無級變速器CVT
無級變速器CVT
無級變速器CVT
概述
CVT_通常指一種汽車變速器_也叫無級變速器_已經有了一百多年的歷史.CVT與有級變速器的區別在於_它的變速比不是間斷的點_而是一系列連續的值_從而實現了良好的經濟性、動力性和駕駛平順性_而且降低了排放和成本.
CVT技術再次成為人們關注的新技術之一_這裡就CVT的原理做深入淺出介紹_讓大家了解究竟CVT技術與現在大量使用的手動變速器和自動變速器有什麼不同.
無級變速器(CVT：ContinuouslyVariableTrans-mission)與有級式的區別在於_它的變速比不是間斷的點_而是一系列連續變化值_譬如可以從3.455一直變化到0.85.CVT結構比傳統變速器簡單_體積更小_它既沒有手動變速器的眾多齒輪副_也沒有自動變速器復雜的行星齒輪組_它主要靠主、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化.
其原理是與普通的變速箱一樣大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合_形成不同的速比_像自行車的踏板經大小輪盤與鏈條帶動車輪以不同的速度旋轉.由於不同的力度對各組齒輪產生的推力大小不一_致使變速箱輸出的轉速也隨之變化_從而實現不分檔次的徐緩轉動.
CVT采用傳動帶和可變槽寬的棘輪進行動力傳遞_即當棘輪變化槽寬肘_相應改變驅動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進行變速_傳動帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等.CVT是真正無級化了_它的優點是重量輕_體積小_零件少_與AT比較具有較高的運行效率_油耗較低.但CVT的缺點也是明顯的_就是傳動帶很容易損壞_不能承受較大的載荷_只能限用於在1升排量左右的低功率和低扭矩汽車_因此在自動變速器占有率約4%以下.近年來經過各大汽車公司的大力研究_情況有所改善.CVT將是自動變速箱的發展方向.
國內目前有三款CVT產品_分別是奧迪、飛度、西耶那(帕力奧)_第四款上市的CVT就是旗雲.這四款產品中只有奧迪和旗雲帶巡航定速.
CVT的發展歷史：
CVT技術的發展_已經有了一百多年的歷史.德國奔馳公司是在汽車上采用CVT技術的鼻祖_早在1886年就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產的汽油機汽車上.1958年_荷蘭的DAF公司H.Van Doorne博士研制成功了名為Variomatic的雙V型橡膠帶式CVT_並裝備於DAF公司制造的Daffodil轎車上_其銷量超過了100萬輛.但是由於橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(轉矩局限於135Nm以下)_離合器工作不穩定_液壓泵、傳動帶和夾緊機構的能量損失較大_因而沒有被汽車行業普遍接受.
然而提高傳動帶性能和CVT傳遞功率極限的研究一直在進行_將液力變矩器集成到CVT系統中_主、從動輪的夾緊力實現電子化控制_在CVT中采用節能泵_傳動帶用金屬帶代替傳統的橡膠帶.新的技術進步克服了CVT系統原有的技術缺陷_導致了傳遞轉矩容量更大、性能更優良的第二代CVT的面世.
進入20世紀90年代_汽車界對CVT技術的研究開發日益重視_特別是在微型車中_CVT被認為是關鍵技術.全球科技的迅猛發展_使得新的電子技術與自動控制技術不斷被采用到CVT中.
1997年上半年_日本日產公司開發了使用在2.0L汽車上的CVT.在此基礎上_日產公司在1998年開發了一種為中型轎車設計的包含一個手動換檔模式的CVT.新型CVT采用一個最新研制的高強度寬鋼帶和一個高液壓控制系統.通過采用這些先進的技術來獲得較大的轉矩能力_日產公司研究開發CVT的電子控制技術_傳動比的改變實行全檔電子控制_汽車在下坡時可以一直根據車速控制發動機制動_而且在濕滑路面上能夠平順地增加速比來防止打滑.日產公司計劃將它的CVT的應用范圍從1.0 L擴大到3.0L的轎車.
日本三菱公司已選擇了CVT平順無能量損失地傳遞直噴式發動機的動力來驅動汽車.V型帶/傳動輪機構可以保證在所有速率下發動機動力平順無間斷地傳遞.CVT根除了傳統的自動變速器通過齒輪換檔時的打齒現象_從而獲得更滿意的響應和控制.三菱公司准備采用直噴式發動機(1.5L或更小)與CVT組合.
日本富士重工同時擁有15年開發CVT的經驗.1997年5月_富士重工將它的Vistro微型車裝配了全計算機控制式E-CVT(含有六檔手動換檔模式的CVT).駕駛員無須操作離合器就可以進行六檔變速.富士重工在Pleo微型車上采用一種有鎖止式變矩器的電控式CVT、通過小范圍鎖止可以使液力變矩器的滑動保持在最小值_行星齒輪用來切換前進檔/倒退檔.傳動比范圍從1：10-5.5：1.
1999年上半年_美國的福特公司和德國ZF公司合作為福特公司的轎車和輕型載貨車生產CVT.在巴達維亞和俄亥俄州新建的合資企業將從2001年生產為福特公司設計的、帶有電子管理功能的CFT23型CVT.ZF公司設計的CVT是一種變矩器式變速器_使用為安裝橫向發動機前輪驅動汽車生產的鋼帶.ZF公司也能為安裝縱向發動機的前輪驅動汽車和後輪驅動汽車生產CVT系列.ZF公司稱：與四檔自動變速器相比_CVT系統能夠將加速性能提高10%_燃油經濟性提高10%-15%.與鎖止式變矩器相比_CVT系統在不漏油的前提下效率更高.福特公司正在設計一種與公司內所有輕型載貨車？.配的牽引驅動CVT_包括後輪驅動和全輪驅動載貨車.牽引驅動使用沿特殊滑液的可移動滑件代替傳動帶和傳動輪.滑動部分的相對位置決定傳動比_由一層部件間非常薄的液油來傳遞動力.
德國ZF公司從1999年中期開始為Rover 216型汽車提供鋼帶驅動的VT1型CVT.這種CVT包括螺旋齒輪或變速器、合適的液壓系統、濕式離合器.在系統中集成的ECU可以允許機械、液力和電子系統進一步組合_這就更好地利用了各種系統的獨特優點.
德國博世的電子式CVT控制系統是基於用傳感器和執行器單元控制基礎上的電子/液力模塊.博世公司已經將獨立部件、執行器、傳感器和變速器換檔ECU組成一個單獨的模塊_變速器制造商只需增加一個集成控制單元.
不同類型：
自動變速器是為了簡便操作、降低駕駛疲勞而生的_按齒輪變速系統的控制方式_它可以分為液控液壓自動變速器和電控液壓自動變速器；按傳動比的變化方式又可分為有級式自動變速器和無級式自動變速器.因此_無級變速器實際上是自動變速器的一種_但它比常見的自動變速器要復雜得多_技術上也更為先進.
無級變速器與常見的液壓自動變速器最大的不同是在結構上_後者是由液壓控制的齒輪變速系統構成_還是有擋位的_它所能實現的是在兩擋之間的無級變速_而無級變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的_比傳統自動變速器結構簡單_體積更小.另外_它可以自由改變傳動比_從而實現全程無級變速_使車速變化更為平穩_沒有傳統變速器換擋時那種“頓”的感覺.
傳動分類：
為實現無級變速_按傳動方式可采用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式.
液體傳動:
液體傳動分為兩類：一類是液壓式_主要是由泵和馬達組成或者由閥和泵組成的變速傳動裝置_適用於中小功率傳動.另一類為液力式_采用液力耦合器或液力矩進行變速傳動_適用於大功率（幾百至幾千千瓦）. 液體傳動的主要特點是：調速范圍大_可吸收沖擊和防止過載_傳動效率較高_壽命長_易於實現自動化：制造精度要求高_價格較貴_輸出特性為恆轉矩_滑動率較大_運轉時容易發生漏油.
電力傳動:
電力傳動基本上分為三類：一類是電磁滑動式_它是在異步電動機中安裝一電磁滑差離合器_通過改變其勵磁電流來調速_這屬於一種較為落後的調速方式.其特點結構簡單_成本低_操作維護方便：滑動最大_效率低_發熱嚴重_不適合長期負載運轉_故一般只用於小功率傳動. 二類是直流電動機式_通過改變磁通或改變電樞電壓實現調速.其特點是調速范圍大_精度也較高_但設備復雜_成本高_維護困難_一般用於中等功率范圍（幾十至幾百千瓦）_現已逐步被交流電動機式替代. 三類是交流電動機式_通過變極、調壓和變頻進行調速.實際應用最多者為變頻調速_即采用一變幅器獲得變幅電源_然後驅動電動機變速.其特點是調速性能好、范圍大、效率較高_可自動控制_體積小_適用功率范圍寬：機械特性在降速段位恆轉矩_低速時效率低且運轉不夠平穩_價格較高_維修需專業人員.近年來_變頻器作為一種先進、優良的變速裝置迅速發展_對機械無級變速器產生了一定的沖擊.
機械傳動:
機械傳動的特點主要是：轉速穩定_滑動率小_工作可靠_具有恆功率機械特性_傳動效率較高_而且結構簡單_維修方便_價格相對便宜；但零部件加工及潤滑要求較高_承載能力較低_抗過載及耐沖擊性較差_故一般適合於中、小功率傳動.
CVT變速器的應用：
1987年_日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車投放市場_獲得成功.歐洲的Ford和Fiat也將VDT-CVT裝備於排量為1.1L到1.6L的轎車上.隨著技術的發展_能源危機引發全球性的節約能源和環境保護意識的提高_在總結第一代的CVT的經驗基礎上_開發出了性能更佳_轉矩容量更大的CVT.當前_全世界各大汽車廠商為了提高產品的競爭力_都大力進行CVT的研發工作.現在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中_都有配備CVT變速器的轎車銷售_全世界CVT轎車的年產量已達到近50萬輛.有一點值得注意的是_裝備有CVT的汽車市場_由最初的日本_歐洲_已經滲透到北美市場_因此無級變速汽車是當今汽車發展的主要趨勢.
我們國家有巨大的汽車銷售市場_汽車工業是我國的民族工業之一.然而我國汽車業所需的自動變速器(AT)全部依賴進口_這使得國產汽車配備AT後_成本增加很大_而裝備自行開發生產CVT變速器_其成本提高不大_說明CVT的市場前景令人樂觀.
目前我國正在考慮發展轎車自動變速器的問題.自“九·五”期間轎車金屬帶？.無級自動變速器的開發和研制已經被列入國家的重大科技攻關計劃_以跟蹤世界技術的發展和開發適合我國國情的汽車.
在最近的十幾年中_CVT技術已經上前邁進了一大步_使得CVT比有著超過100年歷史的機械變速器MT和有著超過50年歷史的自動變速器AT更有競爭力.CVT技術正處於壽命周期的開始_CVT的特性將進一步提高.
CVT的特性：
1、經濟性
CVT可以在相當寬的范圍內實現無級變速_從而獲得傳動系與發動機工況的最佳匹配_提高整車的燃油經濟性.德國的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進行ECE市區循環和ECE郊區循環測試_證明CVT能夠有效節約燃油.
2、動力性
汽車的後備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力.汽車的後備功率愈大_汽車的動力性愈好.由於CVT的無級變速特性_能夠獲得後備功率最大的傳動比_所以CVT的動力性能明顯優於機械變速器(MT)和自動變速器(AT).
3、排放
CVT的速比工作范圍寬_能夠使發動機以最佳工況工作_從而改善了燃燒過程_降低了廢氣的排放量.ZF公司將自己生產的CVT裝車進行測試_其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%.
4、成本
CVT系統結構簡單_零部件數目比AT(約500個)少(約300個)_一旦汽車制造商開始大規模生產_CVT的成本將會比AT小.由於采用該系統可以節約燃油_隨著大規模生產以及系統、材料的革新_CVT零部件(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)的生產成本_將降低20%-30%.
勿庸置疑_CVT變速器的技術含量和制造難度都要比MT變速器高_與AT變速器相仿_由於金屬帶式CVT的結構簡單_所含的零件數量比AT變速器少40%左右_整車的質量因而也有所減輕.
5、駕駛平順性
由於CVT的速比變化是持續不斷的_所以汽車的加速或減速過程非常平緩_而且駕駛非常簡單、安全.從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣”.
缺點：
大量使用的液力自動變速箱（AT）不用離合器換檔_檔位少變化大_連接平穩_因此操作容易_既給開車人帶來方便_也給坐車人帶來舒適.但缺點也多_一是對速度變化反應較慢_沒有手動波靈敏_因此許多玩車人士喜歡開手動波車；二是費油不經濟_傳動效率低變矩范圍有限_近年引入電子控制技術改善了這方面的問題；三是機構復雜_修理困難.在液力變扭器內高速循環流動的液壓油會產生高溫_所以要用指定的耐高溫液壓油.另外_如果汽車因蓄電池缺電不能啟動_不能用推車或拖車的方法啟動.如果拖運故障車_要注意使驅動輪脫離地面_以保護自動波齒輪不受損害.
關鍵詞:雙離合變速箱 自動變速器 手動變速器
