无级变速.docx

1、无级变速CVT（无级变速器）工作原理有人说，年老守旧的人无法接受新事物。但无级变速器(CVT)的概念却是莱昂纳多达芬奇(Leonardo da Vinci)早在500多年前就已经提出了，现在，无级变速器在一些汽车中将取代行星齿轮自动变速器，从这个意义上讲，年老守旧的人却已经走在了前面。事实上，自1886年申请第一台环形CVT专利后，这项技术就已经得到了细化及改进。当今，多家汽车制造商（包括通用汽车、奥迪、本田和日产）正在围绕CVT设计动力传动系统。 日产汽车公司供图带有Xtronic CVT的日产HR15DE发动机在此文章中，我们将探究CVT在典型后轮驱动汽车中的作用，并在此过程中解答很多问题

2、： CVT与传统行星自动变速器相比如何？ 它有哪些配件以及这些配件的作用？ 与传统自动变速器相比，CVT有哪些优点？ 有哪些缺点？ 驾驶一辆装有CVT的汽车，感觉如何？ 哪些构造和车型采用了CVT？ 除了在汽车中，CVT还有其他方面的应用吗？ 现在开始了解一些变速器的基本知识。 如果您在自动变速器工作原理一文中读过有关自动变速器结构和功能的内容，就会知道变速器的作用是改变汽车发弱水三千动机和车轮之间的速比。换句话说，没有变速器的汽车只有一个档位，这个档位使汽车以期望的最高速度行驶。想象一下，您驾驶着一辆只有一档或三档的汽车，只有一档的汽车从完全停止状态正常加速，并且可以攀爬陡峭的坡地，但它的最

3、高速度将限制在每小时几公里。 另一种情况下，只有三档的汽车将以130公里/小时的速度在公路上飞驰，但在起动后，几乎没有加速度，而且不能爬坡。因此，随着驾驶条件的更改，变速器的使用可以在从低到高的档位范围内更有效地利用发动机扭矩，并可以手动或自动控制这些档位。戴姆勒-克莱斯勒公司供图梅赛德斯-奔驰CLK自动变速器在传统自动变速器中，档位实际上是齿轮，即帮助发送和修改旋转运动和扭矩的联锁齿轮。行星齿轮的组合将产生变速器能够产生的所有不同的传动比，该组合通常包含四个前进档和一个倒档。当此类变速器循环通过其齿轮，驾驶员在每个档位啮合时会感觉到颠簸。CVT基本知识无级变速器与传统的自动变速器不同，它不带

4、一组齿轮组成的齿轮箱，这意味着它没有联锁齿轮。最常见类型的CVT可以在设计精巧的皮带轮系统上操作，该皮带轮系统可以在最高档位和最低档位间提供无限的可变性，而没有不连续的步骤或换档。福特汽车公司供图带有CVT的福特自由行Duratec发动机如果您想知道为什么在CVT的解释中还是会出现“档”这个字，请记住，一般来说，档是指发动机轴转速与传动轴转速的比率。虽然CVT不使用一组行星齿轮来改变这个比率，但习惯上还是说成挂低“档”和挂高“档”。无档位： CVT革新年表 1490年达芬奇绘制了无级变速器的草图 1886年申请第一台环形CVT专利 1935年亚迪耶道奇收到了环形CVT的美国专利证书 1939年

5、引入了基于行星齿轮系统的全自动变速器 1958年达夫（荷兰人）生产出用于汽车的CVT 1989年斯巴鲁贾斯蒂GL是第一辆在美国生产销售的CVT汽车 2002年带有CVT的Saturn Vue首次亮相，是第一辆使用CVT技术的Saturn 2004年福特开始使用CVT 基于皮带轮的CVT日产汽车公司供图基于皮带轮的CVT观察行星自动变速器，您会看到一个由齿轮、制动器、离合器和控制部件组成的复杂装置。比较而言，无级变速器真是简单至极。多数CVT只有三个基本部件： 高功率金属或橡胶皮带 可变输入“驱动”皮带轮 输出“从动”皮带轮 CVT还有各种微处理器和传感器，但上述三种部件是实现此项技术的关键元件

6、。 可变直径皮带轮是CVT的核心。每个皮带轮都由两个相对的20度圆锥组成。皮带位于两个圆锥之间的凹槽中。如果皮带是橡胶的，则最好使用V型皮带。V型皮带是由于皮带的横截面为V型而得名，它可增加皮带的摩擦粘着力。当皮带轮的两个圆锥离的很远（即直径增大时），皮带位于凹槽中的较低位置，而围绕皮带轮转动的皮带半径将变小。当皮带轮的两个圆锥离的很近（即直径减小时），皮带位于凹槽中的较高位置，而围绕皮带轮转动的皮带半径将变大。CVT可以使用液压压力、离心力或弹簧张力来产生调整皮带轮半轴所需的力。可变直径皮带轮必须始终成对出现。其中一个皮带轮，称为驱动皮带轮，它连接到发动机的曲轴上。驱动皮带轮也称为输入皮带轮

7、，因为正是通过该皮带轮将发动机的能量传输给变速器。另一个皮带轮称为从动皮带轮，这是因为要通过第一个皮带轮来转动它。从动皮带轮作为输出皮带轮，可以将能量传输给驱动轴。皮带轮中心与皮带在凹槽中的接触位置之间的距离即为节圆半径。当皮带轮远离时，皮带位于较低处，且节圆半径减小。当皮带轮靠近时，皮带位于较高处，且节圆半径增加。驱动皮带轮的节圆半径与从动皮带轮的节圆半径之比决定了档位的高低。当一个皮带轮的半径增加时，另一个皮带轮的半径将减小以保持皮带紧绷。随着两个皮带轮改变它们相互的半径，将产生了无数个传动比从低到高的所有值。例如，当驱动皮带轮的节圆半径较小，而从动皮带轮的半径较大时，从动皮带轮的旋转速度

8、将减小，从而产生较低的“档”。当驱动皮带轮的节圆半径较大，而从动皮带轮的半径较小时，从动皮带轮的旋转速度将增加，从而产生较高的“档”。因此在理论上，CVT在任何时候、任何发动机上或处于任何车速时都具有可以运行的无数个“档”。CVT的简单性和连续性使其成为适用于各种机器和设备（不仅是汽车）的理想变速器。CVT在动力工具和压钻机中的应用已有多年历史。它们还用在各种车辆中，包括拖拉机、雪地车和小型摩托车。在所有这些应用中，变速器均采用高密度橡胶皮带，它会滑动和伸展，因此会降低它们的效率。新材料的引进使CVT变得更可靠和高效。连接皮带轮的金属带的设计和开发是一项最重要的改进。这些柔韧的皮带由多种（通常

9、为9或12种）薄带钢组成，这些薄带钢又由高强度、领结形的金属束集而成。金属带设计金属带不会滑动而且高度耐用，使CVT可以承受更大的发动机扭矩。此外，它们也比橡胶皮带驱动的CVT噪音更低。其 他 类 型 的 CVT环形CVT另外一种CVT环形CVT系统，用盘片和动力滚子代替了皮带和皮带轮。日产汽车公司供图日产Extroid环形CVT虽然这种系统看起来有很大的不同，但其所有的部件都与皮带和皮带轮系统类似，所以它们是相同的装置，即无级变速器。下面是它的工作原理： 一个盘片连接到发动机上。这相当于驱动皮带轮。 另一个盘片连接到驱动轴上。这相当于从动皮带轮。 滚子或车轮位于作用类似于皮带的盘片之间，将动

10、力从一个盘片传送到另一个盘片。 轮子可以沿两个轴旋转。它们围绕水平轴旋转并沿垂直轴内侧或外侧倾斜，这样车轮就可以接触盘片的不同区域。当车轮接触驱动盘片的中心处附近时，它们必须接触从动盘片的轮缘附近，从而降低速度并增加扭矩（即低挡）。而当车轮接触驱动盘片的轮缘附近时，它们必须接触从动盘片的中心附近，从而增加速度并减小扭矩（即超速挡）。车轮的微小倾斜将逐渐增加传动比，从而产生平稳的、几乎是瞬时的比率变化。液压CVT皮带轮和V型皮带CVT以及环形CVT都是摩擦式CVT，它们都是通过改变两个旋转体之间接触点的半径来起作用。还有另一种类型的CVT，称为液压CVT，它使用变排量泵来改变流入液压电机的液体量

11、。在这类的变速器中，发动机的旋转运动可在驱动侧的液压泵上进行。该泵将旋转运动转化为液体流。然后，使用从动侧的液压电机，将液体流转换回旋转运动。通常，液压变速器与行星齿轮组和离合器组合形成混合型系统，称为液压机械变速器。液压机械变速器可以用三种不同的模式将动力从发动机传输到车轮上。在低速时，动力通过液压传输；在高速时，动力通过机械传输。介于这两种极端情况时，变速器则采用液压和机械两种方式传输动力。液压机械变速器是重型应用的理想选择，这就是为什么它在农用拖拉机和适合各种地形的车辆中使用很普遍的原因。CVT 的 优 点无级变速器的优点使它的应用越来越普遍。它的诸多优点使它们越来越多地受到驾驶员和环保

12、主义者的青睐。下表描述了CVT的一些重要功能和优点。 CVT的优点功能优点从完全停止到巡航速度的恒定、无级加速消除了“换档冲击”，使驾驶更平稳无论汽车的行驶速度有多快，都可以使汽车保持最佳的动力范围提高了燃油利用效率灵活地响应条件变化，如节气门和速度变化消除了在汽车降速（尤其是爬坡时）时的齿轮抖动CVT的动力损失比普通自动变速器更低更平稳地加速更好地控制汽油机的速度范围更好地控制排放可以结合自动机械离合器代替低效的液力变矩器在欧洲，带有CVT的汽车已经普及多年了。但这项技术却花了一段时间才在美国站稳脚跟。美国生产的第一辆CVT汽车是斯巴鲁Justy。斯巴鲁（法国）供图斯巴鲁Justy从1989

13、年到1993年之间，在销售上贾斯蒂一直受到美国驾驶员的冷落。那么，基于CVT的新型汽车（例如土星Vue、奥迪A4和A6、日产美伦奴和本田 Insight）有什么不同之处呢？回答该问题的最好方式是“试驾”其中的一辆车。下面的动画为比较带有CVT的汽车与不带有CVT的汽车的加速提供了一个直观的试驾体验。当踩下带有无级变速器汽车的加速踏板时，您就会立即感觉到差异。发动机的转动能直接上升到它产生最大功率的转速，并保持该速度。但汽车不会立即响应。过一会儿，变速器开始工作，对汽车进行缓慢、稳定的加速，而无需任何换档。 理论上，带有CVT的汽车达到100公里/小时比具有相同发动机和手动变速器的相同汽车快25

14、%。这是因为CVT将发动机运转曲线上的每一点都转化成了它本身运转曲线上的相应点。如果看一下不带CVT汽车的功率输出曲线，您就会发现的确如此。请注意：这种情况下的转速表显示了在每个齿轮变化时发动机的转速变化，这在功率输出曲线中记录为峰值（也就是驾驶员感觉到的颠簸）。CVT在爬山时同样高效。由于CVT无级地循环下降至适合于驾驶条件的传动比，因此不存在“齿轮抖动”。而传统的自动变速器要来回换档，以尝试找出合适的档位，这样就非常低效了。除了所有这些优点，CVT也存在一些缺点。在美国，他们正在试图克服形象问题。例如，斯巴鲁Justy被认为是不重要的微型汽车。习惯上，皮带驱动的CVT的扭矩量限制在它们可以

15、处理的范围，它比自动和手动的变速器更大、更重。虽然CVT凭借技术优势加入了竞争（日产美伦奴的CVT可以处理3.5升、245马力V6发动机），但第一印象仍很难改变。自动变速器（AT）：自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。 一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，最常见的是液力自动变速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度

16、和车速的变化，自动地进行换挡。 无级变速器（CVT）： 无级变速器是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。 因此，其比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。 无级变速器属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。 CVT变速器具有重量轻体积短、燃油经济性好、动力输出平顺等特点，并逐步被更多的厂家应用，但新技术也会带来新问题。 你所驾驶的CVT无级变速器轿车在行驶中是否会遇到下列情况呢？如D挡起步时不走车，让你每次起步时都小心翼翼，每天早上等红灯时使你心

17、慌；在跟车时踩刹车向前窜叫你心跳。症状虽不严重，但在突然出现时也会吓你一跳。 CVT式无级变速器是近几年才在轿车上逐渐兴起的一种无级自动变速器，由于它技术独特、进入市场时间短，自然就会遇到一些比较新鲜的问题。近来偶闻国产匹配Multitronic无级变速器的奥迪轿车会出现下列症状： 1、刹车问题：慢速刹车时，转速在将要停而未停的时候会忽悠一下，突然下降到很低的程度，大概只有200300转，然后再上升（也就1/10秒）。怠速滑行到慢速刹车时，你可注意到转速表指针突然下降，1/10秒左右迅速恢复。感觉车辆突然撮车或者像是向前窜了一下。这种现象越是柔和刹车越明显。 2、加速问题：匹配Multitro

18、nic无级变速器的奥迪在加速时感觉比较慢，有时候甚至给比较大的油门车速也没太大变化，然后突然一下窜出去。 3、另一种现象是挂前进挡（D）起步时不走车，踩油门也没用。此时要先挂入空挡（N）再挂入前进挡（D），方可正常起步。 以上问题并不是时时在现，而是随机出现，所以比较令人头痛。出现上述问题时要保持头脑冷静，不要惊慌失措，以防止误操作。出现以上情况后要及早重视，及早修理，如果是在质保期，厂家可免费医治。（奥迪质保期是1年或2万公里，以先到为准。） 解决方法是更换变速器中的阀体，还要进一步重新设定控制程序。阀体的价格较贵，大概16000元左右，再加上变速箱油等附料及工时费总共将近要花费2万元。维修

19、时间大约3小时左右。更换阀体后症状可消失，但最好还是要重新设定程序。 在国外，装配无级变速器的轿车个别车辆也会遇到些奇怪的问题。如一位MINI车主反应他所驾驶的CVTMINI轿车在60km/h稳速行驶时发动机转速会突然升到32003400rpm，此时的挡位是D挡，而非运动模式的S挡。 不管是冷车还是热车，都遇到过上述情况。而在50km/h或70km/h恒速时发动机转速则保持在2000rpm。上述情况是令人不安，去维修厂经过控制软件升级和重新识别，故障最终得到了解决。而另一位03年CVT奥迪车主也遇到了国内车主遇到的问题，偶尔在将要停车时发动机转速粗暴。 CVT与自动变速箱结构完全不同，它的内部

20、主要是以两个可改变直径的传动轮、中间套上传动带来传递扭矩。传动带两头各绕在一个锥形轮盘上，轮盘的外径大小无级地变化，从而使两个轮盘之间产生从“大比小”到“小比大”的传动比变化，由此实现变速。 变速的电子指令都由电子液压控制系统执行，如果控制系统中的一个小环节出了问题就会影响到车辆行驶。看来新的技术也会遇到新的问题，不过每项技术总要有从幼稚到成熟的过程。 2008-6-3 9:37:37IP: 保密 -无主之城等级:学徒权限:普通用户积分:219金钱:223声望:5经验:77发帖数:77注册时间:2008-3-4 编辑 删除 引用 第2楼 汽车自动变速器(AT)的主要类型及目前的使用情况 AT有

21、以下几种形式： (1)液力机械ATHMT(Hydrodynamic Mechanical Transmission)广泛应用于轿车、公共汽车、重型车辆、商用车和工程车辆上，它是目前AT的主流。 (2)机械式ATAMT(Automated Mechanical Transmission)在通常机械式变速器基础上加上微机控制电液伺服操纵自动换档机构组成，目前它应用于部分低档轿车上和局部卡车和商用车上。 (3)无级式ATCVT(Continuously Variable Transmission)有以下几种形式： 机械式：有不少形式，目前主要的是推块金属V型带式传动，在轿车上已开始批量试用。 液压传

22、动式(HST hydrostatic transmission)：在工程车辆和农业机械上已应用。虽本田公司最近开发了泵和马达制成一体的液压和机械双流传动的AT，用于微型多功能车上，但存在转速限制、效率、噪声、重量和尺寸等问题，在汽车上基本没有应用。 电力式：用于电动汽车(EV electric vehicle)。 下面对HMT、AMT和CVT 3种AT的结构特点和性能特点加以说明，并进行分析对比。 2、 AMT的结构和性能特点分析 AMT是在普通人工换档机械式变速器基础上加上替代人工换档的电子控制操纵机构组成，此自动换档机构有人称为换档机械手。 AMT是在普通机械变速器上进行改造而成的，仅改变

23、其中手动换挡操纵部分，生产制造继承性好，改造投入费用少，技术难度似乎不大，可以先局部自动化。例如：先离合器自动操纵、局部档位间实现自动操纵等，然后再实现全面自动化。这对资金缺乏、制造能力低、技术力量薄弱的我国汽车工业来说，具有一定的吸引力。已有几家国内单位进行了研究开发，取得了可喜的成绩。 AMT保留原来的机械变速器，因此其传动性能基本上和机械变速器相同。除了齿轮传动外，主要特点是具有以下两大机构：起步装置，带扭矩减振器的主离合器；换档装置，带同步器的换档啮合套。 这种纯机械传动，具有传动效率高，结构简单等优点，但是换档过程不可避免存在动力中断。只有一个结合元件脱开后，另一个结合元件才能结合的

24、缺点，不能实现换档过程结合元件转换时的搭接控制。因此起步和换档必然不够平稳和冲击较大。同时机械传动很难阻隔发动机扭矩不均匀引起的震动。AMT车振动和噪声较大，乘坐舒适性差，对高级豪华车不太合适。 实际上，要搞高水平微机控制自动换档机构在技术上是很难的，除了需高水平的电液比例控制技术外，还要满足驾驶员的驾驶愿望和适应各种行驶工况来进行换档，另外换档过程是复杂的综合操纵过程，除了要操纵主离合器和变速器外，还涉及到发动机油门和制动操纵。从目前来看AMT还比较难达到这个水平，而且这套换档机械手系统的制造成本是不低的，AMT与HMT相比没有价格优势。另外AMT自动换档机构需要动力，因此或多或少也得降低传

25、动效率。 基于以上分析，我们认为AMT适用于商用车和卡车，这些车档位较多，采用HMT困难，需要自动操纵，减轻驾驶员劳动，而且换档过程动力切断影响不大，对乘坐舒适性要求也不高。AMT也可用于低档轿车上，且不一定搞全自动，搞局部自动操纵和换档也可以，解决人工换档机械变速器起步换档操纵复杂、劳动强度大的问题，作为简化驾驶操纵的具体技术措施。 3、 HMT的结构和性能特点分析 HMT是由液力变矩器和液压操纵换档变速器组成。 HMT和AMT对比主要差异是： 31 起步装置以液力变矩器代替主离合器 变矩器传递扭矩与泵轮转速成平方关系，在发动机低转速时传递力矩小，它解决了内燃机不能有载启动问题，具有不需操纵

26、，只需加油门就能自动起步的功能。通过长期使用证明液力变矩器对汽车来说是一个有效的部件，它具有以下优点： 自动变矩，起步时扭矩自动增加，提高起步性能，行驶时能自动适应外界阻力的变化。扭矩和牵引力随油门踏板变化很容易操纵调节，特别是低速起动或爬坡时，使得驾驶容易方便。 起步加速和换档平稳，降低传动系统动载荷，延长传动系统寿命。 阻隔发动机扭矩不均匀性引起的振动，降低噪声，提高乘坐舒适性给人以驾驶平稳高级的感觉。 防止发动机因过载而突然熄火，提高车辆的通过性。 变矩器主要缺点是传动效率低，增加油耗。在变矩器应用的初期，人们存在着一种错误认识，认为变矩器能起自动变矩作用，因此最初的HMT变矩器的失速比

27、很大，变矩主要*变矩器来实现，而变速器是辅助的，因此档位很少，最初只有两档，后来才逐渐明白，要*变矩器提高变矩比，必然会导致变矩器油耗增大，是行不通的。HMT适应外界阻力的变化变速变矩主要还得依*变速器。因此HMT的变速器档位数在不断增加，从2档发展到3、4档，目前高档轿车采用5档，并有可能发展到6档。而变矩器的失速变矩比降低到2以下，以提高其最高效率。 同时对变矩器的作用也有了进一步的明确，它仅在起步加速和换档过程中起有效作用，在稳定行驶时不起什么作用，反而使油耗增加。因此采用闭锁离合器，将变矩器闭锁成机械传动，以提高效率。刚开始采用闭锁离合器，其闭锁区域仅限于高档位、高车速和低油门较狭窄的

28、区域。因为在低档区域变矩器闭锁后，发动机转矩不均匀产生的振动没有经过液力传动减振直接传给机械传动系，会产生振动和噪音，影响乘坐的舒适性。为了解决燃油经济性和驾驶平稳性之间的矛盾，使得闭锁区域向低速档、低车速和大油门开度领域扩展。最近在轿车上大多采用了闭锁离合器微小打滑控制，使得油耗稍有增加，但驾驶平稳性大大改善。 从上面分析可知在汽车上使用液力变矩器已经日趋成熟，尽量解决其传动效率低的缺点，发挥其传动平稳、自动增扭的优点。在变矩器的设计上采用了先进的三维叶栅理论，对循环园形状、各叶轮的叶片和形状进行优化设计，合理确定变矩器力矩系数，使变矩器和发动机匹配优化，改善其共同工作的经济性和动力性。 从

29、制造角度来看，变矩器制造不算复杂，成本不高，从使用角度看，变矩器工作可*，使用寿命长。 换档机构采用液压操纵摩擦结合元件。与带同步器啮合套换档相比，换档过程无明显动力中断，可以通过控制在分离的结合元件的油压释放和在结合的结合元件的油压上升，来精确控制换档搭接，实现快速、平稳、无冲击换档。 32 从整体控制系统来看 AMT：机械变速器换档是同步器+杆杠拨*+电液操纵机构。操纵过程由电信号液压信号再通过机械机构(杆杠和同步器)来换档 HMT：动力换档变速器换档过程由电信号液压信号，直接控制换档结合元件的结合与分离。 33 从AMT和HMT换档操纵方式来看 (1)HMT换档操纵方式比较简单直接，电信

30、号转换至液压信号直接去控制结合元件换档，而AMT转换至液压信号后，再需要通过机械机构去控制换档，显然比较麻烦。 (2)AMT是开关型操纵(分离和结合)；HMT是比例型的操纵，可控制一个结合元件的逐渐分离，另一个结合元件的逐渐结合。这样就可以控制换档过程的搭接和平稳过渡。 如果AMT和HMT都采用定轴式变速器(本田HMT就采用定轴式)从结构复杂程度和制造难易程度来说，HMT并不比AMT差。 应该说HMT采用油压控制结合元件换档要比AMT采用液压机构同步器换档性能要好，而且结构并不复杂。 目前不少HMT具有手动模式，在手动模式下HMT相当于动力换档变速器，即所谓手动与自动一体的变速器。它具有普通机

31、械变速器的效率高、人工选择换档等特点，但换档操纵却大大简化了。 从以上分析可知，HMT在性能上优于AMT，这也就说明了为什么HMT是AT的主流。 我们认为HMT可选择的多种工作模式，操纵驾驶容易方便，起步换档无冲击，驾驶平稳，振动噪声低，给人以舒服和高档的感觉，它特别适用于高档轿车。随着HMT的不断改进和完善，对一般驾驶者来说，其动力性能和经济性能也不比AMT差。 4、 CVT的结构和性能特点分析 CVT有多种形式，这里仅对具有代表性的推块式V型金属带式来进行分析。 41 CVT的结构组成 (1)起步装置，有以下3种形式： 电磁离合器：重量尺寸大，热负荷能力低，一般仅用于微型车辆上； 电子控制式湿式摩擦离合器：结构尺寸小，响应快，能量损失小，在有些轿