CVT变速箱是达芬奇设计的？我来讲点你不知道的故事 | 析技

CVT变速箱对多数人来说既熟悉又陌生，说熟悉是因为它的应用非常广泛，而且很贴近我们的生活；而陌生是因为，CVT变速箱的种类非常繁杂，并且常见的CVT依旧对它有很多误解。

“Continuously Variable Transmission”是CVT的全称，翻译过来为连续可变变速器，广义上只要符合字面意思都可以称为CVT变速箱。所以除了我们熟知的两个棘轮用钢带或钢链连接之外，还有其他形式的CVT变速箱。

先说了一个我们相对熟知的E-CVT，本田iMMD和丰田THS混合动力系统就使用的是这一套变速箱。“E”代表电子的意思，用电机取代了机械结构为发动机变速变扭。这里补充一点，即便是混合动力车型也是需要一套机构为引擎调速调扭。丰田、本田之外的混动车大多需要一套变速箱，是因为它们的电动机只能够调节扭矩，并不能控制发动机的转速。

滚珠/滚球CVT

说完熟知的，再来看看那些不耳熟的。首先是滚珠/滚球CVT，这种变速箱同样没有棘轮和传动钢带，它的核心部件是多个球体。我们知道，一个球体表面距离转动轴不同的点，线速度也是不同的。滚珠/滚球CVT变速箱就是利用了这一原理，通过改变转动轴的角度，使得输入端和输出端的线速度发生变化，从而实现变速、变矩的功能。

语言描述可能有些抽象，我们现在来看两张图：

第一张是滚珠/滚球CVT的模型，第二张图是动力传导以及如何变速的示意图。如果还不是特别清楚的话，可以把这个东西想象成我们脚下的地球。假如输入端在北半球中国的三亚市，输出端在南半球的麦哲伦海峡，自转一周过后，在广州的人转动的距离一定是大于在麦哲伦海峡航行的人。也就是相当于，一个大齿轮连接了一个小齿轮，等同于AT变速箱的超比挡。

相反，如果需要放大扭矩进行起步或者爬坡时，就需要输入端向北走，比如到黑龙江漠河，输出端向赤道靠近，比如来到了秘鲁首都利马。这时就变成一个小齿轮连接大齿轮的情形，达到减速增扭的目的。

滚珠/滚球CVT最大的优势在于结构简单、体积小巧，可以做到手掌心那么大。所以主要用于踏板摩托车，还有很多汽车、船舶模型也会用到它。当然也有很大的短板，比如变速范围比较狭窄，扭矩承受极限较低等，所以只用于小型机械。

不过也有公司尝试拓展滚珠/滚球CVT功能，记得前些年在车展上看到过行星式变速箱。其实就是把行星齿轮组中的行星轮换成了球体，原理和之前讲的一样，运行方式和行星齿轮一致。由于这套变速机构非常的小巧，所以适配性很强可以串接液力变矩器或者传统变速箱，当时这个巧妙的设计让我印象很深。

锥环式CVT

说罢了滚珠/滚球CVT变速箱，再来说个新鲜东西“摩擦锥变速器”，这也是一个很大的无级变速箱分支，其中有很多的演变产品。和汽车有关是锥环式变速箱“cone ringtransmission”。

介绍之前，先简单复习一下传统CVT变速箱的结构，因为和锥环式变速箱多少是有点联系的。

传统CVT变速箱，主动、从动棘轮上都有一个V型槽，通过液压系统来改变槽的宽度，从而实现不同的速比。锥环式变速箱可以看作是台简化版的CVT变速箱，主动、从动棘轮被两个锥轮代替，钢带被钢环所取代。

这是一张俯视图，主动、从动锥轮由中间的钢环连接，并且钢环可以在两个锥轮之间移动，从而实现不同的速比。相比传统CVT变速箱，这套变速机构更简单轻巧，而且效率整体的效率也会更高。

说到效率，正好纠正一个关于CVT变速箱的误区，很多人觉得CVT传递效率低下是由于棘轮和钢带之间打滑所导致的，这是个大大误解。如果棘轮和钢带之间打滑，可不是动力响应慢，踩油门不走这么简单，而是变速箱启动保护程序，或者车辆直接趴窝，是很严重的问题。

那为何要说CVT变速箱的效率不高呢，前面也说了改变速比是靠液压系统完成的，而这套系统会消耗很多的能量，这部分能量当然也是来自于发动机的，所以会有动力损失，会降低效率。

锥环式变速箱不需要这套液压系统所以效率会提升，并且还具备结构简单、价格低廉、变速变扭平顺等优点，至于缺点和滚珠/滚球CVT类似，所以微、小型车与锥环式变速箱是很搭。

如果你还是搞不清楚锥环式变速箱的工作原理，可以推荐一个视频：https://www.bilibili.com/video/av65061553?p=1。简单、直观，非常好理解。

CVT可不是“软妹子”

奇特的这类说完了，再回头聊两句传统的CVT变速箱。我是挺着迷于CVT变速箱的，想想看“连续可变”是一个多么完美的状态。

首先这意味着变速过程中没有动力中断，还记得很早的时候看汽车杂志，超跑有一项很重要的参数是换挡时间，只有CVT变速箱能把这项参数降到0。

其次“连续可变”将引擎输出的动力由阶梯变成了滑梯，这意味着引擎能始终工作在最为正确的区间。CVT之所以省油也是这个道理，它能够让引擎最大限度的工作在最高热效率区间，与丰田、本田的混合动力是一个理念。此外，对于动力输出也有很大的帮助，CVT变速箱可以将转速锁定在引擎的最大功率点进行变扭，这也是其它变速箱没有的技能。

没有动力中断、可锁定最大功率点输出，这两点都证明了CVT在运动性上同样是把好手。1990年代威廉姆斯车队就试过将CVT变速箱放在F1赛车上，当时的测试车手“库克哈德”给予这种变速箱极高的评价，所以CVT才不是柔弱、无力软妹子呢。

之所以现在的性能车和超跑没有采用CVT，还是效率的问题，这也是CVT变速箱最大的软肋，想解决这个问题还是要看材料学有没有什么重大突破。

关于CVT的故事还没完，有人说CVT是意大利画家达芬奇发明的，当个趣闻可以这么讲，但要较真就不是那么回事儿了。达芬奇只是提出了一个无级可变传动系统的构想，和现今的CVT变速箱还是有很大区别的，现代棘轮钢带式CVT变速箱，是Hub vanDoorne在1958年设计出来的。

举个不恰当的例子，达芬奇只是讲述了一个嫦娥和月亮的故事，与人类探月、登月完全不是一回事。

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