燃油汽车换挡为什么会顿挫,电动汽车又为什么不顿挫呢?

燃油汽车换挡为什么会顿挫,电动汽车又为什么不顿挫呢?
2021年04月02日 22:48 娱星点点

#老司机聊汽车知识#

内容概述:

换挡顿挫原因

手动挡汽车的两脚油门操作

「顿挫」是燃油汽车普遍存在的问题,出现顿挫的原因是换挡时间过长——什么是“挡”,什么是“换挡”?找到这两个问题的答案之后,面对换挡顿挫则会感觉豁然开朗,其实连自动挡汽车也必然存在这个问题。

燃油汽车装备的是【活塞往复循环式·内燃式热机】,这种类型的发动机是依靠燃烧燃油产生热能,通过热能“推动”活塞曲轴运转而转化出机械能(动力)。然而燃烧的过程中不仅会产生光能和热能,同时会产生振动与噪音!

活塞气缸、曲轴轴瓦、气门凸轮等等位置都有物理接触,在高强度的振动中运行必然会有严重的磨损;虽然内燃机能以润滑油(机油)减磨,但仍旧是转速越高磨损越严重。而且转速越高运行温度越高,温度越高机油润滑能力越差,所以内燃机不适合长时间高转速运转。

但是如果用内燃机直驱车轮的话,只有以提升转速为代价而提升功率马力才能实现高车速;这样的运行模式会大幅缩短内燃机的使用寿命,过强的噪音与振动也会影响驾乘感受。更重要的是内燃机的转化效率平均低至30%左右,概念是消耗1L汽油要浪费0.7L;这是热效率的概念,如此高的损耗也决定了不适合高转速行驶。

所以内燃机必须通过“变速装置”来控制转速,或者理解为以变速器实现“以相当转速实现高低不同的车速”;实现的方式很简单,参考下图,1挡齿轮“以小带大”,发动机转速高车速低但爆发力强,起步加速时需要用这个前进挡。

5挡尺寸是“以大带小”,标准为发动机低转速运转即可让小齿轮的转速很高;小齿轮驱动的是车轮,车轮的转速高自然车速高。此时的转速却比较低,磨损、噪音与油耗的问题都能得到解决;至于低转速输出功率低也没有问题,因为巡航驾驶时对功率的需求本就不高——这就是变速箱(也称变速器)的功能,但是这与换挡顿挫有什么关系呢?

(CVT暂且不谈)

步骤为:

离合器或变矩器分离

变速箱换挡

离合器或变矩器结合

分离与结合的是什么?——答案是换挡之前分离发动机和变速箱的连接,换挡完成后再通过离合器或变矩器「结合/联动」发动机与变速箱。只有三者连接之后,发动机通过曲轴输出的动力才能传递到变速箱的齿轮以进行动力或车速的放大,而顿挫的原因正出在“换挡之前的分离”与“分离换挡的时间”。

换挡的时候会不会踩油门呢?

答案是肯定不会。不踩油门踏板则ECU行车电脑会失去节气门的信号,油门实际控制发动机的节气门翻板,通过踏板行程深度调整节气门翻板开度(进气量);喷油量按照进气量计算,所以控制气门就能等于控制油路。

ECU失去踏板信号之后会默认回到怠速,所以换挡时松开油门就会快速往怠速平均800rpm的低转速回落;换挡时间过长则回落程度会很大,比如换挡之前为2000rpm行驶,换挡过程中则会下滑到1000rpm,之后结合的转速也是1000rpm会怎样呢?

「(转速×扭矩÷9549=功率)×1.36=马力」,转速高低直接决定马力大小,马力大小直接决定车速快慢;换挡之前的2000rpm转速能实现的车速比较高,换挡完成结合瞬间的1000rpm转速实现的马力低则车速慢——但是1000rpm的马力也超过了滑行的惯性作用力,于是则会出现发动机的制动。

换挡后如果不踩油门并以低转速运行,车速则会持续的下降,驾驶过程会感觉有明显的“拖拽感”;至于换挡只会感觉一瞬间的顿挫,原因则是换挡后总会加油门,那么发动机制动也就只是一瞬间了,这种先制动再加速的状态肯定会“晃一晃”——这就叫做顿挫。

手动挡汽车克服换挡顿挫没有办法,只有在换挡动作完成之后,轻触油门踏板让转速稍微提高一些;之后快速松开离合器踏板使发动机与变速箱结合,随即加油门则会感觉到平顺。

这是“两脚油门”的顿挫解决方式,如果能练习到非常熟练则能够和自动挡汽车达到相同的程度;但是这样的操作方式会一定程度的加速离合器的磨损,因为松开离合器踏板的瞬间,离合器片与压盘会与飞轮产生短暂的滑动摩擦。所以能接受轻微的顿挫则无需如此操作,毕竟选择手动挡汽车本就是为了降低用车成本。

自动变速器机型:

AT&DCT&AMT 均用齿轮组换挡

CVT无级变速器用钢带锥轮换挡

用齿轮换挡的各类自动变速箱的原型机都是手动变速器,换挡同样要切断发动机与变速箱的连接;AT变速箱的换挡速度比较慢,实际上普遍都有换挡顿挫的问题,除非部分中高端优秀机型会好一些。

AMT的换挡速度是最慢的,顿挫问题也最突出;DCT双离合变速箱中的干式双离合换挡顿挫问题同样严重,但问题是出在离合器容易高温或联动效率不理想,换挡速度是极快的。湿式双离合理论上可以做到比AT更平顺,只是目前知名度最高的汽车品牌的湿式双离合表现比较差,所以连带真正优秀的湿式双离合都被认为不如AT了。

(双离合用两组离合器控制两根动力轴,在分离某个前进挡时能提前做好另一轴的预结合动作,所有换挡速度很快)

[图片15]

CVT用两组夹角可变的锥形轮模拟大小齿轮,以推动钢带的方式传动;由于锥轮钢带不能离合,所以换挡时也无需分离发动机与变速箱。所以理论上这种变速箱会非常平顺,不过在滑行减速时会出现拖拽感,车速过低时拖拽感还会消失,这也是两种顿挫感。

其次大部分CVT都会在加速时模拟前进挡(固定速比),这样的设计最终造成了加速过程中也不够平顺了;最后再加上锥轮钢带的磨损问题严重,所以无级变速器与干式双离合品质相当的不理想选项。

[图片16]

结语:燃油汽车换挡的问题是无解的,只能说哪种好一些或哪种差一些。完全平顺的驱动系统只有电机加减速器,电机依靠电磁场与永磁体互斥转化机械能,转子悬浮固定则没有摩擦、振动和噪音;所以电机可以以很高的转速运转,转化效率可以高达95%左右,极低的损耗也决定了高转运行的电耗可控。

于是电机就能够以单速比(1AT)的减速器对转速进行调整,车速最终是以电机转速的升降来控制;转速的升降不论内燃机还是电机都会很平顺,所以新能源汽车(乘用车)再没有换挡顿挫的问题了。

[图片17]

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