1. 引言
2. 內(nèi)燃機(jī)
2.1. 奧托循環(huán)
2.2. 自然吸氣與渦輪增壓
2.3. 扭矩與功率
3. 變速器
3.1. 手動變速器與檔位
3.2. 離合器與半聯(lián)動
3.3. 自動變速器
4. 油離配合
4.1. 平路起步
4.2. 坡道起步
4.3. 彈射起步
5. 轉(zhuǎn)速匹配
5.1. 降檔補(bǔ)油
5.2. 升檔
5.3. 時速與轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)關(guān)系
5.4. 發(fā)動機(jī)制動
5.5. 兩腳離合換檔
5.6. 無離合換檔
6. 跟趾
6.1. 跟趾降檔
6.2. 跟趾起步
7. 后記
文章信息:
網(wǎng)頁版 手動檔駕駛技術(shù)基礎(chǔ)
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手動檔開了一年,根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗(yàn),對手動檔駕駛所需要用到的一些技術(shù)作一些總結(jié),這些技術(shù)有些是我會的,有些是我不會只知道是怎么回事的,例如無離合換檔和跟趾,都按照我的理解記錄下來,以后隨著自己經(jīng)驗(yàn)的積累,再進(jìn)行修改。
本文以我的車八代思域五速手動作為參考車型,對前置前驅(qū)的自然吸氣手動檔車型也一般性適用.
現(xiàn)在主流的家用汽車發(fā)動機(jī)都是汽油發(fā)動機(jī),所以本文所說的內(nèi)燃機(jī)主要是指汽油發(fā)動機(jī)。家用汽車一般是四缸汽油發(fā)動機(jī),豪華的有六缸、八缸乃至十缸發(fā)動機(jī),而且現(xiàn)在三缸機(jī)也開始流行了,先來看一下發(fā)動機(jī)氣缸的工作原理。
這是發(fā)動機(jī)氣缸的截面圖, 上半部分是燃燒室,油氣混合物便在此空間內(nèi)燃燒做功,燃燒室的底端是活塞,活塞可以在一定范圍內(nèi)上下滑動,活塞通過連桿與曲軸相連接,而曲軸與發(fā)動機(jī)飛輪的軸連接在一起,曲軸轉(zhuǎn)動就可以帶動飛輪轉(zhuǎn)動,連桿可以把活塞的上下運(yùn)動轉(zhuǎn)換為曲軸的圓周運(yùn)動。在燃燒室的上端,有兩個氣門,一個用來控制霧化后的汽油與空氣的混合物進(jìn)入燃燒室,叫進(jìn)氣門,一個用于排放燃燒后產(chǎn)生的廢氣,叫排氣門,燃燒室的頂端裝有火花塞,用來放電引燃油氣混合物。
這是發(fā)動機(jī)的曲軸,兩側(cè)端子的中心連線是旋轉(zhuǎn)軸,而四個氣缸的連桿,則套在四個凸起的位置,連桿就像一個搖柄,帶動曲軸轉(zhuǎn)動,發(fā)動機(jī)的飛輪就連接在曲軸的外端。
在氣缸內(nèi),活塞和連桿周期性的往復(fù)做功,每一個周期分為四個階段。
第一階段,曲軸在慣性作用下帶動連桿轉(zhuǎn)動,連桿帶動活塞從上止點(diǎn)(活塞的上限位置)向下止點(diǎn)(活塞的下限位置)運(yùn)動,同時進(jìn)氣門打開,排氣門關(guān)閉,燃燒室氣壓降低,霧化后的汽油與空氣的混合物通過進(jìn)氣門進(jìn)入燃燒室,這個過程稱為進(jìn)氣沖程。
第二階段,活塞在連桿和曲軸慣性作用下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動,這時進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉,燃燒室內(nèi)的油氣混合物被壓縮,溫度升高,壓強(qiáng)增大,這個過程稱為壓縮沖程。
第三階段,活塞位于最頂點(diǎn)(上止點(diǎn))的時候,燃燒室內(nèi)的油氣混合物處于被壓縮狀態(tài),這時火花塞放電,引燃油氣混合物,燃燒的油氣混合物產(chǎn)生高溫高壓,推動活塞向下運(yùn)動,并通過連桿轉(zhuǎn)化為曲軸轉(zhuǎn)動的動力,這個階段稱為做功沖程。
第四階段,活塞在連桿和曲軸慣性作用下往上運(yùn)動,同時進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門打開,將燃燒后的廢氣排放出去,這個過程稱為排氣沖程。
每個沖程里,發(fā)動機(jī)曲軸與飛輪都會轉(zhuǎn)動半圈,所以四個沖程下來,正好轉(zhuǎn)過兩圈。
這四個階段中,只有做功沖程會輸出動力,其它三個沖程都是在慣性作用下完成,因此如果發(fā)動機(jī)只有一個氣缸,那么動力的輸出將是一段一段的,不能保證平順性,而且發(fā)動機(jī)的震動不可避免,所以主流發(fā)動機(jī)都采用了多缸技術(shù)。對于四缸發(fā)動機(jī)來說,四個氣缸在任何時刻,剛好四個氣缸分別處于四個沖程并進(jìn)行輪換(各缸點(diǎn)火順序:1-3-4-2),所以能夠達(dá)到一個動態(tài)平衡從而保證動力輸出的平順并較好的抑制了發(fā)動機(jī)的震動,因此成為目前主流家用車的選擇,當(dāng)然六缸與八缸的動力平順性與震動抑制情況會做得更好。而目前應(yīng)用不久的三缸發(fā)動機(jī),它的缺點(diǎn)是顯而易見的,動力輸出上,它行駛過程中有四分之一的時間里是沒有動力輸出的,而且它的震動會比較大,需要通過額外的技術(shù)來進(jìn)行抑制,但始終難以達(dá)到四缸機(jī)的平順性和震動抑制水平。
油氣混合物在壓縮沖程中,被壓縮前后的體積之比是發(fā)動機(jī)的一個重要參數(shù),稱為 壓縮比 ,家用汽車發(fā)動機(jī)的壓縮比通常在10-12左右,如果壓縮比較大,則油氣混合物在被壓縮后容易因?yàn)闇囟冗_(dá)到燃點(diǎn)而在未點(diǎn)火的情況下自發(fā)燃燒爆炸并干擾活塞的運(yùn)動,這就是發(fā)動機(jī)爆燃爆震現(xiàn)象,壓縮比高的發(fā)動機(jī)需要使用高標(biāo)號汽油來避免爆燃爆震(因?yàn)楦邩?biāo)號汽油搞爆震性更好)。
燃燒室的體積便是氣缸的排量,對于多缸發(fā)動機(jī)來說,它的排量是各氣缸排量之和。家用車自然吸發(fā)動機(jī)排量一般是 1.5L-2.5L 之間,渦輪增壓車型由于有渦輪增強(qiáng)動力,所以排量可以適當(dāng)降低, 1.0L 至 2.0L 之間較多。
為了增強(qiáng)發(fā)動機(jī)的動力,可以讓發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)吸入更多的油氣混合物,這有兩種思路,一是做大發(fā)動機(jī)的排量,這可以通過增大每個氣缸的容積或者增加氣缸數(shù)目甚至兩者并用來實(shí)現(xiàn),這發(fā)展出了大排量自然吸氣發(fā)動機(jī),六缸八缸乃至十二缸發(fā)動機(jī),排量可以增大到 3.0L-6.0L 區(qū)間,另一個思路是讓發(fā)動機(jī)吸入經(jīng)過壓縮后的油氣混合物,這就是增壓技術(shù),主流的增壓技術(shù)是渦輪增壓和機(jī)械增壓。
渦輪增壓是飛機(jī)發(fā)動機(jī)下放到汽車發(fā)動機(jī)的一項(xiàng)技術(shù),因?yàn)轱w機(jī)在高空飛行,空氣稀薄,壓強(qiáng)較小,氣缸內(nèi)能夠吸入的空氣較少,燃燒產(chǎn)生的動力較弱,于是引入了渦輪,對空氣進(jìn)行壓縮后再吸入氣缸,使得在不擴(kuò)大氣缸燃燒室體積的情況下能夠吸入更多的空氣,從而燃燒更加充分,動力更強(qiáng)。
這是渦輪的實(shí)物圖:
渦輪有一個渦輪和一個葉輪,兩個輪子被安裝在同一個軸上,只能同步轉(zhuǎn)動,汽車行駛時,發(fā)動機(jī)排出的高溫高壓的廢氣推動渦輪旋轉(zhuǎn),從而帶動葉輪旋轉(zhuǎn),而旋轉(zhuǎn)的葉輪對要進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣進(jìn)行壓縮,從而讓氣缸內(nèi)一次吸入比直接吸氣多出許多甚至好幾倍的空氣,以使燃燒時釋放出更大的能量。
渦輪和葉輪的轉(zhuǎn)速很高,發(fā)動機(jī)飛輪一般是每分鐘幾千轉(zhuǎn),但是渦輪能達(dá)到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn),高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置需要更好的潤滑,所以渦輪發(fā)動機(jī)對機(jī)油的要求較高,另外就是停車熄火后,渦輪可能由于轉(zhuǎn)速太高,到完全停下尚需要一到兩分鐘時間,但是機(jī)油泵已經(jīng)停止工作不再提供機(jī)油潤滑,引起額外的損耗,所以通常渦輪車的說明手冊會建議駕駛者在停車后,先怠速兩分鐘再熄火,因?yàn)榈∷俚臅r候,渦輪是不需要再繼續(xù)工作的,它可以逐漸停下來。
相對渦輪增壓而言,如果進(jìn)入氣缸的空氣未經(jīng)壓縮,則稱為自然吸氣發(fā)動機(jī),相同排量的渦輪增壓發(fā)動機(jī)與自然吸氣發(fā)動機(jī)比較而言,渦輪增壓發(fā)動機(jī)能輸出更大的動力,達(dá)到更大排量的自然吸氣發(fā)動機(jī)的動力水平。而動力接近的渦輪增壓和自然吸氣發(fā)動機(jī),前者油耗相對更低,所以渦輪增壓目前在家用汽車市場逐漸普及。
但是渦輪增壓也會帶來一些問題,因?yàn)樗抢脧U氣來推動渦輪轉(zhuǎn)動的,所以當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時,廢氣的力量不足以推動渦輪,此時發(fā)動機(jī)與自然吸氣發(fā)動機(jī)幾乎等同,但是轉(zhuǎn)速一上來之后,渦輪啟動,壓縮空氣進(jìn)入氣缸,發(fā)動機(jī)會突然爆發(fā)出強(qiáng)烈的動力,從而造成車輛向前竄的現(xiàn)象,而發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升有一個過程,所以實(shí)際的駕駛感受是,踩下油門,約等1-2秒,發(fā)動機(jī)才爆發(fā)出較強(qiáng)的動力,這便是渦輪遲滯現(xiàn)象。
為了讓發(fā)動機(jī)吸入更多的空氣,還有其它的增壓方式,比如機(jī)械增壓,它不是利用廢氣,而是直接用發(fā)動機(jī)附件皮帶來帶動運(yùn)轉(zhuǎn),從而避免了渦輪遲滯的現(xiàn)象,但是也因此而使得發(fā)動機(jī)多了一些額外的負(fù)擔(dān)。
扭矩與功率是刻畫發(fā)動機(jī)性能的兩個重要參數(shù),例如八代思域搭配的1.8自吸發(fā)動機(jī)在6500轉(zhuǎn)時輸出最大功率103千瓦,而在4300轉(zhuǎn)時輸出最大扭矩175牛米,這一節(jié)就來講清這個問題。
扭矩就是發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動的力矩,用 TT 表示,力矩是一個物理量,在杠桿原理中,力矩是施加在杠桿端點(diǎn)并且方向垂直于杠桿的力的大小與力臂的乘積。舉個簡單的與力矩相關(guān)的例子,通用的螺絲扳手便是杠桿原理,為了能夠扭動螺絲,直接用手?jǐn)Q是擰不動的,但是在扳手的幫助下,利用杠桿原理,通過伸長力臂來增大力矩,而螺絲端的力臂很短,因此受力更大,從而能夠擰開。所以發(fā)動機(jī)扭矩簡單的理解就是發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動的力矩大小。
功率也是一個物理量,表示做功的快慢,也就是在單位時間內(nèi)所做的功的大小,用 PP 來表示,它等于扭矩與曲軸角速度 ωω 的乘積,需要注意的是單位,因?yàn)榘l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 nn 通常用每分鐘轉(zhuǎn)動的圈數(shù)來表示(r/min),而功率是用一秒內(nèi)所做的功來計算的,這里我們把它的單位轉(zhuǎn)換為千瓦(kw),而曲軸角速度 ωω 用弧度每秒作單位,那么可以得出
經(jīng)常聽到說哪款發(fā)動機(jī)的最大功率是多少馬力,馬力是一個非標(biāo)準(zhǔn)的功率單位,有英制馬力和公制馬力之分,兩者與標(biāo)準(zhǔn)功率單位都可以換算,但一般的車型參數(shù)都會同時用千瓦來標(biāo)明功率,所以這里不再就馬力作討論了。
發(fā)動機(jī)的扭矩和功率并不是固定的,在不同的轉(zhuǎn)速下輸出的扭矩和功率是不一樣的,把扭矩和功率隨轉(zhuǎn)速的變化繪制成曲線圖,就是發(fā)動機(jī)特性曲線圖,如下是本田1.8自吸發(fā)動機(jī)的曲線圖:
綠線是扭矩曲線,紅線是功率曲線,可以看到,在轉(zhuǎn)速低于 2000r/min 時,扭矩還不到最大扭矩的一半,這就是俗稱的低扭較差,也就是低轉(zhuǎn)速扭矩較差,在到達(dá)4300r/min之前,扭矩隨著轉(zhuǎn)速的上升而增大,轉(zhuǎn)速超過4300r/min之后扭矩下降,但因?yàn)檗D(zhuǎn)速在上升,所以功率仍然在增加,并在6500r/min時達(dá)到最大,之后功率下降。說明這款發(fā)動機(jī)偏向高轉(zhuǎn)發(fā)力,在3000-6000轉(zhuǎn)之間具有較好的扭矩和功率輸出。
最大扭矩的對應(yīng)轉(zhuǎn)速會低于最大功率的轉(zhuǎn)速,因?yàn)樵诎l(fā)動機(jī)超過最大扭矩對應(yīng)轉(zhuǎn)速時,扭矩略微下降,但是轉(zhuǎn)速仍然在上升,所以作為乘積的功率仍然在上升,只是上升得慢了而已。
渦輪增壓發(fā)動機(jī)的特性曲線與自然吸氣有明顯的區(qū)別,下面是一個典型的渦輪增壓發(fā)動機(jī)的曲線圖:
同樣綠線是扭矩曲線,紅線是功率曲線,從這可以看出渦輪增壓發(fā)動機(jī)一個明顯特點(diǎn),那就是低扭強(qiáng)勁并且最大扭矩持續(xù)區(qū)間寬泛,在轉(zhuǎn)速區(qū)間 1500-4000r/min,扭矩都保持在最大扭矩附近,所以在低轉(zhuǎn)速區(qū)間,渦輪增壓發(fā)動機(jī)提速比自然吸氣更直接,自然吸氣發(fā)動機(jī)需要先把轉(zhuǎn)速拉得比較高才能有較大的扭矩輸出以便于加速。
需要注意的是,發(fā)動機(jī)的扭矩與車輪扭矩是兩個概念,車輛要起步,需要的是較大的車輪扭矩,而如果要加速,則還同時需要較大的車輪轉(zhuǎn)速,也就是要求較大的輪上功率,當(dāng)然這必須要發(fā)動機(jī)功率足夠才行。
發(fā)動機(jī)扭矩要通過變速器放大為輪上扭矩,輪上扭矩決定了車輛的加速度,也就是提速的快慢,而功率則決定了車輛的最大速度。如果發(fā)動機(jī)扭矩較差但是功率較大,那么可以通過設(shè)計變速器齒比來放大扭矩,較大的功率保證了在放大扭矩的同時也能保證不低的車輪轉(zhuǎn)速,所以判斷發(fā)動機(jī)的動力是否足夠強(qiáng),功率是最重要的參數(shù),扭矩不足是可以通過變速器進(jìn)行彌補(bǔ)的。
變速器的作用便是,在不改變發(fā)動機(jī)功率的情況下,通過調(diào)整輪上扭矩與車輪轉(zhuǎn)速來改變車輪驅(qū)動力,例如在起步時,通過大齒比的齒輪組合,使車輪在低轉(zhuǎn)速的情況下獲得較大的扭矩,從而順利的使車輛由靜止變?yōu)檫\(yùn)動狀態(tài),而在車子行駛過程中需要急加速時,通過大油門抬高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速以獲得較大的功率輸出,同時通過降檔利用大齒比齒輪組合使車輪獲得較大的扭矩實(shí)現(xiàn)加速,這便是降檔提速的理論依據(jù)。
變速器這個重要部件在消費(fèi)者口中更多的是被稱之為變速箱,我是傾向于稱它為變速器的,因?yàn)檫@個“箱”字,體現(xiàn)的是人們不了解它的內(nèi)部構(gòu)造而籠統(tǒng)的將其理解為一個被金屬外殼包裹起來的一個部件,而變速器這個名稱,強(qiáng)調(diào)它是一個具備一定功能的機(jī)械部件,更符合它的定位,所以本文將以變速器呼之。
汽油內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)是,它只在特定的轉(zhuǎn)速區(qū)間才能發(fā)揮出最大的效率,通常是每分鐘1000-7000轉(zhuǎn),但是汽車的輪胎不可能時刻都保持與發(fā)動機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn),等紅綠燈的時候需要停車,泊車的時候還需要倒車,在需要臨時停車的時候讓發(fā)動機(jī)熄火不現(xiàn)實(shí),而且發(fā)動機(jī)也不可能反向旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)倒車,而在車輛前進(jìn)時,在不同的工況下,例如起步、爬坡、加速等工況所需要的驅(qū)動力是不一樣的,所以我們需要一個變速器來實(shí)現(xiàn)這些需求。
變速器內(nèi)部通常是一些齒輪的組合,通過不同大小的齒輪組咬合在一起來實(shí)現(xiàn)輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速改變。
在車輛起步時,并不需要車輪轉(zhuǎn)速有多快,需要的是車輪有較大的扭力,所以需要降低轉(zhuǎn)速提升扭矩,這需要較大的齒比(即小齒輪帶動大齒輪),這便是變速箱的低檔位,通過大齒比來降低轉(zhuǎn)速增大扭矩來失去車輛從靜止到運(yùn)動狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。在車輛高速行駛時,車輪轉(zhuǎn)速較高,而我們要保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不能過高,所以需要較小的齒比,這便是變速箱的高檔位。需要加速時,需要較大的扭矩以驅(qū)動車輪盡快提升時速,同時車輪轉(zhuǎn)速也要提升,所以這就需要發(fā)動機(jī)抬升轉(zhuǎn)速來輸出更大的功率,同時用低檔位來擴(kuò)大扭矩,這便是降檔提速。
最早的變速器是手動檔變速器,它是通過一些咬合在一起的齒輪組合來實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到輪胎轉(zhuǎn)速的下降,通過空檔來實(shí)現(xiàn)不熄火停車,在空檔下,變速器內(nèi)部齒輪不再咬合,從而發(fā)動機(jī)的動力不會傳遞到車輪,因此在停車的時候發(fā)動機(jī)可以保持運(yùn)行不熄火(為了節(jié)約燃油,轉(zhuǎn)速保持在怠速700r/min左右)。在倒車時,引入一個中間齒輪來改變輸出軸的轉(zhuǎn)動方向,使發(fā)動機(jī)不必反向旋轉(zhuǎn)。
變速箱是一套有幾組齒輪的裝置,有一個輸入軸,有一個輸出軸,有的變速箱還有一個中間軸,輸入軸通過離合器與發(fā)動機(jī)飛輪相連接,輸出軸通過差速器與車輪連接,變速箱的作用就是通過不同的齒輪組合來改變輸入軸與輸出軸的轉(zhuǎn)速比,從而改變發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速之比。
如圖所示,變速箱內(nèi)有幾組咬合在一起的齒輪組,分別位于輸入軸與輸出軸上,位于輸入軸上的稱為主動輪,位于輸出軸上的稱為從動輪,主動輪與從動輪的轉(zhuǎn)速之比稱為這一齒輪組的齒比(也等于主動輪與從動輪的半徑之反比),每一個齒輪組就是一個檔位,齒比大的齒輪組對應(yīng)低檔位,齒比小的齒輪組對應(yīng)高檔位。每一組齒輪在任何時候都是咬合在一起的,主動輪都是被固定在輸入軸上的(從而轉(zhuǎn)速都相同),但是從動輪并沒有直接固定在輸出軸上(廢話,各從動輪轉(zhuǎn)速各不相同,當(dāng)然不可能同時固定在輸出軸上),從動輪的中央空洞和輸出軸之間有一個空隙,因而從動輪和輸出軸是斷開的,只在掛檔操作的時候,換檔撥叉會撥動同步器來填補(bǔ)這個空隙,同步器通過摩擦來使從動輪和輸出軸轉(zhuǎn)速趨同,同步器填入哪一組齒輪的從動輪空隙,則該從動輪的動力將被傳遞給輸出軸,該檔位便成為當(dāng)前使用的檔位。在行駛過程中,所有檔位的主動輪都與輸入軸同步轉(zhuǎn)動(也就是所有檔位主動輪轉(zhuǎn)速相同),也就帶動所有檔位的從動輪轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)速各不相同),但只有當(dāng)前使用檔位的從動輪通過同步器帶動輸出軸同步轉(zhuǎn)動,而其它檔位的從動輪都是在空轉(zhuǎn)。這樣輸入軸就可以通過當(dāng)前檔位的齒輪組帶動輸出軸轉(zhuǎn)動,實(shí)現(xiàn)動力的傳遞,而換檔操作,就是在切換變速箱內(nèi)的齒輪組。
這里提到了同步器,從動輪是沒有被固定在輸出軸上的(事實(shí)上也不可能幾個從動輪同時被固定在輸出軸上),要通過同步器插進(jìn)齒輪中央空洞與輸出軸的空隙來實(shí)現(xiàn)連接,那么同步器選擇哪一個從動輪進(jìn)行連接便是檔位的選擇問題,變速箱通常是相鄰兩個齒輪組共用一個同步器,同步器向左推,就能使用左側(cè)的齒輪組,同步器向右推,便能使用右側(cè)的齒輪組,而同步器便是由駕駛員手中的換檔撥桿所控制的,換檔撥桿向前和向后撥動,便是推動某一個同步器分別向兩邊啟用齒輪組,通常換檔桿上同一個豎槽內(nèi)的兩個檔位使用的是同一個同步器。
可以發(fā)現(xiàn),如果只通過主動輪和從動輪,那么輸入軸的轉(zhuǎn)動方向一旦確定,那么輸出軸便只能朝相反的方向轉(zhuǎn)動,那么倒檔又是如何實(shí)現(xiàn)的呢,很簡單,在主動輪和從動輪之間插入一個專用齒輪,這樣就可以實(shí)現(xiàn)改變輸出軸的轉(zhuǎn)動方向了。而空檔,便是同步器都處于中間的空閑位置,所有從動輪都與輸出軸脫離接觸。
有些變速箱還有一個中間軸,實(shí)際上它就是把輸入軸分成兩截了,輸入軸與中間軸之間通過一個固定齒比的齒輪組進(jìn)行咬合,而且不可斷開,這對齒輪組稱為初級減速齒輪組,其齒比稱為初級減速齒比,而各檔位的主動齒輪都安裝在中間軸上。
變速箱輸出軸還有一個俗稱尾牙的最終減速齒輪組與差速器相連,這也是一個固定不可斷開的齒輪組,其齒比稱為最終減速齒比。
發(fā)動機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速,經(jīng)過變速箱的多級齒輪組進(jìn)行多次降速以后,動力才傳遞到車輪,由于功率是扭矩與轉(zhuǎn)速的乘積,所以變速箱在降低了轉(zhuǎn)速的同時,放大了扭矩,尤其是在起步的時候保證有足夠大的扭矩以迫使輪胎起步,這對于車輛是極為重要的。
離合器位于發(fā)動機(jī)與變速箱之間,是用來切斷和恢復(fù)發(fā)動機(jī)向變速箱傳入動力的部件,它由離合器片、壓盤、分離軸承組成,如圖所示:
離合器片被固定在壓盤的外側(cè)邊緣,分離軸承位于壓盤中央的圓心空白處,車輛正常行駛時,離合器被緊緊壓迫在發(fā)動機(jī)飛輪上,而離合壓盤則與變速箱的輸入軸連接,發(fā)動機(jī)飛輪與變速箱輸入軸保持相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,這樣發(fā)動機(jī)的動力就被傳遞到變速箱輸入軸了。當(dāng)離合踏板踩下時,踏板通過離合總泵和分泵這樣的液壓助力機(jī)構(gòu),帶動分離撥叉施加給分離軸承一個軸向的壓力,壓盤的盤片中央向發(fā)動機(jī)飛輪一側(cè)靠近,從而被固定在壓盤外側(cè)邊緣的離合器則遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)飛輪脫離接觸,這樣,發(fā)動機(jī)動力被斷開,變速箱輸入軸與發(fā)動機(jī)飛輪各自獨(dú)立旋轉(zhuǎn),而當(dāng)離合踏板被放開后,離合器重新與發(fā)動機(jī)飛輪緊密擠壓在一起同步轉(zhuǎn)動,發(fā)動機(jī)的動力又恢復(fù)傳遞到變速箱輸入軸了。
離合器踏板從完全放松狀態(tài)到踩到底,有一段距離,這就是踏板高度,這段距離中有一小段是離合器處于半結(jié)合狀態(tài),這稱為半聯(lián)動,在半聯(lián)動狀態(tài)下,離合片與發(fā)動機(jī)飛輪之間有轉(zhuǎn)速差,離合片的轉(zhuǎn)速低于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,離合片與發(fā)動機(jī)飛輪之間存在滑動摩擦,因此與離合器相連的變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速低于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,發(fā)動機(jī)的動力只有一部分被傳遞給了變速箱。這段離合行程位于踏板行程中間的某一位置,在踏板行程的首尾兩段是自由行程,即從踏板踩到底開始,慢慢松離合,有一段行程是離合器完全斷開的狀態(tài),然后從某個點(diǎn)開始,離合片開始與發(fā)動機(jī)飛輪接觸,發(fā)動機(jī)飛輪開始帶動離合片旋轉(zhuǎn),但存在離合片打滑的情況,踏板再繼續(xù)抬起,則離合片與飛輪的接觸更緊密,滑動摩擦減輕,離合片轉(zhuǎn)速上升,與發(fā)動機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速差減小,當(dāng)踏板抬到某一個位置時,離合片完全與飛輪結(jié)合在一起,滑動摩擦消失,飛輪與離合片轉(zhuǎn)速達(dá)到相同,此時半聯(lián)動狀態(tài)結(jié)束,再繼續(xù)松踏板到完全放開,也沒有什么變化了,所以這整個過程按照動力的傳動比例來說,可能是這樣一種情況: 0-0-0-0.4-0.5-0.6-1-1-1-1-1-1-1-1,動力傳遞系數(shù)位于0和1之間的就是半聯(lián)動狀態(tài),這段半聯(lián)動狀態(tài)區(qū)間在整個踏板行程中只占據(jù)很小一段,所以它被稱為離合器的結(jié)合點(diǎn),也叫半聯(lián)動點(diǎn)(實(shí)際上應(yīng)該被稱為結(jié)合區(qū)間或者半聯(lián)動區(qū)間,只是這段區(qū)間很短而已),松踏板的過程中,到達(dá)結(jié)合點(diǎn)之前,離合器處于完全斷開的狀態(tài),過了結(jié)合點(diǎn)之后,處于完全結(jié)合的狀態(tài)。這個結(jié)合區(qū)間的長度在不同的車型上有一定差異,大眾捷達(dá)的離合半聯(lián)動區(qū)間相對較長,好處是不容易熄火,對新手更友好(熄火的原因在后面講解起步的地方會說明),而本田思域的半聯(lián)動區(qū)間則非常短,近乎是一個點(diǎn),好處是換檔果斷干脆,不拖泥帶水。
為什么需要斷開發(fā)動機(jī)動力呢,是為了便于進(jìn)行換檔操作,所謂換檔,就是切換變速箱中的齒輪組,在換檔的過程中,變速箱輸出軸與車輪相連,因而轉(zhuǎn)速是近似恒定的,但是由于各齒輪組的齒比不同,所以要切換齒輪組,就必須要改變輸入軸的轉(zhuǎn)速,這就要靠同步器的摩擦來使得輸入軸匹配到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速,但是如果此時輸入軸還同發(fā)動機(jī)飛輪連在一起,那么同步器便不能改變輸入軸的轉(zhuǎn)速,自然檔位也就掛不進(jìn)去,但是有了離合器,這個問題便好辦了,踩下離合踏板,離合片與發(fā)動機(jī)飛輪脫離接觸,那么發(fā)動機(jī)飛輪的動力便不會傳遞到變速箱輸入軸,變速箱輸入軸可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn),問題迎刃而解。因此正確的換檔操作是,先踩下離合踏板,進(jìn)行換檔,然后松開離合踏板。
手動變速器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都是顯而易見的,最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,所以成本較低,并且故障率極低易于維修,一般30-40萬公里以后才有可能出現(xiàn)較大的問題,它的缺點(diǎn)是需要駕駛員手動完成換檔操作,當(dāng)然這是相對自動變速器而言的。
目前使用更廣泛的是自動變速器,它不需要駕駛者手工干預(yù)檔位,而是根據(jù)汽車廠商預(yù)先設(shè)置的程序邏輯自動判斷升降檔時機(jī)并完成換檔操作,使得駕駛變得更加簡單,但由于一種守恒定律的存在,操作簡單化不可避免的會降低駕駛的靈活性,當(dāng)它的升降檔邏輯符合駕駛者的駕駛意圖時,人們會覺得這是一款聰明的變速器,反之則會認(rèn)為這款變速器顯得比較笨,對于汽車廠商而言,它的換檔邏輯設(shè)定只能按照大多數(shù)人在大部分路況下進(jìn)行調(diào)教,不一定時時刻刻都能符合某個駕駛者的意圖。舉例來說,現(xiàn)在的汽車廠商為了降低車輛那么一丁點(diǎn)的油耗,會盡可能的使變速器處于高檔位使得發(fā)動機(jī)維持在較低的轉(zhuǎn)速,這樣即便是油耗數(shù)據(jù)上下降不到5%的數(shù)據(jù),也會由于其巨大的銷量從而在國家相關(guān)部門那里取得一個不錯的油耗積分,為了確實(shí)能使得變速器維持在較高的檔位,它會積極的升檔而不太愿意降檔,以犧牲駕駛者的動力性能為代價來換取一丁點(diǎn)的油耗降低。
傳統(tǒng)的自動變速器(AT)雖然也是使用齒輪組,但它的結(jié)構(gòu)與手動變速器復(fù)雜得多,它是利用恒星行星齒輪組合來實(shí)現(xiàn)的,具體的原理比手動檔復(fù)雜一些,而且也不是本文所要討論的重點(diǎn),讀者感興趣的話可以找一些動畫演示的視頻來觀看。
手自一體變速器(AMT)具有類似于手動檔變速器的齒輪結(jié)構(gòu),但增加了電控單元來實(shí)現(xiàn)換檔,無需駕駛者手動操作。
日系品牌喜歡使用無級變速器(CVT),這種變速器比較特殊,它是通過兩個輪子中間連上一根皮帶或者鋼帶,但這兩個輪子的輪面上有一個V型的深槽,通過改變輪面兩個夾層的距離來迫使鋼帶在不同的半徑位置,從而改變傳動比,由于這個鋼帶的半徑位置可以連續(xù)改變,所以它的檔位不是離散的檔位,而是一個連續(xù)變化的區(qū)間,至于所提到的模擬七速是指將它的傳動比變化區(qū)間分成七個小的子區(qū)間,把傳動比處于傳動比最大的子區(qū)間視為一檔,而傳動比最小的子區(qū)間則視為七檔。CVT變速器最大的優(yōu)點(diǎn)是平順性,因?yàn)樗膫鲃颖仁沁B續(xù)變化的。
時下比較流行雙離合變速器(DCT或者DSG),它與手動檔變速器高度相似,但多了一組齒輪并且有兩個離合片,假如當(dāng)前正以三檔行駛,那么它會把二檔和四輪的齒輪也咬合上準(zhǔn)備好,一旦需要換檔的時候,只需要切換結(jié)合的離合器就可以了,所以雙離合變速器的換檔速度比較快,但也正因?yàn)槠鋼Q檔速度快,導(dǎo)致離合片結(jié)合時摩擦較大容易發(fā)熱,為了解決這個問題,有些雙離合讓離合片浸泡在變速箱油液中以散熱,這稱為濕式雙離合,反之則稱為干式雙離合。雙離合變速器作為目前各廠家正在推廣的一款變速器,其耐用性還有待時間檢驗(yàn)。
自動檔變速器由于沒有手動檔的離合器,為了能夠能夠切斷發(fā)動機(jī)輸出的動力,引入了液力變矩器,有了它,臨時停車時可以保持D檔位并踩住剎車,如果停車超過半分鐘就不建議這樣做了。
油離配合就是油門踏板與離合踏板相互配合以完成車輛起步。在車輛起步前,發(fā)動機(jī)處于怠速狀態(tài),約 700-800r/min,保持低轉(zhuǎn)速以節(jié)約燃油,如果轉(zhuǎn)速低于500-600r/min,則發(fā)動機(jī)將熄火。
駕校的教練車通常在怠速狀態(tài)下靠慢松離合就能完成起步和爬坡,但是家用車一般是做不到這一點(diǎn)的,怠速起步和爬坡基本上都會熄火,除非你離合松得極其緩慢,但那不現(xiàn)實(shí)也沒必要。
為什么會熄火呢,因?yàn)樵陔x合器一結(jié)合的瞬間,發(fā)動機(jī)有了載荷,從而轉(zhuǎn)速下降,一旦低于 500-600r/min 就熄火了,所以為了避免熄火,需要在離合器結(jié)合時給一點(diǎn)油門抬升一下轉(zhuǎn)速,這就是油離配合。
油離配合主要用于起步,起步又分平路起步和坡道起步,兩者基本原理是一樣的,只是坡道起步要防后溜所以油門要比平路上給得大一些。
在平路上起步時,在空檔并且發(fā)動機(jī)怠速狀態(tài)下,踩下離合掛一檔,然后慢抬離合,到快接近結(jié)合點(diǎn)時,右腳給油到至少 1500r/min 并穩(wěn)住油門,然后離合再繼續(xù)慢松,車輛動起步之后把離合器完全放掉,繼續(xù)給油門加速,起步完成。
這個過程,給油門就是提升發(fā)動機(jī)輸出功率和扭矩,用一檔是因?yàn)檫@個檔位能最大限度的降低車輪轉(zhuǎn)速和放大扭矩,因?yàn)檐囕v起步時,車輪轉(zhuǎn)速并不需要有多快,但是需要有較大的扭力,而一檔是能最大程度的降低轉(zhuǎn)速以及放大扭矩的,所以起步一般用一檔,當(dāng)然大多數(shù)情況下,二檔也是可以起步的,只是為了防止熄火,油門需要更大一點(diǎn)同時離合松得慢一點(diǎn)而已。但是如果是在北方地區(qū)冰雪路面起步,用一檔反而會因?yàn)檫^大的車輪扭矩而打滑,所以這時候可以用二檔起步解決這個問題。
坡道起步與平路起步是類似的,不同點(diǎn)在于車輛停在坡道上容易后溜,需要克服車輛的重力沿著下坡方向上的分力所帶來的阻力。
起步前處于空檔怠速和手剎拉起狀態(tài),首先踩住剎車并釋放手剎,踩下離合掛入一檔,慢抬離合,當(dāng)離合快要到結(jié)合點(diǎn)時,穩(wěn)住離合,右腳快速松開剎車切換到油門踏板上并踩下,給油到 2000-3000 r/min 之間并穩(wěn)住,隨之左腳再松一點(diǎn)離合到達(dá)結(jié)合點(diǎn),車子會略微向后坐一坐就向前動起來了,只要車子往前一動,就繼續(xù)松離合直至完全放開,這樣車輛就坡道起步成功了。
這個油門具體踩到多大轉(zhuǎn)速視坡度而定,坡越陡則轉(zhuǎn)速踩越高,一般路上能遇到的坡3000r/min足夠爬上去了。
要特別注意的是,釋放剎車踩下油門和再松一點(diǎn)離合這兩個動作的連貫性,因?yàn)樵谒傻魟x車踩油門的過程中,車子處于既沒有動力(因?yàn)檫€沒到結(jié)合點(diǎn))也沒有制動力的狀態(tài),如果這時再松一點(diǎn)離合使其到達(dá)結(jié)合點(diǎn)的動作沒有跟上的話,車子會在重力作用下向后溜車,但是只要這個動作跟上了,就能傳遞發(fā)動機(jī)的部分動力以克服車輛后坐的阻力并向前行駛。
與平路上起步相比,上坡起步因?yàn)樵陔x合點(diǎn)結(jié)合時,發(fā)動機(jī)要額外克服車輛后溜的力量,所以轉(zhuǎn)速要比平路上踩得高一點(diǎn),以防止半聯(lián)動的動力不足以克服車輛后坐阻力導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速因?yàn)檫^重的載荷而降低到怠速以下而熄火。
用這種方式,只要給油和松一點(diǎn)離合兩個動作節(jié)奏跟上,那么車輛可以完全不后坐,或者說車子還沒來得及后坐就開始接受動力向前行駛了,這需要在練習(xí)過程中逐漸熟練。
后面還會介紹一上坡起步方式,跟趾起步,用這種方式,不但可以防止車輛后溜,還能使車子直接彈射一樣上坡起步,暫且不表。
至于下坡起步,那就比平路起步還簡單了,完全可以采用平路起步一樣的方式來起步,只是這個給油的轉(zhuǎn)速可以更低,甚至可以不給油靠車子自行滑行起來再松離合。
這種起步方式對離合片和輪胎損傷比較大,方法是在踩下離合后,給油到高轉(zhuǎn)速(3000-4000r/min以上),然后突然完全放開離合,車輪就會突然原地打滑然后迅速彈射出去。
由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高,在離合器突然接觸時,能夠克服突然增加的載荷,靜止的離合片馬上開始打滑并瞬間增加轉(zhuǎn)速,同時帶動車輪原地打滑并迅速起步,如果經(jīng)常這樣損傷,會大大縮短離合片的輪胎的使用壽命。
在正常行駛過程中,離合踏板牌完全放開狀態(tài),這時發(fā)動機(jī)的飛輪與車輪之間通過變速箱的齒輪咬合在一起,所以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車輪轉(zhuǎn)速之間是呈正比例關(guān)系的,對一臺車來說,車輪轉(zhuǎn)速跟車輛時速之間也是確定的比例關(guān)系,車輪單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù),乘以車輪的周長,就是車輛單位時間內(nèi)行駛過的距離,因此,車輛時速也是與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速呈正比例關(guān)系的,用公式表示就是
對一臺車而言,車輪直徑都是常量,唯一有變化的是檔位,檔位不同,則比例系數(shù)不同,在相同的車速下,低檔位擁有較高的轉(zhuǎn)速,比例系數(shù)kk較大,而高檔位對應(yīng)低轉(zhuǎn)速,其比例系數(shù)kk較小,下面是八代思域五速手動車型在各檔位下,時速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系:
正是由于在同樣的車速下,發(fā)動機(jī)對應(yīng)各檔位的轉(zhuǎn)速不一樣,所以在換檔的時候,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速需要重新匹配。在同樣的車速下,低檔位對應(yīng)較高的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,而高檔位對應(yīng)較低的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,因此在升檔時,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)降低,而在降檔時,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)抬高。例如,從上圖可知,這車在時速60km/h時由三檔升入四檔,則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速要降低 600 r/min 分鐘,反之,如果在同樣的速度下由四檔降到三檔,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速則應(yīng)抬升 600r/min。從圖上還可以看出,升降檔時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變量,與車速有密切關(guān)系,車速越大,這個改變量越大。
來看一下?lián)Q檔時是如何改變發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的,在換檔時,踩下離合器,使變速箱輸入軸斷開與發(fā)動機(jī)飛輪的連接,然后通過掛檔動作,通過檔位同步器摩擦使得變速箱輸入軸也匹配到需要的轉(zhuǎn)速,然后釋放離合器,這時離合器片和發(fā)動機(jī)的飛輪的轉(zhuǎn)速不一致,由于此時離合片通過變速器與車輪連接在一起,因此它會迫使發(fā)動機(jī)飛輪也達(dá)到匹配的轉(zhuǎn)速。也就是說,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的匹配是通過抬離合踏板時發(fā)動機(jī)與飛輪與離合片的摩擦來實(shí)現(xiàn)的。
但是我們可以通過駕駛員的操作來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速匹配,從而減少離合器的摩擦以延長它的使用壽命,最關(guān)鍵的是,如果通過離合片的摩擦來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速匹配,那么車子將無法實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)行駛,因?yàn)樵陔x合器與發(fā)動機(jī)飛輪摩擦?xí)r,如果是降檔,那么離合片轉(zhuǎn)速高于發(fā)動機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速,因此離合片迫使發(fā)動機(jī)飛輪提升轉(zhuǎn)速,也就是車輪拖著發(fā)動機(jī)拉高轉(zhuǎn)速,但是反過來發(fā)動機(jī)也會給車輪施加一個反作用力,從而車速會突然間下降一點(diǎn),給駕駛員的感受便是降檔后抬離合,車輛會突然頓一下(俗稱頓挫),使得駕駛員及乘客有不適的駕乘體驗(yàn)。
對于降檔時的頓挫感,可以通過慢松離合的方式來緩解,因?yàn)檫@樣延長了離合片與發(fā)動機(jī)飛輪的摩擦?xí)r間,使得車輪受到的來自發(fā)動機(jī)的阻力減小但延長了受力時間,從而減輕頓挫感。這種方式對于駕校新手是適合的,但我們有更優(yōu)的方法,那就是人工實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速匹配。所謂人工轉(zhuǎn)速匹配,就是踩下離合踏板后在換檔的同時,人工控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到目標(biāo)檔位需要的轉(zhuǎn)速,再快速松開離合踏板,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制的越準(zhǔn)確,則松離合時離合器與發(fā)動機(jī)飛輪之間的摩擦越小,車輛行駛越平穩(wěn)。怎么在距離離合踏板時控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到所需要的轉(zhuǎn)速呢,如果要提升發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,則只要右腳給一腳空油門就可以了,如果要降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,則只要等待一個小的時間間隔,使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速自然回落到目標(biāo)轉(zhuǎn)速就可以了,這便是人工轉(zhuǎn)速匹配。
這種技術(shù),可以讓我們把車子開得更加平順,如果完全靠慢抬離合的方式來換檔,一是車子行駛不夠平穩(wěn)(因?yàn)槟悴豢杀苊廛囁俚母淖?,二是離合片的摩擦?xí)s短其壽命。對于手動檔駕駛者來說,人工轉(zhuǎn)速匹配是一項(xiàng)必備的基礎(chǔ)技能,尤其是下面即將要講述的降檔補(bǔ)油技術(shù)。
在降檔時,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)抬高,以前面的圖為例,在時速 60km/h 時四檔對應(yīng) 2100r/min,三檔對應(yīng)2700r/min,轉(zhuǎn)速差是 600r/min, 如果要由四檔退入三檔,則轉(zhuǎn)速應(yīng)抬升 600r/min,人工實(shí)現(xiàn)這個轉(zhuǎn)速抬升的方法是,在左腳踩下離合后進(jìn)行掛檔操作的同時,右腳踩一下油門,把轉(zhuǎn)速踩到 2700r/min(這個動作稱為補(bǔ)油),然后再松離合,這時由于離合器與發(fā)動機(jī)飛輪之間的轉(zhuǎn)速大致吻合,滑動摩擦是很小的,所以車子的頓挫就會消失,車輛速度就不會有明顯改變,從而達(dá)到車輛平穩(wěn)行駛的目的。
由于離合踏板踩下后發(fā)動機(jī)處于無負(fù)荷的狀態(tài),因此你補(bǔ)油后如果不馬上松離合,則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會迅速降低直到達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速,所以為了彌補(bǔ)這個補(bǔ)油后到抬離合的間隙期,可以在補(bǔ)油時適當(dāng)?shù)陌艳D(zhuǎn)速提升多一點(diǎn),這個需要根據(jù)你的換檔速度和駕駛體驗(yàn)來判斷,如何你換檔干脆果斷,那么可以只補(bǔ) 600r/min,如果你換檔動作較慢,那么你可以補(bǔ) 700r/min。
在初期練習(xí)這項(xiàng)技術(shù)時,可能會不好控制空油門的踩踏力度,解決方法是在離合器踏板保持踩下的期間,多次嘗試踩油門踏板觀察轉(zhuǎn)速的提升量,以快速掌握踏板力度與轉(zhuǎn)速提升量之間的大致對應(yīng)關(guān)系。如果一腳油門踩過了頭,那么可以等待轉(zhuǎn)速的自然回落,如果沒踩到位,轉(zhuǎn)速補(bǔ)的不夠,則可以再次踩踏油門,反復(fù)練習(xí)一段時間,就能掌握補(bǔ)油的火候。
降檔補(bǔ)油的關(guān)鍵在于到底應(yīng)該補(bǔ)多少,這就關(guān)系到你的車型在不同時速下對應(yīng)各檔位的轉(zhuǎn)速,這可以在日常駕駛中進(jìn)行總結(jié),你只要記得一點(diǎn),在相同檔位下,時速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是成正比例關(guān)系的,例如,在時速30km/h時對應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min,那么在時速60km/h時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就必然是 4000r/min,所以為了熟悉這個關(guān)系,你可以在每一個檔位下,把車輛開到幾個不同的速度并觀察對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,以盡快得出這個對應(yīng)關(guān)系。
在升檔時,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會降低,同樣以前面的圖為例,在時速 60km/h 時由三檔升入四檔,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)由 2700r/min 降低到 2100r/min,那么可以在踩下離合踏板后,撥動檔桿的同時等待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的自然回落,回落到快接近 2100r/min 時快速松開離合,即可完成升檔動作。
正是因?yàn)檫@個自然回落,所以升檔動作不亦過快,如果轉(zhuǎn)速還未回落到接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時就放開離合,那么因?yàn)榘l(fā)動機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速高于離合片轉(zhuǎn)速,發(fā)動機(jī)會拖著車輛突然加速一下,也就是日常中所說的車子突然向前竄一下,這同樣會造成車輛行駛不平穩(wěn)。
這一小節(jié)來討論時速與轉(zhuǎn)速的具體關(guān)聯(lián)關(guān)系式,假如在某時刻,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速是 nn,我們要計算車速 vv.
只要根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速計算出輪胎的轉(zhuǎn)速,再根據(jù)輪胎的直徑就能得出車速了。
首先發(fā)動機(jī)的動力會通過離合器傳遞到變速箱的輸入軸,而離合器在完全結(jié)合不打滑的情況下對轉(zhuǎn)速不會有影響,所以變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速也是 nn,現(xiàn)在輸入軸會經(jīng)過初級減速齒輪與變速箱中間軸咬合在一起,這對齒輪的齒比就是變速箱的初始減速,記為 r1r1,它是主動齒輪與從動齒輪的轉(zhuǎn)速比,即如果設(shè)中間軸的轉(zhuǎn)速是 n1n1,則有
為了得出車輪一小時內(nèi)的里程,需要知道車輪的直徑,如果不想實(shí)際測量的話,這個值可以根據(jù)輪胎規(guī)格進(jìn)行計算,根據(jù)輪胎寬度和扁平比可以算出輪胎充氣厚度,兩倍充氣厚度再加上輪轂直徑便是輪胎直徑,設(shè)此值為 dd, 單位:米,于是車輪在一小時走過的路程按米為單位是 60?nc?π?d60?nc?π?d,當(dāng)然還得換算為千米為單位,便是
現(xiàn)在用這個公式來驗(yàn)證一下八代思域五速手動檔車型,這車變速箱傳動比如下(來自于車輛維修手冊):
輪胎直徑只能估算了,輪胎規(guī)格是 205/55 R16,也就是胎寬205mm,扁平比55%,即輪胎充氣厚度與胎寬的比例,所以輪胎充氣厚度是 205×55%=112.75205×55%=112.75mm,輪轂直徑16寸,一英寸為2.54cm,所以輪胎直徑是 16×2.54+11.27×2=63.1816×2.54+11.27×2=63.18cm,即 d=0.632d=0.632m,這里忽略了輪胎在行駛過程中受壓而形變的量.
假如當(dāng)前檔位是二檔,那么在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是 n=3000n=3000r/min 的情況下,按上面公式計算,r1=1r1=1,r2=1.869r2=1.869,r3=4.294r3=4.294,d=0.632d=0.632,π=3.1416π=3.1416,車輛時速將是
再來計算一下時速100km/h在五檔下的轉(zhuǎn)速,實(shí)際駕駛結(jié)果是 2700r/min 左右,這里根據(jù)公式計算一下, v=100v=100,r1=1r1=1,r2=0.727r2=0.727,r3=4.294r3=4.294,d=0.632d=0.632,π=3.1416π=3.1416:
在實(shí)際操作中,如果沒有車輛變速箱的傳動比參數(shù),也可以通過實(shí)踐來得出轉(zhuǎn)速或者車速的具體對應(yīng)關(guān)系,因?yàn)樽屑?xì)觀察前面的公式可以知道,在檔位不變的情況下,時速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之間是成正比例關(guān)系的
現(xiàn)在列一個八代思域五速手動在各個時速下對應(yīng)各檔位的轉(zhuǎn)速表(轉(zhuǎn)速只保留百位,低于1000轉(zhuǎn)和高于7000轉(zhuǎn)留空,在計算過程中取 π=3.1416π=3.1416,輪胎直徑d=0.632d=0.632m):
時速 | 一檔 | 二檔 | 三檔 | 四檔 | 五檔 |
---|---|---|---|---|---|
20 | 2300 | 1300 | |||
40 | 4500 | 2700 | 1800 | 1400 | 1000 |
60 | 6800 | 4000 | 2700 | 2000 | 1600 |
80 | 5400 | 3600 | 2700 | 2100 | |
100 | 6700 | 4500 | 3400 | 2600 | |
120 | 5300 | 4100 | 3100 | ||
140 | 6200 | 4800 | 3700 | ||
160 | 5500 | 4200 | |||
180 | 6200 | 4700 | |||
200 | 6800 | 5200 | |||
220 | 5800 | ||||
240 | 6300 | ||||
260 | 6800 |
考慮到國內(nèi)高速限速120km/h,我們作一個日常使用車速區(qū)間的詳細(xì)對應(yīng)表:
時速 | 一檔 | 二檔 | 三檔 | 四檔 | 五檔 |
---|---|---|---|---|---|
10 | 1100 | ||||
20 | 2300 | 1300 | |||
30 | 3400 | 2000 | 1300 | 1000 | |
40 | 4500 | 2700 | 1800 | 1400 | 1000 |
50 | 5700 | 3400 | 2200 | 1700 | 1300 |
60 | 6800 | 4000 | 2700 | 2000 | 1600 |
70 | 4700 | 3100 | 2400 | 1800 | |
80 | 5400 | 3600 | 2700 | 2100 | |
90 | 6000 | 4000 | 3100 | 2400 | |
100 | 6700 | 4500 | 3400 | 2600 | |
110 | 4900 | 3800 | 2900 | ||
120 | 5300 | 4100 | 3100 |
同樣,有按照轉(zhuǎn)速的時速對照表:
轉(zhuǎn)速 | 一檔 | 二檔 | 三檔 | 四檔 | 五檔 |
---|---|---|---|---|---|
1000 | 9 | 15 | 22 | 29 | 38 |
2000 | 18 | 30 | 45 | 59 | 76 |
3000 | 26 | 45 | 67 | 88 | 114 |
4000 | 35 | 59 | 90 | 117 | 153 |
5000 | 44 | 74 | 112 | 146 | 191 |
6000 | 53 | 89 | 135 | 176 | 229 |
7000 | 62 | 104 | 157 | 205 | 267 |
這些數(shù)據(jù),就日常行駛中經(jīng)常用到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)而言,是大致吻合的,另外從表中可見,這車二檔可破百,并且理論上的最大時速是 260km/h,當(dāng)前前提是發(fā)動機(jī)有足夠的功率,并且車子沒有電子限速。上表數(shù)據(jù)作成圖表是這樣的:
從表格和折線圖中均可以看出,檔位越低,轉(zhuǎn)速改變量與車速改變量的比值越大,通俗點(diǎn)說就是,檔位越低,轉(zhuǎn)速指針越敏感,對表格中來說,一檔的情況下,車速每相差1km/h就對應(yīng)轉(zhuǎn)速相差100r/min,所以補(bǔ)油的時候,轉(zhuǎn)速的誤差就更容易引起頓挫或竄動,這就是一檔和二檔的轉(zhuǎn)速匹配更難消除頓挫或者竄動的原因。
當(dāng)車輛處于低檔位高轉(zhuǎn)速時,較高的轉(zhuǎn)速會帶來發(fā)動機(jī)內(nèi)部活塞、連接、曲軸的摩擦阻力增大,如果放開油門,那么發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速在摩擦阻力之下向低轉(zhuǎn)速區(qū)間回落,同時給車輪施加一個明顯的阻力,使車輛減速,這就是發(fā)動機(jī)制動。
手動檔車型通常在下坡時利用這一點(diǎn)(比如山路和下地庫),根據(jù)坡道陡峭程度選擇預(yù)期行駛時速,比在平路上同樣的車速所使用檔位低一到兩個檔位,這樣車速的增加會拖著發(fā)動機(jī)拉高轉(zhuǎn)速,而反過來發(fā)動機(jī)會施加給車輛一個明顯的阻力,從而使得車速不能一直加快,從而減少剎車的使用。因?yàn)樵谙麻L坡時頻繁踩踏剎車會使剎車片溫度升高,剎車片溫度高到一定程度時其制動性能會迅速下降,這就是剎車衰減現(xiàn)象。而利用發(fā)動機(jī)助力我們可以很大程度上避免這個問題。賽車使用的剎車片性能更強(qiáng),能夠承受的溫度更高,在F1等賽車節(jié)目上,經(jīng)??梢钥吹綗猛t的剎車盤的賽車在行駛,但是這在家用車是完全不可能的。
前面已經(jīng)講過,在換檔時,踩下離合后,通過掛檔動作,使得輸出軸與某個檔位的從動輪進(jìn)行固定起來,但是在固定時,這兩者具有不一樣的轉(zhuǎn)速(因?yàn)槟繕?biāo)檔位與當(dāng)前檔位齒比不同),所以要通過同步器進(jìn)行摩擦,使得兩者轉(zhuǎn)速一致并固定起來保持相同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。
最早的手動變速器是沒有同步器的,所以用這種方式進(jìn)行掛檔的話,會因?yàn)闊o法同步輸出軸與目標(biāo)檔位從動輪的轉(zhuǎn)速而導(dǎo)致無法入檔,所以早期的手動變速器,要通過兩腳離合的方式來換檔,就是要先踩下離合換退到空檔狀態(tài)并放開離合,然后通過油門或者等待的方式控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到目標(biāo)檔位所需的轉(zhuǎn)速,然后再踩離合掛入目標(biāo)檔位。與現(xiàn)在的正常換檔方式相比,多了一個空檔的中間過渡。
這種方式是如何解決前述問題的呢,因?yàn)樵谕巳肟諜n時并釋放離合后,發(fā)動機(jī)飛輪通過離合與變速器輸入軸連接,而輸入軸的齒輪與各檔位齒輪是咬合在一起的,所以控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到目標(biāo)檔位所需的轉(zhuǎn)速后,目標(biāo)檔位從動輪的轉(zhuǎn)速就與輸出軸轉(zhuǎn)速就基本一致了,這時即使沒有同步器的幫助也能順利入檔了。
現(xiàn)在的手動變速器都配備了同步器,所以這種方式換檔的唯一意義就是減少同步器的摩擦損耗了,所以這個技能不是手動檔駕駛者的必備技能,可學(xué)可不學(xué)。
這種換檔方式比較難于掌握,也需要駕駛者在轉(zhuǎn)速匹配上花費(fèi)更多的精力,它會轉(zhuǎn)速匹配的精確度要求比較高,這種技能的唯一用處是在路途中離合器突然出問題了,又不方便立刻維修,那么它可以派上用場。
具體操作就是在換檔時,如果是升檔,那么先不踩離合直接撥桿檔桿退入空檔,等待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速自然回落目標(biāo)檔位所需轉(zhuǎn)速時,不踩離合,撥動檔桿直接入檔,但是轉(zhuǎn)速要控制得比較精確,否則無法入檔。同樣如果是降檔,先不踩離合直接退入空檔,然后給油門控制轉(zhuǎn)速到目標(biāo)檔位所需轉(zhuǎn)速,再直接入檔無需踩離合。
這種方式如果轉(zhuǎn)速匹配得不好,輕則增加同步器的磨損,重則直接掛不上檔,而且因?yàn)樾枰演^多的精力花在轉(zhuǎn)速的匹配上,會使得駕駛者對于路面情況的觀察力降低,所以這種方式不適合于擁堵或者紅綠燈較多的路況。
跟趾其實(shí)就是在剎車減速的同時完成降檔補(bǔ)油的操作,它的使用場景主要是用于快速過彎,臨近彎道,需要減速,但為了在出彎時有足夠的驅(qū)動力加速,需要在剎車減速的同時降檔。
跟趾主要難點(diǎn)在于,要兩只腳同時操作三個踏板,因?yàn)橐獪p速,所以剎車踏板必須保持一定的壓力,同時要降檔補(bǔ)油,那么離合踏板和油門踏板也必須要踩下,那么兩只腳如何同時踩住三個踏板呢,方法是左腳踩離合不變,但是右腳需要同時踩住剎車和油門,腳掌踩剎車,腳跟踩油門,這就是跟趾稱呼的由來。
在過彎時,一邊剎車減速一邊補(bǔ)油降檔,先踩剎車減速,剎車踏板保持一定的壓力,然后左腳踩下離合,右腳掌保持剎車踏板的壓力,同時右腳跟點(diǎn)一下油門抬升發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到目標(biāo)檔位所需轉(zhuǎn)速,同時手上完成換檔操作,然后釋放離合和剎車,大油門加速出彎。
跟趾起步可以用于平路也可以用于上坡起步,而且可以有效防止后溜的問題,方法跟過彎的時候一樣,以上坡起步為例,在空檔怠速手剎拉起的狀態(tài)下,踩住剎車釋放手剎,踩下離合,然后右腳掌保持住剎車,右腳跟給油到2000-3000r/min并保持住,左腳慢松離合到結(jié)合點(diǎn)(由于轉(zhuǎn)速不低不會熄火),然后右腳掌從剎車直接挪到油門上并松離合,完成坡道起步。
如果在松剎車的時候,右腳掌是慢松,同時左腳離合慢放,這樣就可以完全不后溜,因?yàn)橹苿恿λ梢稽c(diǎn),動力就增加一點(diǎn),此消彼漲,就可以完全做到不后溜,但熟練程度是需要反復(fù)練習(xí)的,初學(xué)的時候兩只腳很難控制三個剎車的力度,很容易熄火。
手動檔駕駛經(jīng)驗(yàn)不足一年慎學(xué)此項(xiàng)技術(shù),經(jīng)常練習(xí)者除外。
另外就是現(xiàn)在的家用手動檔車的油門踏板會比剎車踏板低一截,不在一個水平面,導(dǎo)致右腳踩住剎車時需要把腳向外翻才能用腳跟踩到油門,所以如果想要練習(xí)跟趾,得先把油門踏板改一下。
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