“半价CVT”-KRG锥环无级变速器全解读

历史悠久的锥环结构应用

对于大多数人来说，KRG锥环无级变速器可能是一个奇怪的术语。但这种变速箱未来可能会成为我国小排量汽车的主流变速箱。低成本、高效率、结构简单、功能多样、流畅等优点值得我们关注。在正式量产之前，我们先来了解一下这款结构新颖的变速箱。

GIF创新的锥形环无级变速器

◆无级变速的基础，滚锥+锥环代替钢带和棘轮——历史悠久，不断创新:结构源自1902年+创新控制机构。

KRG变速箱展示模型

众所周知，传统CVT无级变速器的核心传动机构由主动棘轮和变槽宽从动棘轮以及钢带组成。通过改变主动棘轮和从动棘轮的V型槽宽，可以改变钢带在两个棘轮上转动的周长，进而可以连续改变速比。

传统的无级变速器通过可变V型槽宽的主、从动棘轮和钢带连续调节速比。

KRG锥环无级变速器的主要执行机构是输入锥、输出锥和在它们之间传递动力的锥环。锥环在两个锥上的平面所得到的截面圆的周长决定了输入轴和输出轴的速比，所以锥环在锥上的位置直接决定了变速箱的速比。因为锥环可以在锥上的左右停止点之间自由移动，所以它可以在一定范围内提供无级变速比。

上输入滚锥、下输出滚锥和在它们之间传递动力的锥环构成了锥环传动的主要机构。锥环和锥环所在平面的周长相对于两个锥的横截面圆的差决定了输入-输出速度比。

只要输入锥旋转，动力就会通过输入锥传递到锥环，然后驱动输出锥反向旋转。据报道，这套机构早在1902年就被引进，GIF成功将其应用到汽车变速箱上，目前已经达到量产水平。这种机构也适用于混合动力汽车和电动汽车作为变速机构。

KRG变速箱的整体结构并不复杂。目前，KRG变速箱主要是为横向发动机设计的。动力从发动机出来后，直接连接到离合器上。输入轴连接到行星齿轮，然后输入锥-锥环-输出锥，然后动力输出到差速器-半轴。

离合器方面，KRG使用的干式离合器和AMT变速箱一样，采用电子控制，为人们提供了一个电子左脚。不同的是，与大多数AMT变速箱不同，它的离合器控制机构并不采用电液控制系统来控制离合器的接合和分离，而是采用电动机来控制离合器，结构更简单，响应速度更快。当然也可以使用液力变矩器，GRC-吉福动力科技的工程师可以根据厂家的需求进行开发匹配。

KRG变速箱:离合器-行星齿轮组-输入锥-传动锥环-输出锥-减速齿轮-差速器-半轴1-输入锥2-输出锥3-传动锥环4-膨胀机构5-锥环定位机构5a-控制架

速比的变化调节机构

◆变速比调节——变速比调节只需要一台低功率伺服电机。

众所周知，传统的CVT变速箱需要一套液压泵机构来推动棘轮，改变其槽宽，进而改变速比。液压控制机构和执行器的加入，使得CVT变速箱的结构变得复杂，这也直接导致变速箱成本较高。在KRG变速箱上，GIF吉福德工程师利用锥环本身的机械特性，只用一个简单的模块就实现了速比转换。

KRG变速箱传动机构的简化模型

从平面图中我们可以很容易地理解KRG速比调节机构的原理。由于锥体的特殊形状，当传递动力的锥环平面垂直于滚动锥体的中心线时，锥环可以保持其当前位置不变，即变速箱可以以恒定的速比输出动力。当锥环平面与中心线之间的角度发生变化时，锥环会随着锥体的旋转而相应地在锥体上向左或向右移动。这种运动完全是由“锥体”的形状特征引起的，属于完全自发的运动，无需外力推动锥环在滚动锥体上左右移动。而且，锥环平面与滚锥中心线的夹角越小，左右移动越快。因此，工程师只需要设计一个可以调节锥环角度的机构，并配合相应的电控程序，就可以轻松调节速比，控制速比变化的速度。

当传递动力的锥环平面垂直于滚锥中心线时，锥环可以保持当前位置不变。只需使锥环的平面与滚锥的中心线成一个角度，锥环就会随着滚锥的转动相应地向左或向右移动。

工程师为锥形环设计了一个控制框架。控制框架的下端有一个带滑轨的限制器，用于控制变速箱锥环的角度。该控制架由伺服电机直接驱动，可在箱体内旋转一定角度。当变速箱需要以固定速比输出时，控制架只需保持锥环与滚锥轴线平行即可。当变速箱需要改变速比时，伺服电机带动控制架相应改变锥环的角度，锥环会随着滚锥的运动而自动运动。当达到要求的速比时，控制架可以将锥环转回垂直角度状态。这个速比调节过程只需要克服锥环和控制架本身的惯性，只需要一个小功率的电机。伺服电机设计在齿轮箱外壳外部，便于维护。KRG省去了传统CVT复杂昂贵的液压控制机构，在装配难度、制造成本、控制件重量、维修方便性等方面都超越了传统CVT变速箱，其响应速度也优于液压控制机构。

整个可旋转的控制架，限制器可以沿着滑轨自由滑动来控制锥环的角度，就像我们转动自行车把手一样，非常轻松。只需要小功率伺服电机变速箱实体模型中的控制架和锥环，还可以看到控制架的滑轨和限位器，就是控制架的伺服电机。

传动效率保障

◆传动效率保证:膨胀机构和变速箱润滑——机械自膨胀机构，摩擦传动部分采用专用润滑油。

锥环动力传动结构与CVT一样，不使用传统的齿轮或链条传递动力，而是依靠接触摩擦传递动力。因此，需要通过涨紧机构为接触部提供压力，避免接触摩擦部打滑造成的动力损失。

工程师在输出圆锥滚子轴承上设计了一套自膨胀结构。当锥环带动输出滚锥转动时，与轮端连接的输出轴端的阻力使伸缩机构扭转。这种扭转力使膨胀机构中的滚珠沿滑槽移动，将膨胀机构推开，并迫使输出滚锥向右移动。结果，锥环和输入滚锥之间的间隙变小，锥环承受的压力增加，锥环和滚锥之间的摩擦增强，从而保证了动力传递效率。据了解，目前KRG原型变速箱的传动效率可以接近90%左右，可承受的发动机扭矩约为180牛米，主要是为横向发动机的前驱动开发的。工程师表示，目前正在开发能够承受400牛米扭矩的KRG变速箱。

膨胀机构可以减小两个滚锥之间的间隙，增加它们之间锥环的接触压力，保证动力传递效率。输出滚锥的被动转动和轮端的阻力使膨胀机构扭转，滚珠沿滑槽运动，将膨胀块推开。

为了进一步保证摩擦界面的动力传递效率，工程师专门为变速箱的锥环传动机构设计了一个独立的密封室。齿轮箱的滚锥等轴承和齿轮都使用普通的齿轮箱油，而专门开发的润滑油——“牵引油”就用在这个腔室内。在腔室中，输出滚锥浸入牵引油中，通过飞溅润滑来润滑摩擦部件。与普通CVT变速箱油相比，这种“牵引油”增加了50%的摩擦力，保证了动力传递效率。

红色部分使用普通传动油，绿色部分使用特殊配方润滑油——“牵引油”提供润滑，保证接触摩擦部件的有效动力传递。此外，绿色部分是飞溅润滑。

用户可能关心的问题:变速箱是为免维护设计的吗？变速箱油贵吗？

据GRC岐阜动力总经理李悟先生介绍，他们使用的牵引油只是配方上与传统变速箱油不同，但成本并不高，甚至比一些自动变速箱油还便宜。此外，他们的KRG变速箱本身是免维护设计，这意味着在设计寿命内不需要更换新的变速箱油。所以未来国内用户不需要担心后期的使用成本。

◆挡位控制机构与传统CVT相似——行星齿轮切换前进/后退空挡位。

KRG锥环无级变速器的换挡机构与传统的无级变速器一样，依赖于行星齿轮机构。发动机的动力通过离合器传递给变速箱的输入轴，输入轴与行星齿轮结构的太阳轮连接，后端的输入锥与行星齿轮结构的齿圈连接。

行星齿轮的太阳轮与变速箱的输入轴连接，而行星齿轮后面的输入锥与行星齿轮的齿圈连接。

但与目前大多数CVT变速箱不同的是，它并不依靠多片离合器来分别控制行星齿轮的齿圈和行星架，而是采用一套由拨叉控制的花键套来控制行星齿轮的齿圈和行星架。在“D”挡下，拨叉移动花键套锁紧行星齿轮架和外齿圈，使整个行星齿轮形成一个整体，输入轴和输入滚锥同步转动；在“R”挡下，花键套只在拨叉的作用下锁住行星齿轮架，在行星齿轮的作用下，太阳轮带动齿圈反向转动，输入滚锥与变速箱输入轴反向转动，实现倒档的功能；在“N”挡中，花键完全释放齿圈和行星架，太阳轮只能带动行星架空转动，不能将动力传递给齿圈。

KRG变速箱体验&小结

◆KRG变速箱体验:整体感觉相当于CVT。

笔者简单体验了一下从欧洲运来的KRG变速箱验证车，这是第五代福特嘉年华（查成交价|参配|优惠政策）车型。GIF工程师更换了车辆的变速箱，变速箱的TCU放在副驾驶位置下。然而，司机的操作端并没有改变。进入车内，变速杆依然是大家熟悉的自动手动变速箱样式。经验证，该车KRG变速箱提供模拟7速手动换挡功能，中控台上增加了显示变速箱工作情况的液晶屏。据工程师介绍，KRG变速箱的重量介于AMT和AT之间，在车辆维修质量上优于AT。

这次体验的KRG变速箱技术验证车是第五代福特嘉年华车型。据工程师介绍，KRG变速箱的重量依然是AMT和AT之间的原厂车型，变速箱的运行方式也没有什么特别之处。中控台上有一块额外的显示屏，显示当前的速比、工作模式、档位、牵引油和变速箱油温。乘客座椅下方是KRG变速箱的TCU变速箱控制模块。

启动车辆，松开制动踏板，配备干式离合器的KRG变速箱自动将离合器切换到半联动状态，实现了起步和倒车时的“爬行”功能。该功能在国内部分AMT车型上也已实现。与使用液力变矩器的CVT或AT车型相比，这种半联动的感觉还是有些生涩。如前所述，KRG变速箱可以根据制造商的要求匹配液力变矩器，但在经济性上会失去一些优势。

当你以轻油门踏板起步时，你会看到车速在不断提高，发动机转速始终保持在一个稳定的速度——就像熟悉的CVT车型一样。整个驾驶过程平稳舒适，是AMT变速箱乃至一些齿疏的AT变速箱无法比拟的。手动模式下，加减速响应速度也与CVT变速箱相当，超越普通自动变速箱。当你深踩油门踏板，快速加速时，发动机转速会比CVT变速箱爬升得更快，不会有自动变速箱降档的顿挫感。速比快速增加后，变速箱会将发动机稳定在较高的转速。既能快速调节速比满足动力输出的需求，又能避免突兀且不失舒适性，将是家庭用车用户乃至商务用车用户的不错选择。

当车辆在静止状态下全油门起步时，变速箱会先控制速比，使发动机短暂停留在较低转速，避免大速比时发动机高速输出的扭矩导致变速箱打滑。车辆从静止状态进入行驶状态后，变速箱会释放发动机的动力，拉起速比使发动机转速全面爬升。总的来说，除了电控干式离合器和采用液力变矩器的CVT在起步和低速时的区别外，KRG变速箱在行驶中的感受与CVT相当。

◆总结:获得了性能和成本两方面的优势，可靠性还有待观察。

吉福动力科技在中国引进的KRG变速箱技术刚刚引进中国。他们的合作模式是为制造商开发产品和提供技术，而制造商自己进行生产。目前国内还没有明确的合作厂商，也就是说短期内我们在国产车型上看不到搭载这款变速箱的车型。

KRG变速箱的研发已经进行了近20年，今天介绍的技术是非常成熟的第四代产品。

从变速箱的定位来看，主要是为1.6L以下的小排量前轮车设计，经过20多年的发展，现在已经是技术相对成熟的第四代产品。目前国内该级别产品使用的自动变速箱主要有AT、AMT、CVT、DCT双离合变速箱四种类型。从厂商的角度来看，KRG在装配难度和制造成本上优势明显，普通CVT变速箱成本只有一半，对于小型车厂商来说是个好消息。然而，我们仍然不知道GRC在开发、技术转让和专利使用方面需要多少，产品的可靠性还需要时间。但单从产量来看，KRG对厂商还是很有吸引力的。

对于消费者来说，KRG锥环CVT在经济性和平顺性方面有着明显的优势，比AMT更低的成本意味着自动变速箱车型将以更低的价格面世。目前大部分车辆的手动和自动变速箱车型价格相差在1万元左右，因此配备KRG变速箱的车型在价格上有望更接近手动变速箱车型。据陪同试驾的工程师介绍，如果KRG变速箱是量产的话，配备这款变速箱的车型预计会比同车型的CVT车型低5000元以上。

KRG变速箱的成本仅相当于CVT变速箱的一半。

总的来说，这款产品优势明显。目前悬而未决的是其长期使用的可靠性和GRC技术转让开发的成本能否被国内厂商接受，哪个厂商会第一个吃螃蟹？我们将拭目以待。