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金属带式无级变速器速比匹配与控制研究

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【摘要】:
一、什么是CVT?  CVT即无段变速传动,其英文全称ContinuouslvVariableTransmission,简称CVT。发明这种变速传动机构的是荷兰人,有其装置的变速器也称为无段变速箱或者无级变速器。这种变速器和普通自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动,而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速,其设计构思十分巧妙。由于CVT可

 一、 什么是CVT?

  CVT即无段变速传动,其英文全称Continuouslv VariableTransmission,简称CVT。发明这种变速传动机构的是荷兰人,有其装置的变速器也称为无段变速箱或者无级变速器。这种变速器和普通自动变速器的最大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动,而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速,其设计构思十分巧妙。由于CVT可以实现传动比的连续改变,从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配,提高整车的燃油经济性和动力性,改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性,所以它是理想的汽车传动装置。无段变速箱轿车一样有自己的档位,停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等,只是汽车前进自动换档时十分平稳,没有突跳的感觉。

  目前国内市场上能见到的、采用了CVT技术的只有奥迪、飞度、派力奥(西耶那、周末风)、和旗云4款车型。

  二、 CVT的工作原理

  CVT的主要结构和工作原理如图1所示,该系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成,与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动,另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构,它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮,然后通过V型传动带传递到从动轮,最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径,从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节,从而实现了无级变速。

  在金属带式无级变速器的液压系统中,从动油缸的作用是控制金属带的张紧力,以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动,在主动轮组金属带沿V型槽移动,由于金属带的长度不变,在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化,实现速比的连续变化。

  汽车开始起步时,主动轮的工作半径较小,变速器可以获得较大的传动比,从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加,主动轮的工作半径逐渐减小,从动轮的工作半径相应增大,CVT的传动比下降,使得汽车能够以更高的速度行驶。

  三、CVT的技术特性

  1.经济性
CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速,从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配,提高整车的燃油经济性。

  2.动力性
汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大,汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性,能够获得后备功率最大的传动比,所以CVT的动力性能明显优于机械变速器(MT)和自动变速器(AT)。

  3.排放
CVT的速比工作范围宽,能够使发动机以最佳工况工作,从而改善了燃烧过程,降低了废气的排放量。ZF公司将自已生产的CVT装车进行测试,其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。

  4.成本
CVT系统结构简单,零部件数目比AT(约500个)少(约300个),一旦汽车制造商开始大规模生产,CVT的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油,随着大规模生产以及系统、材料的革新,CVT零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵)的生产成本,将降低20%-30%。

  四、大量使用的有级自动变速器(AT)的优缺点

  大量使用的液力自动变速箱(AT)不用离合器换档,档位少变化大,连接平稳,因此操作容易,既给开车人带来方便,也给坐车人带来舒适。但缺点也多,一是对速度变化反应较慢,没有手动波灵敏,因此许多玩车人士喜欢开手动波车;二是费油不经济,传动效率低变矩范围有限,近年引入电子控制技术改善了这方面的问题;三是机构复杂,修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温,所以要用指定的耐高温液压油。另外,如果汽车因蓄电池缺电不能启动,不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车,要注意使驱动轮脱离地面,以保护自动波齿轮不受损害。

  五、 CVT无极变速与普通自动档的区别

  普通人经常把自动档变速器和无级变速器(CVT)两个概念混为一谈。实际上这两种变速器结构及工作原理完全不同。CVT结构比传统变速器简单,体积更小,它既没有手动变速器的众多齿轮副,也没有自动变速器复杂的行星齿轮组。它主要靠两组变速轮盘,就能实现速比无级变化。旧款的CVT多用橡胶皮带做传动元件,缺点是受力有限,容易打滑,而且传动效率低。因此只能用在马力较小的摩托车和微型车上。很多汽车公司十几年来一直都在致力于解决这一难题。如今,奥迪公司率先在这项技术上做到了“引领时代”,它使用的是独特的多片式链带传动带、优异的电脑控制液压系统,从而能传递强大的扭矩。CVT最大的特点是省油,CVT摒弃了传统自动变速器浪费能源的液力传动装置,而采用了新技术来提高燃料使用率。CVT的燃料使用率将比手动变速器和自动变速器都高,能够比传统的自动档车省油5%到15%。

  随着科技的不断进步,CVT技术的不断成熟,汽车变速箱最终会由CVT替代手动变速箱(MT)和有级自动变速箱(AT),无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。