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第二季(所有车型适用)透过S60数据背后

我一直在考虑第二季以什么方式开篇才符合我的一贯“假文艺”风格。索性就让它“无厘头”一些:

你只看到我写车帖,却不知道我车都是老婆的;你有看续集的权利,我有推迟创作的苦衷;你感受不到疲惫,我说我真的很忙;你嘲笑我肚子没货,不敢下笔,我可怜你总是等待;你可以轻视我们的二逼,我们会证明这是谁的时代;屌丝就注定得孤独的码字;

创作里少不了装B和落寞;但那又怎样,哪怕文章满眼错漏,也要瞎掰装叫兽!我是Queenjenny,我吃饭饭自己带盐!!

图言:好久不见...难得一见...

T6的变速箱齿比与终传动比解析

(1)当我们表面化的将两台马力、扭矩甚至变速箱技术相当的车辆进行比较时,通常会将其不一样的加速表现归结到风阻、车重、胎宽、三围...等因素,这都没有错!但别忽视了隐藏在这些表象后面的其中一位幕后老大------变速箱齿比。咱们看看它如何深刻的影响着我们的爱车。

变速箱齿比的定义是从动齿轮和主动齿轮之间的比值。唉…有必要那么深奥吗。那我们聊聊变速自行车吧。当你切换到最小齿比时,你会发现即使你不停的加快蹬踏速度,自行车仍只是缓缓前行,但却可以给你省力。反过来说,大齿比的设定让你蹬得两脚发酸,但车速上升飞快。车还是辆车,而你也还是你,但不同的齿轮切换就可以带来截然相反的结果。

现在你应该清楚齿比对车的影响了。我们不妨先来看看和T5共用powershift变速箱的蒙迪欧240与号称同级加速小霸王帕萨特2.0 T DSG齿比。

从图中我们不难发现,从一档到五档的齿比来看,POWERSHIFT的数值均小于DSG。这就不难看出两台车的性格。POWERSHIFT是通过偏小的齿比来保证燃油的经济性和变速箱耐受度。而DSG则用牺牲油耗(前五个档位)和耐受性来换取更快的加速。但DSG却在第六档齿比上耍了小聪明,设置了0.67的齿比,这和POWERSHIFT的第六档0.662几乎相同。众所周知,这两台变速箱的第六个6档位都为经济巡航档。因此,在中高速巡航时,DSG也能做到经济的油耗。这时候若是你再考虑到致胜的车重、风阻等等概念时。为啥Mondeo 240尽管马力大些,但加速仍不如Passat的原因你基本找到了。我想说,大众可能没那么神,而福特马力也不虚。

图言:老乡见老乡,两眼泪汪汪...我听闻你即将转世再临...

好啦,好啦!T6的同学等不及接下来关于这台超薄爱信变速箱的齿比了是吗?我们在引入一个S60 T6必须直面的竞争对手英菲G37吧。看看下面那副变速箱齿比组图。不过我不打算解释,大家不妨套用之前我们对于变速箱齿比的理解去观察此车的个性。这样就可大致明白为啥G37的加速如同一条疯狗般刺激,而S60 T6却没有那么强烈的感觉。英菲尼迪G37的齿比设定其实也符合其自吸车低转速时扭矩较小的特性,而G37的大齿比也正是为了对自吸车扭矩提升相对较慢的拟补。

很可能你会觉得拿一台自吸车辆去与涡轮增压车比较仍不好理解。那我只能请出一辆定位和定价都高于S60 T6,但却也是以3.0T双涡流发动机+四驱而威震江湖的BMW335i Xdrive来做范例了。看看下面的组合图中清晰的表明了BMW335ixdrive自动档的各个齿比:

一档:4.71 二档:3.14 三档:2.11 四档:1.67 五档:1.29 六档:1

七档:0.84 八档:0.67 倒档:3.3 终传比:3.15

BMW335ixdrive在1档、2档、3档分别采用了夸张的4.71和3.14和 2.11齿比,根据齿比大而轮上扭矩值就偏大的概念,这样的设定极大的有利于0-100公里的加速成绩。果不其然,BMW335ixdrive自动挡款的0-60MPH加速成绩只需要4.8秒(而S60 T6为5.5秒)。除去和S60 T6一样的双涡流增压,许多同学表示宝马的这个成绩应该主要归功于双凸轴可变气门正时系统(Double vanos)、电子气门技术(Valetronic)和采埃孚8AT变速箱的联合努力。但我在这里想说,其实贡献最大的还是变速箱。如果你想要求证,让我们来一起看看下图中2012款宝马335i(6速手动)和 S60 T6的齿比及加速成绩。

这台宝马335i所用的6速手动变速箱的齿比与S60 T6的自动变速箱齿比十分接近。而两车的加速情况分别为0-60mph 5.3秒(335i)和5.5秒(s60 T6),0-400加速为13.8秒(335i)和14.1秒(s60 T6)。这时候我们可以大概有个不那么严谨的判断,335i和335ixdrive都具备了双凸轴可变气门正时系统(Double vanos)和电子气门技术(Valetronic)。区别只是4驱和变速箱。而335ixdrive倚仗着变速箱和四驱就将0-60mph提高了0.5秒。因此,变速箱在这里的贡献更为显而易见。而双凸轴可变气门正时系统和电子气门技术对宝马在低转速就释放最大扭矩的确功不可没,这在对阵S60 T6时也充分的显现了出来。至于这两个技术的原理,网上已经有不少技术大拿们写出的专业文章,因此我就不重复拓展了。

图言:俺叫哮天犬,字面上就透着我的文艺风骨...

OK,OK!刚说完T6的情况,沃尔沃ECOBOOST的车主又该说我偏心冷漠这款T5了!我发现许多同学反映ECOBOOST+Powershift的组合似乎没有达到他的节油想象。而反观自己长期对蒙迪欧240的油耗使用结果却是一直赞赏有加。当我有历尽艰辛找到沃尔沃S60 T5的POWERSHIF齿比时,我莫名有种泪奔的感觉…答案终于浮现。沃尔沃在自己的目录中给福特这台POWERSHIFT DCT450变速箱的编号为MPS6-7。与蒙迪欧一样,沃尔沃S60 ECOBOOST无论是高低功率调教版本所使用的是完全一样的MPS6-7变速箱。请同学们仔细看看下图关于MPS6-7一档到六档的齿比(MMT6 Z3FD是手动变速箱齿比,请忽略)

图言:最右侧为T5 ECOBOOST

图言:比利时制造在欧洲销售的蒙迪欧240数据

从上图大家可以看到,在最终传动比(automatic gearbox final drive)上,DCT450和MPS6-7保持了一致的3.933设定。因此我们可以排除是“最终传动比会让车辆发生性格变化”这种可能。(最终传动比是啥?稍后会提到!)我们将目光移向变速箱各档齿时你看到了什么?是的,除去1、2、3、4档齿比相同外,MPS6-7后两档齿比均比DCT450要高。甚至连第六档经济档也设置到了0.971(DCT450 第六档仅为0.662)。依照我们之前所解释过的原理,变速箱的大齿比会让车辆加速更快,但缺点是费力(增加油耗)。读到这里T5车主们应该找到答案了。

话说回来,尽管MPS6-7的齿比设定真没想为你省油,但若有个S档,沃尔沃T5的长距离加速理论上是应该比蒙迪欧强悍的。0-100公里则从变速箱体现不出,因为短距离加速只需要1档和2档。而蒙迪欧和沃尔沃S60在前三档的齿比和最终传动比是一致的。

图言:S是个充满诱惑的符号,不管它是用于表达躯体又或是档位...

沃尔沃作为福特集团中比福特要高一级别的品牌,福特最先向沃尔沃输出了ECOBOOST和双离合技术。可当几年前福特自己用上带S档的双离合时,似乎却没有给沃尔沃的MPS6-7提供S档的技术支持延展。

对于此,我只能说个故事:...很久很久以前,有对夫妻,他们相亲相爱,相敬如宾…但几年前,因家庭收入突然缩减,夫妻感情开始隐现裂痕;丈夫开始嫌弃妻子的大手大脚,因此变得自私起来;而妻子身旁也开始不断出现追求者…最后是不久以前,他们真的离婚了,妻子再嫁了一位中国人。希望神州的“民政局”能少干涉一点这桩异国婚姻,让他们一路走好吧。

好啦,大家从这个蹩脚的情感故事中回到正题上来吧。我在这里得加一嘴,当发动机不变时,我们可以通过调整变速箱齿比来改变车的性格或性能。但这种调整范围决不能是谁心所欲的,因为变速箱始终是要配合这发动机的特性进行服务。其实如果大家有获得详实资料的渠道,你甚至可以发现有的厂商甚至还会每年的小改款车型中对变速箱齿比进行优化或微调。此外,不同原理的变速箱或技术档次差别过大的变速箱也不适宜只拿齿比来进行单独比较。别忘了还有换挡间隙、齿比疏密、变速箱构造等其它因素需要加入考虑范畴呢!

图言:吐槽一下...这个叫做tyredog的台湾货几乎就没有过准头...

(2)进入“终传动比”这个概念前,我们来看一个情景剧:我和我朋友买了同一款车,他信誓旦旦说他没有对发动机进行改造,也没有刷ECU或外挂,甚至没有改变过进排气。可是0-100他的座驾总让我的车当吸尘器。老天啊,你是否开眼!难道他买的是伟哥而我购入的是微软?

或许这里的秘密就在于他与“终传动比”偷了情!改变终传比最直接的方式就是更换我们所俗称的尾牙。尾牙又叫终传齿轮,正确学名应该是最终减速比齿轮。大家结合下面的一幅组合图理解会有更深刻认识。组合图中的左上图表明,尾牙一般由环状齿轮和棒状锥形齿轮组成。而右上图则可以告诉你,尾牙是怎么在汽车上工作的。最后看组图中的下图,它清晰明了的告诉了你尾牙在一台后驱车上的什么位置。至此,请不要悲情的告诉我你仍没看懂。单是这幅组合图可就花了将近两个小时去寻找多张适用的图片资料再重新编辑而得。

为啥发动机没有变化而只是改变尾牙就能够影响一辆车的加速性呢?我又得推出那辆变速自行车来做例子了。但这回咱们不说齿轮大小的问题,而改谈齿轮上齿数量的改变所能产生的影响。一个齿数多的齿轮(密齿)就代表你得时刻费力的去推动它,这时自行车的加速当然会更快。反过来一个齿数少的齿轮(疏齿)当然就意味着你可以省力的让自行车动起来,但加速相对会慢。理科生看到这里应该明白了。文科生到目前为止可能还是一头雾水。为了让是个人就能看懂,我来个灰常简单的数学例子:

A尾牙的环状齿为40齿,棒状锥齿为12齿。

B尾牙的环状齿仅增加一齿为41齿,棒状锥齿仅减少一齿为11齿。

你是否认为A、B尾牙的差别不大?那我们来算个最终传动比给你感受一下。

A尾牙最终传动比:40/12=3.33

B尾牙最终传动比:41/11=3.78

当用B尾牙去替换A尾牙时,这辆车的终传动比提高百分比=(1- A/B)*100%=11.9%

吃惊了吧,仅是通过环状齿轮和棒状锥齿的小改变。这台车理论上加速提高了11.9%!我们一般约定俗成的说密齿尾牙和疏齿尾牙是以环状尾牙的齿数量来区分。因此,A尾牙在这里就为疏齿尾牙,而B尾牙就为密齿尾牙了。但别忘了,他们的棒状锥齿的变化却可能正好相反。

图言:孤芳自赏...

其实这一切只是个数字游戏。因为发动机马力和扭矩没数据有变化的情况下,密齿尾牙只是放大了扭力值,但代价是发动机的转速在每个档位都会被加快,从而降低每个档位的极限速度。换句话说就是车辆的极速水平下降。在上面那个例子中,该车辆的理论加速提高了11.9%,但极速却也比原来理论上慢了11.9%。因此,密齿尾牙的特性一般用来对车辆进行“街道竞技”改装。因为在街道上,车辆需要的是在相对低的速度下更快的进行加速以获得先机。至于极速…这不是在街道上过多考虑的范畴。

相反,许多大马力大扭矩的涡轮或自吸车型都会倾向于疏齿轮。因为这类车并不缺少加速所需要的扭矩。若是盲目的使用密齿尾牙倒反可能会因扭矩被进一步放大而导致轮胎打滑,对车辆的起步加速起到反作用。

可我却要在这里说,俺对于S60 T6最终传动比3.33:1的数值感到有些小失望。原因有二。其一是S60 T6在加速时得益于四轮驱动,在目前的尾牙齿比设定中的扭矩不会出现打滑,再说明白一些就是S60 T6不妨继续通过增加密齿来加大扭矩,这完全可以帮助S60 T6做出更快的加速。其二是沃尔沃蛋痛的设定了220公里的电子限速,因此就算S60 T6使用密齿比而降低一些极速又如何呢?以目前这台3.0T的实力,哪怕250公里极速都是在能力之内。当然,可能沃尔沃就没打算让S60的加速像疯狗一般,别忘了它是个彻头彻尾的文艺青年。

图言:如果换了尾牙,我也想偶尔失态一下...

与变速箱齿比一样,最终传动比也可以在一定程度上改变一辆车子的性格。但仍不能孤立于其所配合的发动机特性而存在。目前我们仅是随便聊聊变速箱和终传比,大家就已经领会到调教是门多么艺术的活儿了!

讨论发动机扭矩、马力和转速的三角关系

其实不少同学心里都曾用或长或短的时间去考虑过一个问题:既然扭矩决定加速,那我玩最快加速时,车辆的换挡转速应该是在扭矩波峰或最大扭矩区间末吗?为什么从许多赛车视频上看来,车手一般都是红线换档?首先我们得清楚一个问题,这个内容想明白了就意味着你对下面的内容开悟了。

“如果有人告诉你说扭矩决定加速度!”这句话对不对?……(请思考30秒再往下看答案)

OK,请告诉自己,他说的不一定对。因为发动机的扭矩要靠变速箱来传递,而变速箱的齿比和终传动比才理论上决定了轮上扭矩!……

“如果有人告诉你说轮上扭矩大的车辆加速快!”这句话对不对?……(继续思考30秒再往下看答案)

OK,请告诉自己,他说的不一定对。因为轮上扭矩不一定能完全作用到推动车子加速上。你一定见过扭矩过大的车辆,地板油时轮胎只是打滑,车身只是摇摆,而没有获得应有的加速吧?换句话说,轮上扭矩如何能发挥得好才是一辆车加速快慢的关键!

图言:别看身材五短,但却脚力非凡...

如果你看懂了上面两个答案,恭喜你!你完全具备了看懂以下内容的潜力…

(1)首先是功率和扭矩的关系:在发动机工况图中,为什么起初功率和扭矩都会随着转速的增加而变大?

看个公式Pe=Te·(2∏·n/60)/1000,其中Pe为功率,Te为扭矩,n为转速。如果你仍云里雾里,我进一步简化Pe=Te·n/9550(kW)。好吧,为了让全世界人民都看懂,我们简单理解为:Pe=Te*n=功率=扭矩*转速。也就是说功率、扭矩、发动机转速是成正比关系。因此在发动机逐步加速的初期,功率和扭矩是在一起变大的。

(2)到一定转速后,为啥扭矩开始下降,而功率仍在继续变大?

我们热烈欢迎自行车再次登场。但这回不是变速自行车,而是传统的固定齿轮自行车。回忆一下我们在骑自行车去学校时的情景:只要使劲,自行车刚开始将越蹬越快。但当自行车到一定速度后,你哪怕使出吃奶的劲,仍感觉自己的力气也不容易作用到脚踏上了,感觉蹬踏动作变得很虚。而此时但自行车仍在缓慢加速,但加速度已大不如前。你的这种感受就是解释发动机工作最直接的体验。

回到发动机的本身上来说:发动机活塞每一次运动都会吸入一定量的油气并将其点燃以获得下一次运动的动能。吸入的油气量是会随油门的加大而增加。但是油气量不可能会一直被加大,到了某一转速后油气点燃所获得的能量就会达到颠峰,这种力量的最大值就是一台发动机的最大扭矩。

但当转速继续增加,活塞在越来越快速的工作中开始无法从容的吸入足够的油气量,因而力道衰减。至此,发动机开始出现扭矩下降的情况。但请注意,尽管活塞每一次吸入的油气量不如从前,但单位时间里随着转速升高其获得油气次数也仍在增加。因此,根据Pe=Te*n=功率=扭矩*转速这个公式我们可以知道。虽然扭矩开始衰减,但功率在这个阶段仍是可以增加的。

图言:当年的它可也算是个扭矩飞行器...飞得越远越彷徨,飞得太低会撞南墙...它最后选择了撞死,也要唱首挽歌...

(3)为什么大多数发动机接近红线转速时,功率和扭矩都在下降呢?

因为转速几乎达到该发动机极限的情况下,活塞吸入油气量大幅下滑,以至于单位时间内吸入次数的增加也无法拟补每次得到油气量的减小趋势。这时候功率和扭矩就成了难兄难弟,一起走向下坡路了。

(4)为什么涡轮增压发动机通常会在一定区间内出现扭矩平台?

其实所有发动机都有一个扭矩波峰,而涡轮增压发动机相对NA发动机会大大的提高这个波峰。出于对发动机、波箱、涡轮等部件在一定成本下的使用寿命度考虑,程师人为的切掉了这个波峰。比如我们在T6说明书上看到它的最大扭矩为440 NM并形成最大扭矩平台,但实际上这款发动机的真正扭矩波峰可以到500或600都很正常。关键是如果以这种波峰去工作,这台车各个部件的寿命能支撑多久就得商榷了。在补充一句,其实NA发动机也可以形成最大扭矩平台,只是绝大部分NA机没有必要这么做。

在现代科技支持下,目前一般切掉扭矩波峰的方法为通过ECU、可变气门、喷油嘴等设备精确控制发动机的喷油量或进气量。俗话说巧妇难为无米之炊,发动机在得不到更多油气量时,它也无法继续增大扭矩了,因此保持在一个平台上。而涡轮增压发动机比NA还多出一个控制扭矩的方法-----泄压阀。它可以在一定范围内通过控制涡轮的压力值来平衡扭矩的变化。这也就是为什么我们经常看到涡轮增压车会有恒定增压值和瞬间最大增压值两个不同的参数。

对了,我在这里再问大家一个问题,你现在应该大概了解为什么刷ECU能进一步释放发动机性能了吧?我就不延展去说了。

图言:如同洗车店一般,ECU也是一场洗刷刷的游戏...(我今天为了拍照就特意洗了外表)哪天给ECU也洗洗?

(5)为什么汽车的极速由功率决定?!

咱有个公式要琢磨一下P=F*V,P表示功率,F表示牵引力,V表示速度(功率=牵引力*速度)。随着车辆速度的提高,车辆所遇到的各种阻力也越来越大(风阻、滚动摩擦力…等等),直至牵引力和阻力持平时车辆会进入一种匀速状态。因此当一辆车达到它的极速时,它就只能是以某个速度做匀速运动了,我们暂且称这个速度为V(max)。

P=F*V -----》 V=P / F,因此在极速状态下V(max)=P / F也就是:极速=功率 / 牵引力。

别忘了之前所说,汽车极速状态下是匀速运动,而此时牵引力F=助力,我们暂且将阻力按照物理书上的惯例用f来表示阻力。进而V(max)=P / f或极速=功率 / 阻力。

至此你已经发现我们推导出:极速=功率 / 阻力的概念。现在明白为什么我们通俗的说极速由功率决定了吧,因为它俩成正比…

以S60 T6为蓝本谈谈最佳换挡时机

这个话题必定是许多同学最想看到的内容,但其实也是最枯燥、最忽悠、最吐血的章节。枯燥是因为数据加公式;忽悠是因为看了等于没看;吐血是因为我快把自己写废了!

“S60 T6在发动机爆发最大扭矩时加速最快”这个认识其实并没有错,但却遗忘了变速箱的存在。由于变速箱不同的齿比设定,各转速区间和各档位反应在轮上的扭矩是截然不同的。在现实版的加速中,我们还得考虑车轮打滑、车头转向又或尾部骚动等因素。为啥我选择了S60 T6作为蓝本?因为S60 T6得益于4驱系统对动力的分配,使得它不会出现打滑、甩动等现象。影响因素的剔除有助于我们分析最佳换挡时机。其实换句话说就是我快写不动了,分析能力也不足以驾驭太复杂的情况。

忘了我的能力不足吧,来来来…咱先看看我为大家制作的下面这幅组合图。上图为S60 T6刷某品牌ECU和原厂之间的对比工况图,其中虚线就是原厂工况,今天我们也只需要看虚线来分析。(红虚线是马力hp,蓝虚线是扭矩nm)而组合图中的下图则包含了档位数、档位齿比、每千转对应速度和每档最大速度四个概念。

我们单独拿1档拿出来做个解释:在1档时,变速箱的齿比为4.15;发动机每上升1千转速度提升5.3英里(8.53公里);车辆的最大速度为35英里(56.35公里);此时转速为6600转。换算规则为1英里=1.61公里。这里又提一嘴,英里的英文叫Mile,也就是一些同学挂在嘴边的“迈”。常说自己高速一路120迈的同学(193.2公里),交警请你到局里吃饭。

我很幸运的找到了S60 T6的“每千转速度提升”和“每档最大速度”这两个关键分析数据,否则拿自己的车这么一档一档的去折腾和记录我伤不起啊!在此感谢某国外汽车网站的专业态度和敬业精神。小小声的嘟囔一句,如果你拿国外知名汽车评测网站资料详实程度和国内汽车网站做个对比,你就大致明白国内和国外在学术态度和汽车文化上的距离了。呵,当然你也可以说距离产生美。

图言:变幻莫测...

好,我们回到话题上来,观察一下工况图的蓝色扭矩虚线。在2100-4000转时,这台T6发动机在大概450牛米处呈现出一个最大扭矩平台(至于为啥国内是440NM而这幅国外的最大扭矩是450NM我们就不去讨论了)。首先我们可以看到,最大扭矩末端的4000转时,1档的车速大概为5.3(英里)*4(千转)=21.2英里。而1档的车速最高值其实为35英里(出现在红线接近断油时)。这时候的问题就可以演化为:我们到底是应该在1档达到发动机最大扭矩输出的4000转时(21.2英里)切换入2档加速快呢?还是直接将1档踩到接近断油的6600转再切换2档快?

再回眸一下工况图的蓝色扭矩虚线,我们可以推断出在1档情况下6600转时,扭矩大概会下降到300NM左右。这时我们在引入变速箱的齿比概念,S60 T6的1档齿比为4.14,换句话说在6600转时,轮上的理论扭矩被变速箱放大为300nm*4.15=1245nm。而反观2档的齿比仅为2.37,哪怕是在发动机的最大扭矩450nm状态下,轮上的理论扭矩也仅为450nm*2.37=1066.5nm。仅对于S60 T6来说,结果已经非常明显。若是你需要最快的加速,那就直接1档开到35英里/6600转时,在迅速进入2档就好。至此,2档、3档、4档等该什么时候换挡的问题大伙儿已经可以自己计算出来。

图言:全力加速,奔向一念之间的诱惑...

我需要再次强调一下,以上的计算方法是以S60 T6为蓝本。而其它车辆的变速箱齿比不同,所以得出的结果也不一样。再者,S60 T6起步时由于四驱的支持不会出现打滑,所以完全无需考虑打滑对加速的影响。而对于起步打滑的车辆,那就必须用最直接的实践方式,在1档时用各种转速对车辆进行起步。一般来说,若是你发现在1档的某个转速起步时,车辆只出现轻微打滑便可直线推进。很荣幸,这基本就是那台车辆1档最佳起步的转速区间。接下来的2、3、4…档最佳时机,你套入之前的计算公式便可获得。

图言:困了...睡了...第二季结束...

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2013-03-21

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