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發(fā)表于 2011-3-16 10:22:20
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一、CVT的發(fā)展$ W! T) e* A6 g! v, F& ~( t
無級變速其實是一個古老的概念,最早獲得成功應(yīng)用的是在1886年由德國Daimlar-Benz公司生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車上，它是一種V型橡膠帶式無級變速傳動裝置，但由于存在著傳遞轉(zhuǎn)矩容量、可靠性和使用壽命的制約，應(yīng)用有限。因此在汽車誕生的一百多年的時間里，最基本的傳動形式一直是有級齒輪傳動。5 f9 \5 [ d1 B' S, k
二十世紀(jì)七十年代中期，荷蘭Van Doorne's Transmissie B.V公司（簡稱VDT公司）開發(fā)出一種金屬帶式無級自動變速器，稱為VDT-CVT。這種無級自動變速器克服了以前其它傳動形式的缺點，實現(xiàn)了真正意義上的無級變速傳動。VDT-CVT自1987年商品化以來，到目前為止，世界上幾乎所有的汽車生產(chǎn)廠家，都接受了這項技術(shù)，開發(fā)出自己的CVT。CVT的適用范圍也從最初的0.6升，發(fā)展到目前的3.3升。; K2 d; z3 M0 I: B+ ?, V5 b
! n% x" o1 G$ K8 L) ~! s" P二、金屬帶式CVT的原理
7 b" b3 f" v0 H CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，主要由主動輪組、從動輪組和金屬帶構(gòu)成。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個金屬片構(gòu)成。在主動輪組和從動輪組中，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動，另一側(cè)則固定。兩個帶輪的錐面相對構(gòu)成V型槽，與金屬片的側(cè)面接觸，在液壓系統(tǒng)的作用下，實現(xiàn)動力傳遞和速比的變化。
: Y( Z+ i- Z: P- p* p- d9 o h 在金屬帶式無級變速器的液壓系統(tǒng)中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來自發(fā)動機(jī)的動力高效、可靠的傳遞。主動油缸控制主動錐輪的位置沿軸向移動，在主動輪組金屬帶沿V型槽移動，由于金屬帶的長度不變，在從動輪上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動輪組和從動輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實現(xiàn)速比的連續(xù)變化。
% I- g# f/ x: o; Q三、CVT的優(yōu)點: w y2 r" p( }9 r$ B! u
無級變速傳動具有常規(guī)變速傳動無法比擬的優(yōu)點。由于無級變速傳動CVT與有級傳動有著原則性的差別，由計算機(jī)控制速比連續(xù)的變化，不會出現(xiàn)MT的換檔時速比的跳躍，因此乘客感到的只是汽車的平穩(wěn)加速，而不會感到換檔沖擊。同時使汽車的操縱性大大簡化，降低了駕駛員的勞動強(qiáng)度，非常適合非專業(yè)駕駛員。另外，由于傳動機(jī)理不同，無級變速傳動也表現(xiàn)出較高的傳動效率和優(yōu)良的使用特性。對于典型的5檔AT，不同檔位的傳動效率有很大的差異，平均傳動效率為6%。一般的MT的傳動效率為97%。盡管金屬帶式無級變速器為摩擦傳動，但它的傳動效率，經(jīng)試驗測定達(dá)到90-97%之間，與MT的傳動效率差不多。由于無級變速傳動使發(fā)動機(jī)的工作點與車速無關(guān)，根據(jù)不同的需要可以控制發(fā)動機(jī)的工作點在最經(jīng)濟(jì)工作點或最佳動力工作點工作，因此無級變速傳動比其它傳動方式表現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)性和動力性。
& K) ?% Y' G! Y. r. M( c2 O金屬帶式無級變速器7 k2 t/ y; l# {/ Z8 a" v
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) a5 O3 X) |* T6 Z- E9 K ) T9 I1 B f/ B9 l/ n; q, ?9 F G$ q. S
金屬帶式無級變速器主要是由起步離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、無級變速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和中間減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成。
( s' m1 S4 V7 c. l( a 1) 起步離合器 ' y: Z. `; L+ C2 v; y
2) 行星齒輪機(jī)構(gòu) : s! _& f1 P/ A% J4 E/ B4 T
無級變速器的行星齒輪機(jī)構(gòu)采用雙行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星架上固定有內(nèi)、外行星齒輪和右支架，其中右支架是通過螺栓固定在行星架上，外行星齒輪和齒圈嚙合，內(nèi)行星齒輪和太陽輪嚙合。它們可以實現(xiàn)前進(jìn)和倒檔。 3 D \1 X, C: h% V
) ^% G/ i- L0 ?1 Y實物照片
0 A: e9 ~) D# @) A; u" u 3) 無級變速機(jī)構(gòu) 2 Z% l+ I' y4 P8 N; [9 }" h' w
無級變速機(jī)構(gòu)由金屬傳動帶和主、被動工作輪組成。金屬傳動帶由兩百多個金屬片和兩組金屬環(huán)組成，每個金屬片的厚度為1.4mm，在兩側(cè)工作輪擠壓力作用下傳遞動力。每組金屬環(huán)由9或12片厚度為0.18mm的帶環(huán)疊合而成，金屬環(huán)的功用是提供預(yù)緊力，在動力傳遞過程中，支撐和引導(dǎo)金屬片的運動，有時承擔(dān)部分轉(zhuǎn)矩的傳遞。主、被動工作輪由可動和不動錐盤兩部分組成。 ( e2 ~$ o Z4 n) j9 Q" W X
4) 控制系統(tǒng) # W1 r5 e/ O# C" y# q8 }2 ]3 }
控制系統(tǒng)是用來實現(xiàn)無級變速器系統(tǒng)傳動比無級自動變化的。在無級變速器系統(tǒng)中，采用機(jī)－液控制系統(tǒng)或電－液控制系統(tǒng)。它主要由油泵（齒輪泵和滾子葉片泵）、液壓調(diào)節(jié)閥（速比和帶與輪間壓緊力的調(diào)節(jié)）、傳感器（油門和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速）和主、從工作輪的液壓缸及管道組成，實現(xiàn)傳動無級變速的調(diào)節(jié)。速比控制、夾緊力控制和起步離合器的控制是無級變速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。
0 D3 Z5 u4 [1 W+ e) O 5) 中間減速機(jī)構(gòu)
# u( k8 d0 j& Z0 q9 G1 e4 I: R 由于無級變速機(jī)構(gòu)可提供的速比變化范圍為2.6～0.445左右，不能完全滿足整車傳動比變化范圍的要求，故設(shè)有中間減速機(jī)構(gòu)。
- c1 S1 `6 Y8 ~; {! [+ _7 h3 m7 y 金屬帶式無級變速器的傳動原理 , f V8 m/ |1 n0 w# a0 g1 c+ K
無級變速器的變速原理很簡單，但也很巧妙。傳動器的主、被動工作輪的固定和可動兩部分形成V形槽，與金屬傳送帶嚙合。當(dāng)主、被動工作輪可動部分作軸向移動時，改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比。可動輪的軸向移動是根據(jù)汽車的使用要求，通過液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級變速傳動。 # v, g% V2 x9 g: C O! d, t5 v
變速部分由主動帶輪（初級輪）、V型金屬帶和被動帶輪（次級輪）所組成。每個帶輪都由帶有斜面的半個帶輪而組成一體，其中一個半輪是固定的，另一個半輪是可以通過液壓伺服油缸來控制其移動。半輪間的軸向相對位移可以通過控制機(jī)構(gòu)來改變；兩個帶輪軸間的距離是固定的，傳動帶的周長是固定不變的，所以形成傳動比為 當(dāng)主動輪的半徑r1處于較小半徑時(半輪間的距離較寬)，被動輪的半徑r2處于較大半徑時(半輪間的距離較窄)，傳動系的傳動比較大，相當(dāng)于汽車低檔行使。反之，相當(dāng)于高檔行使。通過控制r1和r2的連續(xù)變化，實現(xiàn)了無級變速。即：通過控制主被動輪的可動部分的軸向移動，來改變傳動帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而得到連續(xù)的傳動比。
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四、CVT研究現(xiàn)狀+ E) o6 x( x; v! {# |
迄今為止，CVT變速器僅有不到十年的銷售歷史。目前，全世界年產(chǎn)CVT汽車一百多萬輛，其中90%在日本生產(chǎn)，另外的10%在歐洲和美洲生產(chǎn)。中國的汽車業(yè)在自動變速器方面還是個空白領(lǐng)域，有關(guān)自動變速器的研究也開始不久。國內(nèi)開始CVT的研究工作也不到十年的時間，吉林大學(xué)（原吉林工業(yè)大學(xué)）是國內(nèi)最早從事CVT研究的單位之一，十年來共承擔(dān)國家和企業(yè)研究課題十多個，多項研究成果通過了專家鑒定，研制成功CVT變速器兩臺，并且都進(jìn)行了裝車試驗。以下是其中的部分課題：- H9 a- y; U% q2 p: H8 ~+ f
●1996年承擔(dān)了國家科技部九五攻關(guān)課題"金屬帶式無級自動變速器的研究與開發(fā)"。結(jié)合二汽的EQ6480輕客，成功研制了國內(nèi)第一臺CVT變速器，現(xiàn)已完成裝車試驗，并通過國家鑒定。
1 F/ E# }( D9 k* h. I●1997年承擔(dān)吉林省科委項目"轎車無級變速器最佳動態(tài)匹配與控制規(guī)研究"。
% E! {+ |" y6 `5 a! E●1998年承擔(dān)長春齒輪廠項目"紅旗轎車裝用CVT變速器前后經(jīng)濟(jì)性動力性分析"。
7 p6 v; E+ ~1 v! J% e●2000年承擔(dān)吉林省科委攻關(guān)項目“轎車無級自動變速器的開發(fā)”。該項目針對 JETTA轎車開發(fā)第二代CVT變速器，其機(jī)械部分借用一臺國外的CVT變速器，重新研制其液壓閥塊（圖3）；同時，又研制了單片機(jī)集成控制器。本項目自行研制了CVT變速器除機(jī)械部分以外的全部系統(tǒng)，并且初步研究了樣車、發(fā)動機(jī)和變速器的匹配關(guān)系；為此開發(fā)的控制軟件可以很好地完成試驗車的主要工作過程控制。本項目已經(jīng)于2003年7月通過了專家鑒定（圖4），我們研制的CVT變速器已經(jīng)具有了產(chǎn)品化的雛形。
: M6 E5 Q3 z7 O! O* V6 Y# s" g$ R9 f- \0 Z" g
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