技术特点:卡车变速箱

技术特点:卡车变速箱

大卫·梅雷迪斯 (David Meredith) 阐述了现代日益复杂和智能的卡车变速器的优缺点......

从卡车柴油发动机的飞轮到路面上散落的磨损橡胶,有一长串的部件负责传输、重定向、分配和倍增扭矩,从而延长卡车的使用寿命。

这一过程的核心是 传输鉴于大型柴油机的转速范围相对有限,而大多数应用所需的速度范围却相对较宽,因此变速器的主要功能是尽可能长时间保持发动机以最高效率运行。

但传动系统所依赖的技术差异很大,不同的技术针对的是不同细分市场。

与以往一样,传统和经验在客户选择中发挥着关键作用,而现在,驾驶员考虑因素比以往任何时候都更能影响所选规格。例如,如果驾驶员很难找到既有经验又能熟练操作经典且通常万无一失的 Eaton Roadranger 18 速常啮合变速箱的驾驶员,那么他就会选择不需要离合器踏板的车型。

下一个决定是选择自动手动变速器(它仍然具有离合器和压盘,因此具有可磨损的摩擦面)还是全自动变速器(使用液力耦合器或变矩器)。

让我们快速看一下目前可用的传输类型……

>> 同步器手册
大多数制造商都生产自己的此类变速器。该技术已得到验证,可轻松跨公司和跨地域出口,并且需要最少的驾驶员培训和最少的花费。但是,调整或修改传动比以适应任务并不容易。制造商倾向于通过一系列关于如何使用特定卡车模型的假设来解决这个问题。使用同步器使变速箱与齿轮啮合会降低这些变速箱的扭矩容量,因此同步器变速箱的重量范围通常不会超过中型。

>> 恒网格手册
在所有变速器中,这是最难掌握的。它在设计时考虑到了高扭矩和极端条件,并且仍然是澳大利亚公路列车和其他多组合长途应用的主要产品。伊顿是这一类别的首选供应商,带有直接/超速档和档位变化按钮的 18 速加长 H 型变速杆已深深印在全国数千名卡车司机的意识中。优秀的操作员可以像任何自动手动变速器一样保持扭矩,但这是需要大量(有时是昂贵的)练习的技能。

>> 自动手动(带或不带离合器踏板)
斯堪尼亚过去提供两踏板或三踏板式自动手动变速器。我不知道为什么。如果你要用计算机来管理离合器,为什么不让它从头到尾都工作呢?但有人告诉我,一些车队喜欢让司机使用离合器启动,而且这似乎在职业车辆中最受欢迎。

AMT 本身现在已经是一个成熟的系统,但换挡速度却有很大差异。工厂坚持自行制造的一款日本 AMT 换挡速度非常慢,您甚至可以边等边泡杯咖啡。瑞典的一位工程师在这方面非常擅长,快速换挡将扭矩中断降至最低。

Fuso 对此进行了改进——其 Duonic AMT 具有双离合器,因此变速箱会在您加速时预先选择下一个档位。在我第一次驾驶时,我在 100 米内就挂上了。工厂已经处理了一些可靠性问题,但它主要是 Canter 的轻型变速箱。您目前无法在中型或重型车型中找到它。

从技术上讲,AMT 是一种普通的常啮合变速箱,配有螺栓固定和插入式自动离合器系统。只要您有用于更换管理的插入式诊断程序,它就能带来既定的可靠性和易于维修的特点。但这也意味着,使用最好的版本(即来自欧洲和美国),您可以自定义换档模式、转速范围和换档时间以适应应用。

例如,我第一次驾驶配备 ZF AMT 的日野 700 时,立即就发现没有人仔细研究过发动机特性。它转速快得吓人,所以我切换到手动模式,将大型日野发动机的转速降至 1050rpm 后再换档,油耗大大降低,驾驶也更安静。回到伍伦贡以北的奥斯利山时,我的速度并不比那些依赖电脑的卡车慢。

>> 全自动
我最喜欢的卡车测试是几年前在美国进行的。在一条封闭的测试跑道上,两辆相同的卡车挂在重量相同的拖车上。一辆装有 Allison 自动变速箱,另一辆装有 Eaton Roadranger 18 速手动变速箱。

汽车卡车由一名大学生驾驶,手动卡车由一名专业司机驾驶。在陡峭的山坡上进行的直线加速赛中,学生赢得了漂亮的胜利。然而,比赛结束后,人们发现学生的马力少了 75 马力!

这完美地说明了连续扭矩带来的不同,而这只有全自动变速箱才能实现。艾里逊变速箱使用道路速度、使用的扭矩、加速度和倾斜角度来计算设备的总重量。然后,它会相应地管理换档映射。

变速箱还能在越野条件下实现最佳牵引力。目前,全自动变速箱尚未应用于州际或高速公路的公路列车。目前正在进行一些开发,但不要太过担心。

自卸卡车、混凝土搅拌机和泵车、垃圾车和地铁运输车是全自动车辆最广泛使用的领域,在某些情况下是因为驾驶员流动率高,并且可以省去昂贵且频繁的离合器更换。

>> 带扭矩转换器的混合式自动手动变速器
梅赛德斯-奔驰在变速箱领域独树一帜。Actros SLT 是一款超重型卡车,具有 Actros 外形和 Actros 内饰,但采用了全新的内衬。驾驶 SLT 时需要先通过变矩器,然后才能通过 Powershift AMT。

这些优势在重型运输中比其他任何运输都更有意义,因为在重型运输中,即使是最好的传动系统,在极重的起步条件下也会受到考验。在传统的 AMT 上,当您选择驾驶时,起步档会接合,即使没有任何油门,您也会在系统接合离合器时缓慢向前行驶。但按下 SLT 上的 D 按钮,您仍然一无所获。它接合了档位,但变矩器没有转换任何扭矩。

只有当您踩下油门时,变矩器才会将动力传递到变速箱中。因此离合器完全接合,液力耦合器处理所有滑动。这是一个重型解决方案,因为您实际上有两个变速箱并排,但对于重型任务,皮重并不是关键标准。SLT 被全球最大的运输集团的重型运输车队使用。

商用车变速箱

专业制造商
除了设计和制造自己的变速器的工厂外,还有专业的变速器制造商在工厂和首次销售后提供产品。

>> 伊顿
坚固耐用的 Roadranger 手动变速箱仍是许多车队的首选变速箱。但伊顿无法忽视行业内减轻驾驶员使用离合器负担的趋势,因此推出了 Ultrashift 和 UltraShift Plus。它基本上是一款带有电子管理的液压离合器的 Roadranger,因此开发成本主要是智能化。即便如此,起步后,高速行驶的车辆仍会从缓慢行驶状态转为高速巡航状态,而无需触碰离合器。

>> 采埃孚
这家德国公司生产大多数类型和配置的变速箱和车轴,最受欧洲制造商的欢迎。它现在销售全自动变速箱,与艾利逊竞争,并受到北约军队的广泛支持,满足其补给和轻型部队运输需求。

其 TraXon 模块化设计堪称先驱。它基本上是一组齿轮,前面有离合器、双离合器、混合动力或变矩器模块。应用将决定哪种系统最适合,但使用通用核心可降低成本。

>> 爱信
该公司隶属于丰田集团,为集团和非集团公司制造手动和自动变速箱,还为一些欧洲汽车公司供应产品。有趣的是,你仍然可以买到配备艾里逊变速箱的日野卡车,因此爱信尚未覆盖该制造商卡车系列的所有潜在用途。

>> 艾利森
艾利森变速器的开发始于军方,尽管该公司也设计和制造航空发动机。事实上,我第一次接触艾利森时还戴着耳塞。四台艾利森涡轮螺旋桨发动机在澳大利亚皇家空军 C130 大力神飞机货舱内轰鸣,这种声音永远铭刻在我的陆军航空调度记忆中。

Boral 在订购新的混凝土或碎石卡车时选择 Allison 选项的原因有两个——“零停机时间”。该公司为建筑设备公司和美国军方供应重型汽车,还为一些船舶应用提供驱动装置。

艾利森在澳大利亚的销售主管是罗伯特·卡瓦尼诺 (Robert Cavagnino),他在业余时间担任 Top Fuel 赛车队的老板。在上届 WA 大会上,在硝基发动机震耳欲聋的噼啪声中,他告诉我,汽车制造商对汽车的接受度正在增加,这主要是由客户需求推动的。

关键在于,这种趋势已经从由于驾驶员限制而产生的必要性,发展为由于自动变速箱能够最大限度地发挥发动机的性能而产生的效率。

他说:“这就是 AMT 出现问题的原因。”

“特别是欧洲的发动机是低转速、高扭矩的六缸发动机,确实需要扭矩转换器才能发挥最佳性能。”

未来之路
未来将会出现一些新事物,扩大澳大利亚道路上卡车的传动技术多样化。Allison 和 ZF 都瞄准长途运营商,并为其提供适合这些应用的功能。

艾里逊的 TC10 双中间轴 10 速自动变速箱足够灵活,适合城市和高速公路的原动机工作周期,并提供具有全动力换档、扭矩转换器和双中间轴变速箱设计的混合架构。

该公司已经运营了一批测试用户,与现有的手动和自动手动车型相比,TC10 的燃油经济性平均提高了 5%。

该变速箱的额定功率高达 600 马力,扭矩为 2305 牛米,具有 10 个前进档和 2 个倒档。它配备了艾里逊最新一代电子控制装置,可提供预测功能,从而避免不必要的机油和滤清器更换,并增强了换档器功能。

创新推动了变速箱的发展,使其进入了新的领域。例如,ZF 开发了一款创新卡车套件,其特点是将一台 120kW 电动机直接内置在 12 速变速箱的钟形壳中。

它不仅能起到回收能量的缓速器的作用,而且当与转向伺服系统、高度复杂的软件程序和计算机平板电脑结合使用时,它还能发挥出别致的绝招。简而言之,司机到达车库后,将车停在装卸区附近,跳下卡车,将平板电脑交给装卸区工作人员,然后走进屋内小憩。

然后,车库工作人员使用平板电脑将卡车倒车驶入车库,无需使用发动机。电动机负责操纵,柴油发动机也休息一下,软件负责控制转向。

该系统在一辆 DAF XF 上进行了演示,这辆卡车后面拖着一辆半挂车(见主图)。双铰接似乎对操作员来说没有问题,操作员用一根手指将平板电脑上的拖车图形拖到所需位置即可操控卡车。我能想到一些需要这种系统的 B-double 司机……

最大问题:自动还是手动?
最大的问题只有通过仔细研究应用和驾驶员的使用情况才能得到解答。手动挡汽车,无论离合器是由驾驶员还是计算机操作,都有局限性,而发动机设计和特性的趋势不可阻挡,这些局限性正在被放大。

通俗地说,扭矩波(当你减少气缸数和降低转速时,它们更像是脉冲)可能会在变速箱内产生冲击,当变速箱通过离合器等硬联轴器连接时,这种冲击会沿着传动系统放大。这可能导致 ECM 将这些脉冲解释为来自油门的驾驶员输入,从而导致发动机振荡,即使在巡航模式下也是如此。

一家顶级制造商可能拥有市场上可用性最好的 AMT,但目前该公司正在认真考虑全自动变速器,因为其自己的 AMT 变速器承受着巨大的扭矩负载。

另一个例子是瑞典的一位大个子,他的 3500Nm V8 顶置发动机在 1 到 9 档的扭矩限制为 200Nm。开发 AMT 变速箱以处理低档位的这种扭矩将是一项巨大的工程工作。因此,尽管您为大扭矩数字支付了额外费用,但您只能从 10 档开始获得它。这意味着重型运输操作员在最需要时无法获得最高额定值 - 例如在工业区周围操纵奇怪的 Manly Ferry 时。

最终,扭矩倍增是由 AMT 中的齿轮组完成的,但由汽车中的液力耦合器完成,从而大大减少了齿轮系的磨损。

AMT 上的电子设备能做的很有限,因为当齿轮啮合时,它是一种硬耦合。因此,换挡点是 ECM 的重点。但自动变速器可以在齿轮工作时控制扭矩的传递,在需要时增加扭矩(有时无需换挡),以及保持扭矩恒定,即使在换挡期间也是如此。

州际公路作业很可能是手动或 AMT 变速器的最后堡垒。由于换挡频率相对较低,硬耦合的效率与自动变速器相比毫不逊色。当卡车终于驶上高速公路,并在一两天内以大约 30% 的可用扭矩巡航时,加速时恒定扭矩所节省的燃油微乎其微。

一如既往,算一下,然后按终身成本购买。这可能意味着可观的利润或巨大的损失。

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