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CVT论文

一、CVT技术的发展概况

1.1CVT技术的发展阶段

图1.1CVT发动机

第一阶段（1886年～1958年）：

CVT技术的探索阶段。

标志产品是荷兰的DAF公司H.VanDoorne博士研制成功的名为第二阶段（1958年～1987年）：

CVT技术的发展阶段。

其标志产品是1987年富士重工（Subaru）采用金属带式无级变速器ECVT用于JUSTY轿车。

第三阶段（1987年～）：

CVT技术的逐渐成熟阶段。

（图）

1.2无级变速传动的分类

1）变节圆传动如:

带式、链式传动；

2）摩擦传动如:

锥、盘、环及球面传动；

3）液体传动如:

液体静压传动、流体动压传动；

二、金属传动带式无级变速传动（CVT）的结构特点

2.1基本结构与工作原理

图为发动机前置前驱动汽车金属传动带式无级变速传动装置结构与工作原理。

形式上与V形橡胶带式无级变速传动相类似。

传动装置

的主、从动工作轮由固定和可动的两部分组成，形成V形槽与金属传动带啮合。

当主、从动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传动带的回转半径，从而改变了传动比。

可动轮的轴向移动是根据汽车使用要求，通过液压控制系统进行连续的调节，从而实现无级变速传动。

2.2关键部件

2.2.1金属传动带

金属传动带由多个金属片和两组金属环组成，金属片在两侧工作轮的挤压作用下传递动力，金属环在动力传递过程中主要用来将金属片约束在一起，并正确地引导金属片运动

2.2.2工作轮

主、从动轮由可动和不可动两部分组成，其工作面大多为直线锥面体。

在液压控制系统的作用下，依靠钢球—滑道结构作轴向移动，可连续地改变行动带工作半径，实现无级变速传动

1主动缸

2主动锥轮

3从动锥轮

4金属带

5从动缸

6传动钢球

图2.2.2CVT工作轮

2.2.3液压泵

液压泵为CVT传动系提供控制、冷却和润滑的液压油源。

常用的液压泵有两种形式：

齿轮泵和叶片泵。

（为提高液压泵的工作效率，常采用滚子式叶片泵）

2.2.4起步离合器

1、湿式多片离合器

2、电磁离合器

3、液力变矩器

目的是使汽车已足够大的牵引力平顺起步，提高驾驶舒适性，必要时切断动力传递。

表2.3主要技术参数

2.3主要技术参数

发动机工作容积/L

速比

驱动形式

传动装置总长/mm

两锥轮中心距/mm

传动装置总质量/kg

最高速比

最低速比

变化范围

0.6～3.3

2.6

0.445

5～6

FF和FR

350～396

160～200

49～58

为满足汽车的使用要求

1、中间齿轮传递副：

ic=1.3~1.4

2、与其匹配的主传动装置速比:

i0=3.85~4.35

3、CVT的传动比：

icvt=0.445~2.6

4、最后的CVT的传动装置总传动比：

iΣ=2.227~15.834

2.4性能指标

1）经济性装CVT的汽车比装自动变速器的汽车提高约8%~12%，与机械变速汽车相当。

2）动力性装CVT的汽车加速性能比装自动变速器的汽车提高约7.5%~11.5%，在较高速时还略优于机械变速汽车。

3）传动效率CVT传动装置除机械传动外，因液压控制系统金属传动带的摩擦等要消耗能量，它的传动效率一定低于机械变速器的效率，最多只能接近机械变速器的效率。

4）排放CVT系统因其有较宽的速比变化范围，并能根据汽车行驶阻力和驾驶员选定的工作模式连续地改变速比，使发动机输出功率和汽车行驶阻力达到最佳匹配，保证发动机始终平稳地处在最佳工况下工作，从而改善汽车燃料经济性和发动机的排放。

三、CVT的工作原理

3.1CVT的工作原理

（1）CVT原理:

低档大传动比

输入带轮传动半径小，输出带轮传动半径大,因此传动比大，输出端转速低。

表3.1工作原理1

1

输入端（发动机）

2

输出端（车轮）

3

主动轮（处于最小直径）

4

从动轮（处于最大直径）

图3.1工作原理1

（2）CVT原理:

高档小传动比

输入带轮传动半径大，输出带轮传动半径小。

因此传动比小，输出端转速高。

表3.2工作原理2

1

输入端（发动机）

2

输出端（车轮）

3

主动轮（处于最大直径）

4

从动轮（处于最小直径）

图3.2工作原理2

四、CVT的控制目标

4.1CVT传动系的主要任务

1）把发动机输出功率可靠地传递到驱动轮，并尽可能减小功率损失。

2）根据汽车的运行条件，按驾驶员选定的工作模式自动改变速比，使发动机维持在理想的工作点。

4.2CVT控制问题的目标

4.2.1金属带夹紧力控制

目标金属带夹紧力

4.2.2速比控制

目标速比

1、主动轮的转速与从动轮的转速之比

2、主从动轮的节圆半径之比

，

3、目标速比

五、CVT控制系统

5.1机械液压控制

机械液压控制系统主要有油泵，主阀体，控制阀，离合器和制动器组成。

当驾驶员踩下节气门踏板，通过柔性钢索带动换挡凸轮10转动，控制速比控制阀7，由发动机驱动的液压缸4将压力油输送给主压力控制阀9，控制阀9根据工作位置传感器的液压信号，控制速比控制阀7中的压力，从而控制主，从动工作轮可动部分的液压缸中油液的压力，以调节金属带与工作轮的工作半径，实现无级自动变速。

缺陷；

1、不能对主从动缸的压力进行独立控制

2、皮托管不能准确监测发动机转速变化

3、金属带停留的位置不确定，影响下次起动的平稳性

5.2电液控制系统

采用电液控制系统可以克服机液控制的固有缺陷，如主、从动缸的压力可以独立控制，因而可以使传动装置按驾驶员的操作意图达到最佳匹配。

利用精确测定的发动机与从动轮的转速信号，可实现对CVT传动装置速比和夹紧力的精确控制。

另外，增加了制动开关信号，可使汽车在制动过程中，传动装置速比自动回到最大速比状态，为下一次平顺起步作准备。

5.3控制液压缸的动态补偿

当主、从动缸高速旋转时，主、从动缸的液体由于离心力的作用产生动压力。

该动压将影响对夹紧力和速比的精确控制，因此，为了解决高速时流体产生的动压对控制精度的影响、CVT主、从动缸通常采用右图的动压补偿来抵消离心力的作用。

六、CVT的控制技术

CVT控制系统的关键技术

6.1夹紧力控制

在实际应用中，由于所采用的控制阀的不同，其实现也有所不同。

如比例压力控制阀为连续的模拟量控制；对开关阀可采用调制脉宽方式或调制脉冲方式。

用调制脉宽方式，采用开关阀实现比例控制的原理是改变液压阀参与工作的比例：

6.1.1SubaruE2CVT夹紧力控制

系统引入了对测量信号的前置滤波处理，以抑制测量噪声的影响；另外，由于压力控制阀的非线性特性，在方案中加入了控制阀特性补偿环节

6.1.2HondaCivic夹紧力控制

Honda液压控制系统和夹紧力控制方案采用了与Subaru不同的双压力回路，夹紧力控制、速比控制都与Subaru有所不同。

6.2速比控制

当驾驶员猛踩油门时,会导致目标速比突然变化，为了满足汽车行驶平顺性的要求，必须对实际最大变化率加以限制，确保最大变化率在给定的范围内。

同时，该系统还测量控制阀芯的位置，一方面可限制控制阀芯的工作区间，保证控制阀在稳定的区间工作；另一方面可根据阀芯的位移对它的非线性特性进行补偿，保证对主动缸动态压力变化率的精确控制。

6.3起步离合器控制

6.3.1起步离合器的功能

1、接合动力平顺，分离动力彻底。

2、接合时发动机不停车、不空转。

3、接合速度能随驾驶员意图变化，并给乘员的感觉保持不变。

4上坡起步不溜坡，发动机不熄火。

5具有可靠的低速爬行功能，帮助汽车平稳越障。

6、限制传递最大的转矩。

6.3.2、比例控制策略

当驾驶员踩下加速踏板，根据加速踏板的位移与位移变化率信号，CVT的ECU判断出汽车起步动作，于是使离合器压紧缸的压力立即升高到初始起步压力（固定值），以改善起步的快速性。

在接合的过程中，为使汽车平顺起步，压紧缸的压力与发动机的转速按比例增加。

待离合器主从动部分滑转消失后，把离合器的压力迅速升高到额定工作压力，保证离合器可靠传递发动机的转矩。

6.3.3、模糊控制

阶段1、模糊控制器根据节气门开度、发动机转速以及离合器输出轴转速，即根据驾驶员的意图和汽车的起步条件估计初始起步压力。

阶段2、离合器接合压力变化率根据加速踏板位移（小、中、大三种情况）和发动机转速估算。

项目

换挡控制

变速比档位数

手动变速箱

人工手动

有级

自动变速箱

变速箱控制单元自动控制

有级

CVT自动变速箱

变速箱控制单元自动控制

无级

七、CVT的优点

7.1与MT,AT,的对比CVT的优点

7.2CVT优点

1）提高燃油经济性

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）提高动力性能

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。

由于无极变速器的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以无级变速器的动力性能明显优于机械变速器和自动变速器

3）减少排放量

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。

4）节约了成本

CVT系统结构简单，零部件数目比自动变速器（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（自动）小。

5）改善了驾驶舒适性

安装无级变速器之后，可以在保证发动机具有最佳动力性能的同时实现无级变速，使驾驶员能够真正感到舒适。

7.3CVT优势对比

7.3.1加速性对比

车辆：

AudiA62.8

Multitronictiptronic5档手动

0-100km/h加速，s

7.3.2最高车速

车辆：

AudiA62.8

Multitronictiptronic5档手动

5档手动

km/h

7.3.3总的燃油消耗

车辆：

AudiA62.8

Multitronictiptronic5档手动

tiptronic

总的燃油消耗（按93/116/EG）,I/100km

7.3.4、改善驾驶舒适性能

实现了真正的无级变速，动力传递平顺如丝。

与5档自动变速箱相比，发动机转速总是保持在较低的范围，整车行驶更安静。

八、CVT的发展趋势

1.随着生产过程的自动化及生产规模的扩大，产品的成本更低廉。

2.部件的优化设计，电子化的精确控制和新材料的应用，使无级变速器向装备大排量汽车发展，以实现更广泛的应用。

3.混合动力汽车将是未来汽车发展的重要方向之一。

采用无级变速器的混合动力汽车的油耗有可能减少30%，排放量有可能降低50%，所以无级变速器是混合动力汽车最理想的传动装置。

4.现在丰田，本田，尼桑，福特，CM，奥迪等著名汽车品牌中都有配有CVT的轿车，2002年11月，在我国下线的奥迪A62.8L轿车是国内率先使用CVT的第一款国产轿车。