KRG錐環(huán)無級(jí)變速器全解讀

1、KRG錐環(huán)式無級(jí)變速箱，對(duì)于大多數(shù)人而言可能是個(gè)陌生的名詞。不過，這種變速箱可能會(huì)成為未來國內(nèi)小排量車型上的主流變速箱，低成本、高效率、簡單的結(jié)構(gòu)和在功能和平順性上的多重優(yōu)勢值得我們關(guān)注，在其正式量產(chǎn)之前，讓我們一同來認(rèn)識(shí)一下這臺(tái)結(jié)構(gòu)新穎的變速箱。GIF吉孚推出的創(chuàng)新錐環(huán)式無級(jí)變速箱（KRG） 無級(jí)變速的基礎(chǔ)，滾錐+錐環(huán)代替鋼帶和棘輪-悠久歷史和創(chuàng)新：源于1902年的結(jié)構(gòu)+創(chuàng)新控制機(jī)構(gòu)KRG變速箱展示模型我們都知道，傳統(tǒng)的CVT無級(jí)變速箱的核心變速機(jī)構(gòu)是由可變槽寬的主、從動(dòng)棘輪和鋼帶組成的，通過主、從動(dòng)棘輪V型槽槽寬的改變來改變鋼帶的在兩個(gè)棘輪上轉(zhuǎn)動(dòng)的周長，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。傳統(tǒng)的CVT

2、變速箱是通過V型槽寬度可變的主、從動(dòng)棘輪和鋼帶來連續(xù)調(diào)節(jié)速比的而KRG錐環(huán)式無級(jí)變速箱實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是輸入滾錐、輸出滾錐和他們之間傳遞動(dòng)力的錐環(huán)，錐環(huán)的平面在兩個(gè)滾錐上得到的截面圓的周長決定了輸入軸和輸出軸的速比（當(dāng)然還有錐環(huán)本身的尺寸引起的差異），所以錐環(huán)在滾錐上的位置直接決定變速箱的速比，由于錐環(huán)可以在滾錐上的左右止點(diǎn)之間任意移動(dòng)，所以能夠提供在一定范圍內(nèi)連續(xù)可變的速比。上面的輸入滾錐、下面的輸出滾錐加上在兩者間傳遞動(dòng)力的錐環(huán)，構(gòu)成了錐環(huán)變速器的主要機(jī)構(gòu) 變速箱中的滾錐和錐環(huán)實(shí)體 錐環(huán)所在平面對(duì)于兩個(gè)滾錐的截面圓的周長差異決定了輸入輸出的速比只要輸入滾錐轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力便會(huì)通過輸入

3、滾錐傳遞到錐環(huán)，進(jìn)而帶動(dòng)輸出滾錐做反向轉(zhuǎn)動(dòng)。據(jù)介紹，這套機(jī)構(gòu)早在1902年時(shí)已經(jīng)面世，GIF則將它成功的運(yùn)用到了汽車變速箱上，并已具備了量產(chǎn)水平。這套機(jī)構(gòu)同樣適合在混合動(dòng)力車型和電動(dòng)車作為變速機(jī)構(gòu)。KRG變速箱整體的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，目前的KRG變速箱主要是針對(duì)橫置發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)出來之后直接連接離合器（KRG可以配置液力變矩器和干式離合器），輸入軸與行星齒輪相連，然后便是輸入滾錐-錐環(huán)-輸出滾錐，然后動(dòng)力就輸出至差速器-半軸。在離合器方面，KRG使用的干式離合器像AMT變速箱一樣，采用電子控制，即為人們提供了一只電子左腳。所不同的是，其離合器控制機(jī)構(gòu)不像大多數(shù)AMT變速箱那樣使用電-液控

4、制系統(tǒng)（由電子泵、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成的控制系統(tǒng)）來控制離合器的接合與分離，而是采用電機(jī)控制離合器，在結(jié)構(gòu)上更加簡單，響應(yīng)速度也更快。當(dāng)然，其同樣可以采用液力變矩器，GRC-吉孚動(dòng)力技術(shù)（中國）的工程師們可以根據(jù)廠商的需求進(jìn)行開發(fā)和匹配。KRG變速箱：離合器-行星齒輪組-輸入滾錐-傳動(dòng)錐環(huán)-輸出滾錐-減速齒輪-差速器-半軸 1-輸入滾錐 2-輸出滾錐 3-傳動(dòng)錐環(huán) 4-脹緊機(jī)構(gòu) 5-錐環(huán)定位（速比調(diào)節(jié)執(zhí)行）機(jī)構(gòu) 5a-控制架速比的變化調(diào)節(jié)-速比的變化調(diào)節(jié)僅需一個(gè)低功率的伺服電機(jī)我們都知道，傳統(tǒng)的CVT變速箱需要有一套液壓泵機(jī)構(gòu)來推動(dòng)棘輪，改變其槽寬，進(jìn)而使速比發(fā)生變化。液壓控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加

5、入讓CVT變速箱的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，也直接導(dǎo)致了較高的變速箱成本。在KRG變速箱上，GIF吉孚的工程師們利用錐環(huán)本身的機(jī)械特性，僅用了一個(gè)很簡單的模塊就實(shí)現(xiàn)了速比的轉(zhuǎn)換。KRG變速箱變速機(jī)構(gòu)的簡化模型我們從俯視圖上比較容易理解KRG速比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的原理，由于錐體的特殊形狀，當(dāng)傳遞動(dòng)力的錐環(huán)平面與滾錐中心線呈垂直狀態(tài)時(shí)，錐環(huán)能夠保持當(dāng)前位置不變，即變速箱能夠以恒定的速比輸出動(dòng)力；而當(dāng)錐環(huán)平面的與中心線的角度發(fā)生變化時(shí)，錐環(huán)便會(huì)隨著錐體的轉(zhuǎn)動(dòng)在錐體上相應(yīng)的向左或向右移動(dòng)，這種移動(dòng)完全是由于“圓錐”的形狀特性所導(dǎo)致的，屬于完全自發(fā)性的運(yùn)動(dòng)，而不需要外力推動(dòng)錐環(huán)在滾錐上左右移動(dòng)。而且，錐環(huán)平面與滾錐中心線的

6、夾角越小，其左右移動(dòng)的速度也就越快。所以，工程師們只需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以調(diào)節(jié)錐環(huán)角度的機(jī)構(gòu)，輔以對(duì)應(yīng)的電子控制程序，就能夠輕松的實(shí)現(xiàn)速比的調(diào)節(jié)，并且還能控制速比變化的速度。(唔明啊啊啊啊啊啊啊啊！點(diǎn)解??！)當(dāng)傳遞動(dòng)力的錐環(huán)平面與滾錐中心線呈垂直狀態(tài)時(shí)，錐環(huán)能夠保持當(dāng)前位置不變 只需讓錐環(huán)平面與滾錐中心線呈一定角度錐環(huán)便會(huì)順著滾錐的旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的向左或向右移動(dòng)工程師們?yōu)殄F環(huán)設(shè)計(jì)了一個(gè)控制架，控制架下端有一個(gè)帶有滑軌的限位器（速比調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)），用來控制傳動(dòng)錐環(huán)的角度。這個(gè)控制架由伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，可以在箱體內(nèi)做一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)變速箱需要固定速比輸出時(shí)，這個(gè)控制架只需要保持錐環(huán)與滾錐軸線保持平行狀態(tài)即可

7、，當(dāng)變速箱需要改變速比時(shí)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制架，相應(yīng)改變錐環(huán)角度，錐環(huán)便會(huì)隨著滾錐的運(yùn)動(dòng)自行移動(dòng)，到達(dá)需要的速比時(shí)，控制架將錐環(huán)轉(zhuǎn)回垂直角度狀態(tài)即可。這樣的速比調(diào)節(jié)過程僅僅需要克服錐環(huán)和控制架本身的慣量，僅需低功率的電機(jī)即可實(shí)現(xiàn)。伺服電機(jī)設(shè)計(jì)在變速箱殼體外部，便于維護(hù)。KRG節(jié)省了傳統(tǒng)CVT復(fù)雜且成本較高的液力控制機(jī)構(gòu)，在組裝難度、制造成本、控制部件重量和養(yǎng)護(hù)便利性方面均超越傳統(tǒng)CVT變速箱，并且其響應(yīng)速度也要比液力控制機(jī)構(gòu)具有優(yōu)勢。整體可旋轉(zhuǎn)的控制架，限位器可沿著滑軌自由滑動(dòng) 對(duì)錐環(huán)的角度控制就像我們轉(zhuǎn)動(dòng)自行車把一樣，非常輕松，僅需要低功率的伺服電機(jī)變速箱實(shí)體模型當(dāng)中的控制架和錐環(huán)，還可以看到

8、控制架的滑軌和限位器這里面就是控制架的伺服電機(jī)傳動(dòng)效率保障：脹緊機(jī)構(gòu)、變速箱潤滑-機(jī)械式自脹緊機(jī)構(gòu)，摩擦傳動(dòng)部分使用特殊潤滑油錐環(huán)式的動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu)與CVT一樣，都不是使用傳統(tǒng)的齒輪或鏈條等連接方式傳遞動(dòng)力，而是依靠接觸摩擦來傳遞動(dòng)力，所以需要脹緊機(jī)構(gòu)為接觸部分提供壓力，以避免接觸摩擦部位打滑而造成的動(dòng)力流失。工程師們?cè)谳敵鰸L錐的軸承上設(shè)計(jì)了一套自脹緊結(jié)構(gòu)，當(dāng)錐環(huán)帶動(dòng)輸出滾錐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與輪端相連的輸出軸端的阻力使脹緊機(jī)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這種扭轉(zhuǎn)力使脹緊機(jī)構(gòu)內(nèi)的滾珠沿著斜槽運(yùn)動(dòng)，將脹緊機(jī)構(gòu)推開，迫使輸出滾錐向右側(cè)移動(dòng)，這樣一來其與輸入滾錐的間隙變小，錐環(huán)所承受的壓力增加，提升錐環(huán)和滾錐之間的摩擦力，保證動(dòng)

9、力傳輸效率。據(jù)了解，目前的KRG樣機(jī)變速箱的傳動(dòng)效率可以接近90%左右，可承受的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩為180牛米左右，并且主要是針對(duì)橫置引擎前驅(qū)車開發(fā)。工程師表示可以承受400牛米扭矩的KRG變速箱目前也在研發(fā)當(dāng)中。脹緊機(jī)構(gòu)能夠減小兩個(gè)滾錐之間的間隙，增加二者間錐環(huán)的接觸壓力，保證動(dòng)力傳遞效率輸出滾錐的被動(dòng)旋轉(zhuǎn)和來自輪端的阻力使脹緊機(jī)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，滾珠沿著斜槽運(yùn)動(dòng)，將脹緊塊推開為了進(jìn)一步保證摩擦界面的動(dòng)力傳導(dǎo)效率，工程師專門為變速箱的錐環(huán)變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了獨(dú)立的密封腔室（下圖綠色部分），滾錐和變速箱的其它軸承、齒輪使用的都是普通變速箱油，而在該腔室內(nèi)則使用的是特殊開發(fā)的潤滑油-“牽引油”，在腔室中，將輸出滾錐

10、浸在牽引油中采用飛濺潤滑方式進(jìn)行摩擦部位的潤滑。相比普通的CVT變速箱油，這種“牽引油”增加了50%的摩擦以確保動(dòng)力傳輸效率。紅色部分使用普通變速箱油，綠色部分則使用特別配方的潤滑油-“牽引油”在提供潤滑的同時(shí)保證接觸摩擦部件有效的動(dòng)力傳遞。另外，綠色部分為飛濺潤滑用戶可能關(guān)心的問題：變速箱是否為免維護(hù)設(shè)計(jì)？變速箱油（尤其“牽引油”）是否價(jià)格高昂？據(jù)GRC吉孚動(dòng)力（中國）的總經(jīng)理吳力先生介紹，他們使用的牽引油只是在配方上與傳統(tǒng)變速箱油有所差別，但是成本上并不高，甚至比有些自動(dòng)變速箱油還要便宜。并且他們的KRG變速箱本身為免維護(hù)設(shè)計(jì)，也就是說在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)是不需要更換新變速箱油的。所以未來國內(nèi)的用

11、戶不需要擔(dān)心在后期使用成本方面的問題。擋位控制機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)CVT相似-行星齒輪切換前進(jìn)/倒退/空擋KRG錐環(huán)式無級(jí)變速箱的擋位切換機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的CVT變速箱一樣，是依靠行星齒輪機(jī)構(gòu)來完成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)離合器傳入變速箱的輸入軸，輸入軸連接行星齒輪結(jié)構(gòu)的太陽輪，后端的輸入滾錐則與行星齒輪結(jié)構(gòu)的齒圈相連。行星齒輪的太陽輪連接變速箱輸入軸，而行星齒輪之后的輸入滾錐與行星齒輪的齒圈相連不過，它并沒像當(dāng)前的大多數(shù)CVT變速箱那樣依靠多片式離合器來對(duì)行星齒輪的齒圈、行星架進(jìn)行分別控制，而是采用了一套撥叉控制的花鍵套來控制行星齒輪架和齒圈。在“D”擋下，撥叉移動(dòng)花鍵套，將行星齒輪架和外齒圈鎖死，整個(gè)行星齒輪組成

12、為一個(gè)整體，輸入軸與輸入滾錐同步旋轉(zhuǎn)；在“R”擋下，花鍵套在撥叉的作用下僅鎖止行星齒輪架，在行星齒輪的作用下，太陽輪驅(qū)動(dòng)齒圈反向旋轉(zhuǎn)，輸入滾錐與變速箱輸入軸便反向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)倒檔的功能；而在“N”擋下，花鍵完全釋放齒圈和行星架，太陽輪只能帶動(dòng)行星齒輪架空轉(zhuǎn)，無法將動(dòng)力傳遞到齒圈上。KRG變速箱體驗(yàn)：整體感受與CVT相當(dāng)筆者短暫的體驗(yàn)了從歐洲運(yùn)來的KRG變速箱驗(yàn)證車，這是一輛第五代的福特嘉年華車型，GIF的工程師們更換了車輛的變速箱，變速箱的TCU被安置在副駕駛位置之下。但是駕駛者的操作端并沒有變化，坐進(jìn)車內(nèi)，排擋桿依舊是熟悉的手自一體變速箱樣式，驗(yàn)證車輛的KRG變速箱提供了模擬7速的手動(dòng)換擋功能

13、，在中控臺(tái)上還增加了顯示變速箱工況的液晶顯示屏幕。據(jù)工程師介紹，KRG變速箱的重量介于AMT(在手動(dòng)變速箱基礎(chǔ)上增加電控機(jī)構(gòu)和TCU的機(jī)械式自動(dòng)變速箱）和AT（使用液力變矩器和行星齒輪組的傳統(tǒng)自動(dòng)變速箱）之間，在車輛的整備質(zhì)量上較AT車型有優(yōu)勢。此次體驗(yàn)的KRG變速箱的技術(shù)驗(yàn)證車輛是一款第五代的福特嘉年華車型據(jù)工程師介紹，KRG變速箱的重量在AMT和AT之間變速箱控制端面板依舊是原車樣式，變速箱的操作方式并沒有特別之處 中控臺(tái)安置了額外的顯示屏，顯示當(dāng)前速比、工作模式、擋位、牽引油和變速箱油溫度等信息副駕座位下方是KRG變速箱的TCU-變速箱控制模塊啟動(dòng)車輛，松開制動(dòng)踏板，裝備了干式離合器的K

14、RG變速箱自動(dòng)將離合器切換至半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了起步和倒車時(shí)的“蠕行”功能，這樣的功能在國內(nèi)的一些AMT車型上也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，相比使用液力變矩器的CVT或AT車型，這種半聯(lián)動(dòng)的感覺還是有些生澀，前面已經(jīng)提到，KRG變速箱可以根據(jù)廠商的要求匹配液力變矩器，但是這樣一來在經(jīng)濟(jì)性方面就會(huì)損失一些優(yōu)勢。輕油門踏板起步，你會(huì)看到車速不斷提升，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終維持在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速上-就像我們熟悉的CVT車型一樣。整個(gè)行車過程平順而舒適，這是AMT變速箱甚至是一些齒比較疏的AT變速箱（這其中不乏5速或6速的AT）所不能比擬的。手動(dòng)模式下加減擋的響應(yīng)速度也與CVT變速箱相當(dāng)，超越了一般的自動(dòng)變速箱。深踩油門踏板急加速，

15、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的攀升要比CVT變速箱更加迅速，并且不會(huì)有自動(dòng)變速箱降擋的頓挫感，快速提升速比拉升轉(zhuǎn)速后，變速箱會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在較高的轉(zhuǎn)速上（試駕車輛在急加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在近6000rpm左右）。既能夠快速調(diào)節(jié)速比滿足動(dòng)力輸出的需要，又避免突兀、不損失舒適性，這對(duì)于家轎用戶甚至是商務(wù)車型用戶都將會(huì)是不錯(cuò)的選擇。而在車輛靜止?fàn)顟B(tài)下全油門起步時(shí)，變速箱會(huì)先控制速比，讓發(fā)動(dòng)機(jī)短暫的在較低轉(zhuǎn)速上稍作停留，避免大速比下發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速輸出的扭矩造成變速箱打滑，待車輛從靜止進(jìn)入行駛狀態(tài)后，變速箱才會(huì)釋放發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，拉升速比讓發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速全面攀升。在整體的感覺上，除了由于電控干式離合器在起步和低速行駛時(shí)與使用

16、液力變矩器的CVT體現(xiàn)出的差異外，KRG變速箱在行駛過程中的感受與CVT相當(dāng)。小結(jié)：性能和成本優(yōu)勢兼得，可靠性仍待觀察吉孚動(dòng)力技術(shù)（中國）在國內(nèi)推出的KRG變速箱技術(shù)目前剛剛引進(jìn)國內(nèi)，他們的合作模式是為廠商開發(fā)產(chǎn)品并提供技術(shù)，而生產(chǎn)則由廠商自己來做。目前國內(nèi)還沒有明確的合作廠商，也就是說短期內(nèi)我們?cè)趪鴥?nèi)的車型上還沒有辦法見到搭載這一變速箱的車型。KRG變速箱的研發(fā)距今已有近20年的歷程，如今推出的技術(shù)已經(jīng)是非常成熟的第四代產(chǎn)品從該變速箱的定位來看，它主要是為1.6L以下的小排量前驅(qū)車型設(shè)計(jì)的，經(jīng)過20多年的發(fā)展，如今已經(jīng)是第四代產(chǎn)品，技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。目前國內(nèi)這個(gè)級(jí)別的產(chǎn)品使用的自動(dòng)變速箱主要是四類AT、AMT、CVT和DCT雙離合變速箱（大眾1.4T引擎匹配的DSG變速箱），從廠商角度而言，KRG在裝配難度、制造生產(chǎn)成本等方面優(yōu)勢明顯，僅普通CVT變速箱一半的成本對(duì)于生產(chǎn)小型車的廠商而言可謂福音，但是GRC在開發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和專利使用方面需要的費(fèi)用如何我們還不得而知，而且產(chǎn)品的可靠性還需要時(shí)間的檢驗(yàn)。但是單從生產(chǎn)上來看，KRG對(duì)于廠商還是非常有誘惑力的。而對(duì)于消費(fèi)者而言，KRG錐環(huán)式無級(jí)變速箱在經(jīng)濟(jì)性和平順性方