赛车为什么不能是自动挡?

感觉所有的专业赛车都是手动挡的,为什么不能设计成自动挡的呢?

赛车领域采用手动变速器的不少、但这种手动变速器与民用车上用的手动变速器完全不是一回事(所以用赛车来证明手动挡的价值是毫无意义的,都不是一样的玩意就别往一块凑合了);顶级赛事的车辆很多都是采用半自动,当然这是国际汽联的要求、而并不是说手动挡有多快;汽联让用拨片、就上拨片,让用推拉、那就只能用推拉式!

为什么不允许使用自动挡?并不是说自动挡性能不行,而是出于对竞技精神的考虑;比如游泳比赛中、不再允许使用鲨鱼皮泳衣,工具太过于强大、就失去了竞技的味道;自动变速器是很强的,朋友们日常使用的自动箱子性能不行只是因为不是顶级;威廉姆斯车队早在上个世纪90年代出使用过CVT变速器(DAF辅助威廉姆斯开发),这款配备CVT变速器的赛车太过于强大、影响了公平!

换句话说所有车队都依靠电子系统对车辆进行合理的干预,那还要车手干什么?干脆弄个无人赛车比赛得了(不考虑人员伤亡、可以进一步减重,成绩还能提高、所以人工驾驶其实大幅度降低了极限,但这也正是竞技体育真正的魅力,机器人比赛没意思);传统的变速器无论是手动(含序列式)、At都存在动力中断的周期,但CVT则不存在动力中断、这就成了一大利器;其次赛车领域,对发动机转速的精确控制是每一个车手的基本素养(也可以理解成考核项)!

而威廉姆斯的这款CVT变速器对转速的控制完全依靠电脑来完成,在这种情况下车手的意义时什么,干脆装个控制模块、遥控无人车比赛岂不是更好?装备很重要、但车手技术的比拼才是真正关注的,所以国际汽联开始禁了一系列的电子配置比如ESP、ABS、主动悬架,变速器方面禁止使用无动力中断的箱子,这样一来CVT、双离合就注定无缘F1了,而At真不适合极限竞技!所以自动挡及一系列电子配置的离去、其实是降低了F1领域的极限,也可以理解成再强的车手、也斗不过电子设备;所以赛车领域为啥不用自动挡,因为自动挡太强、强到可以让比赛失去悬念!当然这么说可能会伤害到手动粉的情感,但实事求是比手动粉的感情更重要!

Seamless Shift gearbox无缝换挡变速器

最近看到很多帖子上都说F1赛车采用SSG无缝变速器、实际上这种说法是没有依据的,国际汽联禁用威廉姆斯CVT变速器的一个理由就是动力不存在中断(民用CVT也是如此,CVT是不是也有高光时刻、哈哈);而SSG的无缝换挡本身就与规则存在矛盾(国际汽联规则原意就是任何形式的连续可变式转速方式都是被禁止的)!而这所谓的SSG无缝换挡变速器其实就是双离合变速器(想无缝、一组离合做不到的);这种变速器最早源于英美车队,05年时配装的箱子、后来貌似没通过测试就直接被禁用了!

到了09年迈凯轮推出新车Mp4-12c超跑,采用的是意大利品牌格拉齐亚诺生产的七速双离合变速器、正式命名为无缝换挡变速器;所以这所谓的无缝换挡变速器SSG但本质终究是一款双离合、也是自动变速器,就目前而言是不被允许应用在F1、或Wrc等顶级赛事上的!就性能而言这类无缝换挡双离合变速器是绝对碾压拖拉序列式的,也正是太过于强大的性能、也就被禁止了!不会迈凯伦车系的多款民用超跑到是配装了SSG!

赛用的序列式变速器

严谨的说序列式变速器算手动变速器(当然F1用了电控换挡机构、算半自动);不过手动的序列式箱子与民用手动箱还是存在有很大不同的;序列式变速器除了在起步、停车、倒车时需要踩离合(当然部分赛车没倒档),其余行驶的时候都无需踩离合!如上图所示、离合器始终保持链接状态,挡杆通过齿轮直接控制换挡鼓,往前推杆、或往后推杆都能让换挡鼓转上几度、自然就能带动沟槽的移动,而这时挂在沟槽上的拨叉(上图四个红点处)就会前后移动、从而实现换挡!

所以赛用序列式在操作流程上、远比民用的手动变速器要简单(难度在于对转速的理解、以及控制),至少人家不用踩离合、现在也基本看不到需要不停的脚踩离合的赛事了(至少用序列式箱子的赛车都无需在行驶中踩离合踏板了);所以那些喜欢用赛车变速器来强调民用手动变速器多么多么好的朋友,你们又该作何感想呢?虽然都叫手动、但不是一回事,赛车变速器内的一片齿轮差不多都购买一辆手动乘用车了,况且序列式变速器的操作也比民用手动箱子简单多了,没法比!

半自动的序列式变速器

就拿WrC为例,国际汽联的规则也是不断在调整,今年这样、明年那样;有时候不让配备拨片、只能用原始的推拉,现在貌似又匀速拉力赛车配备单侧的拨片;配备了拨片的序列式变速器就不属于纯粹的机械变速器了、虽然也会保留传统的挡杆;我们推拉挡杆时、可以直接控制换挡鼓、从而移动拨叉实现换挡(手动的真正意义靠手或脚来移动拨叉的位置),但上了拨片、就没办法直接靠拨片移动拨叉了,因为拨片链接的是线路、而不是传动部件!

拨片可以理解成一个电动开关,当驾驶者决定换挡时按下拨片(按下开关),就会给系统下达一个换挡指令、系统执行换挡,所以这就属于半自动范围了!手动挡的定义在于,驾驶者选择换挡时机、驾驶者靠手脚完成换挡,而半自动序列式在于换挡时机依然还是由驾驶者来决定、而换挡执行则由电控来完成了,所以这就是半自动的定义;举一反三全自动就是换挡时机、换挡执行都是由系统完成!而F1赛车换挡用拨片、甚至对离合器的控制都是依靠拨片来完成,所以F1赛车的变速器严谨的说属于半自动

实际上带拨片的拉力赛车也属于半自动;总而言之赛车不用自动变速器的原因是自动变速器太过于强大,这与咱们玩游戏一样装备太过于强大、技术层面的意义就会被削弱,那么玩家也就越来越少;赛车领域虽然很氪金、但国际汽联依然要表现出关键靠技术的态度,所以很多可以提高赛车成绩的电子系统、自动变速器等配置都被禁止了,实际上如果赛车领域全面使用自动变速器、成绩可以大幅度提高;甚至根据赛道的实际状况写一套自动驾驶程序、变速箱自动换挡程序,跑出来的成绩远比车手的更好;这就好比无人机的机动性行远比人工驾驶飞机更强,因为人体能承受的过载极限最大不过9G,而无人机则能轻松达到15G,所以赛车用手动、或半自动变速器反而让成绩出现下降(或者说用自动挡将更快),只能说这是对竞技精神的妥协!

赛车为什么不能是自动挡?

专业赛车很少有自动变速箱,就算有,其结构和普通自动变速箱还是有很大区别,本质上还是一台手动变速箱。而且赛车的手动变速箱和普通民用车的手动变速箱还不一样,倒是和摩托车变速箱有点亲戚。

普通自动变速箱压根不适合赛车

赛车运动非常激烈,车手要根据路况和车速不断换挡来保持最佳的驱动力。激烈到什么程度呢?比如拉力赛车手,很多时候减速都不松油门,右脚死踩着油门不放,左脚踩刹车憋着发动机减速。

为什么这样操作呢?就是为了争取那一点点驱动力。因为你松油门后发动机直接降低或者停止喷油,废气量降低,增压器转速下降。等你再踩油门加速时发动机就需要更长的时间去提升动力。而踩着油门踩刹车是阻力增加导致的转速下降,而发动机和增压器仍然在高负荷运转,永远憋着一股劲儿。当你松开刹车后动力立马就回来了。

所以赛车变速箱起码要满足驾驶员可以主动掌控换挡时机,而且换挡速度必须快。这一点自动变速箱很难做到。因为自动变速箱的换挡逻辑本质上就是根据车速、油门等信号去猜测驾驶员的意图,目前的自动变速箱就连普通民用车驾驶员的意图都无法完全猜透,动不动来个顿挫,更别提激烈驾驶的车手了。所以说赛车如果用自动变速箱的话车手估计能被急出病来。

赛车的序列式变速箱

看赛车视频时大家印象最深的怕是变速箱那销魂的嗡嗡声和车手快如闪电的换挡动作了。而且车手换挡只有前后两个动作,往前推降挡,往后拉升挡,操作简单,换挡速度飞快,这就是赛车的序列式变速箱。它比普通手动变速箱更灵活、更快。

上图是普通手动变速箱换挡控制原理图,挡杆驱动ABC三根拨叉轴来控制拨叉去选择挡位。换挡时需要左右移动挡杆原则相应挡位的拨叉轴,先摘挡然后再挂下一个挡位。这不仅浪费时间,还容易出错。

而序列式变速箱换挡原理和普通手动变速箱区别不大,差别就在于序列式变速箱是用一个换挡鼓来驱动拨叉的。这个换挡鼓是一个可以转动的圆柱形零件,连着挡杆。鼓上有很多导向槽,而换挡拨叉上有个凸起刚好卡在导向槽里,换挡鼓转动时导向槽就可以驱动拨叉按预定轨迹运动从而实现换挡动作。

具体原理我做了个动态图,大家可以看一下。上面那根灰色的就是换挡鼓驾驶员推拉挡杆的动作直接驱动换挡鼓转动,每转一下就可以同时驱动两个拨叉,一个拨叉控制上一个挡位的分离,另一个拨叉控制下一个挡位的结合。推一下或者拉一下同时完成了摘挡和挂挡动作,而且车跑起来后换挡几乎不用离合器,都是直接靠油门控制着转速就直接换挡了。这速度怎能不快?

其实摩托车变速箱也是这样的原理,很多人骑摩托车都能做到不踩离合换挡,只要油门控制到位就行,一点不比踩离合挂挡顿挫,而且速度还更快。

现在很多赛车都改用电控换挡拨片控制换挡了,但拨片也只是把驾驶员手动操纵挡杆的动作换成电控了,变速箱本质是不会变的。

赛车为什么不能是自动挡?

赛车可以是「自动挡」-专业赛车并非MT

问题:

  • 自动挡变速箱能否用于赛车?

对于Manual transmission手动变速箱痴迷的用户,总是期望找到一些案例来印证MT仍然有存在的意义;于是看到各类赛事使用的汽车还在手动拨动档杆,于是就想找到了“救命稻草”一样。

然而高段位的赛车使用的都不会是「H型·手动变速器」,类型实际涵盖两类:序列式变速箱,无改组自动变速箱!至于F1方程式赛车使用的所谓无缝换挡变速箱,其本质应当属于“双离合PLUS”且具备MT手动起步模式的特殊机型,这些机器严格意义上都不属于MT哦。

无改标准-自动

以拉力赛为主的赛车均有「无改赛车组」,指车辆单纯更换适配的轮胎,或者进行悬架和底盘的加强,车辆的动力传动系统是不允许改动的。所以参与此类赛事的车辆有很多都是自动挡,而且变速箱的类别不尽相同,哪怕是出现AT和双离合都不要感觉意外。

AT理论上市最不适合赛车的变速箱选项,因为这种机器在起步瞬间多为“液力传动”;也就是通过发动机嵌入泵轮动力毂,带动泵轮运转搅动变速箱油流动,油液通过导轮流到到涡轮挤压使其运转(传动)。理由迫力油传动会有较大的动力损耗,而能够做到起步瞬间就以单向离合器推动泵轮涡轮结合,以刚性低损耗状态传动的机型是极少的,所以AT很少由于赛车。

Double clutch transmission为双离合变速箱,这种机型用于竞速赛车是再合适不过的选项了;知名度非常高的保时捷PDK-DCT,最早是在1983年用于“Porsche-956”的赛车上,后期的962型赛车也用双离合,而且取得的成绩是非常好的。

所以并不存在双离合自动变速箱不能用于赛车的说法,但是这种机器确实不适合用于拉力赛(越野);因其传动结构还是发动机飞轮与离合器的刚性结合,起步换挡以及脱困时难免要半联动。

所谓的半联动是降低离合器压盘对摩擦片的压力,通过飞轮转矩大于摩擦系数的方式,使得飞轮与离合器以打滑状态运行;飞轮打滑可以缓慢输出动力以实现脱困,同时可以抵消通过传动系统反向施加给飞轮的运行阻力,说白了就是保证不熄火且车辆可以前行。

然而从正常的滚动摩擦变成打滑状态的“半滑动摩擦”传动,这也会快速的打磨摩擦片与压盘;拉力赛是要越野的,高频率的半联动的打磨很快就会烧毁离合器,同时也容易造成高温导致宕机,所以这种结构的车辆恨不适合越野赛车。

自动挡最佳赛车选项:PHEV插电式混动汽车——电驱系统减速器!

并联混动汽车具备动力储备强大的电驱系统,功率扭矩都不输车上装备的内燃机驱动系统;比如曾经参加过插电混动无改组且多次获得冠军的比亚迪秦与秦Pro,这两台车装备的HDCT湿式双离合似乎也不适合拉力赛,但是电驱系统帮了大忙。

因为电动机的转速可以轻松达到≥1.5万转(每分钟),同时起步第一转就能爆发最大扭矩;所以调整车速完全不用变速箱,也就是直接驱动车辆即可达到超高时速。

但是也因转速过高所以需要为其减速,于是就装备了单速比减速器;也就是“1AT”变速箱,概念仍然是发动机直驱,这是最佳的连续可变传输-无级变速,且齿轮组结构不需要考虑磨损问题。

那么至此还能说自动变速箱不能用于赛车吗?答案显然是否定的,不过一些赛事为了提高观赏性,对于这种有绝对优势的动力传动系统是不允许使用的。比如F1方程式赛车就不允许用PHEV技术,电机系统也只是轻混标准而已,那么这种汽车用什么变速箱呢?

职业F1-无缝衔接

有人说方程式赛车使用的是序列变速箱,这种秒撒胡也不够精准;严格意义上只能用「无缝换挡」来定义这种机型,普通的双离合变速箱已经有非常高的效率,在换挡时假设以1挡起步,准备升2挡的瞬间是先不分离行驶挡,而是限行做好升档(啮合2挡)的准备,在分离1挡的瞬间做到结合2挡。

这种操作已经可以达到两位数的毫秒级换挡标准,AT是很难达到这种超高水平的;至于MT手动变速箱完全没有可能性,因为换挡的操作需要先行控制离合器踏板,摘挡后再挂入新的前进挡,最后松开离合器结合传动——整个流程是需要按照“秒”来计算的,所以这种技术被早已被赛车以及跑车淘汰,那么什么又是无缝换挡呢?

简而言之,双离合可以做到摘挡和入挡的“几乎同步”,用几乎来评价是因为还没有做到100%同步,摘挂操作还是有时间差的;但是无缝换挡变速箱是用单向传动齿轮组排列前进挡齿轮,可以实现的操作是变速箱先挂上准备升高的前进挡,换挡步骤很特殊。

  • 先升挡
  • 利用升档惯性力分离低速挡

双离合变速箱换挡时还需要分离发动机与变速箱的连接(离合器),哪怕是半联动也不是正常结合传动状态;但是无缝换挡的升档是不需要分离离合器的,也就是先挂挡后,利用齿轮自身的作用力“甩开”低速前进挡,这样的动力衔接就会非常顺畅了,而且换挡的速度可以比普通双离合变速箱缩短数十倍,那么这种机器又为什么被会误认为是手动变速箱呢?

原因:赛车需要有效控制起步转速,不同的路面条件与轮胎类型,决定换挡转速的控制要更加精准;自动变速箱起步转速也可以拉伸,但为了保护离合器或变矩器往往会限制到很低,比如≤2500rpm。

这不是能满足赛车需求的标准,所以无缝换挡变速箱设计出了离合器拨杆,在起步和停车时需要通过拨杆操作,同时可以做到转速的自由调整。有拨杆则很像是手动变速箱,其实性质完全不同,毕竟行驶中是不需要操作拨杆的;这种变速箱的制造成本,可以轻松换一串MT汽车。

序列式变速箱

Sequential gear box严格意义上接近“MT”,但标准操作实际属于「AMT减去自动换挡机构」,也就是有高效率的自动离合器,各大主机厂还是认为这种操作系统属于准自动变速箱,而AMT则是标准电控机械自动变速箱。(不用手动换挡)

这种机器的特点是使用了旋转棘轮筒,传动齿轮是所谓的“直齿”;同时换挡拨叉在同一根拨叉轴上;操作换挡杆时的机械结构可以改变所有换挡拨叉的位置,这种特殊的设定可以实现是换挡时也不用切换离合器,实际本质上与F1的变速箱没有什么差别,只是叫法和细节的技术的存在不同。

这种变速箱也只是在起步停车时控制离合器,行驶中的换挡只需要控制档杆,但是不能跳挡加减档,点火时不用切断离合器的原因是发动机会瞬间断火,不过时间控制标准不会影响车辆的动力衔接。

不过序列式变速箱的使用寿命很短,因为换挡时的同步器是硬扛冲击的;所以普通代步汽车不适合用这种机器,只有极少数的欧系超级跑车有使用过。

总结:普通的MT变速箱因为换挡速度太慢而会影响性能发挥,序列式变速箱耐用性差,而且操控难度非常高。

结果则是高性能汽车普遍都采用了高效率的双离合,或者水平非常高的AT变速箱;手动变速箱目前只用于商用车型,以及小排量的的入门级代步汽车了。这种机器终将成为过去式,尤其是在电动与混动汽车普及后;MT只有制造成本低的优势,那么经济发展速度与程度是不是决定了MT的命运呢?

编辑:天和Auto-汽车科学岛

天和MCN授权发布

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赛车为什么不能是自动挡?

赛车是一个非常特殊的职业,车辆的性能对于赛车手来讲非常重要。咱们平时开车可能只会发挥车辆的一半的性能,但是赛车的性能几乎会被驾驶员耗尽,因为对于他们来讲每一秒都很重要。赛车不装配自动挡变速箱我想有以下原因!

传动系统的差异

自动挡变速箱动力传输要经过内部几次的连接才可以,比如说液力变矩器、多片离合器等等,还会受到变速箱液压压力的影响,在传输效率上不是最佳。

手动挡变速箱只有一组离合器,传输速度快,不会有其他因素的影响。不良的驱动传动将相应地影响加速度和最高速度。

操控性能的差异

自动变速箱无法控制发动机转速,踩油门档位就是上升,不仅不利于转弯而且扭矩也会自动下降,因为升档和降档的时机会根据直线和弯道等条件而随时变化。即使在1秒内没有改变,比赛的1/100秒也是命运的转折点。

手动变速箱可以通过自动降档和升档的方式来控制速度和发动机所需的输出扭矩,这就是手动变速箱独有的特点。赛车驾驶员会根据路况的不同,提前来设置一切,以更快的速度通过。比赛时在某一个档位频繁的切换是赛车手经常的操作,为的就是争分夺秒,而能满足这样要求的只有手动变速箱。对于赛车手来讲,换挡的快慢也是一门技术。

赛车为什么不能是自动挡?

1.手动挡更易操控,效率高

每次我们看到赛车弹射起步,疯狂飙车、弯道漂移的场面,都被深深地吸引。为什么不用自动挡车呢?首先,从操控性看,手动挡相当给力。而自动挡就比较简单了,有的人开玩笑说像开碰碰车,加油前进,踩刹车减速,仅此而已。实际上,手动挡最能体现一名赛车手的驾车技能,从专业角度讲,实际上自动挡换挡效率低,动力损失较大。

相对来讲,手动挡的优势在于牢靠性,一般自动挡加速减速并不完整由驾驶者操控的,它是其依据机器的运动状态去判别档位的增减,自动挡变速箱能量传送是液压驱动的方式,如果达不到转速是不能增减档位的。而手动挡则偏于机械化,换句话,手动挡需求人工去判别档位的增减,所以换挡机遇更为合理。

2.手动挡起步速度更快

同等排量的发动机,100km/h加速度时间很多手动挡都比自动档短,另外赛车的手动挡多为手动序列式变速器,换挡方便。要知道,赛车可都是大马力的发动机。自动变速器起步瞬间是比手动变速器有力,但自动变速器随着输出转速的升高,其传动扭矩会下降,最终到锁止离合器结合时(液力变矩器1:1传递扭矩),加上行星齿轮机构全靠湿式摩擦片、离合器片传动,同等档位、同等变速比,其扭矩要小于手动变速器。

实际上,赛车中分秒必争,在赛车过程中你慢一点就有可能被超车,而手动挡可以在换挡加速过程中转速不变。让加速更快,爆发力更强。当然在很多赛车比赛中,例如WRC、FIA GT的手动挡不是一般的手动挡,都有电子离合控制。

3.手动挡保养更简单

汽车初期配备的都是机械额变速器,也就是今天说的手动挡,所以这一优势一直存在,保养简单,而且变速灵活度高。

赛车为什么不能是自动挡?

赛车之所以是手动挡,是因为赛车需要的考验的是真正的驾驶技巧和人车合一的驾驶能力。而不是地板油。这是第一点。

第二点就是手动挡的变速箱是机械的,性能比较稳定。这也是比赛需要。自动挡的大多是电子元件容易损坏。不利于比赛。

第三,手动挡车在需要加速的特殊情况下,不光加油门可以实现,而且降档加油门更有突出效果。所以以上综合因素决定了赛车必须是手动挡的,而不是自动挡的。

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