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發(fā)表于 2011-3-16 10:22:20
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一、CVT的發(fā)展$ |: j. N( ~ R
無(wú)級(jí)變速其實(shí)是一個(gè)古老的概念,最早獲得成功應(yīng)用的是在1886年由德國(guó)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(wú)級(jí)變速傳動(dòng)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(shí)間里，最基本的傳動(dòng)形式一直是有級(jí)齒輪傳動(dòng)。
8 r6 \# P; F/ C- l2 N: H* d7 { 二十世紀(jì)七十年代中期，荷蘭Van Doorne's Transmissie B.V公司（簡(jiǎn)稱VDT公司）開(kāi)發(fā)出一種金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器，稱為VDT-CVT。這種無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器克服了以前其它傳動(dòng)形式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。VDT-CVT自1987年商品化以來(lái)，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(xiàng)技術(shù)，開(kāi)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。7 f' ]/ I+ T+ c: v3 h) N
- K# L0 h1 P7 x( L8 t二、金屬帶式CVT的原理
$ j. C7 p. @! H/ Z: k CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，主要由主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組和金屬帶構(gòu)成。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個(gè)金屬片構(gòu)成。在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組中，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動(dòng)，另一側(cè)則固定。兩個(gè)帶輪的錐面相對(duì)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(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞和速比的變化。
& |# Z; W- b$ [9 l2 V0 ?6 _ 在金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的液壓系統(tǒng)中，從動(dòng)油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力高效、可靠的傳遞。主動(dòng)油缸控制主動(dòng)錐輪的位置沿軸向移動(dòng)，在主動(dòng)輪組金屬帶沿V型槽移動(dòng)，由于金屬帶的長(zhǎng)度不變，在從動(dòng)輪上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動(dòng)輪組和從動(dòng)輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)變化。
( s1 _' S+ | d$ i1 t三、CVT的優(yōu)點(diǎn)
; M1 V* o0 _; X* N& ` 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)具有常規(guī)變速傳動(dòng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。由于無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)CVT與有級(jí)傳動(dòng)有著原則性的差別，由計(jì)算機(jī)控制速比連續(xù)的變化，不會(huì)出現(xiàn)MT的換檔時(shí)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(huì)感到換檔沖擊。同時(shí)使汽車的操縱性大大簡(jiǎn)化，降低了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，非常適合非專業(yè)駕駛員。另外，由于傳動(dòng)機(jī)理不同，無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)也表現(xiàn)出較高的傳動(dòng)效率和優(yōu)良的使用特性。對(duì)于典型的5檔AT，不同檔位的傳動(dòng)效率有很大的差異，平均傳動(dòng)效率為6%。一般的MT的傳動(dòng)效率為97%。盡管金屬帶式無(wú)級(jí)變速器為摩擦傳動(dòng)，但它的傳動(dòng)效率，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定達(dá)到90-97%之間，與MT的傳動(dòng)效率差不多。由于無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)與車速無(wú)關(guān)，根據(jù)不同的需要可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)在最經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)或最佳動(dòng)力工作點(diǎn)工作，因此無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)比其它傳動(dòng)方式表現(xiàn)出更高的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。
% M- _1 V$ i* X金屬帶式無(wú)級(jí)變速器7 @8 F8 J4 V& \; \4 K! }: k: m1 b6 g4 n
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金屬帶式無(wú)級(jí)變速器主要是由起步離合器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)和中間減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成。 5 S( m/ N( I$ ~
1) 起步離合器
- p$ V# n; y0 o1 p+ b; ` 2) 行星齒輪機(jī)構(gòu)
2 n0 ^. Y4 c C2 g5 w1 h 無(wú)級(jí)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(guò)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(yáng)輪嚙合。它們可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和倒檔。 , y, q* u0 [8 V# b5 s
2 {5 N/ D0 j4 e1 w" V' R實(shí)物照片
' z5 S3 o7 A/ T 3) 無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu) 9 _7 n; L" b" b4 t, I
無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)由金屬傳動(dòng)帶和主、被動(dòng)工作輪組成。金屬傳動(dòng)帶由兩百多個(gè)金屬片和兩組金屬環(huán)組成，每個(gè)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(dòng)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(dòng)力傳遞過(guò)程中，支撐和引導(dǎo)金屬片的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)承擔(dān)部分轉(zhuǎn)矩的傳遞。主、被動(dòng)工作輪由可動(dòng)和不動(dòng)錐盤(pán)兩部分組成。 Z+ D- A, Y3 u# k q) I
4) 控制系統(tǒng)
7 v( N1 @2 X; |2 i3 R+ k/ I+ W 控制系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)傳動(dòng)比無(wú)級(jí)自動(dòng)變化的。在無(wú)級(jí)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(mén)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）和主、從工作輪的液壓缸及管道組成，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)無(wú)級(jí)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(wú)級(jí)變速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。 ( ?# ?% T, r* ^
5) 中間減速機(jī)構(gòu) ! U( s, Y/ V6 J% g
由于無(wú)級(jí)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(dòng)比變化范圍的要求，故設(shè)有中間減速機(jī)構(gòu)。 * B. ?; k i; I ?! k b
金屬帶式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)原理 4 A) N/ e' B7 a9 B# S% w( v
無(wú)級(jí)變速器的變速原理很簡(jiǎn)單，但也很巧妙。傳動(dòng)器的主、被動(dòng)工作輪的固定和可動(dòng)兩部分形成V形槽，與金屬傳送帶嚙合。當(dāng)主、被動(dòng)工作輪可動(dòng)部分作軸向移動(dòng)時(shí)，改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動(dòng)比。可動(dòng)輪的軸向移動(dòng)是根據(jù)汽車的使用要求，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)地調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。 ; v, k$ R. z1 e" z" h, r1 [6 H4 Q
變速部分由主動(dòng)帶輪（初級(jí)輪）、V型金屬帶和被動(dòng)帶輪（次級(jí)輪）所組成。每個(gè)帶輪都由帶有斜面的半個(gè)帶輪而組成一體，其中一個(gè)半輪是固定的，另一個(gè)半輪是可以通過(guò)液壓伺服油缸來(lái)控制其移動(dòng)。半輪間的軸向相對(duì)位移可以通過(guò)控制機(jī)構(gòu)來(lái)改變；兩個(gè)帶輪軸間的距離是固定的，傳動(dòng)帶的周長(zhǎng)是固定不變的，所以形成傳動(dòng)比為 當(dāng)主動(dòng)輪的半徑r1處于較小半徑時(shí)(半輪間的距離較寬)，被動(dòng)輪的半徑r2處于較大半徑時(shí)(半輪間的距離較窄)，傳動(dòng)系的傳動(dòng)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(guò)控制r1和r2的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。即：通過(guò)控制主被動(dòng)輪的可動(dòng)部分的軸向移動(dòng)，來(lái)改變傳動(dòng)帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而得到連續(xù)的傳動(dòng)比。" F% h3 T m3 ?9 Y! ^
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四、CVT研究現(xiàn)狀
. |4 ?9 y5 y! A; @" r* W 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(wàn)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(guó)的汽車業(yè)在自動(dòng)變速器方面還是個(gè)空白領(lǐng)域，有關(guān)自動(dòng)變速器的研究也開(kāi)始不久。國(guó)內(nèi)開(kāi)始CVT的研究工作也不到十年的時(shí)間，吉林大學(xué)（原吉林工業(yè)大學(xué)）是國(guó)內(nèi)最早從事CVT研究的單位之一，十年來(lái)共承擔(dān)國(guó)家和企業(yè)研究課題十多個(gè)，多項(xiàng)研究成果通過(guò)了專家鑒定，研制成功CVT變速器兩臺(tái)，并且都進(jìn)行了裝車試驗(yàn)。以下是其中的部分課題：
2 d4 S' b2 T" a4 L●1996年承擔(dān)了國(guó)家科技部九五攻關(guān)課題"金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的研究與開(kāi)發(fā)"。結(jié)合二汽的EQ6480輕客，成功研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)CVT變速器，現(xiàn)已完成裝車試驗(yàn)，并通過(guò)國(guó)家鑒定。' T$ b* O, E0 u: g' B/ ?
●1997年承擔(dān)吉林省科委項(xiàng)目"轎車無(wú)級(jí)變速器最佳動(dòng)態(tài)匹配與控制規(guī)研究"。 : p& w$ M. K9 w3 S6 Y8 m
●1998年承擔(dān)長(zhǎng)春齒輪廠項(xiàng)目"紅旗轎車裝用CVT變速器前后經(jīng)濟(jì)性動(dòng)力性分析"。$ V8 J# p" f9 p2 D& Q$ w4 m
●2000年承擔(dān)吉林省科委攻關(guān)項(xiàng)目“轎車無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的開(kāi)發(fā)”。該項(xiàng)目針對(duì) JETTA轎車開(kāi)發(fā)第二代CVT變速器，其機(jī)械部分借用一臺(tái)國(guó)外的CVT變速器，重新研制其液壓閥塊（圖3）；同時(shí)，又研制了單片機(jī)集成控制器。本項(xiàng)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(dòng)機(jī)和變速器的匹配關(guān)系；為此開(kāi)發(fā)的控制軟件可以很好地完成試驗(yàn)車的主要工作過(guò)程控制。本項(xiàng)目已經(jīng)于2003年7月通過(guò)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。- X% D1 E" T4 w
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