零距离:世界第一辆汽车

历史书告诉我们世界上第一辆汽车是卡尔·本茨(Karl Benz)在1886年1月29号发明的。

很早之前曾查阅过这辆车的资料。当时把这辆车的专利1、文献、视频啥的统统翻了出来。盯着这个古老的机器,看着那些黑白的照片,我试图去想象卡尔·本茨是如何一个人建造出一整辆汽车的。

卡尔·本茨造世界第一辆汽车

图:世界第一辆汽车 | 图片@Deutsches Museum

这星期有机会去了慕尼黑的德国博物馆,到了之后才听朋友说起这里停放着 …

世界第一辆汽车的原型车

德国博物馆展出的世界第一辆汽车的原型车

周三下午,没人的展览馆里,八月的太阳懒懒的洒下来。面前,历史书里的那辆车就在那静静地等着我们。 130年的车座和车轮依然散发着老旧的味道。

没有奢华的配置,没有优雅的线条,没有傲人的马力,有的只是纯粹的技术在钢铁零件上的完美体现。每一个螺帽、每一条轮辐、每一个阀门无不展现了卡尔·本茨当年设计这辆车时的心血。

德国博物馆展出的世界第一辆汽车的原型车
德国博物馆展出的世界第一辆汽车的原型车

稍稍有些生锈的单缸发动机2,当年能产生0.75马力。在那个时代,火花塞还没有发明3,卡尔·本茨自己开发出了第一个可用的火花塞。

卡尔·本茨造世界第一辆汽车专利

图:世界第一辆汽车专利 | 图片@Deutsches Museum

130年前的汽车研发制造

发动机下巨大的飞轮在阳光里还反射着当年的光泽。

开车前,你得抓着这个巨大的轮子,用全身的劲让它转起来,带动发动机慢慢启动。小时候看到过司机伯伯拿着一个曲柄启动老解放汽车是多吃力。这个车启动的时候比解放车只能说有过之而无不及。

卡尔·本茨造世界第一辆汽车

图:世界第一辆汽车 | 图片@Deutsches Museum

好不容易启动了发动机,该怎么推动车轮?为此,卡尔·本茨将一条布带缠在了两个滚筒之间,做成了这辆车的“一档变速箱”。这个变速箱也成为了今天无级变速箱的始祖

没有倒档,如果想要倒车的话得下车自己动手。不过鉴于车子就265公斤重,手动倒车似乎不是大问题。

安装好变速箱后,似乎觉得技术含量还不够,卡尔·本茨于是在这辆车中安装了历史上第一个差速器。

车座下的布带和滚筒,以及内置的差速器

图:车座下的布带和滚筒,以及内置的差速器 | 图片@Deutsches Museum

技术不是一切,130年前如是

卡尔·本茨造世界第一辆汽车

图:贝瑞塔·林格驾驶世界第一辆汽车进行人类历史上第一次长途旅行 | 图片@n-tv.de

由于时代的限制,这辆今天看来伟大的汽车在当年却不为人接受。汽油刺鼻的味道、发动机巨大的响声等对于当时的人来说过于新颖,让人望而却步。技术的成功不代表产品的成功。

人们常说,在一个成功的男人背后总有一个伟大的女人。

1888年时,卡尔·本茨的妻子贝瑞塔·林格带着两个孩子,从曼海姆(Mannheim)出发,驱车100公里去普福尔茨海姆(Pforzheim),就此完成了人类历史上第一次汽车长途旅行。

这次旅行后卡尔·本茨在贝瑞塔·林格的建议下参加了慕尼黑博览会,引起巨大轰动。

从那刻起,一个不用马拉的“马车”渐渐被人们接受,一个工程师的名字被永远记载在了历史中。

注释:

  1. 卡尔·本茨第一辆汽车专利号:DE37435

  2. 发动机排气量为0.954升,采用了表面化油器和蒸发冷却等技术。

  3. 1901年罗伯特·博世的员工 Gottlob Honold 发明了今天意义上的火花塞。


本田11档三离合变速器

本文速读:

  • 本田于近期获得11档三离合变速器的专利。

  • 该变速器包含三个离合器。与今天的双离合器相比,结构更为紧凑。通过组合档位的实现,该变速器用很少的齿轮实现了11个前进档位。

  • 近年已有不少公司研究三离合变速器,并已取得专利。三离合变速器并不是非常新的技术。

  • 权衡其优势和劣势,三离合变速器在近期内不会量产。

本田是一个一直以来让我非常钦佩的公司。与日本的丰田、尼桑等世界级汽车巨头相比,本田这家小得多的企业不常出现在人们的视野内。然而,在汽车研发领域,本田的长期以来走在最前沿。在汽车传动领域,本田的技术总能让人眼前一亮。关注本田这么长时间,给我的感觉是,它自行研发所有能研发的产品,尝试所有能尝试的方案,并在最短时间内将点子转化为成熟的产品。

本田的专利

本田11档三离合变速器专利第一页

图1:本田11档三离合变速器专利 | 图片@DPMA.de

本田(在汽车领域)的产品涵盖发动机1变速器2超级跑车3混合动力汽车4电动汽车5燃料电池汽车6等等各个方向。

昨天一条新闻报道本田获得11档三离合变速器的专利”被频繁转载。这个专利包含了两个重点:第一是变速器的档位数目上升到了11,第二是业界内几乎闻所未闻的三离合变速器(TCT,即 Triple Clutch Transmission)。

正因为一直认为本田这家公司什么样的新技术都会尝试,所以我昨天看到这条新闻时并没有觉得惊讶。

11档三离合变速器

谈三离合变速器前,必须先说说双离合变速器(DCT)。普通的双离合变速器在输入端安装有两个离合器。每个离合器分别负责奇数档位(1、3、5等档)及偶数档位(2、4、6等档)。换档时(例如由2档换至3档时),一个离合器打开,同时,另一个离合器关闭。当从奇数档位换至奇数档位(例如5档到3档),或偶数档位换至偶数档位(例如6档到2档)时,由于所对应的离合器为同一个,因此,变速器必须先换至一个“中间档”,然后再换至目标档位(例如5档先换至4档,再换至3档)。某些换档不能直接进行,这是双离合变速器的一个天生的限制。

三离合变速器,如其名,在输入端安装有3个离合器:C1、C2 及 C3。通过增加一个离合器,档位变换比双离合变速器自由了很多。这可以说是用三个离合器的一个重要原因

本田专利中这款11档三离合变速器的结构如下图。三个离合器分别连接着一个输入轴(图中的红、蓝、绿轴)。三个输入轴成轴套型式。

本田11档三离合变速器结构

图2:本田11档三离合变速器结构 | 图片@obasic.net

值得指出的是,这款11档变速器的结构非常紧凑。变速器用一共14个齿轮实现了11个前进档位。这14个齿轮巧妙地安装在5个齿轮平面内,有效地减小了变速器的长度。

有意思的一点是,在11个档位中,第3到第9档采用常规的方式实现,即这些档位的传动比由一对齿轮实现。第1、2档及第10、11档为所谓的组合档位,这些档位由第3到第9档组合而来。例如第10档的传动比是由第3、4、9档的齿轮串联使用而实现的。正是这个原因,在本田的这个变速器中(如上图),我们只能看见第3到第9档。

三离合变速器并不新

事实上,虽然三离合变速器从没在汽车中出现过,但它并不是非常新的技术。

马格纳公司(Magna)于2009年获得了一个三离合变速器的专利7,如下图。其中,三个离合器中一个安装在变速器的输入端,而其他两个安装在了变速器的内部。但其原理仍然与其他三离合变速器一样。

马格纳三离合变速器结构

图3:马格纳三离合变速器结构 | 图片@DPMA.de

奥迪公司(Audi)于2014年3月获得了一个三离合变速器的专利8。该变速器为纵置式,可以实现12个档位。戴姆勒公司(Daimler)在今年6月也获得了一个三离合变速器的专利9。其离合器的安装位置与本田专利中一样,然而其齿轮组的排列选择了另外一种形式。此外,Mack Trucks 公司也有相应的三离合变速器的专利10

通用公司(General Motors)对三离合变速箱也有多年的研究(如果你注意了我的其他文章,你可以感觉到通用公司在变速器领域的巨大优势)。通用公司 Darrell Robinette 的文章11中介绍到,通用公司已对8、9、10档三离合变速箱进行建模仿真,并与市场上最新的自动变速箱作比较,以评估其在油耗及动力性能上的潜力。此外,通用公司也于2014年获得了一个三离合变速箱的专利12。该变速箱的结构非常特殊,它将传统的行星齿轮组与圆柱齿轮组组合起来,用为数不多的零件实现了8个档位。

三离合变速器的发展

在我看来,三离合变速器最大的优势在于进一步解除换档限制,这一点它比双离合变速器更有优势。此外,通过利用合理排列齿轮以实现组合档位,三离合变速器的长度可以做得比今天的双离合变速器更短,从而减小变速器的尺寸,由此更加适合于横置发动机车型。

然而,由于增加了一个离合器,变速器效率与双离合变速器相比会有所降低。此外,由于变速器的结构发生了很大的改变,对于变速器厂商来说,这意味着庞大的生产费用。权衡优势和劣势,我认为,近期内不会有任何厂商真正生产三离合变速器。

本田这次所获得的专利应该看作为技术的储备,而不代表其要生产这款变速器。当公司发现一个不错的变速器方案后,最稳妥的办法就是申报专利。我相信继本田、通用之后,还会有更多公司对三离合变速器进行研究。但是其量产的道路还很漫长。

注释:

  1. 历史上,本田的发动机曾22次获得 International Engine of the Year 奖项。

  2. 本田自行研发的变速器中,包括最新的10档自动变速器,全球第一款8档配备液力变矩器的双离合变速器,Acura NSX跑车内用的9档双离合变速器。

  3. 本田旗下 Acura 的超级跑车 NSX 可以说是各种最新汽车驱动技术的集合体

  4. 本田 Accord 插电式混合动力汽车的驱动系统属于最先进的 eCVT 混动系统,其结构在业内独树一帜。

  5. 本田生产 EV PlusFit EV 两款纯电动汽车,并将于2017年推出 Clarity Electric 纯电动汽车。

  6. 本田于2008年起生产 FCX Clarity 燃料电池汽车。该车拥有390公里最大行程。2015年时,本田向外界展示了其第二代燃料电池汽车 Clarity,该车将于2017年投放市场。

  7. 马格纳公司该专利的号码:US7552658

  8. 奥迪公司该专利的号码:DE102014004691A1

  9. 戴姆勒公司该专利的号码:DE102014013274A1

  10. Mack Trucks 公司该专利的号码:US2012/0160044A1

  11. D. Robinette, “Performance Characterization of a Triple Input Clutch, Layshaft Automatic Transmission Using Energy Analysis”, SAE Int. J. Engines, 2013。文章链接请点击

  12. 通用公司该专利的号码:US20140128212A1

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