关于福特与通用联合开发的十速变速箱,你必须要知道这十件事情

2018年12月24日 滚针轴承产品 120 views

今年年初,通用与福特则相继宣布要斥巨资升级各自位于密歇根州的变速箱工厂,主要目的就是进行升级改造,以便其能够生产这款新的十速变速箱。接下来,这款变速箱将会用在两家不同的产品线。这款由两个「竞争对手」联合开发的变速箱会是什么样子,这两家制造商对于多档位变速箱又有什么理解呢?这篇文章将会告诉你这些问题。

十速变速箱与3.5L Ecoboost发动机

1.哪些车型会首先开始搭载?

福特的F-150车型已经开始搭载上述变速箱。随后,通用旗下的雪佛兰亦会在其2017款科迈罗ZL1上搭载此变速箱,并配备来自克韦尔特Z06的6.2升LT4引擎,从而使新款科迈罗的最大马力达到650匹,峰值扭矩650牛.米。此外,这款变速箱不仅能够匹配科迈罗这类性能车,同时亦可用于福特猛禽这些大家伙。搭载此变速箱的高功率3.5升V6版福特猛禽最大马力可以超过450匹。我们可以预见未来由这台10速变速箱衍生而来的更小更轻的新一代变速箱将会被广泛搭载到福特与通用家族的其它各类车型中。

福特猛禽

2.10速不仅仅是更宽泛的传动比

这款型号名为10R80(福特)的10速变速箱,在1挡与10挡之间自然有一个宽泛的传动比,其齿比范围为7.384,在现有的变速箱里面却绝对不是最大的。目前至少有5款传统变速箱,也包括一些8速变速箱,拥有更大的齿比范围。

其中齿比范围最大的是一款来自采埃孚的ZF9HP的前驱9速变速箱,其齿比范围可达9.819,Jeep切诺基中已经搭载此款变速箱。另外,保时捷帕纳梅拉中搭载的PDK 7速双离合变速箱的齿比范围甚至可以达到10.119。

福特10速变速箱的项目负责人凯文·诺里斯(Kevin Norris)表示,从现有的实验模拟测试数据来看,变速的齿比范围超过7.4其实并没有什么实际意义,在Jeep切诺基基本上用不到其最高挡位9挡,因为目前一般的高速行车速度达不到9挡传动比所需的匹配速度。

3.10速意味着更接近的传动比与更小的挡位差

如果一台10速变速箱没有一个特别宽泛的齿比范围,那么其不同挡位就会相对更为接近。因此,这台福特10R80 在升挡时的转速下降仅为20%。相比之下,目前业内广泛使用的采埃孚8速变速箱升挡是的转速下降为25%,而保时捷的7速PDK则是32%。

凯文·诺里斯表示,一个更为接近的传动比既可以在全油门加速时使发动机一直保持最优输出,同时搭载在像F-150这样的大家伙上时,也可以使这类皮卡拖车在作业时的动力输出更为顺畅。

4.10速可以使两个最高挡位非常接近

十速变速箱图解

这台10R80在10挡时的超速传动比为0.636,在9挡时为0.689,两者仅有8%的差距,因而几乎感觉不到10挡到9挡的降挡过程。诺里斯表示F-150的10挡在一般的高速行驶中绝对是真实有用的,当车辆满载或拖行重物时9挡亦会介入。同时这台变速亦提供了“运动”和“拖行”两者模式,使这些超速挡位能更好的被运用,其8挡也是超速挡,超速传动比在0.854。

5.与EcoBoost V6统一标准

虽然这款变速箱前期的大肆宣传主要是围绕着福特将要推出的猛禽和科迈罗ZL1。但是其上市搭载的第一款车型为2017款的F-150 3.5升V6高功率版,最大马力375匹,峰值扭矩470牛.米,并且这款10R80将作为标配搭载。

然而在EPA的城市路测中,搭载这套动力总成的F-150的发动机转速从来没有超过1450转。换句话说,其实际的燃油经济性表现并不是很好。虽然福特方面更强调发动机与变速箱协调工作带来平顺的换挡。

6.10速并没有比6速更大更重

由于运用了四个简单的行星齿轮组件和六个换挡元件,这台10R80仅仅比目前与3.5升V6所匹配的6F55 6速变速箱长了1英寸,重了4磅。这需要对每个部件进行非常细致入微的设计,比如在此变速箱中的扭矩转换器就要比上一代薄了0.4英寸,轻了2磅。同时铝制定片亦帮助了重量的减轻,新的变速箱中已经找不到铸铁件的存在了。

7.精细的液压泵

自动变速箱中的换挡元件是由液压触发和控制的,所以这款新变速箱是有两个特殊的泵提供液压力。主泵采用了可变排量的离轴设计,把泵从变速箱的主轴上移除,从而缩短变速箱长度,另一方面,可变排量亦可根据变速箱的需求进行调整,减少能量损失。

再者,第二个电驱动液压泵可以达成怠速停止功能。与传统的液压蓄能器相比,电驱动液压泵更为可靠且更加紧凑。

8.变速箱油很关键

正如同机油变得越来越稀薄,变速箱油亦在不断改进,降低变速箱内的摩擦。在之前4速时代,变速箱油的粘度一般在7.5厘斯(粘度单位),福特6速时的粘度为6厘斯,而现在的全新的10速为4.5厘斯,既减小了摩擦也降低了液压泵的工作负担。

新的变速箱油被称为Mercon ULV,通过引入新型的双层介质过滤器以及更多的褶皱设计,使得这台10速变速箱的寿命远远高于目前的6速。

9.干净利落的换挡如何让换挡更为迅速对于变速箱来说同样重要。10R80变速箱的换挡由6个换挡元件控制,换挡元件是由一个集成电磁阀所控制,相较之前的二元设计,其反应速度更快。其中每次换挡都有两个元件同时工作,使换挡快速且平顺。同时,这款换挡时是不需要解锁扭矩转换器的,这也提高了换挡效率。同时这款变速箱对系统上的优化设计亦缩短了液压流程,减少了换挡元件的填充时间。

不过这只是理论效果,实际情况中能够达到目前并不清楚,因为换挡过程很大程度上会受不同挡位切换的影响。但是福特表示,至少在四挡上,这台变速箱的反应速度要比保时捷的PDK快上26%到36%。此外,这台变速箱亦可以进行多挡位连降,迅速从10挡直接降到5挡,或者9挡到4挡。同时单向离合的引入使得减速停车时3挡降到1挡的过程更加平顺,避免车辆抖动。

除了高效液压泵与低粘度变速箱油之外,这台变速箱亦引入了其他的一些方法来减少变速箱内的机械摩擦。比如用径向滚针轴承取代平推力垫圈,因此原先的滑动摩擦变成了较低的轧制衍生品种。此外,多片离合器可以在其不工作时主动分离,从而降低拉力带来的车辆跳动。因此,这台新型变速箱不管在哪个挡位的表现都要优于它将取代的6速。

10.燃油经济性上没有显著提升

尽管在降低摩擦,减小粘度,多挡位上切换上都进行的优化,但是10R80在燃油经济性的优化却表现地非常「谦虚」。

与6速相比,福特表示新的变速箱会有3%到4%的效率提升 – 对于F-150 来说仅仅是1英里每加仑。这点非常诡异,当年采埃孚在推出其8速自动变速箱时表示其燃油经济性与现有的6速相比有了11%的提升。爱信推出8速时表示其燃油经济性有6.6%到7%的提升。奔驰在从7G-Tronic到9G-Tronic时表示其燃油经济性上最高有6%的提升。

反观福特,其变速箱挡位增加了四挡而不是两挡,然而在燃油经济性上的优化却只有其他变速箱的一半。或许是福特较为严谨,也可能是想来一场先抑后扬,如果将来F-150在燃油经济性上的优化还不到2或3英里每加仑被证实的话,大家一定会震惊。

● 10AT厉害性能表现

为何叫10R80?

这款变速箱有意思的是,两家主机厂都将这款变速箱命名代号为10R80。其中“10”代表着有10个前进挡位,“R”为纵置平台的后驱或四轮驱动,“80”则是代表着可承受最大的输入转矩为800N·m。

10R80体积很长很大?

  10挡自动变速箱至今为止听起来也是蛮吓人的,比6挡自动变速多了4个档位,但却重量只增加了约4磅,约合1.81kg;长度尺寸增加了一英寸,约合25.4毫米。整体结构非常紧凑。整体尺寸几乎等同ZF采埃孚的8AT。

  10挡自动变速箱重量并没有大幅度增加,更多是因为整个外形都采用了铝合金材质,整体钟式铝合金外壳有助于减轻重量并增强刚度,甚至连变速箱的支架都采用铝合金材质。整体变速箱并没有铸铁零件。因此10R80的重量约为106kg。

  其实10R80并没有因为挡位的增加而增大尺寸更有利于已有车辆的安装匹配。无需重新设计变速箱的布置,最大限度地减少车辆接口的变化,可以满足绝大多数车型。

7.34齿比范围并不最广

  10挡自动变速箱顾名思义有着10个前进挡和一个倒档。其中前六个挡位是减速传动比,第七挡位直接挡,八至十挡为超速挡。第一挡传动比为4.70:1,而第十挡传动比则为0.64:1,所以整体齿比范围为7.34。相比ZF采埃孚的横置9AT齿比范围9.819、ZF纵置8AT的7.8、奔驰9G齿比范围9.16,10R80整体齿比范围并不算宽广。福特认为齿比范围过高更加不利于加速性能和拖拽性能,因而设定齿比不超过7.4。

三台变速箱齿比对比
挡位10R80通用8L奔驰9G
14.704.565.502
12.992.973.300
32.152.082.315
41.801.691.661
51.521.271.210
61.281.001.000
71.000.850.865
80.850.650.717
90.69-0.602
100.64-
倒档4.873.824.932

  10R80并不是特别宽广的齿比范围,因而各个挡位之间的传动比设定相当接近。10R80在换挡期间转速下降只有20%,比保时捷7挡PDK的25%转速下降和ZF 8AT转速下降25%都要更小。这意味着在全油门加速时,发动机基本上保持在最佳扭矩输出。

  第十挡的传动比为0.636,相比与通用的8AT的最高档传动比0.65并没有下降太多,但也对高速行驶时有效降低发动机转速,提高燃油经济性。10R80变速箱第九挡的为0.689,与最高挡传动比相差仅为8%,因而10挡降9挡几乎感觉不到顿挫。福特F-150 Raptor在约104km/h时便自动挂上第10挡,同时也只有在轻载时才可上第10挡。当车辆重载/拖拽或者处于运动模式下,车辆最高只能升至第9挡,如此有助于车辆发挥更大的动力。

  其实10个挡位真的有点多。日常驾驶变速箱甚少采用逐挡升降,在节气门部分开启的加速中,通常采用跳挡的方式,如从起步第1挡跳转至第3挡,然后第5挡,紧接着到超速或直接传动比齿轮,6、7、8挡。同时降挡也采用相同的逻辑,可以从第10挡一下子跳转至第8挡,再到第5挡、第3挡、第1挡。

  实际上10R80变速箱只有三种情况下采用逐级升挡。第一种情况是全油门时,通过变速箱紧密的传动比让发动机时刻保持最大功率输出,第二种情况是非常轻的节气门开度时,基本是美国EPA燃油经济性测试时才会出现。第三种则是手动换挡。

  福特F-150 Raptor的10R80变速箱有着三种换挡模式,拖车、运动和正常模式。每一种模式都会有特定换挡时机和频率,以适应不同的驾驶行为。日常驾驶10R80可将发动机转速控制在2000rpm之内。即便车速在120km/h时,发动机转速也不到2000rpm。

内部结构没有变得过于复杂

  挡位多了结构一定就复杂?然而并不是,10R80拥有4组行星齿轮组,即组合出10种传动比,ZF 8HP和GM 8L变速箱同样也采用了4组行星齿轮组结构。10R80采用6个执行器,其中是2个制动器和4个离合器。相比ZF 8HP和GM 8L变速箱的5个执行器,10R80仅仅多了一个离合器。

  实质上10R80与ZF 8HP有着非常相似的设计,甚至连第一档的动力流都一样。这是因为2个制动器(A和B)嵌套在一起,同时第一、二以及四行星齿轮组布局都非常类似。正是因为执行机构的嵌套设计,10R80整体尺寸以及控制复杂程度并没有8AT来得要大和困难。所有邻近的挡位切换,只需要一个执行器打开,另一个执行器关闭,实现快速换挡。正因为如此,通用科迈罗ZL1换挡速度超越了保时捷911的7挡PDK。

  为了提高燃油效率,10R80配备了可变排量的油泵,根据转速以及负载来调节供油压力。10R80更低粘度的变速箱油,变速箱油要求粘度为4.5厘泊,进一步减少变速箱内机械摩擦和油泵的工作量。为了迎合启停功能,电动油泵可在发动机熄灭时对变速箱内部进行冷却,同时储液罐可更快启动车辆。为了延长变速箱寿命,10R80内部布置了两级高效滤清器,过滤变速箱油的杂质。这样一来更换变速箱油的费用将会大幅度提升。

  除了采用可变排量油泵和低粘度变速箱油外,采用滚针轴承代替平止推垫圈,甚至采用微小弹簧来分开多片离合器,以减少离合器之间的阻力。

  与此同时液力变矩器设计的更加薄,直径更大,其直径达到260mm,并具有锁止离合器。它还使用电子控制容量离合器(ECCC)技术,在换档期间可调节滑动量来抑制发动机振动,以用于更平稳的运行传递动力。

  通过如此众多措施,福特估计10R80变速箱相比福特6挡自动变速箱可降低3-4%的油耗。整体推测较为保守。实际上,2017款的F-150相比2016款燃油经济性有着不少了提升,油耗降低了5%-11%。

● 总结

  福特和通用联合开发10AT无疑给美系车打了一支强心针,今后通用乃至福特旗下的车型不在被人诟病。10AT的确很先进,齿比也是相当密集,同时最高档的传动比也较低,整体有效提升燃油经济性。两家的10AT硬件一致,内部结构没有过于复杂,同时可根据不同车型调性,通过软件程序的设定调校换挡逻辑,以满足绝大多数车型。

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