变速箱技术发展的一点杂谈

之前有人点名说讲讲变速箱。这可难倒我了，这也是为什么这篇拖了很久的原因。讲变速箱不难，难的是技术写多了枯燥，技术写少了显得没文化，所以这次还是从历史入手，顺便介绍几个奇葩好了。

变速箱，总的来说可以分为手动档和自动挡,手动档和自动档之间，其实是有一些重合的。下面我们先从手动档开始说。

这个是潘哈德

世界上第一台手动档，据我所查到的资料应该是由潘哈德（Louis François René Panhard）和埃米尔（Émile_Levassor）这两位法国人共同研发的，时间是1895年。这段历史晚上写的人很少，我也是查了很多资料。国内有些媒体说第一台变速箱是1899年由标致发明的，然而根据我的考证应该不是这样的。

这个是埃米尔

让我们继续回到刚才说的这俩人，这两位法国人都是巴黎中央理工学校（Ecole Centrale Paris）毕业的，潘哈德是1864年毕业的，随后加入了Jean-Louis Périn公司从事木工加工机械的生产工作。1872年埃米尔也毕业了，同样加入了Jean-Louis Périn，潘哈德和埃米尔相见恨晚，一见如故，男上加男，碰撞出了基情的火花（并没有），Perin公司在生产木工机械的同时还生产汽轮机，这也给潘哈德和埃米尔积累了一些发动机相关知识。

这个是戴姆勒，显然是个有钱人，照片清楚很多

转机出现在1886年，一位叫做Edouard Sarazin的工业人士获得了戴姆勒引擎的授权，并希望在法国量产这种引擎，他不知道为什么找到了埃米尔，希望和他一起生产，但是非常不幸的是他在1887年挂了。

我还很神奇的找到了他们家的家谱，他的老婆louise最终在在1890年又嫁给了埃米尔。这其中发生了什么，是合作关系中产生了爱情，还是爱情的导致了合作关系，前老公又是因何而死，估计搁琼瑶那能写个百八十万字，这里我就不瞎猜了。

总而言之，在 Sarazin死后，潘哈德，埃米尔，和路易斯决定继续用戴姆勒引擎的授权生产汽车，1888年他们在阿曼德标致的工厂里和还在做自行车的标致深入探讨了汽车技术的未来，决定分享汽车相关的专利和知识。

深受启发和鼓舞的潘哈德和埃米尔，在次年1889年他们老板perin死后(哥们你俩真是见谁克谁啊），成立了自己的panhard et Émile汽车公司。

1891年埃米尔进行了几项天才的设计，设计了他们的第一台汽车.（配图是1896年的车型）

这台车采用了很多先进技术，包括取消原来的链条传动，使用带传动轴的前置后驱布局，同时给发动机加上前置水冷散热器。

1894~1895年间，埃米尔设计了离合器踏板，变速箱控制杆，用于控制一个滑动齿轮变速箱，并设计了方向盘以取代以前的扳把操作。然而这套系统设计却被称为了潘哈德系统。埃米尔同样也被称为是法国赛车业的先锋，经常参加赛车比赛，1896年，埃米尔参加Paris–Marseille–Paris比赛时车祸重伤（为了躲一条狗。。。。）不治身亡，这么看来，经常克人的应该是潘哈德没跑了吧。虽然埃米尔死后当然，他也没活多长时间，1908年潘哈德也死掉了。

下面在介绍一下同步器和一个学术大牛汤普森。早期的手动变速器，采用所谓滑动齿轮的方式，也就是简单粗暴的把齿轮直接怼一起。这对汽车操作来说非常困难，需要手动匹配发动机转速，而且变速箱非常容易损坏。

于是1900年以后的一些车辆开始使用牙嵌式离合器，也就是狗牙离合器进行换挡。狗牙换挡其实也和以前的非同步换挡差不多，只不过冲击由齿轮变为了dog clutch。

这位叫做Earl Avery Thompson的小哥（请记住他的名字，后面我们还会讲他）在1918年发明了同步器并申请了专利。

然而汤普森小哥有点怀才不遇的感觉，跑遍整个底特律也没人愿意买他的专利，因为大家觉得现在的手动档开着贼6，听音辨速直接挂档是每个合格驾驶员必备的素质。

直到1924年汤普森遇到了凯迪拉克的总裁fisher并被聘为变速箱顾问，他的专利也终于卖给了通用和凯迪拉克，同步型手动变速器才开始在车上使用。首台装备于凯迪拉lashalle，之后又应用于别克等车型。1929年汤普森加入了凯迪拉克公司，成为了助理总工，继续变速箱的研发。

同步器在设计上同样有着简单实用的美学，通过一个简单的同步环，靠锥形套的摩擦接合两套不同的齿轮，具体原理这里就不细讲了，有兴趣的可以搜索相关的视频。

毕竟同步器发明至今近百年依然没什么大变化，也没被取代，足见其性价比，稳定耐用，结构简单易维护的优势了。

下面我们继续说一说手动变速器的3个变种，amt，dct，smg。

前一阵有个很火的吐槽smart的视频，着重喷了一下smart的amt变速箱。那么什么是amt呢？

amt可以理解为自动换档的MT。开手动档的时候你通过大脑判断转速，速度，换档时机，离合半联动，操纵排档杆，AMT中这一些列动作都是通过自动机构完成，从而解放你的左脚和右手。比如这台格特拉克的6AMT160，便宜，耐用，结构简单。那么为什么换挡会像被踢呢？这就是动力中断和匹配问题了，只要离合器断开，必然动力会中断，加之较长的换挡时间，就会给人一种非常不平顺的感觉，毕竟手动加速换挡时可以收一点油，AMT加速时要是闷着油门不松电脑也不会给你松不是?

那么怎么解决动力中断的问题呢？这里就出现了双离合变速器daul clutch transmission。各家叫的名字不一样，大众叫做dsg广为人知甚至成为了双离合的代名词，可能也是它被喷的最惨的远古吧。双离合采用了一种非常鸡贼的方式降低动力中断时间，一个输出轴配了两个多片离合器，每个离合器间隔匹配档位，相当于把两个手动变速箱拼一起，这样比如我在某个档位时电脑就可以根据加减速状态提前接合上一个或下一个档位的齿轮，换挡时的动力中断时间就变成只剩下离合器切换时间了。

双离合固然有其好处，毕竟是赛用下放的技术，从原理上来说还是带拨叉的手动变速器变种，质量问题主要黑点还是在双离合部分。同样作为赛用下放技术的还有smg，序列式变速箱。比如图中是宝马的smg3代。

关于序列式变速箱，因为民用的很少，加之赛用技术，所以谣言很多。首先，我们先定义一下序列波。所谓序列波就是只能按顺序加减档，不能调档的变速箱。常见于摩托车，因为摩托车没法用档把，只能用脚踩换档。所以其实序列档并不贵，民用不咋用只是因为电控不好做，换挡太顿挫，而且没有同步器容易坏，没必要。

传统手动变速器需要选档机构来选择拨叉切换档位。

序列波通过转鼓装置控制所有拨叉，按顺序切换档位

这样的设计导致了序列波只能按顺序换挡，而且因为没有同步器，想要做到换挡的同时兼顾一些舒适性就很难了，所以目前来看只有2代SMG真正可以说是纯粹的电控序列式变速器。综上，序列波在民用领域真的不怎么好使，0.01%的人才能感觉出那一点点换挡延迟，没必要追求这个。

那么追求换挡平顺性和操作便利性的选择是什么呢？

当然是自动挡啦。也就是我们所说的AT。

AT从结构常见来说包括普通的行星式AT，钢带传动的CVT，两台手动拼一起的DCT，加了自动机构的手动AMT。CVT属于材料进步，摩托车技术升格，这里不做讨论，我们主要还是说说行星式和本田异端。

首先我们把话题回到刚才同步器那边讲的汤普森小哥。这位小哥因为自己的驾驶技术不好，致力于让大家都能简单轻松的开车。要知道因为福特T型诡异的换挡机构和踏板机构导致亨利福特直到A型车生产才拿到驾照。小伙伴们来踩踩这三个踏板都是干什么的?

其实从左脚到右脚分别是离合器，倒档，刹车（没有刹车盘，发动机制动），左手的把子接合手刹和挡杆，当然，这车只有俩档。那么有人问了，油门哪去了呢？嗯没错油门在方向盘下面的右边拨杆上。而左边的拨杆并不是方向灯，而是点火提前角。手调正时是不是很Diao？

好吧跑偏了，回到汤普森身上，汤普森入职凯迪拉克之后首先是开发了一个叫做ast的半自动变速箱用以Oldsmobile和别克车上这款变速箱采用了行星传动+离心式离合器的设计，虽然在前进挡上可以不踩离合器，但是依然需要手动选档。1936年后来成为通用副总的Oliver K. Kelley加入了汤普森的团队，OK哥在通用的卡车部门干了十几年，对于如合制造一个自动变速箱提出了一些建设性意见，即液力耦合器技术，终于在1940年结合了液力耦合器和行星传动装置的Hydra-Matic变速箱诞生了。

虽然我们说hydra-matic是第一个量产的“全自动"变速箱，但是并不是第一个使用液力变矩器的。不过这并不能阻止hydramatic的火爆，二战期间它甚至安装在了M5斯图亚特，M24霞飞坦克上。

hydramatic首先应用在奥斯摩比车型上，随后在凯迪拉克，，庞蒂亚克等车型上广泛使用，甚至劳斯莱斯宾利也购买了许可安装在了自己的车型上。

当然，hydramatic这个系列直到60年代寿命终结，最后只是用上了双液力耦合器，并没有用液力变矩器，虽然现在液力变矩器，和带锁止功能的液力变矩器已经是AT的标配了，不过这块设计的科学原理太复杂，等以后有时间再说，我们先来看看AT必备的行星齿轮组。

所谓行星齿轮组，即由齿圈，行星轮，太阳轴，行星架4部分组成的机构

其中行星轮安装在行星架上，行星架，太阳轴，齿圈三个部分都可以旋转，也就是说如果固定其中一个，另外两个就可以一个作为输入一个作为输出，所以一组行星齿轮组可以匹配三种不同的传动比，只需要固定住不同的运动组件即可。详细的运作原理可以参考这篇视频，当作入门知识。

当然，切换输入输出轴是个很麻烦的事情，还有转向问题需要解决，所以一般采用多级行星串联的方法，最基础的构造分为辛普森式，拉维娜式，威尔森式。不同的锁止结构需要不同的运动组件。所以这三张图，是现在所有AT结构的基础，任何更高档位的6AT，8AT，9AT，10AT都离不开这个基础，无非就是串联，或者组合串联。

直到90年代初法国大牛莱佩莱捷设计的莱佩莱捷式，这是一个6at结构，高档数的at也有采用莱佩莱捷式加上面3种结构之一组合的。

在AT从低档位到高档位发展的过程中，几大制造厂诸如zf，通用，现代摩比斯，爱信等基于自己的专利族设置了非常多的专利壁垒，比如zf的8hp就有25种配置专利，各家设计自己的传动组时也只能变着花的想办法避开别家专利，比如内行星改外套，设置副箱等等方法，纵置一串行星组改横置放不开改成内外嵌的也有，比如上面zf9at。

8AT以上鸡糊都是计算机组合出来的了，设计空心套轴甚至要横跨三个行星组，靠人力和经验基本已经没法进行如此复杂的设计了。而且这涉及一个自由度问题，at里放置一个离合器/制动器称之为一个操纵部件，而选一个档位需要运行几个操纵部件称之为自由度，4自由度及以上的at，其行星排之间的速比已经是超定方程组了，所以速比互相影响，没法精确设计（这也是为什么专利上都带上速比和操纵机构操纵状态的原因)

变速箱阀座的油路也已经密集到让人产生密集恐惧的感觉了。高难度的设计也是目前自主变速箱乏力的原因之一，另外专利壁垒太多了，6at领域基本已经被别人刮干净了，8at以上脑子又不够使，而且这么密的档位就算做出来了主机厂匹配的也是个问题，档位数，自由度，离合器拖拽损失，成本，耐久性，专利，等等问题综合，再加上电动化浪潮席卷，最终导致了国内主机厂从不能做到不想做到做了没人用的尴尬局面。关于AT的专利分析，和一些设计理念，如果你搞明白原理了的话可以看一下B乎这位北理博士的文章，市面上常见的AT基本都有分析，点评也很专业https://www.zhihu.com/people/peng-zeng-xiong/posts

前面说了这么多种变速箱形式，我先简单总结一下，

离合器+手动选档器+平行轴齿轮组+同步器=手动变速箱

电控离合器+电控选档器+平行轴齿轮组+同步器=AMT

液力变矩器+电控液压+行星齿轮组=AT

液力变矩器+钢带=CVT

2个电控离合器+电控选档器+两套平行轴齿轮组+同步器=DCT

转鼓选档器+没有同步器+电不电控都行+最好没有离合=SMG

那么有没有一种可以绕开以上所有专利问题，又可以平稳舒适的自动换档的变速箱呢?这时本田又冒出来了。

在1968年，本田这个做摩托车起家的公司决定生产一台带自动变速器的微型车。但是面对AT的重重专利壁垒和当时AT动力损失大的问题限制，技术问题一直得不到解决。但是本田宗一郎和服部博多还是没有放弃，通过液力变矩器定子提供反向力来放大变距系数并开发液力变矩器锁止机构，使得N360获得了2.7倍的变距系数。并且该2档变速箱并没有采用行星结构，而是使用液压控制的多片离合器结合不同的齿轮对进行换挡。（这段历史可以在本田网站学习一下https://global.honda/heritage/episodes/1968hondamatic.html）

总的来说，这是一种液力变矩器+电控选档器+平行轴齿轮组+多片式离合器的组合，因为多片式离合器摩擦结合的原因，它比AMT更平顺一些。

当然，随着at档位的增加，这种平行轴自动变速箱的问题也暴露出来，一个问题是多片离合器占用轴向空间比同步器大，一个是这种AT依然是基于齿轮对啮合，一个齿轮对对应一个档位，不像行星式齿轮复用率高，增加一排行星档位数甚至可以翻倍，平行轴齿轮箱做到6at就已经大的做不下去了。最终这种平行轴AT只做到6速（后驱，前驱只有5速)，而且只能横置.

不甘心的本田后来又推出了更激进的杂交方案，就是这台8速DCT，你们场吹的神车思铂睿就是用的这台变速箱。

这台变速箱可以看作是本田对平行轴的执着，因为多片离合器实在太大了，6at以上没地方放，所以直接使用两个多片离合器操作2个轴换挡，因为保留了液力变矩器，所以比其他dct（比如大众dsg）所需要的离合器余量小(只换挡，不管起步）降低了离合器拖拽损失，从而获得了非常强的运动性。

所谓运动性，就是起步来的快咯。换挡来的也快咯。同步器同步惯量也小了，换挡更快，同时又有液力变矩器，平顺性也好。

但是轴系复杂，过分强调运动性，重量大，相比普通dct额外又增加了变矩器成本高等问题，导致这台8dct最终还是没能继续用下去。

最终，失去了信仰的本田还是走向了低端cvt，中端混动（dct魔改），高端10at的局面。

这台10at其实技术含量还是很高的，作为世界首台横置10at，也算是本田在北美市场背zf9at坑了之后痛定思痛的作品，新技术都用上面了，可惜国内你只能买到rdx。想要回归本田的运动本质，只能找一台二手思铂睿2.4si（k24v4即国产版k24w7，配上8速dct）玩了。

以上就是本期变速箱技术杂谈了，本来还想说说液力变矩器和离合器，但是内容太多已经快6000字了，以后单独再说吧。下一期我们来说说有哪些牌子是假洋鬼子。