CVT

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CVT通常指一種 汽車變速器 ,也叫無級變速器。CVT與有級變速器的區別在于,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。

變速簡介

CVT變速箱結構 CVT(Continuously Variable Transmission),直接翻譯就是連續可變傳動,也就是我們常說的無級變速箱,顧名思義就是沒有明確具體的檔位,操作上類似 自動變速箱 ,但是速比的變化卻不同于自動變速箱的跳擋過程,而是連續的,因此動力傳輸持續而順暢。

CVT技術再次成為人們關注的新技術之一。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)、 雙離合變速器 (DCT)。

工作原理

CVT[汽車變速器] CVT傳動系統里,傳統的齒輪被一對滑輪和一只鋼制皮帶所取代,每個滑輪其實是由兩個椎形盤組成的V形結構,引擎軸連接小滑輪,透過鋼制皮帶帶動大滑輪。玄機就出在這特殊的滑輪上:CVT的傳 動滑輪 構造比較奇怪,分成活動的左右兩半,可以相對接近或分離。錐型盤可在液壓的推力作用下收緊或張開,擠壓鋼片鏈條以此來調節V型槽的寬度。當錐型盤向內側移動收緊時,鋼片鏈條在錐盤的擠壓下向圓心以外的方向(離心方向)運動,相反會向圓心以內運動。這樣,鋼片鏈條帶動的圓盤直徑增大,傳動比也就發生了變化。

缺點優點

奧迪A6L的CVT變速箱解剖圖 1、由于沒有了一般自動擋變速箱的傳動齒輪,也就沒有了自動擋變速箱的換擋過程,由此帶來的換檔頓挫感也隨之消失,因此CVT變速箱的動力輸出是線性的,在實際駕駛中非常平順。

2、CVT的傳動系統理論上擋位可以無限多,擋位設定更為自由,傳統傳動系統中的 齒輪比 、速比以及性能、耗油、廢氣排放的平衡,都更容易達到。

3、CVT傳動的 機械效率 、省油性大大優于普通的自動擋變速箱,僅次于 手動擋 變速箱,燃油經濟性要好很多。

4、相比傳統自動擋變速箱而言,它的成本要略高;而且操作不當的話,出問題的概率更高。

5、CVT變速箱本身還有它的缺點,就是傳動的 鋼帶 能夠承受的力量有限,不過隨著科技的進步,鋼帶承受能力的問題正在解決,很快我們就可以看到大排量高扭矩車型會裝備CVT變速箱了。

分類結構

MT

手動變速器(MT:Manual Transmission)采用齒輪組,由于每檔的齒輪組的齒數是固定的,所以各檔的變速比是個定值(也就是所謂的“級”)。比如,一檔變速比是3.455,二檔是2.056,再到五檔的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。

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,檔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檔位的增減,可以消除手檔車“頓挫”的變擋感覺。

(1)AT的結構:

與手動變速器相比, 液力自動變速器 (AT)在結構和使用上有很大的不同。手動變速器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 手動檔 靈敏,因此許多玩車人士喜歡開手動檔車;二是費油不經濟,傳動效率低變矩范圍有限,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,以保護自動變速器齒輪不受損害。

(3)AMT

AMT在機械變速器(手動變速器)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檔的自動化。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。由于AMT能在現生產的手動變速器基礎上進行改造,生產繼承性好,投入的費用也較低,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

無級變速器(CVT:Continuously VariableTransmission)與有級式的區別在于,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。

CVT[汽車變速器] 其原理不像普通的變速箱一樣,由大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合,形成不同的速比不同。而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。由于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,即當棘輪變化槽寬時,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,只能限用于在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。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。

到2013年初,國內將CVT技術應用于汽車的品牌及產品日趨增加,如東風日產的陽光、天籟, 奧迪飛度西耶那 (帕力奧),東南V3菱悅, 奇瑞 旗下旗云及A3、新 瑞虎 、E5、 瑞麒G3、 艾瑞澤7 ,江淮S系列。 長城汽車長城C30, 帝豪EC7 比亞迪L3 海馬歡動 海馬M3 風神A60

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,并裝備于DAF公司制造的Daffodil轎車上,其銷量超過了100萬輛。但是由于橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷:功率有限( 轉矩 局限于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。三菱公司準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后輪驅動汽車生產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,包括后輪驅動和 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控制系統是基于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。

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裝備于排量為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。 NISSANTOYOTA 、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”期間轎車金屬帶式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。 2010年4月17日,國內首款自主研發的CVT無級變速器在奇瑞汽車股份有限公司順利下線。奇瑞的CVT變速器與國外相比,成本能降低50%。

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技術正處于壽命周期的開始,CVT的特性將進一步提高。

工作用途

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。

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,然后通過V型傳動帶傳遞到從動輪,最后經減速器、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。由于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。

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,由于金屬帶的長度不變,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回轉半徑發生變化,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增大,從動輪的工作半徑相應減小,CVT的傳動比下降,使得汽車能夠以更高的速度行駛。

原理特性

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(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

路況

實驗油耗(L/100Km)

4-AT

CVT

ECE市區循環

14.4

13.2

ECE郊區/遠程循環

10.8

9.8

90km/h勻速

8.3

7.0

120km/h

10.3

9.2

動力性

汽車的 后備功率 決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大,汽車的動力性愈好。由于CVT的無級變速特性,能夠獲得后備功率最大的傳動比,所以CVT的動力性能明顯優于機械變速器(MT)和自動變速器(AT)。

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%。

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。由于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,由于金屬帶式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。

駕駛平順性

由于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”。

引用来源

  • CVT 汽車采購網 2015-08-31
中文名
汽車變速器
外文名
Continuously Variable Transmission
別名
自動變速、無級變速器
運用領域
汽車制造
原理
引擎軸連小滑輪鋼制皮帶動大滑輪
簡稱
CVT
屬性
指一種汽車變速器
特點
降低了排放和成本