压力钢带式无级变速器技术降低油耗的潜能分析一
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通常情况下，正倒机构位于变速机构靠近发动 机的一侧，但将其置于靠路侧将有助于降低油耗。 当传动离合器被用作扭矩限制器使用时，从地面传 来的峰值扭矩不再作用到变速机构上，变速机构的 安全系数可以降低，从而增加变速机构的效率并可 降低对液压泵的功率要求。
对于所参考ＣＶＴ，在ＮＥＣＤ循环可以使耗油量 降低２．１％。在目前的奔驰Ａ／Ｂ级车上已经采用了 扭矩限制器，使耗油量下降了２．７％。
表１ 针对所参考ＣＶＴ的相关流量要求及推算出的泵的工作能力
参数 发动机转速（泵转速）／ｒ·ｍｉｎ＿１ 供油量 最大压力／ＭＰａ
泵的容积效率觑
变速机构转换流量／Ｌ·ｍｉｎ。 离合器接合流量／Ｌ·ｍｉｎｌ 需求量 控制流量／Ｌ·ｍｉｎ’１ 液力变矩器／Ｌ·ｍｉｎ。 冷却与润滑流量／Ｌ·ｍｉｎ。１ 结果 泵的排量／ｍＬ·ｒ１
在扭矩较低时，相对安全系数勘ｅ ｚ（采用主动扭矩作 为参考）将很高，由液压回路中的最小油压施加的最
小夹紧力粤可以提高安全性。图６所示的是在ｏＤ
情况Ｆ、１ ５００ ｒ／ｍｉｎ、绝对安全系数Ｓ幽＝１．３、最佳相
对安全系数＆Ⅲ＝１时，夹紧力、安全因素及效率随发 动机扭矩的变化情况。在这种情况下。，最佳策略所采
３改善耗油量的潜在可能性
通过上述了解到ＣＶＴ内部产生的损耗主要是 由变速机构及驱动系统引起的，因此从以下几点出 发来考虑降低功率损耗：减小变速机构内的滑动损 耗及摩擦损耗；减小所要求的驱动功率；使需求驱
２００６年第１０期
万方数据
动功率与所提供的驱动功率之间更加平衡；提高驱 动功率的效率。 ３．１ 降低夹紧力／安全系数
矩扰动也未知。为了消除这些不精确性及扰动带来 的影响，在公式（２）中引入了一个夹紧力安全系数
譬。
Ｆ…，叩：且鱼丝ｄ
２１二±兰ｔ世Ｌ竺塑（查！：蔓色！：！釜：里殳！！垒２
２。ｋ。肛
２‘研’Ｐ
ｐ ，１、 ７
．．
，．
目前采用的绝对安全策略勘。ｓ＝１．３将最大发动
机扭矩的３０％加到整个扭矩范围内的主要扭矩上。
钢带由大约４００个约Ｉ．８ ｍｍ厚、通过两套９～ １２层柔性环支撑的金属推片组成，这些大量的推片 使得变速机构的运行平顺并连续。如图５所示，工
作时夹紧力及作用在钢带上的力矩产生了以下耗损 源：作用在推片上的轴向夹紧力使得圆周上的部件 被带环撑起，由带轮上的推片施加的径向作用力的 合力由带轮轴上的轴承支撑，并引起轴承损耗，约占 ｌＯ％～２０％；推片及带轮之间的微量相对滑动也会引 起损耗，约为６０％～６５％；推片及环在带轮上的转动
万方数据
万方数据
·综述· 公式（１）所示。在急停等情况下，变速机构必须以低 泵速ｎｐ。唧从超速状态ＯＤ迅速转换到低速状态，此 时所需的液压油流量Ｑ。呷决定了泵的工作能力。
图４ 日本１０一１５循环及欧洲ＮＥＤＣ循环 ＣＶＴ部件能量损耗计算结果（第４部分）
‰＝雠川Ｆ（盖）州疵０·）
表１所示的是参考ＣＶＴ的有关参数。表中第二 个临界的情况是怠速，此时泵的转速较低，因此离合 器接合所要求的液压油的流量可能会不足。在其它 所有情况下将有剩余供油量。
在低泵速及高压情况下，就容积效率叼训而言， 泵的质量非常重要哺］。在表１中，高品质泵和中等泵 的工作能力相差１６％，这就使得临界情况从急停转 换到怠速，因此泵的工作能力从１１．９ ｍＬ／ｒ降到了 １０．３ ｍＬ／ｒ，从而使得在相关的循环下油耗降低 Ｏ．８％。泵的工作能力每降低１ ｍＬ，大约会节省燃油
爹蹬圜“器 目前的反馈控制策略
：壁圜４霞曼离罗 新的反馈盛孺话…～…ｊ
（ｂ）
图８通过试验确定的２４／９钢带滑移限制 （１ ５９９ ｒ／ｍｉｎ）和目前及新的控制策略
此滑移量通过一个单输人一单输出（ＳＩＳＯ）控制
器进行控制，该控制器可以根据滑动误差调节从动
柱塞的压力。滑动设置点被选择在变速机构最大效
率点。此时仅通过从动柱塞对滑移进行控制，因此控
减小变速机构的损耗首先通过减小夹紧力实 现。研究表明，压力钢带能够在一个较长时间范围内 承受较大的滑移量，并且没有较为明显的磨损ｎ ０。，因 此可以实现最佳策略。如图８所示，过度磨损的限制 值是由滑移速度和夹紧力的设置决定的。在此新的 认识基础上，已经设计了一个新的控制系统并在参 考ＣＶＴ上得到应用。该系统将钢带及带轮之间的滑 移量作为控制参数，滑移量是通过将几何比与变速 机构的速度比进行比较而确定的，几何比可以通过 测得的变速机构的几何特性推算。在参考ＣＶＴ中， 可以测得钢带在主动轮上的运行半径，还可测得可 移动带轮缸体之一的轴向位置口¨。
２．４液压面路
变速机构的分油路对动力损耗有重要影响。图７
所示鬲ｉ两薪釜杀用晶液压回路，独立及非独立液
压回路被典型地集成在一个串级系统中，在该系统 中，变速机构比提供ＤＮＲ及锁止功能的辅助液压水 平及用于润滑和冷却的润滑液压水平更重要。目前，
采所参考的ｃｖＴ中采用的是非独立式液压回路。
——４——
万方数据
制器不能够将变速比及滑移量之问的相互影响考虑
在内。由于这种限制，滑移控制只能够在评价循环
３４％～５０％的时间范围内起作用。在其他的时问范围
内，控制器仍采用传统的控制策略以较小的安全系
数进行控制。在怠速期间，滑移控制不起作用，因为
速度比不能够测得，而采用的措施是根据估算的发
动机扭矩，将安全系数降低。
（未完待续）
用的夹紧力受到最小夹紧力的限制，在日本１０—１５、
ＮＥＤＣ以及ＦＴＰ７２测试循环下，１受到此限制的时间 比例很高。
（。）效率Ｆ１ｗ２循环
图６作用力、安全因素及效率随发动机扭矩的分布
除了安全因素之外，钢带及带轮之问的接触摩 擦损耗还受到变速机构设计参数的影响，例如固定 缸体及活动缸体之间的串动量，以及带轮轴向刚度， 这两个参数都会对接触面滑移量吲产生影响。
（ｂ）安全ＮＥＤＣ循环
（ｂ）独立式液压回路 图７液压回路工作原理 在非独立式液压回路中，从动压力等于油泵的 压力，主动压力可通过从动压力导出且不会高出此
汽车技术
·综述· 压力水平。在偶然情况下，变速机构较大的主动／从 动作用力比的要求限制了主动柱塞的面积，因此， 要求主动柱塞的面积较从动柱塞面积大２．４倍。另 外，最小压力不能低于辅助系统工作压力或润滑压 力，这是对可实现的控制范围的第２个限制因素。
这些限制因素不适用于独立式液压回路。因其 两个柱塞的压力可以承担起能够使变速机构控制 更加容易的最大液压压力，由于每个柱塞都可以与 油箱连接，因此压力可以被降低到相对较低的水平 （０．１～０．２ ＭＰａ）吲，进一步扩大了控制范围。
独立式液压回路的一个缺点是当切换到０Ｄ时 主动柱塞内液体的填充问题，与非独立式回路不同， 其从动柱塞不会使液压油回流，因此液压泵必须提 供所有液流。为了使其转换速度能够与非独立回路 的转换速度相同，必须减小主动柱塞的面积。这样， 在０Ｄ点附近，可以将主动压力提高到大于从动柱 塞压力，液压泵必须提供此压力加上管路及变速机 构压力之间的补偿压力，这都会增大油泵损耗。
本文链接：/Periodical_qcjs200610001.aspx
控制夹紧力的能力对油耗非常重要。最小夹紧 力由可以实现的变速机构的最小压力以及柱塞面 积决定。当柱塞面积较小时，可以减小最小夹紧力， 但会在最大扭矩时导致较高的最大柱塞压力。因 此，由于泄露的原因，对最大回路压力的限制会导 致对柱塞面积更小的限制。 ２．５正倒机构一扭矩限制器
参考ＣＶＴ的正倒机构位于变速机构靠向路边 的一侧，它由一个行星齿轮装置组成，该装置带有 一个传动离合器和一个倒档制动器。在驱动时，未 接合的制动器导致的阻力损耗是典型的损耗。
急停 ｌ ２００／１ ２４６
８．Ｏ
７４
８８
５．８
Ｏ
４
０
１．２
１１．９
１０．０
怠速
６６０／６８５２．５９ｌ Nhomakorabea９４
０
２
１．７
２．９
２．９（自液力变矩器）
１０．６
１０．３
换低挡
２ ４００／２４９２
８．０
８４
９３
１０
０
７
０
２．５
９．３
８．４
可移动的液压伺服缸）和一个在其间运行的压力钢 带组成。可移动的液压伺服缸通过油压柱塞进行驱 动，该柱塞可将钢带夹紧并调节其传动比。
～Ｓ一
压力钢带式无级变速器技术降低油耗的潜能分析(一)
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
张辉， Zhang Hui 博世(中国)投资有限公司
汽车技术 AUTOMOBILE TECHNOLOGY 2006(10) 1次
引证文献(1条)
1.阚萍.徐飞.钱立军 无级变速器的控制方式研究[期刊论文]-合肥工业大学学报（自然科学版） 2009(5)
０．５％。
在ＣＶＴ中，变速机构要求的压力最高，而诸如 离合器、液力变矩器以及润滑所要求的压力较低。所 有机油都只通过一个泵供油，泵首先将液压油加压 到变速机构所需的压力水平，然后将多余的较高压 力的液压油供其它功能用。 ２．３变速机构
变速机构可使ＣＶＴ在低速及超速之问进行无 级变换，它由主动带轮、从动带轮（各带一个固定和
２００６年第１０期
万方数据
图５在推片侧面作用于推片及压力钢带环上的作用力示意
～３一
·综述·
半径不同，使得推片及内环之问以及环与环之间也
存在相对运动，这种相对运动引起内环钢带的损耗， 约占１５％～２５％。
在这３种情况下，夹紧力是产生损耗的主要起 因，减小夹紧力将使损耗减小。
夹紧力Ｅｚ。。，由主动力矩瓦小带轮角度Ａ、钢 带的主动转动半径ｒ口，ｉ以及钢带与带轮之间的摩擦 系数肛决定。有些参数无法确定，如主动力矩及摩 擦系数为大致的估计值，由发动机及路面引起的力
对于所参考ＣＶＴ，在ＮＥＣＤ循环可以使耗油量 降低２．１％。在目前的奔驰Ａ／Ｂ级车上已经采用了 扭矩限制器，使耗油量下降了２．７％。
表１ 针对所参考ＣＶＴ的相关流量要求及推算出的泵的工作能力
参数 发动机转速（泵转速）／ｒ·ｍｉｎ＿１ 供油量 最大压力／ＭＰａ
泵的容积效率觑
变速机构转换流量／Ｌ·ｍｉｎ。 离合器接合流量／Ｌ·ｍｉｎｌ 需求量 控制流量／Ｌ·ｍｉｎ’１ 液力变矩器／Ｌ·ｍｉｎ。 冷却与润滑流量／Ｌ·ｍｉｎ。１ 结果 泵的排量／ｍＬ·ｒ１
在扭矩较低时，相对安全系数勘ｅ ｚ（采用主动扭矩作 为参考）将很高，由液压回路中的最小油压施加的最
小夹紧力粤可以提高安全性。图６所示的是在ｏＤ
情况Ｆ、１ ５００ ｒ／ｍｉｎ、绝对安全系数Ｓ幽＝１．３、最佳相
对安全系数＆Ⅲ＝１时，夹紧力、安全因素及效率随发 动机扭矩的变化情况。在这种情况下。，最佳策略所采
３改善耗油量的潜在可能性
通过上述了解到ＣＶＴ内部产生的损耗主要是 由变速机构及驱动系统引起的，因此从以下几点出 发来考虑降低功率损耗：减小变速机构内的滑动损 耗及摩擦损耗；减小所要求的驱动功率；使需求驱
２００６年第１０期
万方数据
动功率与所提供的驱动功率之间更加平衡；提高驱 动功率的效率。 ３．１ 降低夹紧力／安全系数
矩扰动也未知。为了消除这些不精确性及扰动带来 的影响，在公式（２）中引入了一个夹紧力安全系数
譬。
Ｆ…，叩：且鱼丝ｄ
２１二±兰ｔ世Ｌ竺塑（查！：蔓色！：！釜：里殳！！垒２
２。ｋ。肛
２‘研’Ｐ
ｐ ，１、 ７
．．
，．
目前采用的绝对安全策略勘。ｓ＝１．３将最大发动
机扭矩的３０％加到整个扭矩范围内的主要扭矩上。
钢带由大约４００个约Ｉ．８ ｍｍ厚、通过两套９～ １２层柔性环支撑的金属推片组成，这些大量的推片 使得变速机构的运行平顺并连续。如图５所示，工
作时夹紧力及作用在钢带上的力矩产生了以下耗损 源：作用在推片上的轴向夹紧力使得圆周上的部件 被带环撑起，由带轮上的推片施加的径向作用力的 合力由带轮轴上的轴承支撑，并引起轴承损耗，约占 ｌＯ％～２０％；推片及带轮之间的微量相对滑动也会引 起损耗，约为６０％～６５％；推片及环在带轮上的转动
万方数据
万方数据
·综述· 公式（１）所示。在急停等情况下，变速机构必须以低 泵速ｎｐ。唧从超速状态ＯＤ迅速转换到低速状态，此 时所需的液压油流量Ｑ。呷决定了泵的工作能力。
图４ 日本１０一１５循环及欧洲ＮＥＤＣ循环 ＣＶＴ部件能量损耗计算结果（第４部分）
‰＝雠川Ｆ（盖）州疵０·）
表１所示的是参考ＣＶＴ的有关参数。表中第二 个临界的情况是怠速，此时泵的转速较低，因此离合 器接合所要求的液压油的流量可能会不足。在其它 所有情况下将有剩余供油量。
在低泵速及高压情况下，就容积效率叼训而言， 泵的质量非常重要哺］。在表１中，高品质泵和中等泵 的工作能力相差１６％，这就使得临界情况从急停转 换到怠速，因此泵的工作能力从１１．９ ｍＬ／ｒ降到了 １０．３ ｍＬ／ｒ，从而使得在相关的循环下油耗降低 Ｏ．８％。泵的工作能力每降低１ ｍＬ，大约会节省燃油
爹蹬圜“器 目前的反馈控制策略
：壁圜４霞曼离罗 新的反馈盛孺话…～…ｊ
（ｂ）
图８通过试验确定的２４／９钢带滑移限制 （１ ５９９ ｒ／ｍｉｎ）和目前及新的控制策略
此滑移量通过一个单输人一单输出（ＳＩＳＯ）控制
器进行控制，该控制器可以根据滑动误差调节从动
柱塞的压力。滑动设置点被选择在变速机构最大效
率点。此时仅通过从动柱塞对滑移进行控制，因此控
减小变速机构的损耗首先通过减小夹紧力实 现。研究表明，压力钢带能够在一个较长时间范围内 承受较大的滑移量，并且没有较为明显的磨损ｎ ０。，因 此可以实现最佳策略。如图８所示，过度磨损的限制 值是由滑移速度和夹紧力的设置决定的。在此新的 认识基础上，已经设计了一个新的控制系统并在参 考ＣＶＴ上得到应用。该系统将钢带及带轮之间的滑 移量作为控制参数，滑移量是通过将几何比与变速 机构的速度比进行比较而确定的，几何比可以通过 测得的变速机构的几何特性推算。在参考ＣＶＴ中， 可以测得钢带在主动轮上的运行半径，还可测得可 移动带轮缸体之一的轴向位置口¨。
２．４液压面路
变速机构的分油路对动力损耗有重要影响。图７
所示鬲ｉ两薪釜杀用晶液压回路，独立及非独立液
压回路被典型地集成在一个串级系统中，在该系统 中，变速机构比提供ＤＮＲ及锁止功能的辅助液压水 平及用于润滑和冷却的润滑液压水平更重要。目前，
采所参考的ｃｖＴ中采用的是非独立式液压回路。
——４——
万方数据
制器不能够将变速比及滑移量之问的相互影响考虑
在内。由于这种限制，滑移控制只能够在评价循环
３４％～５０％的时间范围内起作用。在其他的时问范围
内，控制器仍采用传统的控制策略以较小的安全系
数进行控制。在怠速期间，滑移控制不起作用，因为
速度比不能够测得，而采用的措施是根据估算的发
动机扭矩，将安全系数降低。
（未完待续）
用的夹紧力受到最小夹紧力的限制，在日本１０—１５、
ＮＥＤＣ以及ＦＴＰ７２测试循环下，１受到此限制的时间 比例很高。
（。）效率Ｆ１ｗ２循环
图６作用力、安全因素及效率随发动机扭矩的分布
除了安全因素之外，钢带及带轮之问的接触摩 擦损耗还受到变速机构设计参数的影响，例如固定 缸体及活动缸体之间的串动量，以及带轮轴向刚度， 这两个参数都会对接触面滑移量吲产生影响。
（ｂ）安全ＮＥＤＣ循环
（ｂ）独立式液压回路 图７液压回路工作原理 在非独立式液压回路中，从动压力等于油泵的 压力，主动压力可通过从动压力导出且不会高出此
汽车技术
·综述· 压力水平。在偶然情况下，变速机构较大的主动／从 动作用力比的要求限制了主动柱塞的面积，因此， 要求主动柱塞的面积较从动柱塞面积大２．４倍。另 外，最小压力不能低于辅助系统工作压力或润滑压 力，这是对可实现的控制范围的第２个限制因素。
这些限制因素不适用于独立式液压回路。因其 两个柱塞的压力可以承担起能够使变速机构控制 更加容易的最大液压压力，由于每个柱塞都可以与 油箱连接，因此压力可以被降低到相对较低的水平 （０．１～０．２ ＭＰａ）吲，进一步扩大了控制范围。
独立式液压回路的一个缺点是当切换到０Ｄ时 主动柱塞内液体的填充问题，与非独立式回路不同， 其从动柱塞不会使液压油回流，因此液压泵必须提 供所有液流。为了使其转换速度能够与非独立回路 的转换速度相同，必须减小主动柱塞的面积。这样， 在０Ｄ点附近，可以将主动压力提高到大于从动柱 塞压力，液压泵必须提供此压力加上管路及变速机 构压力之间的补偿压力，这都会增大油泵损耗。
本文链接：/Periodical_qcjs200610001.aspx
控制夹紧力的能力对油耗非常重要。最小夹紧 力由可以实现的变速机构的最小压力以及柱塞面 积决定。当柱塞面积较小时，可以减小最小夹紧力， 但会在最大扭矩时导致较高的最大柱塞压力。因 此，由于泄露的原因，对最大回路压力的限制会导 致对柱塞面积更小的限制。 ２．５正倒机构一扭矩限制器
参考ＣＶＴ的正倒机构位于变速机构靠向路边 的一侧，它由一个行星齿轮装置组成，该装置带有 一个传动离合器和一个倒档制动器。在驱动时，未 接合的制动器导致的阻力损耗是典型的损耗。
急停 ｌ ２００／１ ２４６
８．Ｏ
７４
８８
５．８
Ｏ
４
０
１．２
１１．９
１０．０
怠速
６６０／６８５２．５９ｌ Nhomakorabea９４
０
２
１．７
２．９
２．９（自液力变矩器）
１０．６
１０．３
换低挡
２ ４００／２４９２
８．０
８４
９３
１０
０
７
０
２．５
９．３
８．４
可移动的液压伺服缸）和一个在其间运行的压力钢 带组成。可移动的液压伺服缸通过油压柱塞进行驱 动，该柱塞可将钢带夹紧并调节其传动比。
～Ｓ一
压力钢带式无级变速器技术降低油耗的潜能分析(一)
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
张辉， Zhang Hui 博世(中国)投资有限公司
汽车技术 AUTOMOBILE TECHNOLOGY 2006(10) 1次
引证文献(1条)
1.阚萍.徐飞.钱立军 无级变速器的控制方式研究[期刊论文]-合肥工业大学学报（自然科学版） 2009(5)
０．５％。
在ＣＶＴ中，变速机构要求的压力最高，而诸如 离合器、液力变矩器以及润滑所要求的压力较低。所 有机油都只通过一个泵供油，泵首先将液压油加压 到变速机构所需的压力水平，然后将多余的较高压 力的液压油供其它功能用。 ２．３变速机构
变速机构可使ＣＶＴ在低速及超速之问进行无 级变换，它由主动带轮、从动带轮（各带一个固定和
２００６年第１０期
万方数据
图５在推片侧面作用于推片及压力钢带环上的作用力示意
～３一
·综述·
半径不同，使得推片及内环之问以及环与环之间也
存在相对运动，这种相对运动引起内环钢带的损耗， 约占１５％～２５％。
在这３种情况下，夹紧力是产生损耗的主要起 因，减小夹紧力将使损耗减小。
夹紧力Ｅｚ。。，由主动力矩瓦小带轮角度Ａ、钢 带的主动转动半径ｒ口，ｉ以及钢带与带轮之间的摩擦 系数肛决定。有些参数无法确定，如主动力矩及摩 擦系数为大致的估计值，由发动机及路面引起的力