Transmisi — Perbandingan MT, AT, CVT, dan DCT

0. Apa yang dijelaskan dalam artikel ini

• Mengapa roda tidak dapat begitu saja dihubungkan ke mesin, dan mengapa rasio diperlukan.

• Elemen mekanis, efisiensi, panas, dan perbedaan kontrol antara MT, AT konverter torsi, CVT, dan DCT.

• Contoh termasuk ZF 8HP, pembagian daya planet THS Toyota, dan DCT, ditambah alasan mengapa EV sering kali menggunakan gigi reduksi.

1. Intinya: apa itu transmisi?

Transmisi mengubah kecepatan dan torsi penggerak utama agar sesuai dengan kecepatan, kemiringan, dan beban kendaraan. Di sini, definisikan rasio reduksi i sebagai input dibagi output. Untuk torsi input T_i, torsi output T_o, kecepatan input \omega_i, dan kecepatan output \omega_o,

Hubungan di tengah adalah kasus ideal tanpa kehilangan daya; Rasio tangan kanan mencakup kehilangan efisiensi akibat roda gigi, bantalan, dan oli \eta_g. Rasio reduksi yang lebih besar i meningkatkan torsi roda tetapi menurunkan kecepatan roda.

2. Mengapa rasio diperlukan

Mesin pembakaran internal hanya efisien dan memiliki torsi yang besar pada rentang kecepatan terbatas dan tidak dapat mempertahankan putaran pada kecepatan nol. Roda harus menempuh jarak dari keadaan diam hingga kecepatan jalan raya, sehingga saat start menggunakan reduksi yang besar dan saat melaju menggunakan reduksi yang lebih kecil. Motor listrik menawarkan torsi tinggi pada kecepatan rendah dan rentang daya konstan yang luas, sehingga dapat menghilangkan beberapa gigi, meskipun kendaraan berat, kecepatan tinggi, dan penarikan beban dapat membenarkan penggunaan dua rasio atau lebih.

Kopling menyerap perbedaan kecepatan dan memutus sumbernya; diferensial memungkinkan perbedaan kecepatan roda kiri-kanan. Oleh karena itu, efisiensi transmisi mencakup gangguan perpindahan gigi, kehilangan pompa hidrolik, pendinginan, dan perangkat lunak kontrol—bukan hanya kehilangan gesekan gigi.

3. Arsitektur Dasar

Gambar 1 — Rasio dipilih, kopling menyerap perbedaan kecepatan, dan diferensial mendistribusikan torsi ke roda.

4. MT: perpindahan gigi paling langsung

Transmisi manual (MT) meminta pengemudi untuk melepaskan kopling, menyinkronkan kecepatan poros, dan memasukkan gigi. Gigi constant-mesh umum digunakan: bahkan gigi yang tidak digunakan pun berputar, sementara cincin sinkronisasi dan kopling dog menghubungkan gigi yang dipilih. Desainnya transparan secara mekanis dengan sedikit hidrolik Kontrol, tetapi peluncuran, tanjakan, dan perpindahan gigi bergantung pada pengemudi.

5. AT: konverter torsi dan roda gigi planet

Transmisi otomatis multi-kecepatan konvensional menggabungkan konverter torsi fluida, rangkaian roda gigi planet, kopling hidrolik, dan unit kontrol elektronik. Perbedaan kecepatan pompa, turbin, dan stator dapat melipatgandakan torsi peluncuran; kopling pengunci mengurangi selip saat melaju. Rangkaian planet mengubah rasio dengan memilih mana dari matahari, pembawa planet, dan cincinnya yang ditahan, digerakkan, atau dikeluarkan.

ZF menerbitkan desain 8HP yang memilih empat rangkaian roda gigi dengan lima elemen perpindahan gigi, yang menunjukkan bahwa lebih banyak rasio bukan hanya lebih banyak gigi. Varian 8HP saat ini bersifat modular untuk kendaraan pembakaran, hibrida ringan, dan hibrida plug-in.

6. CVT: rasio variabel kontinu

CVT sabuk mengubah jari-jari efektif dari dua puli dengan tekanan hidrolik. Rasionya adalah

Tanpa selip, ωin rdrive = ωout rdriven. Radius penggerak 50 mm dan radius yang digerakkan 100 mm memberikan i=2, sehingga kecepatan keluaran adalah setengah dari kecepatan masukan.

Sistem ini dapat mempertahankan kecepatan mesin mendekati kecepatan efisien, tetapi gaya penjepitan sabuk, gesekan puli, dan pompa hidrolik mengkonsumsi energi. Konverter torsi peluncuran atau tahap planet dapat ditambahkan, dan sistem pembagian daya hibrida dapat mengarahkan jalur listrik; oleh karena itu, dua sistem yang disebut "CVT" dapat memiliki aliran daya yang sangat berbeda.

7. DCT: dua kopling bergantian

Transmisi kopling ganda menetapkan gigi ganjil dan genap ke kopling terpisah dan memilih gigi berikutnya terlebih dahulu. Perpindahan gigi membuka satu kopling sambil menutup yang lain, meminimalkan gangguan. Kopling kering memiliki kehilangan pengadukan oli yang rendah tetapi menghadapi panas dan keausan saat peluncuran; kopling basah mendinginkan lebih baik tetapi membutuhkan daya pompa.

8. Membandingkan pendekatan

9. Kontrol dan pilihan praktis

Kontrol perpindahan gigi membaca kecepatan kendaraan, akselerator, kecepatan mesin, kemiringan, suhu oli, dan percepatan lateral. Biaya yang disederhanakan adalah

Mengoptimalkan bahan bakar saja dapat menyebabkan perpindahan gigi yang sering atau getaran kecepatan rendah. Sistem elektrifikasi menambahkan batas kecepatan motor, SOC baterai, Torsi regeneratif, dan suhu inverter.

• Perasaan pengemudi dan kemudahan perawatan: MT, menerima keausan kopling dan upaya pengemudi.

• Massa kendaraan yang luas, penarikan, dan kenyamanan: AT multi-kecepatan, membandingkan konverter, hidrolik, dan pendinginan sebagai sebuah sistem.

• Ekonomi kecepatan konstan: CVT, setelah memeriksa torsi input maksimum dan kapasitas termal.

• Perpindahan gigi cepat dan respons sporty: DCT, setelah memeriksa suhu kopling dalam lalu lintas.

• Kendaraan Listrik Penumpang: reduksi tetap adalah dasar; jelajah kecepatan tinggi dan penarikan dapat membenarkan beberapa rasio.

10. Rekap tiga baris

Transmisi menyesuaikan rentang kecepatan efisien yang sempit dari penggerak utama dengan rentang kecepatan yang luas dari roda.

MT, AT, CVT, dan DCT mengorbankan perilaku gigi, hidrolik, sabuk, dan kopling ganda demi efisiensi, panas, dan kompleksitas kontrol.

Kendaraan listrik dapat disederhanakan menjadi reduksi tetap, tetapi jumlah rasio harus dipilih dari efisiensi sistem termasuk kecepatan tinggi, penarikan, dan regenerasi.