无级变速器的发展历史、研究现状和展望

无级变速器的发展历史、研究现状和展望

ZHENGYI1

（海南大学机电工程学院机械系，海口市，570228 ）

摘要:说明了无级变速器的原理及组成,分析了其结构;介绍了国内外汽车用机械无级变速

器的研究现状及发展趋势。

关键词：无级变速器; 发展历史; 研究现状；展望

中图分类号：XXXXX

The development history of CVT And its Research Situationand and Prospects

Pengfei Zheng1

(HAINAN UNIVERSITY, HAI KOU, 570228)

Abstract：Illustrates the theory and composition of CVT and analyse its structure.Introduce t he development history of CVT And its Research Situationand and Prospects

Key words：CVT; ; Development history; Research Situationand;Prospects

0 引言

无级变速器是汽车理想的传动系统,自汽车诞生以来,它一直是人们追求的目标。无级变速传动(Continuosusly Variable Transmission,简称CVT)具有普通有级变速传动无法相比的优点,它可以控制汽车发动机始终运行在最佳目标运行区,显著提高汽车的经济性,改善汽车的动力性,既可减少汽车的换挡冲击,也可减轻驾驶员的劳动强度。

基金项目：基金项目规范全称（编号）

收稿日期：xxxx-xx-xx

1 无级变速器

1．1 无级变速器的组成

CVT采用V形承推钢带,由安装在挠性马氏体时效钢圈上的多片楔形钢片构成。CVT的主要结构和工作原理如图1、2所示。动力从主动轮输入,经过V形钢带,由从动轮输出。带轮由可以相对滑动的两部分构成,钢带位于这两部分间的凹槽内。当带轮两部分靠紧时,凹槽较窄,金属带位于带轮外缘,此时带轮的工作直径最大。随着这两部分间的相对滑动,凹槽越来越宽,钢带逐渐靠近带轮中心,即工作直径最小的地方。汽车刚刚起动、车速较低时,主动轮工作直径较小,变速器可得到较大的传动比,使汽车获得足够动力克服行驶阻力。随着车速的升高,主动轮工作直径逐渐增大,从动轮工作直径越来越小,变速比也相应减小。由于带轮工作直径可连续变化,因此这种变速器的传动比是无级、连续变化的,传递动力更平稳,其动力性和燃油经济性远远高于行星齿轮式自动变速器。CVT采用液压控制方式控制带轮两部分之间的相对滑移,滑移量的大小(即传动比的数值)取决于节气门开度和变速器输出轴转速的综合作用。

1.2 无级变速器的基本原理

目前,广泛应用于轿车的自动变速器是将液力变矩器和行星齿轮系统组合使用,这种组合方式的传动比不连续,自动变速器只能在若干段范围内实现无级变速;其次,为增加变速器挡数,扩大传动比的变化范围,必须采用多个执行元件(离合器或制动器)控制行星齿轮系统的动力传递路线,造成自动变速器零件数量过多及结构复杂,发生故障的可能性增加,并给保养和维修带来不便。除此之外,由于液力传动效率较低,不能使自动变速器百分之百发挥效率,

影响汽车的总体工作性能。为此,许多汽车制造厂开始研究新的自动变速技术,CVT就是其中最有发展前景的一种。

CVT的突出特点是不使用液力变矩器,而采用传动带和工作直径可变的带轮与普通齿轮式变速器配合传递动力。由于它一般不采用行星齿轮系统,因此也称为非行星齿轮自动变速器。

CVT变速动力系统输出的动力传到金属带式无级变速传动装置的主动锥轮,通过V形金属带将动力传输到从动锥轮,之后经减速器与差速器传递到车轮(见图1)。带传动装置是其核心部分,主要由主动锥轮、从动锥轮以及V 形金属带组成。其主、从动轮均为组合结构,由活动锥轮和固定锥轮组成。主动锥轮的活动锥轮和固定锥轮形成的V形槽与V形金属带啮合,实现动力传递。在工作中,当主、从动锥轮的活动锥轮沿轴向移动时,可改变金属带在主、从动锥轮上的工作半径,从而改变无级变速器的传动比。活动锥轮的移动量是根据汽车变速的要求,通过调节作用在主、从动锥轮油缸内的液压压力来实现的。由于液压压力的调节是连续变化的,所以可实现无级变速传动。

2 无级变速器的发展历史

2.1 国外无级变速器的发展历史

1958年.荷兰达夫(OAF)公司开发出的橡胶带式CVT,后经多次改进,沃尔沃公司将该橡胶带式CVT装于1.4L发动机排的沃尔沃343汽车上,但存在普橡胶带的可靠性和寿命等问题鱼待解决。直到1987年日本富士重工公司、欧洲福特公司、菲亚特公司使用荷兰VDT(粕nDoornesTransmissie)公司金属带式CVT才突破了原来技术障碍而获得飞速发展。第一代无级变速器(CVT)。采用液压机械控制.CVT传递扭矩为,25Nm,金属钢带宽度为24mmo

第二代无级变速器采用液力变矩器、电子控制,CVT传递扭矩提高到250Nm,金属钢带宽度可为3Omm。大多数CVT都采用液力变矩器.在起动时,其传递扭矩放大能力和传递平顺性可提供最佳的性能。为了改善其传动效率,当车速达到一定值后.锁止离合器使液力变矩器锁止.锁止离合器接合来降低损耗目前最新型的无级变速器将传递扭矩提高到350Nm。改进金属钢带,增加其功率密度、优化了起动策略、增加扭矩过载保护装皿、优化了液压系统、速比范围增加、提高变速机械和液压系统效率、降低钢带和带轮夹紧力,从而提高了整个CVT的效率,减少了体积和成本。

下一代的无级变速器与现有CVT相比,采用了带弧面的带轮(原主动带轮和从动带轮两侧为锥面)可进一步减少CVT变速器的尺寸,减小金属钢带的扭曲t（Misalignment);运用新的侧滑控制和自优化控制策略;液压系统和泵进一步优化;缩小中心距;采用多片式离合器代替液力变矩器,使CVT变速器体积和成本进一步降低。

博世公周开发的P07OCVT

博世公司CVT无级变速器业务部(VOT)隶属于汽油机系统。博世公司VOT部主要进行CVT研发—全新概念开发、整机系统的联合开发、给客户CVT技术和专利的授权、软件和匹配标定。博世主要生产金属钢带。从1985年起开始生产金属钢带;200,年金属钢带年产超过100万根;到2007年金属钢带累计产达到,1000万根(到2007年5月).年产超过200万根;2008年启动第二个生产基地;到2011年市场上金属钢带累计数达2000万根,2015年总的年产达到500万根。2007年博世金属钢带年销量达到250万根,占全球金属钢带年销t5o%。

博世公司金属钢带产地在荷兰蒂尔堡,2008年第二个生产基地放在越南胡志明市。

博世公司2007年开发的PO70无级变速器,采用了侧滑和自优化控制策略,改良了钢带和主、从动带轮锥盘接触面-采用曲面带轮,提高了CVT输出扭矩到140Nm,缩小了中心距,减少了起动功率(最优化的油泵和液压系统),采用多片离合器式代替液力变矩器,降低了系统成本,提高了耐久性和功率密度(更高的扭矩),进一步减小了变速器重和长度,进一步降低油耗。博世公周策七代金月钥带

博世公司第七代金属钢带有24mm金属推片宽度,柔性环9层可传递功率可达110kw;30mm金属推片宽度和9层柔性环可传递功率180kw;30mm金属推片宽度和12层柔性环可传递功率达200kw。

第七代金属钢带提高了动力性能(更高传递功率和扭矩)、降低成本(柔性层减少和钢带进一步缩小)、降低燃油消耗(更大速比范围和更好的钢带效率)、缩小中心距减少变速器尺寸、可完全与前几代钢带兼容、进一步提高了耐久性和可靠性。同样的柔性带的应力,第七代金属钢带耐久性提高不少。在同样耐久性情况