“半價CVT”-KRG錐環無級變速器全解讀

歷史悠久的錐環結構應用

對于大多數人來說，KRG錐環無級變速器可能是一個奇怪的術語。但這種變速箱未來可能會成為我國小排量汽車的主流變速箱。低成本、高效率、結構簡單、功能多樣、流暢等優點值得我們關注。在正式量產之前，我們先來了解一下這款結構新穎的變速箱。

GIF創新的錐形環無級變速器

◆無級變速的基礎，滾錐+錐環代替鋼帶和棘輪——歷史悠久，不斷創新:結構源自1902年+創新控制機構。

KRG變速箱展示模型

眾所周知，傳統CVT無級變速器的核心傳動機構由主動棘輪和變槽寬從動棘輪以及鋼帶組成。通過改變主動棘輪和從動棘輪的V型槽寬，可以改變鋼帶在兩個棘輪上轉動的周長，進而可以連續改變速比。

傳統的無級變速器通過可變V型槽寬的主、從動棘輪和鋼帶連續調節速比。

KRG錐環無級變速器的主要執行機構是輸入錐、輸出錐和在它們之間傳遞動力的錐環。錐環在兩個錐上的平面所得到的截面圓的周長決定了輸入軸和輸出軸的速比，所以錐環在錐上的位置直接決定了變速箱的速比。因為錐環可以在錐上的左右停止點之間自由移動，所以它可以在一定范圍內提供無級變速比。

上輸入滾錐、下輸出滾錐和在它們之間傳遞動力的錐環構成了錐環傳動的主要機構。錐環和錐環所在平面的周長相對于兩個錐的橫截面圓的差決定了輸入-輸出速度比。

只要輸入錐旋轉，動力就會通過輸入錐傳遞到錐環，然后驅動輸出錐反向旋轉。據報道，這套機構早在1902年就被引進，GIF成功將其應用到汽車變速箱上，目前已經達到量產水平。這種機構也適用于混合動力汽車和電動汽車作為變速機構。

KRG變速箱的整體結構并不復雜。目前，KRG變速箱主要是為橫向發動機設計的。動力從發動機出來后，直接連接到離合器上。輸入軸連接到行星齒輪，然后輸入錐-錐環-輸出錐，然后動力輸出到差速器-半軸。

離合器方面，KRG使用的干式離合器和AMT變速箱一樣，采用電子控制，為人們提供了一個電子左腳。不同的是，與大多數AMT變速箱不同，它的離合器控制機構并不采用電液控制系統來控制離合器的接合和分離，而是采用電動機來控制離合器，結構更簡單，響應速度更快。當然也可以使用液力變矩器，GRC-吉福動力科技的工程師可以根據廠家的需求進行開發匹配。

KRG變速箱:離合器-行星齒輪組-輸入錐-傳動錐環-輸出錐-減速齒輪-差速器-半軸1-輸入錐2-輸出錐3-傳動錐環4-膨脹機構5-錐環定位機構5a-控制架

速比的變化調節機構

◆變速比調節——變速比調節只需要一臺低功率伺服電機。

眾所周知，傳統的CVT變速箱需要一套液壓泵機構來推動棘輪，改變其槽寬，進而改變速比。液壓控制機構和執行器的加入，使得CVT變速箱的結構變得復雜，這也直接導致變速箱成本較高。在KRG變速箱上，GIF吉福德工程師利用錐環本身的機械特性，只用一個簡單的模塊就實現了速比轉換。

KRG變速箱傳動機構的簡化模型

從平面圖中我們可以很容易地理解KRG速比調節機構的原理。由于錐體的特殊形狀，當傳遞動力的錐環平面垂直于滾動錐體的中心線時，錐環可以保持其當前位置不變，即變速箱可以以恒定的速比輸出動力。當錐環平面與中心線之間的角度發生變化時，錐環會隨著錐體的旋轉而相應地在錐體上向左或向右移動。這種運動完全是由“錐體”的形狀特征引起的，屬于完全自發的運動，無需外力推動錐環在滾動錐體上左右移動。而且，錐環平面與滾錐中心線的夾角越小，左右移動越快。因此，工程師只需要設計一個可以調節錐環角度的機構，并配合相應的電控程序，就可以輕松調節速比，控制速比變化的速度。

當傳遞動力的錐環平面垂直于滾錐中心線時，錐環可以保持當前位置不變。只需使錐環的平面與滾錐的中心線成一個角度，錐環就會隨著滾錐的轉動相應地向左或向右移動。

工程師為錐形環設計了一個控制框架。控制框架的下端有一個帶滑軌的限制器，用于控制變速箱錐環的角度。該控制架由伺服電機直接驅動，可在箱體內旋轉一定角度。當變速箱需要以固定速比輸出時，控制架只需保持錐環與滾錐軸線平行即可。當變速箱需要改變速比時，伺服電機帶動控制架相應改變錐環的角度，錐環會隨著滾錐的運動而自動運動。當達到要求的速比時，控制架可以將錐環轉回垂直角度狀態。這個速比調節過程只需要克服錐環和控制架本身的慣性，只需要一個小功率的電機。伺服電機設計在齒輪箱外殼外部，便于維護。KRG省去了傳統CVT復雜昂貴的液壓控制機構，在裝配難度、制造成本、控制件重量、維修方便性等方面都超越了傳統CVT變速箱，其響應速度也優于液壓控制機構。

整個可旋轉的控制架，限制器可以沿著滑軌自由滑動來控制錐環的角度，就像我們轉動自行車把手一樣，非常輕松。只需要小功率伺服電機變速箱實體模型中的控制架和錐環，還可以看到控制架的滑軌和限位器，就是控制架的伺服電機。

傳動效率保障

◆傳動效率保證:膨脹機構和變速箱潤滑——機械自膨脹機構，摩擦傳動部分采用專用潤滑油。

錐環動力傳動結構與CVT一樣，不使用傳統的齒輪或鏈條傳遞動力，而是依靠接觸摩擦傳遞動力。因此，需要通過漲緊機構為接觸部提供壓力，避免接觸摩擦部打滑造成的動力損失。

工程師在輸出圓錐滾子軸承上設計了一套自膨脹結構。當錐環帶動輸出滾錐轉動時，與輪端連接的輸出軸端的阻力使伸縮機構扭轉。這種扭轉力使膨脹機構中的滾珠沿滑槽移動，將膨脹機構推開，并迫使輸出滾錐向右移動。結果，錐環和輸入滾錐之間的間隙變小，錐環承受的壓力增加，錐環和滾錐之間的摩擦增強，從而保證了動力傳遞效率。據了解，目前KRG原型變速箱的傳動效率可以接近90%左右，可承受的發動機扭矩約為180牛米，主要是為橫向發動機的前驅動開發的。工程師表示，目前正在開發能夠承受400牛米扭矩的KRG變速箱。

膨脹機構可以減小兩個滾錐之間的間隙，增加它們之間錐環的接觸壓力，保證動力傳遞效率。輸出滾錐的被動轉動和輪端的阻力使膨脹機構扭轉，滾珠沿滑槽運動，將膨脹塊推開。

為了進一步保證摩擦界面的動力傳遞效率，工程師專門為變速箱的錐環傳動機構設計了一個獨立的密封室。齒輪箱的滾錐等軸承和齒輪都使用普通的齒輪箱油，而專門開發的潤滑油——“牽引油”就用在這個腔室內。在腔室中，輸出滾錐浸入牽引油中，通過飛濺潤滑來潤滑摩擦部件。與普通CVT變速箱油相比，這種“牽引油”增加了50%的摩擦力，保證了動力傳遞效率。

紅色部分使用普通傳動油，綠色部分使用特殊配方潤滑油——“牽引油”提供潤滑，保證接觸摩擦部件的有效動力傳遞。此外，綠色部分是飛濺潤滑。

用戶可能關心的問題:變速箱是為免維護設計的嗎？變速箱油貴嗎？

據GRC岐阜動力總經理李悟先生介紹，他們使用的牽引油只是配方上與傳統變速箱油不同，但成本并不高，甚至比一些自動變速箱油還便宜。此外，他們的KRG變速箱本身是免維護設計，這意味著在設計壽命內不需要更換新的變速箱油。所以未來國內用戶不需要擔心后期的使用成本。

◆擋位控制機構與傳統CVT相似——行星齒輪切換前進/后退空擋位。

KRG錐環無級變速器的換擋機構與傳統的無級變速器一樣，依賴于行星齒輪機構。發動機的動力通過離合器傳遞給變速箱的輸入軸，輸入軸與行星齒輪結構的太陽輪連接，后端的輸入錐與行星齒輪結構的齒圈連接。

行星齒輪的太陽輪與變速箱的輸入軸連接，而行星齒輪后面的輸入錐與行星齒輪的齒圈連接。

但與目前大多數CVT變速箱不同的是，它并不依靠多片離合器來分別控制行星齒輪的齒圈和行星架，而是采用一套由撥叉控制的花鍵套來控制行星齒輪的齒圈和行星架。在“D”擋下，撥叉移動花鍵套鎖緊行星齒輪架和外齒圈，使整個行星齒輪形成一個整體，輸入軸和輸入滾錐同步轉動；在“R”擋下，花鍵套只在撥叉的作用下鎖住行星齒輪架，在行星齒輪的作用下，太陽輪帶動齒圈反向轉動，輸入滾錐與變速箱輸入軸反向轉動，實現倒檔的功能；在“N”擋中，花鍵完全釋放齒圈和行星架，太陽輪只能帶動行星架空轉動，不能將動力傳遞給齒圈。

KRG變速箱體驗&小結

◆KRG變速箱體驗:整體感覺相當于CVT。

筆者簡單體驗了一下從歐洲運來的KRG變速箱驗證車，這是第五代福特嘉年華（查成交價|參配|優惠政策）車型。GIF工程師更換了車輛的變速箱，變速箱的TCU放在副駕駛位置下。然而，司機的操作端并沒有改變。進入車內，變速桿依然是大家熟悉的自動手動變速箱樣式。經驗證，該車KRG變速箱提供模擬7速手動換擋功能，中控臺上增加了顯示變速箱工作情況的液晶屏。據工程師介紹，KRG變速箱的重量介于AMT和AT之間，在車輛維修質量上優于AT。

這次體驗的KRG變速箱技術驗證車是第五代福特嘉年華車型。據工程師介紹，KRG變速箱的重量依然是AMT和AT之間的原廠車型，變速箱的運行方式也沒有什么特別之處。中控臺上有一塊額外的顯示屏，顯示當前的速比、工作模式、檔位、牽引油和變速箱油溫。乘客座椅下方是KRG變速箱的TCU變速箱控制模塊。

啟動車輛，松開制動踏板，配備干式離合器的KRG變速箱自動將離合器切換到半聯動狀態，實現了起步和倒車時的“爬行”功能。該功能在國內部分AMT車型上也已實現。與使用液力變矩器的CVT或AT車型相比，這種半聯動的感覺還是有些生澀。如前所述，KRG變速箱可以根據制造商的要求匹配液力變矩器，但在經濟性上會失去一些優勢。

當你以輕油門踏板起步時，你會看到車速在不斷提高，發動機轉速始終保持在一個穩定的速度——就像熟悉的CVT車型一樣。整個駕駛過程平穩舒適，是AMT變速箱乃至一些齒疏的AT變速箱無法比擬的。手動模式下，加減速響應速度也與CVT變速箱相當，超越普通自動變速箱。當你深踩油門踏板，快速加速時，發動機轉速會比CVT變速箱爬升得更快，不會有自動變速箱降檔的頓挫感。速比快速增加后，變速箱會將發動機穩定在較高的轉速。既能快速調節速比滿足動力輸出的需求，又能避免突兀且不失舒適性，將是家庭用車用戶乃至商務用車用戶的不錯選擇。

當車輛在靜止狀態下全油門起步時，變速箱會先控制速比，使發動機短暫停留在較低轉速，避免大速比時發動機高速輸出的扭矩導致變速箱打滑。車輛從靜止狀態進入行駛狀態后，變速箱會釋放發動機的動力，拉起速比使發動機轉速全面爬升。總的來說，除了電控干式離合器和采用液力變矩器的CVT在起步和低速時的區別外，KRG變速箱在行駛中的感受與CVT相當。

◆總結:獲得了性能和成本兩方面的優勢，可靠性還有待觀察。

吉福動力科技在中國引進的KRG變速箱技術剛剛引進中國。他們的合作模式是為制造商開發產品和提供技術，而制造商自己進行生產。目前國內還沒有明確的合作廠商，也就是說短期內我們在國產車型上看不到搭載這款變速箱的車型。

KRG變速箱的研發已經進行了近20年，今天介紹的技術是非常成熟的第四代產品。

從變速箱的定位來看，主要是為1.6L以下的小排量前輪車設計，經過20多年的發展，現在已經是技術相對成熟的第四代產品。目前國內該級別產品使用的自動變速箱主要有AT、AMT、CVT、DCT雙離合變速箱四種類型。從廠商的角度來看，KRG在裝配難度和制造成本上優勢明顯，普通CVT變速箱成本只有一半，對于小型車廠商來說是個好消息。然而，我們仍然不知道GRC在開發、技術轉讓和專利使用方面需要多少，產品的可靠性還需要時間。但單從產量來看，KRG對廠商還是很有吸引力的。

對于消費者來說，KRG錐環CVT在經濟性和平順性方面有著明顯的優勢，比AMT更低的成本意味著自動變速箱車型將以更低的價格面世。目前大部分車輛的手動和自動變速箱車型價格相差在1萬元左右，因此配備KRG變速箱的車型在價格上有望更接近手動變速箱車型。據陪同試駕的工程師介紹，如果KRG變速箱是量產的話，配備這款變速箱的車型預計會比同車型的CVT車型低5000元以上。

KRG變速箱的成本僅相當于CVT變速箱的一半。

總的來說，這款產品優勢明顯。目前懸而未決的是其長期使用的可靠性和GRC技術轉讓開發的成本能否被國內廠商接受，哪個廠商會第一個吃螃蟹？我們將拭目以待。