AT、CVT、双离合三大自动变速箱原理解析、优缺点对比分析
AT、CVT、双离合三大自动变速箱原理解析、优缺点对比分析
随着汽车技术的不断发展，自动变速箱已经成为现代汽车的重要组成部分。本文将深入解析AT（自动变速器）、CVT（无级变速器）和双离合变速箱这三种主流自动变速箱的工作原理、结构特点以及各自的优缺点，帮助读者更好地理解这些复杂的机械装置。
AT变速箱（自动变速箱）
AT变速箱由液力变矩器、行星齿轮机构、换挡执行机构、换挡控制系统、换挡操纵机构等组成。它通过液力传动和行星齿轮组合实现自动换挡，换挡次数少，连接稳定。
AT变速箱
液力变矩器
液力变矩器是一个精密的组件，通常由泵轮、导轮、涡轮以及锁止离合器这几个关键部分构成。它的动力传递机制生动而有趣，就像是电力驱动下的风扇能够巧妙地引发另一个未接电的风扇叶片旋转起来一样。具体传递路径是这样的：动力从壳体出发，先驱动泵轮旋转，随后这股力量被巧妙地传递给涡轮，最终涡轮的转动带动了整个变速器的运作。这一连串的动作，既展现了物理原理的奥妙，也体现了液力变矩器在动力传输中的智慧设计。
行星齿轮组
行星齿轮组
AT变速箱的核心构造在于行星齿轮组，该组件由行星架、齿圈以及太阳轮（也叫中心轮）三部分构成。由于这三者的周长各异，当它们联动旋转时，能够产生不同的转速变化，这种转速的变化就是我们所说的“变速”。
离合器
或许你已经产生了一个疑问：在AT变速箱中，行星齿轮组是如何实现不同部件的固定切换，从而达到变速的目的呢？答案在于“离合器”的应用。
液压系统工作原理
离合器中的“摩擦片”在变速器油的环境中工作，它们通过油压推动的“活塞”来发挥作用。当“压力油”流入离合器壳体时，它会对活塞施加压力，进而促使活塞推动“钢片”与“摩擦片”紧密贴合，这一过程实现了换挡操作。
有了离合器作为换挡的执行机构，我们还需要一个控制中心来指挥这一切。这个控制中心就是“换挡控制系统”，也被称为“液压控制系统”。它主要由“变速器控制电脑”（TCU）、“电磁阀”和“阀体”等关键部件组成，相当于整个变速系统的“大脑”，负责精确控制换挡过程。
AT（自动变速器）优点：
稳定性好：AT变速箱的液力变矩器能够吸收和传递发动机产生的动力，使发动机运转更加平稳，从而提高整车的舒适性和稳定性。
换挡平顺：AT变速箱的换挡过程由电脑控制，能够实现快速、平顺的换挡，减少了换挡时的顿挫感，提高了驾驶体验。
适应性强：AT变速箱的行星齿轮组能够承受较大的扭矩，从而能够适应各种不同排量的发动机，提高了整车的动力性能。同时，自动挡汽车在行驶过程中可以自动调整变速比，适应不同的路况和车速。
操作简便：AT变速箱的操作相对简便，不需要驾驶员进行换挡操作，适合各类驾驶者使用，尤其是对于新手驾驶员来说更加容易掌握。
提高发动机和传动系统使用寿命：自动挡汽车的变速器可以更好地保护发动机和传动系统，减少磨损和故障率，延长使用寿命。
AT（自动变速器）缺点：
传动效率低：由于发动机动力需要通过液力变矩器（或多片离合器等）才能传递给齿轮组，这使得一部分发动机动力会被消耗掉，导致AT变速箱的传动效率相对较低，从而增加了油耗。
制造成本高：AT变速箱需要较多的机械零件和电子元件，这使得其整体重量较大，制造成本也相对较高。
维护成本高：AT变速箱的复杂性使得其维护成本也相对较高。一旦出现故障，修理费用会相对昂贵。
起步相对较慢：在起步时，AT变速箱相对手动挡汽车较慢，因为自动挡汽车在转速上升时会自动换挡，导致无法充分利用发动机的峰值扭矩。
CVT（无极变速器）
CVT变速箱的核心部件是两个可变直径的皮带轮，通过金属或橡胶皮带连接。当发动机转速变化时，CVT变速箱的控制系统会根据发动机的负荷和驾驶条件，自动调整两个皮带轮的直径，从而实现无级变速。
CVT变速箱结构
锥形盘
锥形盘在液压推力的作用下能够灵活地收紧或张开，这一过程通过挤压钢片链条来调节V形槽的宽度。具体来说，当锥形盘受到液压推动向内侧移动并收紧时，钢片链条会受到锥盘的挤压作用，从而被迫向圆心以外的方向（即离心方向）移动。相反地，如果锥形盘放松并向外侧移动，钢片链条则会向圆心以内的方向运动。通过这种机制，钢片链条所带动的圆盘直径会相应地增大或减小，进而实现了传动比的变化。简而言之，锥形盘的收紧与张开动作，通过调节钢片链条在V形槽中的位置，有效地改变了传动比。
传统CVT（无级变速器）的核心组件在于其“传动带”，其中最为普及的两种类型是“钢链”与“钢带”。
“钢链”结构
由一系列包含两个圆弧曲面销子的销子组构成，这些销子组通过链节固定连接，形成钢链的基本单元。链节间的弯曲动作依赖于销子两配合曲面的滚动来实现，确保了钢链的灵活性和耐用性。
钢链
而“钢带”（以QR019型号为例），则由大约400片金属“推片”与多组“钢环”组合而成。每片推片的厚度约为1.4毫米，而单侧钢环组则由大约12片或9片厚度仅为0.2毫米左右的钢环堆叠而成。在实际运作中，钢带主要通过推片之间的相互挤压来传递大部分扭矩，因此这种钢带也被称为“推力带”。鉴于钢带在运行时产生的噪音和震动相对较小，它已成为当前应用最为广泛的CVT传动带类型。
CVT钢带的基本结构
CVT变速箱优点
传动效率高：CVT没有传统的齿轮切换过程，其传动带（钢带或钢链）相比液力变矩器的液压油具有更高的传动效率，这有助于提高燃油经济性。CVT的传动效率可以达到90%-97%。
燃油经济性优秀：CVT能够根据车辆的速度和驾驶条件连续改变传动比，使传动系与发动机工况达到最佳匹配，从而更好地提高燃油经济性。
驾驶平顺性好：CVT在换挡过程中没有动力中断的现象，动力输出持续且顺畅，使得车辆的行驶更加平稳，没有换挡顿挫感。
体积小、重量轻：相较于传统的AT（自动变速器），CVT的结构更为简单，体积更小，重量更轻，便于大规模量产，生产成本也能进一步降低。
成本相对较低：CVT的生产成本相对于其他类型的自动变速器要低一些，这对于汽车制造商和消费者来说都是一个优势。
CVT变速箱缺点
承受扭矩有限：由于CVT是通过钢带或钢链来传递动力，所以其承受的扭矩相对较小，不适合需要大扭矩输出的场景，一般只能用于排量在1L-1.5L的小型车。
高速性能可能受影响：当车速较高时，CVT的传动带容易受到离心力影响，导致传动效率降低，从而影响车辆的高速性能。
加速感略差：虽然理论上CVT能充分调动发动机的最大扭矩，但在实际搭载CVT的车型中，为了保护变速箱，往往采用比较保守的逻辑方式，所以加速性相对较差。
稳定性略差：CVT变速箱采用链条或皮带传动，在承受大扭矩动力时，对传动链条的要求比较苛刻，虽然随着技术的进步有所发展，但物理极限和稳定性相对较差。
故障率相对较高：虽然CVT的耐用性已经得到了很大的提升，但与AT相比，其故障率仍然相对较高。此外，CVT的维护保养成本也比较高，操作不当的话，出问题的概率更高。
双离合变速箱
双离合变速箱（Dual Clutch Transmission，简称DCT）的核心在于其独特的双离合器设计。两个离合器分别连接在两根输入轴上，一个离合器负责奇数挡（如1、3、5挡），另一个离合器负责偶数挡（如2、4、6挡及倒挡）。当车辆挂入一个挡位时，另一个离合器及对应的下一个挡位已经处于预备状态。这种设计使得换挡过程极为迅速，通常只需不到0.2秒的时间，甚至在某些高性能车型中，高挡齿轮的升挡速度可达到惊人的8毫秒。
工作原理
双离合变速箱技术最早由法国人阿道夫·加尔奇发明，但真正将其发扬光大的却是德国人。大众是最早将双离合变速箱应用于量产车的汽车制造商之一。从最早的湿式6速DSG变速箱（DQ250）到后来的干式7速DSG变速箱（DQ200），大众的双离合变速箱技术不断成熟和完善。如今，双离合变速箱已经成为大众等汽车制造商的主流选择之一。
双离合变速箱优点：
变速快：双离合变速箱的换挡速度非常快，甚至超过了手动变速箱，为驾驶者带来了更加流畅的驾驶体验。
省油：由于消除了扭矩的中断，发动机的动力一直在利用，因此双离合变速箱能够大量节省燃油。与传统的行星齿轮式自动变速箱相比，其油耗可降低约15%。
舒适性：换挡速度快且平顺，顿挫感已经小到了人体很难察觉的地步，提升了驾驶的舒适性。
双离合变速箱缺点：
结构复杂：双离合变速箱的结构相对复杂，制造工艺要求较高，因此成本也较高。
承受扭矩有限：尽管双离合变速箱可以承受一般的车辆要求，但在激烈使用时仍然可能不够。特别是湿式双离合器变速箱，虽然能承受更大的扭矩，但效率仍然不及传统手动变速箱。
特定条件下的换挡延迟：当需要切换的挡位未处于预备状态时，换挡时间相对较长，某些情况下甚至超过1秒。这在城市交通拥堵、频繁起步停车的情况下可能会带来一些不便。