带副变速器CVT、奥迪01JCVT技术详解.doc

汽车无级变速CVT技术详解在传统的CVT变速器箱体内，不再依靠复杂的齿轮组传动，所以在性能上与MT、AT相比有着很大不同，它的特点是：理论上挡位可以无限多，换挡加速基本上没有顿挫感；燃油经济性好于液力式自动变速器；多见于前轮驱动和混合动力汽车。CVT变速器的传动钢带在内部没有齿轮后，CVT通过两个可以改变直径的传动轮和传动带来传递发动的力量，实现扭矩输出。之所以挡位可以无限多，与主动带轮和被动带轮有效半径不同有关，因而钢带或链条传动带能传递不同扭矩。当传动带有效半径变大，钢带或链条就会自动向上；当有效半径变小，则向下，所以扭矩大小也会发生变化。传统CVT变速器传统AT变速器早期的CVT对变速的控制是机械式的，现在已发展为电脑控制速比。并且，多数CVT都设有手动模式，也就是具有手自一体的功能。虽然理论上具备无限挡位，但是在实际应用中，CVT变速器多数用电脑程序将整个传动范围划分为几段，作用等同于几个挡位，然后再按照预设分段去转换传动比，所以，在新车参数中看到6挡CVT、8挡CVT，也是合情合理。新一代CVT变速器然而在AT变速器已经发展到8挡甚至9挡的今天，限于传统CVT的工作原理，CVT变速器若想实现大速比，就只能通过不断加大压盘也就是带轮的直径，这样一来不仅带来变速器体积的几何级增长，更会带来机械效率的下降。新型CVT/传统CVT/传统AT变速器速比范围对比新型CVT与传统CVT速比范围对比因此新一代CVT就通过结构的创新实现了CVT的技术突破，通过巧妙的引入行星齿轮以及离合器，不仅将带轮直径减小，同时还将变速器速比扩大到7.3:1，在笔者看来这是相当聪明的一种创新。这究竟是怎样一种巧妙的结构呢？那就是在变速器输出轴之前增加一组带离合器的副变速机构，这种一体式行星齿轮结构在AT变速器内很常见，具有1.0和1.821两种速比。而传统的CVT部分同时进行了体积削减，通过将带轮直径减小，将速比范围缩小到4:1，最终实现了变速器总体积的小型化。 两代CVT结构对比新一代CVT动力传递路线在工作状态下，在带轮部分提供4.01.0范围内速比的同时，副变速机构也能从1.821按需求切换到1.0，这样两组变速机构速比相乘，就形成了7.3:1的世界最大速比范围的CVT变速器。副变速机构挡位随转速及车速的变化对照在低速起步时，副变速器处于1挡，速比1.821，发动机动力通过液力变矩器传递给CVT变速器，车速均匀上升。液力变矩器转速逐渐与发动机转速同步，并最终锁止行程等速传动。 低速起步工况，副变速器处于1挡匀速加速工况，副变速机构处于1挡车辆行驶速度逐渐增加，CVT带轮从低速位逐渐变为高速位，此时变速器可提供7.31.0的总速比范围；当车速需要继续提升时，副变速器机构进入2挡，副变速器速比从1.821降至1.0，通过离合器进行柔性切换，理论上这一过程类似AT变速器的升挡过程，但是由于速比跨度过大，换挡冲击在所难免，这也是AT变速器无法完全消除冲击的原因所在。而在新一代CVT结构中，得益于CVT速比任意调整的优势，副变速器机构的换挡过程中，CVT带轮部分也会随之调整，使这一调整过程中的总速比输出不变。 CVT结构达到最小速比，副变速机构即将升挡副变速机构挡位切换工况副变速机构完成挡位切换继续加速这样一来，在发动机转速不变的前提下，车速也不会受到影响，这一个复杂的过程就能够在悄无声息中完成。这种结构成功地达到了1+12的效果，通过两组传统变速机构的组合应用，速比相乘，实现了7.3:1的超大范围速比，更重要的是这还是在总体积缩小的前提下做到的。这种新CVT变速器有什么优势？ 更紧凑、更轻量化的结构：副变速机构的行星齿轮有效减少了带轮的体积，与同级别CVT变速器相比，减重13%、缩短变速器壳体长度10%。减少30%内阻：得益于带轮直径的显著减小，变速器润滑油的油面距离带轮边缘更远，在车辆制动以及侧倾是，油面位置变化不会给带轮机构产生额外的阻力。这种新CVT变速器有什么劣势？ 动力凶悍的美式肌肉车对CVT不屑一顾因为带轮+钢带式传动的核心结构没有变化，所以传统CVT具有的劣势它仍然会继承，那就是在传输扭矩以及机械效率间无法兼得，若要实现大扭矩传递，那么对于带轮压盘的压力就要非常大，这样一来机械效率就会严重下降；若要实现高效率，那么传递扭矩又会低得可怜，所以目前CVT变速器依旧无法适合大功率、大扭矩车型，所以加特可推出的这款新一代CVT变速器只能配备1.5升至1.8升排量的车型。无论发动机、变速箱还是底盘、悬架，技术大奖堂用深入浅出的语言全方位的向你阐述汽车各方面的先进技术。看过技术大讲堂后你会对汽车有着更加全面的了解，4S店的销售人员很难再用那些听上去神乎其神的技术名词对忽悠你，你将成为一个真正的汽车技术达人。级变速器的构成和工作原理_底盘知识_九三车网机械 2010-01-21 12:53:23 阅读577 评论0 字号：大中小订阅 本部分内容以奥迪Multitronic CVT为例进行介绍，该无级变速器的内部编号为01J。1奥迪01J CVT的基本组成奥迪01J CVT主要由飞轮减振装置、前进档离合器/倒档制动器及行星齿轮装置、速比变换器、液压控制单元和电控单元组成，如图4-91所示。图4-91 奥迪01J CVT的基本组成1-飞轮减振装置 2-倒档制动器 3-辅助减速齿轮 4-速比变换器 5-电子控制系统 6-液压控制系统 7-前进档离合器 8-行星齿轮机构发动机输出转矩通过飞轮减振装置或双质量飞轮传递给变速器，前进档离合器和倒档制动器都是湿式摩擦元件，两者均为起动装置。倒档的旋转方向是通过行星齿轮机构改变的。发动机的转矩通过辅助减速齿轮传到速比变换器，并由此传到主减速器、差速器。液压控制系统和电子控制系统集成一体，位于变速器内部。2前进档离合器/倒档制动器及行星齿轮机构1) 前进档离合器和倒档制动器奥迪01J CVT的起动装置是前进档离合器和倒档制动器，并与行星齿轮机构一起实现前进档和倒档。它们只做起动装置，并不改变传动比，这与在自动变速器中的离合器和制动器的功用是不同的。奥迪01J CVT的前进档离合器和倒档制动器均是采用湿式多片式结构，这与前述的自动变速器中的离合器和制动器的结构是相同的，这里不过多叙述。2) 行星齿轮机构行星齿轮机构的结构如图4-92所示，由齿圈、两个行星轮、行星架、太阳轮组成。当太阳轮顺时针主动时，驱动行星轮1逆时针转动，再驱动行星轮2顺时针转动，最后驱动齿圈也顺时针转动。图4-93 行星齿轮机构的结构1-行星架 2-行星轮1 3-行星轮2 4-齿圈 5-太阳轮做为输入元件的太阳轮与输入轴和前进档离合器钢片相连接，做为输出元件的行星架与辅助减速齿轮的主动齿轮和前进档离合器的摩擦片相连接，齿圈和倒档制动器摩擦片相连接，倒档制动器钢片和变速器壳体相连接。行星齿轮机构的简图4-93如图所示。图4-93 行星齿轮机构的简图aP/N档的动力传动路线选档杆处于P或N位时，前进档离合器和倒档制动器都不工作。发动机的转矩通过输入轴相连接的太阳轮传到行星齿轮机构并驱动行星轮1，行星轮1再驱动行星轮2，行星轮2与齿圈相啮合。车辆尚未行驶时，做为辅助减速齿轮输入部分的行星架(行星齿轮机构的输出部分)的阻力很大，处于静止状态，齿圈以发动机转速一半的速度怠速运转，旋转方向与发动机相同。b前进档的动力传动路线选档杆处于D位时，前进档离合器工作。由于前进档离合器钢片与太阳轮连接，摩擦片与行星架相连接，此时，太阳轮(变速器输入轴)与行星架(输出部分)连接，行星齿轮机构被锁死成为一体，并与发动机运转方向相同，传动比为1：1。c倒档的动力传动路线选档杆处于R位时，倒档制动器工作。由于倒档制动器摩擦片与齿圈相连接，钢片与变速器壳体相连接此时，齿圈被固定，太阳轮(输入轴)主动，转矩传递到行星架，由于是双行星齿轮(其中一个为惰轮)，所以行星架就会以与发动机旋转方向相反的方向运转，车辆向后行驶。由行星架输出的动力辅助减速齿轮传递到速比变换器，如图4-94所示。图4-94 辅助减速齿轮1-行星齿轮机构 2-辅助减速齿轮 3-链轮装置13速比变换器速比变换器是CVT最重要的装置，其功用是实现无级变速传动。速比变换器由2组滑动锥面链轮和专用链条组成，如图4-95所示。主动链轮由发动机通过辅助减速齿轮驱动，发动机转矩由传动链传递到从动链轮装置，并由此传给主减速器。每组链轮装置中的其中一个链轮可沿轴向移动，来调整传动链的跨度尺寸，从而连续地改变传动比。2组链轮装置必须同步进行，这样才能保证传动链始终处于张紧状态，并且具有足够的传动链和链轮之间的接触压力。图4-95 速比变换器的基本组成和原理(a) 低速（传动比大） (b) 高速（传动比小）1-主动链轮装置 2-从动链轮装置 3-动力输出 4-动力输入 5-传动链条速比变换器的组成如图4-96所示。该速比变换器的工作模式是基于双活塞工作原理。其特点是利用少量的压力油就可以很快地进行换挡，这可以保证在相对低压时，锥面链轮与传动链之间有足够的接触压力。在链轮装置1和链轮装置2上各有一个保证传动链轮和传动链之间正常接触压力的压力缸和用于调整变速比的分离缸。为了有效地传递发动机转矩，锥面链轮和传动链之间需要很高的接触压力，接触压力通过调节压力缸内的油压产生。压力缸表面积很大，能够在低压时提供所需的接触压力。液压系统泄压时，主动链轮膜片弹簧和从动链轮的螺旋弹簧产生一个额定的传动链条基础张紧力(接触压力)。在卸压状态下，速比变换器起动传动比由从动链轮的螺旋弹簧弹力调整。图4-96 速比变换器的组成1-转矩传感器 2、8-压力缸 3-膜片弹簧 4-锥面链轮1 5-链轮装置1 6、11-分离缸 7-螺旋弹簧 9-锥面链轮2 10-链轮装置21) 换档控制a电子控制部分奥迪01J CVT的电子控制单元有一动态控制程序(DRP)，用于计算额定的变速器输入转速。为了在每个驾驶状态下获得最佳传动比，驾驶员输入信息和车辆实际工作状态要被计算在内。根据边界条件动态控制程序(DRP)计算出变速器额定输入转速。变速器输入转速传感器G182监测主动链轮1处的实际转速。电子控制单元会根据实际值与设定值进行比较，并计算出压力调节电磁阀N216的控制电流，这样N216就会产生液压换挡阀的控制压力，该压力与控制电流几乎是成正比的。控制单元通过检查来自变速器输入转速传感器G182和变速器输出转速传感器G195及发动机转速信号来实现对换挡的监控。b液力换挡控制(增速与降速)液压控制单元中的输导控制阀(VSTV)向换挡压力调节电磁阀N216提供一个约05MPa的常压。N216根据电子控制单元计算的控制电流产生控制压力，该压力的大小会影响减压阀UV的位置。根据控制压力，减压阀UV将调节出来的压力传递到主动链轮和从动链轮的分离缸。当调节压力在0.180.2MPa之间时，减压阀UV处于关闭状态。当控制压力低于0.18MPa时，调节压力通过减压阀UV传递到主动链轮1的分离缸，同时从动链轮的分离缸与油底壳接通，速比变换器朝增速的方向进行变速，如图4-97所示。图4-97 速比变换器增速的控制当调节压力高于0.22MPa时，调节压力通过减压阀传递到从动链轮2的分离缸，同时主动链轮1的分离缸与油底壳相通，速比变换器朝减速的方向变速，如图4-98所示。图4-98 速比变换器减速的控制2) 接触压力控制压力缸中合适的油压最终产生锥面链轮与链条之间的接触压力，若接触压力过高会降低传动效率；相反，若接触压力过低，传动链会打滑，这将损坏传动链和链轮。转矩传感器的目的就是根据要求建立起尽可能精确、安全的接触压力。转矩传感器集成于主动链轮1内，静态和动态高精确度地监控传递到压力缸的实际转矩，并建立压力缸的正确油压。转矩传感器主要部件为2个滑轨架，每个支架有7个滑轨，滑轨中装有7个滚子，如图4-99所示。图4-99 转矩传感器的组成滑轨架1装在主动链轮1的输出齿轮中(辅助减速输出齿轮)，滑轨架2通过内花键与主动链轮1连接，并可以轴向移动且由转矩传感器活塞支撑。转矩传感器活塞调整接触压力，并形成2个压力腔：转矩传感器腔1和腔2。转矩传感器产生的轴向力作为控制力，与发动机转矩成正比，压力缸中建立起来的压力与控制力成正比。转矩传感器支架彼此间可径向旋转，将转矩转化为轴向力(因滚子和滑轨的几何关系)，此轴向力施加于滑轨支架2，并移动转矩传感器控制凸缘关闭或打开转矩传感器腔输出端，如图4-100所示。图4-100 转矩传感器的工作原理a输入转矩低时转矩传感器腔1直接与压力缸相通。发动机转矩产生的轴向力与压力缸内的压力达到平衡。在汽车稳定运行的情况下，出油孔只部分关闭，打开排油孔(转矩传感器)后压力下降，出油孔进油压力降低，直至恢复压力平衡，如图4-101所示。图4-101 低转矩时的控制b输入转矩高时转矩达到峰值时，控制凸缘完全关闭出油孔。若转矩传感器进一步移动，将会起到油泵作用，此时被排出的油使压力缸内的压力迅速上升，这样就会毫无延迟地调整接触压力。锥面链轮产生的接触压力不仅取决于输入扭矩，还取决于传动链跨度半径，此二者确定了速比变换器的实际传动比，如图4-102所示。图4-102 高转矩时的控制4液压控制系统CVT的液压控制系统也像自动变速器的液压控制系统一样，担负着系统油压的控制、油路的转换控制、用油元件的供油以及冷却控制等。1) 供油装置奥迪01J CVT的供油装置采用的是带月牙形密封的内啮合齿轮泵，直接装在液压控制单元上，形成一个整体，减少了压力损失。2) 液压控制单元液压控制单元由手动换档阀、9个液压阀和3个电磁控制阀组成。液压控制单元和电子控制单元直接插接在一起，液压控制单元应完成下述功能：a前进档离合器/倒档制动器；b调节离合器压力；c冷却离合器；d为接触压力控制提供压力油；e传动控制；f为飞溅润滑油罩盖