)力方式的確『軟』了很多，更是很難實(shí)現(xiàn)『二擋7200轉(zhuǎn)，干他』的『騷氣』操作……給到人一種『遲滯』感，這算是一個(gè)先天的結(jié)構(gòu)劣勢(shì)。
如何解決？就讓我們來(lái)看看豐田2019款凱美瑞上搭載的WCVT（又稱(chēng)「Direct Shift-CVT 變速箱」）給我們帶來(lái)的驚喜。
作為豐田TNGA架構(gòu)下全新動(dòng)力總成的一部分，WCVT的主要特點(diǎn)在于：
搭載WCVT變速箱的2019款凱美瑞
1. 【提升】相比傳統(tǒng)3代「CVT變速箱」提升6%的燃油經(jīng)濟(jì)性；
2. 【提升】「錐盤(pán)」傾角變窄較前代提升20%換擋速度；
3. 【新增】加入啟動(dòng)齒輪，擴(kuò)大傳動(dòng)比（15%），并帶來(lái)啟動(dòng)時(shí)的快速反應(yīng)。
WCVT帶來(lái)的燃油經(jīng)濟(jì)性（源自豐田官網(wǎng)）
除了以上提到的3個(gè)重點(diǎn)，WCVT還帶來(lái)縮小「滑輪機(jī)構(gòu)」和提升響應(yīng)速度的優(yōu)化
WCVT的「啟動(dòng)齒輪」結(jié)構(gòu)（源自豐田官網(wǎng)）
WCVT加入「啟動(dòng)齒輪」技術(shù)，可以理解為一種『技術(shù)混搭』，其實(shí)質(zhì)是集「齒輪式變速箱」與「CVT變速箱」結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)于一體。依靠「齒輪機(jī)構(gòu)」起步，旨在解決「?jìng)鹘y(tǒng) CVT」起步反應(yīng)慢、不能吊轉(zhuǎn)速起步和懼怕打滑等缺點(diǎn)，在起步時(shí)讓傳動(dòng)『硬』起來(lái)！
WCVT的「?jìng)鲃?dòng)比」較前代大到7.5：1（源自豐田官網(wǎng)）
不過(guò)增加了齒輪機(jī)構(gòu)，相對(duì)地也增加了體積，好在「CVT變速箱」本來(lái)結(jié)構(gòu)就簡(jiǎn)單，而且WCVT也縮小「滑輪機(jī)構(gòu)」。豐田WCVT的這種取長(zhǎng)補(bǔ)短的『技術(shù)混搭』的設(shè)計(jì)理念，其實(shí)已經(jīng)成為了目前汽車(chē)技術(shù)的一種趨勢(shì)，比如「AT變速箱」在「液力變矩器」和「雙離合」技術(shù)的融合。而WCVT將這種理念引入了「CVT變速箱」設(shè)計(jì)，不乏是一個(gè)小驚喜。
WCVT減小了「錐盤(pán)」傾角（源自豐田官網(wǎng)）
通過(guò)減小「錐盤(pán)」傾角，調(diào)整「鋼帶」的角度，豐田官方宣稱(chēng)『這臺(tái)新WCVT的綜合效率以及響應(yīng)速度也能夠達(dá)到DCT的水平』。單一從這個(gè)結(jié)構(gòu)調(diào)整上，我可能無(wú)法給出信服的肯定，推薦感興趣的朋友可以去試駕一下2019款凱美瑞。
博世Single Loopset Pushbelt
不過(guò)這一優(yōu)化的妙處在于『小變化，大效果』，此前我也提到過(guò)，比如博世試圖通過(guò)改變「鋼帶」的形狀（如上圖）來(lái)減少傳動(dòng)的損耗，只是對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈而言成本較高。所以在『成本最低，效用最大』的考慮下，調(diào)整結(jié)構(gòu)優(yōu)化絕對(duì)是最正確的選擇。
WCVT與「AT變速箱」的對(duì)比（部分）
WCVT的定位也比較有趣，在與6AT和8AT的對(duì)比中，我們可以發(fā)現(xiàn)，其「?jìng)鲃?dòng)比」高于6AT，略低于8AT，從性能上兼顧了低速啟動(dòng)動(dòng)力和高速省油。而在成本上高于6AT，低于8AT。就這兩方面，我們隱約感到WCVT目標(biāo)明確——干掉6AT。
WCVT與「?jìng)鹘y(tǒng)CVT」的對(duì)比（部分）
相信使用「?jìng)鹘y(tǒng)CVT」的主機(jī)廠(chǎng)在看到了豐田WCVT的優(yōu)勢(shì)后，應(yīng)該不會(huì)坐以待斃，這也讓我對(duì)「CVT變速箱」的未來(lái)充滿(mǎn)期待。
傳統(tǒng)CVT與傳統(tǒng)AT對(duì)比（概述）
平心而言，CVT與AT各自有著自己的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。但在全球注重節(jié)能環(huán)保的今天，『小排量、低油耗』的燃油車(chē)逐步占領(lǐng)全球主流市場(chǎng)，所以擁有高效率、省油等優(yōu)點(diǎn)的「CVT變速箱」前途寬廣。我們必須承認(rèn)「?jìng)鹘y(tǒng)CVT」在不停的優(yōu)化，已經(jīng)不是當(dāng)年的那個(gè)『弱雞』，特別是WCVT作為新一代量產(chǎn)的『技術(shù)混搭CVT』，不僅對(duì)豐田的TNGA架構(gòu)意義重大，更是對(duì)CVT技術(shù)的一種新的思考。
各位熱愛(ài)汽車(chē)知識(shí)的紳士們，我們又見(jiàn)面了！
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