Tại Sao Số Số ĐCastException Không Ngừng Tăng?

Số số đi đến cữ số cao hơn giúp giữ động cơ hoạt động trong dải vòng tua hiệu quả nhất, vừa tăng mô-men xoắn vừa giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Số số đi đến cữ số cao hơn giúp giữ động cơ hoạt động trong dải vòng tua hiệu quả nhất, vừa tăng mô-men xoắn vừa giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.

Chia sẻ trang này

Số số_idle tăng lên để giữ động cơ hoạt động trong dải vòng tua hẹp mà nó tạo ra công suất và mô-men xoắn hiệu quả nhất: Các tỷ số ngắn dần về số một làm tăng mô-men xoắn khi khởi động, trong khi các tỷ số dài dần về số cao giảm vòng tua máy và mức tiêu hao nhiên liệu ở tốc độ cao tốc. Trong những năm 1990, ô tô điển hình có 3-5 số tiến, nhưng trong hai năm mẫu mới nhất, con số này lên tới ít nhất 6, và ở một số mẫu là 10.

Điểm nổi bật

  • Hộp số tự động 8 cấp của ZF mang lại hiệu suất nhiên liệu tốt hơn 21-24% so với hộp số tự động 3 cấp.
  • Trên Ford F-150 năm 2017, việc chuyển từ 6 số lên 10 số đã rút ngắn thời gian 0-60 mph thêm 0,2 giây.
  • Từ năm mẫu 2016, hộp số tự động đã vượt qua hộp số sàn về hiệu suất nhiên liệu.
  • Các kỹ sư của Ford và GM thừa nhận rằng 10 số tiến là giới hạn trên hữu ích.

Tại Sao Số Số_idle Tăng? Dải Vòng Tua Hiệu Quả Của Động Cơ

Şanzımanın tek görevi, motoru hem en güçlü hem en az yakıt tükettiği o dar devir aralığında tutmak; vites sayısı arttıkça motor bu ideal bölgede daha çok vakit geçirir.

Hãy nghĩ đến bản đồ vận hành của một động cơ đốt trong. Dù là xăng hay diesel, động cơ có một dải vòng tua (RPM) tương đối hẹp, nơi nó tạo ra công suất và mô-men xoắn tối đa trong khi tiêu thụ ít nhiên liệu nhất. Công việc của hộp số chính xác là điều đó: Giữ tốc độ quay truyền đến bánh xe trong vùng lý tưởng này của động cơ. Khi số số_idle tăng, động cơ hoạt động trong dải tối ưu này thường xuyên hơn; mỗi số_idle cung cấp một tỷ số được tinh chỉnh tinh tế hơn để duy trì vòng tua động cơ.

Ngược lại, trên một phương tiện có ít số_idle, động cơ phải chấp nhận số_idle gần nhất với tốc độ hiện tại. Kết quả là phải hoạt động ở vòng tua cao hơn mức cần thiết. Vòng tua cao đồng nghĩa với nhiều nhiên liệu hơn trong một đơn vị thời gian và cũng khiến động cơ mệt mỏi hơn. Nếu xây dựng một chuỗi logic sơ bộ: Nhiều vòng tua hơn đồng nghĩa với động cơ làm việc nhiều hơn, nhiều nhiên liệu hơn, nhiều căng thẳng và mài mòn hơn. Đảo ngược chuỗi này chính là động lực cơ bản của cuộc đua số_idle.

Vai trò của các số_idle thấp và các số_idle cao hoàn toàn khác nhau. Số một có tỷ số ngắn nhân mô-men xoắn tại bánh xe, giúp khởi động và leo dốc trở nên khả thi. Các số_idle overdrive có tỷ số dài giảm vòng tua động cơ ở tốc độ cao tốc, vừa giảm tiêu hao vừa giảm tiếng ồn nghe được trong khoang lái. Vấn đề là: Bạn càng nén nhiều tỷ số trung gian giữa hai cực này, vòng tua động cơ càng giảm ít và càng giữ được hiệu quả.

Độ Phân Tán Tỷ Số: Logic Kỹ Thuật Của Hộp Số 10 Cấp

Khi số số_idle tăng, không chỉ các bước trung gian tăng lên; tổng dải tỷ số, tức ratio spread, cũng có thể mở rộng. Trên các hộp số 10 cấp hiện đại, số một có tỷ số ngắn hơn nhiều để khởi động quyết liệt, trong khi số_idle cao nhất dài hơn nhiều so với trước để chạy vòng tua. Các bước ở giữa vẫn nhỏ. Tỷ số số_học cao khi khởi động, số_idle cao dài khi chạy đường trường: Muốn cả hiệu suất lẫn hiệu quả từ cùng một hộp số_idle không còn là mâu thuẫn, mà là mục tiêu thiết kế.

Các bước ngắn dần có một lợi ích thứ hai: Sự gián đoạn khi chuyển số_idle giảm. Khi động cơ giảm tốc độ quá nhiều giữa các số thì có thể cảm nhận được sự chuyển số, sự tăng tốc bị gián đoạn. Khi các số được thu hẹp lại, sự chuyển số này vừa mềm mại hơn vừa nhanh hơn; các hộp số tự động 8-10 số tiến hiện đại với những lần đổi ly hợp nhanh và phần mềm điều khiển thông minh có thể nhảy tới 4-5 số cùng một lúc. Ví dụ, máy tính điều khiển của hộp số 10 số tiến do Ford và GM cùng phát triển chứa hơn 1 triệu dòng mã, gấp đôi hộp số 6 số trước đó, và có thể thực hiện các giảm số tức thời theo chuyển động của bàn đạp ga.

Con số thay đổi như thế nào?

Những ví dụ cụ thể làm cho tác động của số lượng số trở nên đo lường được. Mẫu Ford F-150 năm 2017, so với phiên bản hộp số 6 số của năm trước đó, đã đạt được hiệu suất nhiên liệu cao hơn 1 mpg mỗi loại ở đô thị và đường cao tốc với hộp số 10 số tiến, và cao hơn 2 mpg ở phiên bản 4x4; thời gian 0-60 mph giảm 0,2 giây. Cùng năm mẫu đó, các phiên bản xe kéo đạt công suất 375 mã lực và mô-men xoắn 470 lb-ft với khả năng kéo 12.200 pound. Bức tranh tương tự cũng có ở phía sedan: Trên Chevrolet Malibu năm 2017, việc chuyển từ hộp số 8 số lên 9 số đã tăng hiệu suất nhiên liệu khoảng 3%.

Dữ liệu mà ZF công bố năm 2012 cho thấy mối quan hệ giữa số lượng số và mức tiêu thụ có thể ấn tượng đến mức nào: hộp số tự động 8 số hứa hẹn cải thiện 21-24% so với hộp số tự động 3 số; so với hộp số 6 số, mức tiết kiệm khoảng 11%, so với hộp số 5 số là 14%. ZF 9 số thì nhắm đến mức cải thiện lên tới 16% so với hộp số 6 số. Các giá trị trong tài liệu kỹ thuật của ZF 8HP cũng cùng hướng đó: tiêu thụ ít hơn 12% so với hộp số 6 số 6HP, ít hơn 14% so với hộp số 5 số. Xét dưới góc độ của một kỹ sư, những con số này không phải là trùng hợp, mà là toán học trực tiếp của các bước tỷ số.

Hộp số So sánh Cải thiện hiệu suất nhiên liệu
ZF 8 số So với 3 số 21-24%
ZF 8 số So với 5 số 14%
ZF 8 số So với 6 số 11%
ZF 9 số So với 6 số Lên tới 16%
GM 9 số So với hộp số 8 số trước đó (Malibu) 3%

Giá của nhiều số: Độ phức tạp, trọng lượng và chi phí

Mỗi số bổ sung đồng nghĩa với các phần tử ly hợp bổ sung, các thành phần vỏ van phức tạp hơn và nhiều điều khiển bằng máy tính hơn. Nhiều bộ phận chuyển động hơn kéo theo khả năng gặp sự cố cơ khí lớn hơn và đơn vị hộp số đắt hơn. GM đã đầu tư 323 triệu đô la vào cơ sở sản xuất hộp số nhiều số ở Romulus, Michigan; con số này là thước đo cho mức độ đầu tư công nghiệp nghiêm túc mà các hộp số tự động nhiều số đòi hỏi.

Trọng lượng cũng nằm ở trung tâm của cuộc tranh luận. Một góc nhìn phản biện như sau: Trọng lượng là kẻ thù của hiệu suất; thay vì thêm nhiều số hơn, các nhà sản xuất nên tìm cách làm nhẹ xe. Lời chỉ trích này không sai, vì mỗi lợi ích đều được đổi bằng độ phức tạp cơ khí. Mặt khác, lợi ích giảm dần cũng là điều không thể tránh khỏi: trong khi vẫn có thể thấy lợi ích vượt quá 8 và 9 số tiến, thì khi chuyển sang 11-12 số tiến, lợi ích giảm dần gây ra các vấn đề kiến trúc bắt đầu phát huy tác dụng. Các nhóm kỹ sư của Ford và GM xem hộp số 10 cấp là điểm ngọt ngào của đường cong lợi ích này.

Ngoài ra còn có vấn đề về tính liên tục. Hộp số 10 cấp không phải là giải pháp tối ưu cho mọi phương tiện; tùy theo thị trường khu vực, người ta cho rằng các hộp số 6 cấp sẽ còn được giữ lại trên thị trường trong thời gian dài. Phía mình, GM tính toán rằng hộp số 9 cấp dành cho các mẫu xe cầu trước có thể cùng lúc đáp ứng phân khúc cao cấp dùng số cao, và nhấn mạnh rằng cả hai hộp số đều được thiết kế là các cụm kín khít, không cần bảo dưỡng suốt vòng đời.

8 Cấp hay 10 Cấp? Giải pháp thay thế cho dải tỷ số

Hộp số 10 cấp không phải là quan điểm duy nhất trong cuộc tranh luận. Trường phái ZF ủng hộ hộp số 8 cấp có dải tỷ số rộng hơn thay vì các bước số gần nhau, và 8HP được công nhận rộng rãi là một cụm đủ nhanh và tinh tế để phục vụ cả xe thể thao lẫn sedan hạng sang. Một so sánh thực tế xác nhận điều này: Trong phép so sánh các phiên bản dùng hộp số 8 cấp và 10 cấp được thực hiện trên chiếc Chevrolet Silverado Z71 năm 2020, không tìm thấy lợi thế rõ rệt nào của số 10 so với số 8; dải tỷ số rộng của ZF đã hoàn thành tốt nhiệm vụ của nó.

Bài học rút ra ở đây là điều quan trọng không phải ở số lượng cấp số, mà ở dải tỷ số và độ gần của các bước số. Số 10 cấp nổi bật như một lựa chọn mạnh, đặc biệt trong các tình huống kéo xe và chở hàng nặng; còn với xe hạng nhẹ và sử dụng hằng ngày, hộp 6-8 cấp được tinh chỉnh tốt thường là đủ. Công thức "càng nhiều số càng tốt" hiếm khi đúng trong thế giới kỹ thuật.

CVT và DCT: Các phương án thay thế cho số cấp

Hộp số tự động nhiều cấp không phải là con đường duy nhất. CVT, với hệ thống dây đai và ròng rọc, có thể cung cấp vô số tỷ số để giữ động cơ ở điểm ngọt ngào về hiệu suất mà hoàn toàn không cần sang số; trong đa số trường hợp, nó mang lại mức tiêu hao nhiên liệu tốt hơn hộp số tự động thông thường. Đổi lại, đặc tính lái do cấu trúc dây đai - ròng rọc mang lại không phải ai cũng thích, và câu hỏi về độ bền trong các ứng dụng mô-men xoắn cao cũng được đặt ra. Hộp số ly hợp kép (DCT) không chỉ dành cho các xe thiên về hiệu suất mà còn là con đường khả dĩ cho những mẫu xe muốn cân bằng giữa tốc độ và hiệu suất.

Một bước ngoặt thú vị là ưu thế lịch sử của hộp số tự động so với hộp số sàn: Kể từ năm mẫu xe 2016, hộp số tự động đã vượt qua hoặc ít nhất là san bằng hộp số sàn về hiệu suất nhiên liệu. Trong khi giả định "xe sàn ít tốn xăng hơn" còn đúng ở hầu hết mọi phân khúc cách đây mười năm, thì các tỷ số chặt chẽ của hộp số tự động nhiều cấp đã đảo ngược phương trình đó. Mục tiêu thực sự của cuộc đua số cấp không phải là hiệu suất mà là hiệu suất nhiên liệu; hiển nhiên các tiêu chuẩn CAFE (tiêu hao nhiên liệu bình quân doanh nghiệp) tại Mỹ là động lực thúc đẩy của xu hướng này. Còn sự gia tăng hiệu suất đến như một sản phẩm phụ của cấp một ngắn và các lần chuyển số nhanh.

Tại sao xe điện không đếm xỉa đến số cấp?

Động cơ điện có một đặc tính khiến toàn bộ cuộc tranh luận này trở nên vô nghĩa: Chúng tạo ra mô-men xoắn gần như liên tục từ số 0 cho đến vòng tua tối đa. Không cần tìm kiếm một dải vòng tua hẹp được gọi là vòng tua hiệu quả; động cơ gần như thể hiện cùng một đặc tính ở mọi vùng hoạt động. Vì vậy, xe điện chỉ cần hộp số một cấp là đủ. Việc tăng số lượng cấp số chính là giải pháp cho dải hoạt động hẹp của động cơ đốt trong; khi dải hoạt động hẹp biến mất, nhu cầu nhân tỷ số truyền cũng không còn nữa. Phép so sánh với xe đạp cũng rất minh họa: Trên xe đạp có bàn đạp, sức người được tạo ra trong một dải lực rất hẹp nên cần tới 18 cấp số hoặc nhiều hơn; trên xe tải, do chở hàng nặng cũng có thể có hộp số 18 cấp tiến. Số lượng cấp số lấp đầy khoảng cách giữa đặc tính của động cơ và nhiệm vụ của chiếc xe.

Bao Nhiêu Cấp Số Là Đủ? Quy Luật Lợi Ích Giảm Dần

Vậy con số lý tưởng là bao nhiêu? Không có câu trả lời rõ ràng và đo lường được, nhưng giới hạn thì rõ ràng. Trên những xe công suất thấp và nhẹ, hộp số 5 cấp tiến vẫn có thể đủ, xét cả về chi phí sản xuất lẫn tiềm năng hiệu suất của xe. Với xe tải nặng, 18 cấp tiến là hợp lý vì chênh lệch nhu cầu tỷ số giữa trạng thái có tải và không tải là rất lớn. Trên xe hành khách, 6-8 cấp tiến đáp ứng phần lớn các kịch bản; còn 10 cấp tiến chỉ có ý nghĩa trên những xe động cơ lớn hướng tới đồng thời khả năng kéo tải đầy đủ, tăng tốc nhanh và mức tiêu hao hành trình thấp. Về phía nhà sản xuất, Ford và GM xem 10 cấp tiến là điểm tối ưu, trong khi quan điểm ngược lại cho rằng nhiều cấp số gây gánh nặng trọng lượng và độ phức tạp không cần thiết. Cả hai phía đều đúng một phần: Câu trả lời đúng phụ thuộc vào nhiệm vụ của chiếc xe, và lợi ích về tiết kiệm nhiên liệu phải bù đắp được chi phí của mỗi cấp số bổ sung. Nếu không, số lượng cấp số sẽ trở thành một thông số đẹp trên giấy nhưng phải trả giá trên đường.

Nguồn Tham Khảo