KRG锥环无级变速器全解读.docx

KRG锥环式无级变速箱，对于大多数人而言可能是个生疏的名词。不过，这种变速箱可能会成为将来国内小排量车型上的主流变速箱，低成本、高效率、简洁的结构和在功能和平顺性上的多重优势值得我们关注,在其正式量产之前，让我们一同来相识一下这台结构新奇的变速箱。GIF吉孚推出的创新锥环式无级变速箱（KRG）无级变速的基础，滚锥+锥环代替钢带和棘轮一悠久历史和创新:源于1902年的结构+创新限制机构KRG变速箱展示模型我们都知道，传统的CVT无级变速箱的核心变速机构是由可变槽宽的主、从动棘轮和钢带组成的,通过主、从动棘轮V型槽槽宽的变更来变更钢带的在两个棘轮上转动的周长，进而实现速比的连续变更。传统的CVT变速箱是通过V型槽宽度可变的主、从动棘轮和钢带来连续调整速比的而KRG锥环式无级变速箱实现无级变速的主要执行机构则是输入滚锥、输出滚锥和他们之间传递动力的锥环,锥环的平面在两个滚锥上得到的截面圆的周长确定了输入轴和输出轴的速比（当然还有锥环本身的尺寸引起的差异），所以锥环在滚锥上的位置干脆确定变速箱的速比，由于锥环可以在滚锥上的左右止点之间随意移动，所以能够供应在肯定范围内连续可变的速比。上面的输入滚锥、下面的输出滚锥加上在两者间传递动力的锥环，构成了锥环变速器的主要机构变速箱中的滚锥和锥环实体锥环所在平面对于两个滚锥的截面圆的周长差异确定了输入输出的速比只要输入滚锥转动,动力便会通过输入滚锥传递到锥环，进而带动输出滚锥做反向转动。据介绍，这套机构早在1902年时已经面世，GIF则将它胜利的运用到了汽车变速箱上，并已具备了量产水平。这套机构同样适合在混合动力车型和电动车作为变速机构。KRG变速箱整体的结构并不困难，目前的KRG变速箱主要是针对横置发动机设计,动力从发动机出来之后干脆连接离合器（KRG可以配置液力变矩器和干式离合器），输入轴及行星齿轮相连，然后便是输入滚锥-锥环一输出滚锥，然后动力就输出至差速器一一半轴.在离合器方面，KRG运用的干式离合器像AMT变速箱一样，采纳电子限制，即为人们供应了一只电子左脚.所不同的是,其离合器限制机构不像大多数AMT变速箱那样运用电-液限制系统（由电子泵、液压执行机构等组成的限制系统）来限制离合器的接合及分别，而是采纳电机限制离合器，在结构上更加简洁，响应速度也更快.当然，其同样可以采纳液力变矩器，GRC-吉孚动力技术（中国）的工程师们可以依据厂商的需求进行开发和匹配。KRG变速箱：离合器一行星齿轮组一输入滚锥一传动锥环输出滚锥一一减速齿轮一差速器半轴I-输入滚锥2-输出滚锥3-传动锥环4一胀紧机构5一锥环定位（速比调整执行）机构5a一限制架速比的变更调整速比的变更调整仅需一个低功率的伺服电机我们都知道，传统的CVT变速箱须要有一套液压泵机构来推动棘轮，变更其槽宽，进而使速比发生变更。液压限制机构和执行机构的加入让CVT变速箱的结构变得困难，也干脆导致了较高的变速箱成本。在KRG变速箱上，GIF吉孚的工程师们利用锥环本身的机械特性，仅用了一个很简洁的模块就实现了速比的转换。军168VrwKRG变速箱变速机构的简化模型我们从俯视图上比较简洁理解KRG速比调整机构的原理，由于锥体的特殊形态，当传递动力的锥环平面及滚锥中心线呈垂直状态时，锥环能够保持当前位置不变，即变速箱能够以恒定的速比输出动力；而当锥环平面的及中心线的角度发生变更时，锥环便会随着锥体的转动在锥体上相应的向左或向右移动,这种移动完全是由于“圆锥”的形态特性所导致的,属于完全自发性的运动，而不须要外力推动锥环在滚锥上左右移动。而且，锥环平面及滚锥中心线的夹角越小，其左右移动的速度也就越快。所以，工程师们只须要设计一个可以调整锥环角度的机构，辅以对应的电子限制程序，就能够轻松的实现速比的调整，并且还能限制速比变更的速度.当传递动力的锥环平面及滚锥中心线呈垂直状态时，锥环能只需让锥环平面及滚锥中心线呈肯定角度锥环便会顺着滚锥的旋转相应的向左或向右移动工程师们为锥环设计了一个限制架,限制架下端有一个带有滑轨的限位器（速比调整执行机构），用来限制传动锥环的角度。这个限制架由伺服电机干脆驱动，可以在箱体内做肯定角度的转动。当变速箱须要固定速比输出时，这个限制架只须要保持锥环及滚锥轴线保持平行状态即可，当变速箱须要变更速比时，伺服电机驱动限制架，相应变更锥环角度，锥环便会随着滚锥的运动自行移动，到达须要的速比时，限制架将锥环转回垂直角度状态即可。这样的速比调整过程仅仅须要克服锥环和限制架本身的惯量，仅需低功率的电机即可实现。伺服电机设计在变速箱壳体外部,便于维护.KRG节约了传统CVT困难且成本较高的液力限制机构,在组装难度、制造成本、限制部件重量和养护便利性方面均超越传统CVT变速箱，并且其响应速度也要比液力限制机构具有优势。整体可旋转的限制架，限位器可沿着滑轨自由滑动对锥环的角度限制就像我们转动自行车把一样,特别轻松，仅须要低功率的伺服电机变速箱实体模型当中的限制架和锥环,还可以看到限制架的滑轨和限位器这里面就是限制架的伺服电机传动效率保障:胀紧机构、变速箱润滑一一机械式自胀紧机构，摩擦传动部分运用特殊润滑油锥环式的动力传输结构及CVT一样,都不是运用传统的齿轮或链条等连接方式传递动力，而是依靠接触摩擦来传递动力，所以须要胀紧机构为接触部分供应压力，以避开接触摩擦部位打滑而造成的动力流失.工程师们在输出滚锥的轴承上设计了一套自胀紧结构，当锥环带动输出滚锥转动时，及轮端相连的输出轴端的阻力使胀紧机构发生扭转，这种扭转力使胀紧机构内的滚珠沿着斜槽运动，将胀紧机构推开,迫使输出滚锥向右侧移动，这样一来其及输入滚锥的间隙变小,锥环所承受的压力增加，提升锥环和滚锥之间的摩擦力，保证动力传输效率。据了解，目前的KRG样机变速箱的传动效率可以接近90%左右，可承受的发动机扭矩为180牛米左右，并且主要是针对横置引擎前驱车开发。工程师表示可以承受400牛米扭矩的KRG变速箱目前也在研发当中.胀紧机构能够减小两个滚锥之间的间隙，增加二者间锥环的接触压力，保证动力传递效率输出滚锥的被动旋转和来自轮端的阻力使胀紧机构发生扭转，滚珠沿着斜槽运动，将胀紧块推开为了进一步保证摩擦界面的动力传导效率，工程师特地为变速箱的锥环变速机构设计了独立的密封腔室（下图绿色部分），滚锥和变速箱的其它轴承、齿轮运用的都是一般变速箱油，而在该腔室内则运用的是特殊开发的润滑油一一“牵引油”，在腔室中，将输出滚锥浸在牵引油中采纳飞溅润滑方式进行摩擦部位的润滑。相比一般的CVT变速箱油，这种“牵引油”增加了50%的摩擦以确保动力传输效率。红色部分运用一般变速箱油，绿色部分则运用特殊配方的润滑油一-“牵引油”在供应润滑的同时保证接触摩擦部件有效的动力传递。另外,绿色部分为飞溅润滑用户可能关切的问题：变速箱是否为免维护设计？变速箱油（尤其“牵引油”）是否价格昂扬？据GRC吉孚动力（中国）的总经理吴力先生介绍,他们运用的牵引油只是在配方上及传统变速箱油有所差别,但是成本上并不高，甚至比有些自动变速箱油还要便宜。并且他们的KRG变速箱本身为免维护设计，也就是说在设计寿命内是不须要更换新变速箱油的。所以将来国内的用户不须要担忧在后期运用成本方面的问题。挡位限制机构及传统CVT相像一行星齿轮切换前进/倒退/空挡KRG锥环式无级变速箱的挡位切换机构及传统的CVT变速箱一样，是依靠行星齿轮机构来完成.发动机的动力经离合器传入变速箱的输入轴，输入轴连接行星齿轮结构的太阳轮,后端的输入滚锥则及行星齿轮结构的齿圈相连。行星齿轮的太阳轮连接变速箱输入轴，而行星齿轮之后的输入滚锥及行星齿轮的齿圈相连不过,它并没像当前的大多数CVT变速箱那样依靠多片式离合器来对行星齿轮的齿圈、行星架进行分别限制，而是采纳了一套拨叉限制的花键套来限制行星齿轮架和齿圈。在“D”挡下,拨叉移动花键套，将行星齿轮架和外齿圈锁死，整个行星齿轮组成为一个整体,输入轴及输入滚锥同步旋转;在“R”挡下,花键套在拨叉的作用下仅锁止行星齿轮架，在行星齿轮的作用下，太阳轮驱动齿圈反向旋转，输入滚锥及变速箱输入轴便反向旋转，实现倒档的功能；而在"N”挡下,花键完全释放齿圈和行星架，太阳轮只能带动行星齿轮架空转,无法将动力传递到齿圈上.KRG变速箱体验：整体感受及CVT相当笔者短暂的体验了从欧洲运来的KRG变速箱验证车，这是一辆第五代的福特嘉年华车型，GIF的工程师们更换了车辆的变速箱，变速箱的TCU被安置在副驾驶位置之下.但是驾驶者的操作端并没有变更，坐进车内，排挡杆照旧是熟识的手自一体变速箱样式，验证车辆的KRG变速箱供应了模拟7速的手动换挡功能，在中控台上还增加了显示变速箱工况的液晶显示屏幕。据工程师介绍,KRG变速箱的重量介于AMT（在手动变速箱基础上增加电控机构和TCU的机械式自动变速箱）和AT（运用液力变矩器和行星齿轮组的传统自动变速箱）之间，在车辆的整备质量上较AT车型有优势.此次体验的KRG变速箱的技术验证车辆是一款第五代的福特嘉年华车型据工程师介绍，KRG变速箱的重量在AMT和AT之间变速箱限制端面板照旧是原车样式，变速箱的操作方式并没有特殊之处中控台安置了额外的显示屏，显示当前速比、工作模式、挡位、牵引油和变速箱油温度等信息副驾座位下方是KRG变速箱的TCU-变速箱限制模块启动车辆，松开制动踏板，装备了干式离合器的KRG变速箱自动将离合器切换至半联动状态，实现了起步和倒车时的“蠕行”功能，这样的功能在国内的一些AMT车型上也已经实现,相比运用液力变矩器的CVT或AT车型，这种半联动的感觉还是有些生涩，前面已经提到，KRG变速箱可以依据厂商的要求匹配液力变矩器，但是这样一来在经济性方面就会损失一些优势。轻油门踏板起步，你会看到车速不断提升，而发动机转速始终维持在稳定的转速上一就像我们熟识的CVT车型一样。整个行车过程平顺而舒适，这是AMT变速箱甚至是一些齿比较疏的AT变速箱（这其中不乏5速或6速的AT）所不能比拟的。手动模式下加减挡的响应速度也及CVT变速箱相当,超越了一般的自动变速箱。深踩油门踏板急加速，发动机转速的攀升要比CVT变速箱更加快速，并且不会有自动变速箱降挡的顿挫感，快速提升速比拉升转速后，变速箱会使发动机稳定在较高的转速上（试驾车辆在急加速时，发动机转速稳定在近6000rpm左右）.既能够快速调整速比满意动力输出的须要，又避开突兀、不损失舒适性，这对于家轿用户甚至是商务车型用户都将会是不错的选择。而在车辆静止状态下全油门起步时,变速箱会先限制速比，让发动机短暂的在较低转速上稍作停留，避开大速比下发动机高转速输出的扭矩造成变速箱打滑，待车辆从静止进入行驶状态后，变速箱才会释放发动机的动力，拉升速比让发动机的转速全面攀升.在整体的感觉上,除了由于电控干式离合器在起步和低速行驶时及运用液力变矩器的CVT体现出的差异外，KRG变速箱在行驶过程中的感受及CVT相当。小结:性能和成本优势兼得,牢靠性仍待视察吉孚动力技术（中国）在国内推出的KRG变速箱技术目前刚刚引进国内，他们的合作模式是为厂商开发产品并供应技术，而生产则由厂商自己来做。目前国内还没有明确的合作厂商，也就是说短期内我们在国内的车型上还没有方法见到搭载这一变速箱的车型。KRG变速箱的研发距今已有近20年的历程,如今推出的技术已经是特别成熟的第四代产品从该变速箱的定位来看，它主要是为1.61.以下的小排量前驱车型设计的,经过20多年的发展,如今已经是第四代产品,技术已经相对成熟.目前国内这个级别的产品运用的自动变速箱主要是四类AT、AMT、CVT和DCT双离合变速箱（大众1。4T引擎匹配的DSG变速箱），从厂商角度而言,KRG在装配难度、制造生产成本等方面优势明显，仅一般CVT变速箱一半的成本对于生产小型车的厂商而言可谓福音，但是GRC在开发、技术转让和专利运用方面须要的费用如何我们还不得而知，而且产品的牢靠性还须要时间的检验。但是单从生产上来看,KRG对于厂商还是特别有诱惑力的。而对于消费者而言，KRG锥环式无级变速箱在经济性和平顺性方面的优势明显，而比AMT更低廉的成本意味着自动挡车型将以更低的价格面世。目前大多数车辆手动和自动挡车型的差价均在万元左右，那么搭载KRG变速箱的车型有望在价格上更加接近手动挡车型,据陪伴试驾的工程师称,假如KRG变速箱实现量产，那么搭载该变速箱的车型有望比同款的CVT车型价格低出5千元以上。KRG变速箱的成本仅相当于半台CVT变速箱总的来说，这是一台优势特别明显的产品，目前的悬念就是其长期运用的牢靠性以及GRC在技术转让和开发方面的费用是否能够让国内的厂商接受，原委哪个厂家会做第一个吃螃蟹的人？我们拭目以待。（文/范蠢）