TC的編輯視角│賽道冷知識:無縫變速箱好棒棒,為什麼不下放?

TC

2020/05/04

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2020/05/04

在先前我曾寫過轉自SUZUKI測試車手的頻道中所說明的《神,與人的距離│Sylvain Guintoli告訴你MotoGP工廠賽車與市售跑車的差異》一文當中,強調了工廠賽車與市售跑車兩者間的差異造就出截然不同層次的性能表現與市場取向。當中,在變速箱差異的章節我曾提到MotoGP使用的是「無縫變速箱」的結構,在目前諸多賽道科技舉凡車身線條設計、快速排檔系統、十字曲軸、電控系統以及又酷又炫但平常用不到的空力套件系統等都已經下放到市售車款中,而「無縫變速箱」卻是少數幾項在賽事中使用多年,卻遲遲未下放的賽道科技。究竟這種變速箱有什麼神祕之處?這次TC哥哥帶你了解!


無縫變速箱是被迫出世的產物

其實回溯歷史,無縫變速箱並不是什麼橫空出世的天降神兵器,而是因為FIM、Dorna Sport、IRTA以及MSMA賽會官方會議中,針對MotoGP賽事規則上所給予的制約而「被迫問世」的產物。何以言之?在MotoGP賽車製造規定項目中,明文禁止使用雙離合器系統(DSG)、無段變速系統(CVT)以及自排檔(AT)等純電動方式換檔系統。但手排檔(MT)配合快速換檔輔助系統(也就是Quickshifter快排系統)則不在此限。

也因此,無縫變速箱產生的原因就是要在「手排檔」的前提之下盡可能的達到無段式變速系統CVT或是DSG把換檔間隙帶來的延遲時間降到最低,藉以創造出更順暢的換檔速度來換取更短的單圈成績。

但這並不代表無縫變速箱在換檔時真的可以如同CVT那般無感換檔,相較起一般傳統濕式變速箱當然在換檔時間上要快上許多,但依然還是有幾毫秒的延遲,所以車手依然可以感覺得到換檔時所帶來的震動,也因此,無縫變速箱的使用也正巧規避了MotoGP官方「純電動方式換檔系統」的禁令。首先使用的車廠是2011年的Repsol HONDA廠隊,當時這項科技的推出於法合理,所以沒有被官方禁止使用。

我們把時間往回推,在2011年時,DSG或是DCT等系統都還在開發完成初期的階段,造價相當昂貴之外維修難度也不低,MotoGP禁止使用的原因也同樣要降低車隊開發成本等公平因素考量在內。但時過境遷,目前DSG與DCT等設備早就已經成熟且被廣為使用,而反倒是MotoGP使用的無縫變速箱在製造維修方面依然天價,以成本考量的立場來看似乎有些本末倒置,當然,近幾年也有出現一些「解禁DCT」的聲音出現,但最後都胎死腹中。

其中最大的原因在於變速箱本體重量問題。以HONDA DCT變速系統與RC213V的無縫變速箱相比之下,DCT就高出了10公斤之譜,對於車體重量錙銖必較的MotoGP賽車來說,在變速箱重量上要犧牲10公斤來換取每檔延遲的幾毫秒,似乎才真的是本末倒置。


市售化的前提

OK,以目前的狀況來說,MotoGP所使用的無縫變速箱具備了幾項優點:極佳的換檔速度,最少的動力延遲以及相較DCT更輕量化更適合運動車款;當然也具備了一些劣勢:造價極度昂貴,保養極其複雜且維修不易。

去年我們曾經聽到一些關於YAMAHA打算下放無縫變速箱到YZF-R1車上的消息,相關新聞可以點選《下放無縫變速箱? YAMAHA YZF-R1的大改款謠言》,但目前而言並沒有進一步的消息指出這項市售版本的無縫變速箱專利圖的實際消息。

但,下放真的不可能嗎?首先,車廠必須要克服的是量產的問題,量產的前提在於維持良好的產品穩定度以及降低製造、維修成本,以目前完全賽事取向的MotoGP無縫變速箱而言,在耐用度與道路惡劣環境等因素的測試依然需要相當大的成本投入。二來,後勤維修的部分會是最大考量,畢竟是市售的舉世無雙,要讓具備無縫變速箱的維修能力普及依然需要一段相當的時間與教育成本。第三,搭載車款,以賽事為主要導向的無縫變速箱如果只裝在旗艦跑車上當然是最能夠表現出其價值與性能的發揮好所在,但鑒於近年來跑車市場的萎靡,街車與多功能車型相對的香火鼎盛,在未來目標大量生產的前提之下,也許在市售搭載這原本是以競爭速度為訴求的無縫變速箱的車款上,我們可以看到更多元的發展面相。


無縫變速箱的作動原理概述

其實無縫變速箱並非新發明,以前幾年HONDA所提供的相關文獻中,其中對於《Miltistage Transmission》(多段式變速)專利文件中所提出的作動原理,我引用Cycle World在2017年的專欄中所做過的說明來做出解釋。

傳統變速箱中,基本的齒輪與零組件約80個上下,一組齒輪在同一時間作動,但在給定的時間內只能咬合單一齒輪,變速齒輪會沿轉軸滑入相鄰的另一顆變速齒輪,滑入之後相扣就完成「換檔」的動作,也就是說,當你將離合器拉上時便是開始進入齒輪「滑入」的動作,所以這時候就是所謂的換檔動力中斷期,而無縫變速箱或者說DCT與CVT就是要消弭這種因為換檔間隙帶來的動力中斷。

HONDA的無縫變速箱佈局中,零件數量是一般傳統變速箱的三倍甚至更多,輸入軸與個變速齒輪本質上可以視為一個獨立的花鍵齒輪軸,當旋轉時每顆齒輪均以相同的速度進行旋轉,在輸出軸上的每一顆齒輪都可以獨立進行旋轉,但每個齒輪配備四個棘爪(pawl)(編按:又稱制轉桿)來控制齒輪鎖住輪軸的傳輸動力,而這些制轉軸則會被頂針推到相對應的變速位置,頂針是由好幾組連桿由中央向外推出,再利用棘輪效應(※註一),將每個齒輪的兩組棘爪在動力下鎖定變速,另外兩組棘爪則在減速下鎖定變速。

當車手進行升檔時,頂針會退回,但在持續加速的過程中,原本檔位齒輪上的兩組制動軸依然會在做動的位置持續傳輸加速動力,直到下一個檔位的齒輪完成銜接咬合。換言之,這種齒輪銜接方式可以有效的在銜接的過程中持續傳輸動力。而軸轉速會比原檔位轉速還要更快,當棘爪脫離時,如果車手正在減速並且進行降檔動作,則上述的升檔避速過程便會逆進行,如此就完成無縫降檔的動作,並且同樣可以持續傳遞動力直到下一顆變速齒輪銜接完成為止。

而這種花鍵齒輪變速系統雖然可以有效的完成動力銜接的問題,但卻難以找到空檔。當你開始透過鬆開所有變速齒輪時,棘爪有可能還是會鎖定檔位,所以裝載無縫變速箱的MotoGP賽車都會另外在把手上加裝額外的拉桿,來確保可以穩定的找到空檔。

除了做動方式更為複雜之外,零組件的數量也更多,每組齒輪就具備16組獨立零件與棘爪機構,並且在每次的賽事後都要交由專門的賽事部門進行維修保養。

所以,以市售車的使用條件,快排會是一個更聰明的選擇。

 

※註一:棘輪是一種使得線性往復運動或旋轉運動保持單一方向的機械機構,用以防止傳動機構逆轉。它實際上是將前兩種運動方式轉換為單向步進運動的一種間歇運動機構。工作時伴有噪聲和振動,因此工作頻率也不能過高。
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A3%98%E8%BC%AA

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2020/05/04

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