276

更新時間: 2013-12-12

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。另外,CVT也指英特爾清晰視頻技術、電容式電壓互感器。

CVT -簡介

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。

CVTCVT

現在市場上銷售的汽車,裝備的變速箱主要有手動變速器(MT)、自動變速器(AT)、無級變速器(CVT)。

 

CVT -1、MT:

手動變速器(MT:Manual Transmission)採用齒輪組,由於每擋的齒輪組的齒數是固定的,所以各擋的變速比是個定值(也就是所謂的「級」)。比如,一擋變速比是3.455,二擋是2.056,再到五擋的0.85,這些數字再乘上主減速比就是總的傳動比,總共只有5個值(即有5級),所以說它是有級變速器。
手動變速器是最常見的變速器,它的基本構造用一句話概括,就是兩軸一中軸,即指輸入軸、軸出軸和中間軸,它們構成了變速器的主體,當然還有一根倒檔軸。手動變速器又稱手動齒輪式變速器,含有可以在軸向滑動的齒輪,通過不同齒輪的嚙合達到變速變扭目的。

 

CVT -2、AT:

自動變速器(AT:Automatic Transmission)是利用車速和負荷(油門踏板的行程)進行雙參數控制,擋位根據上面的兩個參數來自動升降。AT與MT的相同點,就是二者都是有級式變速器,只不過AT能根據車速的快慢來自動實現擋位的增減,可以消除手擋車「頓挫」的變擋感覺。
(1)AT的結構:
與手動波相比,液力自動波(AT)在結構和使用上有很大的不同。手動波主要由齒輪和軸組成,通過不同的齒輪組合產生變速變矩;而AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統組成,通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。其中液力變扭器是AT最具特點的部件,它由泵輪、渦輪和導輪等構件組成,直接輸入發動機動力傳遞扭矩和離合作用。
(2)AT的優缺點 :
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,傳動效率低變矩範圍有限,近年引入電子控制技術改善了這方面的問題;三是機構複雜,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。
(3)AMT
AMT在機械變速器(手動波)原有基礎上進行改造,主要改變手動換檔操縱部分。即在總體傳動結構不變的情況下通過加裝微機控制的自動操縱系統來實現換擋的自動化。因此AMT實際上是由一個機器人系統來完成操作離合器和選檔的兩個動作。由於AMT能在現生產的手動波基礎上進行改造,生產繼承性好,投入的責用也較低,容易被生產廠接受。AMT的核心技術是微機控制,電子技術及質量將直接決定AMT的性能與運行質量。

 

CVT -3、CVT:

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,而是一系列連續的值,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,也沒有自動變速器複雜的行星齒輪組,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採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,因此在自動變速器佔有率約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 -CVT的發展歷史

CVT技術的發展,已經有了一百多年的歷史。德國賓士公司是在汽車上採用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博士研製成功了名為Variomatic的雙V型橡膠帶式CVT,並裝備於DAF公司製造的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中採用節能泵,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採用到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採用一個最新研製的高強度寬鋼帶和一個高液壓控制系統。通過採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的應用範圍從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。三菱公司準備採用直噴式發動機(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微型車上採用一種有鎖止式變矩器的電控式CVT、通過小範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。傳動比範圍從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匹配的牽引驅動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控制系統是基於用感測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、感測器和變速器換檔ECU組成一個單獨的模塊,變速器製造商只需增加一個集成控制單元。

 

CVT -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,汽車工業是中國的民族工業之一。然而中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后,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。
目前中國正在考慮發展轎車自動變速器的問題。自「九·五」期間轎車金屬帶式無級自動變速器的開發和研製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中國國情的汽車。
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。
什麼是CVT?
CVT的主要結構和工作原理如圖1所示,該系統主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。
無級變速器(CVT)電控系統結構原理圖
金屬帶由兩束金屬環和幾百個金屬片構成。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成,與油缸靠近的一側帶輪可以在軸上滑動,另一側則固定。可動盤與固定盤都是錐面結構,它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。發動機輸出軸輸出的動力首先傳遞到CVT的主動輪,然後通過V型傳動帶傳遞到從動輪,最後經減速器、差速器傳遞給車輪來驅動汽車。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑,從而改變傳動比。可動盤的軸向移動量是由駕駛者根據需要通過控制系統調節主動輪、從動輪液壓泵油缸壓力來實現的。由於主動輪和從動輪的工作半徑可以實現連續調節,從而實現了無級變速。
在金屬帶式無級變速器的液壓系統中,從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力,以保證來自發動機的動力高效、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,由於金屬帶的長度不變,在從動輪組上金屬帶沿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迴轉半徑發生變化,實現速比的連續變化。
汽車開始起步時,主動輪的工作半徑較小,變速器可以獲得較大的傳動比,從而保證驅動橋能夠有足夠的扭矩來保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加,主動輪的工作半徑逐漸減小,從動輪的工作半徑相應增大,CVT的傳動比下降,使得汽車能夠以更高的速度行駛。

 

CVT -CVT的特性

1、經濟性
CVT可以在相當寬的範圍內實現無級變速,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(如表1)
安裝4-AT和CVT的大眾公司的Golf VR6汽車的燃油消耗對比
試驗油耗 4-AT CVT
ECE市區循環,L/100km 14.4 13.2
ECE郊區/遠程循環,L/100km 10.8 9.8
90km/h勻速,L/100km 8.3 7.0
120km/h,L/100km 10.3 9.2
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的速比工作範圍寬,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),一旦汽車製造商開始大規模生產,CVT的成本將會比AT小。由於採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製造難度都要比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的速比變化是連續不斷的,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」。

 

CVT -參考資料

http://baike.baidu.com/view/86470.htm