十多年前学车的时候,同车的妹子跟我攀谈。为什么汽车要有变速箱?而且还有五个挡!科目三要换来换去,好烦!等红绿灯、堵车要不断的半联动挂挡,好烦!
由于年轻没有Get到这个话题重点,于是顺着工科男的思维讲了一堆理论和公式后,就没有再联系过。现在想想似乎错过了些什么。时隔多年,试试能不能用白话文再讲一下,为什么要有变速箱。
变速箱说白了就是切换传动比的一个机械机构,每一个挡位对应了一组齿轮,这组齿轮决定了这个挡位的传动比。
就算没修过《机械原理》的老铁应该也能知道,两个不一样大小的齿轮转速不一样,直径小的要转得比直径大快。
上图中的右边为输入端、左边为输出端、传动比为2。输入转的转速是1000rpm的时候输出轮的转速就是2000rpm,但是仅仅只是转速上的改变吗?
在实际场景里,该齿轮系的输入端会接入一个动力源,比如:发动机、电机等,输出端通常是一个负载,以车辆来说,这个负载可以看动力学方程。
齿轮通过齿与齿的啮合转递力,齿轮的转动又将其转换为扭矩。如果输入端的扭矩是100Nm那么输出端就需要有50Nm的负载。综上,不考虑传动效率的情况想齿轮输入与输出的功率应该是一样的
了解了齿轮的作用和特性后,就可以解释为什么要有变速箱。这个问题其实要问发动机,由于这个大兄弟的怠速的存在,导致他的转速区间比较奇特。
比如800~5000rpm。假设轮胎的滚动半径是0.317m,主减速器的速比是3.11,如果不带变速箱。750~6000rpm所对应的车速区间是28~230kmh。对于传统燃油车来说,是没办法跳过0~28kmh的车速区间,让发动机从28kmh开始工作。一旦车速低于28kmh发动机就会被憋熄火。
上面仅仅考虑的只是车辆在平地上匀速行驶,而实际车辆可能爬坡、可能加速、更有可能即爬坡又加速,这些工况所需要的功率比匀速工况要大得多!
假设发动机在2000转下匀速行驶,发动机的输出功率只需要8kw,对应途中的A点。这时候突然想要超车,所需要的功率陡增到47kw,对应图中的C点。可以发现C点已经超过了外特性曲线,发动机在2000转时无法提供对应的扭矩。根据前面对齿轮的基础介绍,在车速不变的情况下将发动机的转速从A点提升到B点,在B点获得47kw的功率输出。
看到这的行业大佬应该已经知道,这文章计算个标题党,应该改为变速箱如何影响动力性才对。那么变速箱是又如何影响经济性的呢?这个问题在几年前就已经介绍过了,后面来的老铁想学习可以点击下面图片链接。
回想过去几十年,自动变速箱也是我国汽车工业的一项卡脖子的技术。由于纯电动直驱动的普及,又加上供应商在P1P3混联和增程式的推广,直接绕过了自动变速箱这项技术。
近些年,又有不少厂家在攻克多挡纯电动,和多挡DHT混动系统,这使得变速箱又“死灰复燃”。究竟什么是多挡DHT混动,下回找时间再聊。
最后,小编看完说:“请你用白话文介绍下学车时的妹子!”