這裏所謂的甜甜圈面是指甜甜圈內圈的表面形狀。妳可以想象壹個甜甜圈,用沙子填滿它中間的洞。如果妳有能力把甜甜圈吃幹凈,那麽剩下的沙模就是甜甜圈面。是不是像沙漏瓶的腰?在這個細腰的中間切開的是Torotrak變速器的核心——兩個尖端對尖端的轉盤,其中壹個用作動力輸入,另壹個別無選擇,只能用於輸出。
光靠兩個尖塔是傳遞不了動力的,更別說變速了。因此,兩個或三個滾筒被放置在轉盤之間。當兩個轉盤以相反方向夾緊時,這些滾輪將被夾緊。當輸入轉盤轉動時,它會隨著滾輪轉動,輸出轉盤自然也會隨之轉動。可以看出,力是通過滾動摩擦傳遞的。那麽如何實現變速呢?讓滾軸擺動就行了。開始時,滾輪的壹邊壓在輸入轉盤半徑較大的位置,另壹邊壓在輸出轉盤靠近尖頂的地方,就是低檔。隨著滾筒的擺動,速比會越來越小,這種變化是連續的,也就是CVT。目前市場上常見的CVT是滑輪+皮帶或者鏈條。與之相比,這種超環面傳動效率更高,能傳遞更大的扭矩。Torotrak的演示車是壹輛福特SUV,5.4升V8發動機475牛·米的扭矩充分證明了這種傳動方案的承載能力。Torotrak還將變速器命名為IVT,即無級變速器,以示區別。
還記得阿特金森循環嗎?人類的許多發明都要在歷史的長河中潛水幾代才能取得積極的成果,環面曲線傳動也是如此。早在1877年,查爾斯·亨特就申請了專利,但直到1920s才被弗蘭克·海斯改進後推向市場,並在1930左右安裝在奧斯汀7號上。在1960 ~ 1980期間,Perbury公司不斷對其進行改進,成果甚至感動了軍方。它被用來驅動著名的鷂式戰鬥機上的25千瓦發電機。雖然扭矩不是很大,但是轉速極高,從7000轉到17000轉。1986年,BTG集團接手相關業務,十幾年後,掌握這項技術的部門離開了BTG,今天的Torotrak應運而生。
如今,材料的發展使得這種傳動機制日益完善。理論上轉盤和滾輪是緊密貼合的,可以產生摩擦力,但實際上並沒有真正接觸,這要歸功於壹種專門研發的長分子鏈摩擦液。這種液體的粘度在壓力下也會大大增加,既能傳遞摩擦力,又能形成0.05到0.4微米的液膜將轉盤和滾筒分開。要形成這樣的薄膜,當然離不開精密的加工技術和優良的鋼材。對於Torotrak,楊光精工(去年年初與豐田公基合並,現在的名字是JTEKT)加工轉盤和滾子,其主要產品是滾珠軸承。巧合的是,日本精工NSK也為Jatco加工類似的零件,不用說,我們也知道NSK是做什麽的。Jatco為日產制造的Extroid稱為半圓形曲面變速器。說白了就是曲面的圓弧有點短,速比變化只有4.36。我們要用液力變矩器滋養扭矩,但不代表不能扶雞。只要汽車移動,變矩器可以立即鎖定,無需任何人工。相比之下,Torotrak更具攻擊性,其演示模型速比跨度達到了6.05,因此敢於被稱為“無級變速”。
典型的環面傳動是由兩組機構串聯而成,這樣傳遞的扭矩可以增加壹倍,尺寸也不會比壹般的齒輪傳動大。由於滾子被約束在圓形曲面內,其轉軸不需要承受任何載荷。轉臺由液壓驅動沿軸向夾緊,夾緊力由電控裝置根據傳遞的扭矩調節。
Torotrak的完整IVT變速器不僅具有環形表面變速機構,還具有壹組行星齒輪。低速時,壹方面發動機直接與行星架相連,另壹方面通過超環面變速機構驅動太陽輪,從而實現從前進到倒檔的連續變速,當然中間還有壹個完全的停止,所以稱為無級變速比。換句話說,理論上它的輸出扭矩也可以變得無限大,控制系統可以通過控制速比來克服非常困難的障礙。另壹方面,速比的改變可以在曲軸只轉半圈的瞬間完成,無需擔心因突然過載而損壞發動機或傳動機構。只有在這種狀態下,根據美咖工況計算,平均功率損耗超過19%,所以只用於倒車和啟動。當車速提高時,行星架脫開,太陽輪和外齒圈鎖在壹起,動力完全通過環形曲面變速機構傳遞。
回到動能回收,環面裝置本身當然不能吸收、儲存和釋放動能,做這個工作的是飛輪(也就是圖中假想的大圓輥)。Torotrak的傳動裝置並沒有取代常規的多速齒輪變速器,它的作用其實是連接飛輪和變速器的橋梁。通過調節速比,動能可以以壹種最優的方式在它們之間來回運動,而不是通過剎車盤完全損失掉。這種模式不僅結構緊湊——toro trak認為商用的傳動單元會輕於5 kg,其能量傳遞效率甚至高於90%,明顯優於電機-電池模式。F1對尺寸和重量有嚴格的要求。如果成功了,就很容易推廣到其他領域。
Xtrac只會提供變速單元,飛輪部分由各隊自行開發(所以是虛擬的)。Torotrak可以提供控制程序方面的專家建議。