自动变速器结构原理——无级变速器CVT

nullnull电控自动变速器结构与检修 ——CVT无级变速器 东方天威汽车维修工程师俱乐部专家委员会副主任委员 李东江 ldjauto@163.com ldjauto@126.comnullnullCVT是英文Continuously Variable Transmission的缩写，意即无级变速器。 null一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型： 液力自动变速器 液压传动自动变速器 电力传动自动变速器 有级式机械自动变速器 无级式机械自动变速器等 其中最常见的是液力自动变速器 液力自动变速器不是真正的无级变速器（CVT）。 null目前，在普通的轿车中，大多采用电控液力自动变速器其主要是由液力变矩器和自动变速器两大部分组成 它能根据节气门的开度和车速的变化，自动进行换档 与CVT相比，液力自动变速器最大的不同是在结构上，即它是由液压控制的齿轮变速系统构成的 因此，液力自动变速器并不是真正的无级变速器，而是有档位的，仅是在两档之间的无级变速。 CVT则是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。CVT则是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。CVT采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力CVT可以自动改变传动速比，实现传动速比的全程无级连续改变没有传统变速器换档时那种“停顿”的感觉，从而得到传动系统与发动机工况的最佳匹配提高车辆的燃油经济性和动力性 改善驾驶者的操纵方便性及乘坐舒适性 因此它是一种比较理想的汽车动力传动装置。nullCVT技术的发展已有100多年的历史 德国奔驰汽车公司早在1886年就将V形橡胶带式CVT安装到该公司生产的汽油机汽车上 1958年，荷兰的DAF公司研制出Variomatic双V形橡胶带式CVT，并装备于其制造的Daffodil轿车上 但是由于橡胶带式CVT存在功率有限（转矩局限于135 N•m以下），离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大等一系列的缺陷，因而没有被汽车行业普遍关注 然而提高传动带性能和CVT传递功率的研究一直在进行。 null橡胶带传动的CVT◆功率有限 ◆离合器工作不稳定 ◆液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大null后来，汽车研究人员将： 液力变矩器集成到CVT系统中 主、从动轮的夹紧力由电子装置进行控制 在CVT中采用节能泵 传动带使用金属带代替传统的橡胶带汽车新技术的进步克服了CVT原有的技术缺陷 传递转矩容量更大、性能更优良的第二代CVT面世 进入20世纪90年代，汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，再加上全球科技的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到CVT中到目前为止，世界著名的汽车公司都逐渐将CVT用到自己新推出的车型上，完成了自动变速器的技术革命。CVT的结构特点CVT的结构特点目前，奥迪A4、A6轿车，广本飞度轿车，东南菱帅轿车，南京菲亚特轿车等已经大量采用CVT无级自动变速器各种型号CVT的主要差别集中在： 发动机动力传递到主动带轮的过程以及带轮半径和夹紧力的控制方法上。null目前，CVT的控制一般都采用电子控制模式，即可以在自动状态下运行，也可以选择特定的控制程序，增加驾驶的便利性。CVT自动变速器除了标准档位外，换档操纵手柄也可以移至另一个平行的档位，在“+”或“-”之间变换。手动、自动和CVT无级自动变速器的功能比较手动、自动和CVT无级自动变速器的功能比较null下面以奥迪Multitronic系统为例介绍CVT结构特点。 CVT（Continuously Variable Transmission) --------无级变速01J 无级自动变速箱型号DZN 无级自动变速箱代码CVT在奥迪轿车上的装备种类null1、Mutitronic 01J变速箱的结构图nullMutitronic 01J变速箱的剖视图变速箱控制单元液压控制单元机械传动null01J行星齿轮系结构null无级变速机构无级变速机构CVT无级变速器的关键部件 奥迪Multitronic系统为无级变速机构 其作用是使变速器在起始转矩和终结转矩多种速比之间连续调整，最终自动选用最佳速比，使发动机始终处于最佳速比范围之内，无需再考虑工作性能和燃油经济性。 null主动锥形轮发动机辅助减速机构钢制链条被动锥形轮无级变速机构由两组锥形轮组成包括一对主动锥形轮和一对被动锥形轮同时有一根链条运行在两对锥形轮V形沟槽中间主动锥形轮由发动机的辅助减速机构驱动发动机的动力通过链条传递给被动锥形轮直至终端驱动null在每组锥形轮中有一个锥形轮可以轴向移动 两组锥形轮必须保持协调相同的调整，以保证链条始终处于张紧状态。 null部分轿车的牵引转矩可高达300 N•m。 链条采用多片式钢制链条在主动锥形轮相对被动锥形轮工作直径较小时，主动锥形轮可以传递给被动锥形轮较大的牵引转矩，null传动链的转动节采用双转动压块，在传动链转曲过程中， 转动压块之间形成滚动摩擦，动力损失和磨损降低至最小。传动链的转动节采用不等长链节，可防止共振并降低转动噪音。双联活塞 双联活塞 CVT的速比变化依靠两组锥形轮不断改变工作直径 即每组锥形轮均有一个可轴向移动的锥形轮 其轴向移动由发动机驱动的液压泵提供。 为减少发动机功率消耗，根据“双联活塞”原理，奥迪Multitronic系统采用两个液压油泵独立驱动的液压系统 分别负责提供改变传动速比的锥形轮轴间移动力和保持锥形轮与链条之间摩擦力的推力。 null机构中大截面活塞负责向锥形轮和链条提供推力保持摩擦力 小截面活塞负责向锥形轮轴向移动提供推力改变速比。 该系统的设计特点是： 单纯改变速比时用小截面活塞和低油压，大截面活塞仅提供一定压力保持摩擦力。 当锥形轮轴向移动改变速比时，液压系统可使用小功率液压油泵，减小液压系统损耗和发动机功率损耗，功能分流可使速比响应迅速，大截面活塞油压无需变化。 null另外 在奥迪Multitronic系统中还设置了一个扭矩力传感器 该传感器一旦检测到锥形轮打滑或牵引阻力改变时即通知电控单元改变大截面活塞油压，进行增压或减压 例如车轮在湿滑路面上打滑或在粗糙路面上牵引阻力加大时，电控单元便会根据牵引力传感器传来的信息改变大截面活塞油压。 null扭矩传感器腔2扭矩传感器----接触压力控制nullnull压力缸扭力传感器1排油孔控制凸缘扭矩提高状态小扭矩状态（3）、工作模式----扭矩null大扭矩状态null工作模式---速比低档变速比1:1高档横向孔打开，扭矩传感器腔2工作，接触压力小null动力连接 为消除发动机与变速器之间的摩擦损耗 发动机与CVT之间以飞轮减振装置代替一般液力自动变速器的液力变矩器 以刚性连接代替柔性连接null2、飞轮减振装置飞轮减振装置双质量飞轮6缸4缸6缸 （TDI）null注：在怠速区内发动机和变速器振动刚性连接飞轮减振装置null注：在怠速区内发动机和变速器振动减振连接飞轮减振装置null其动力输出采用行星齿轮系统及两组湿式可变压力油冷式离合器 压力可随发动机输出转矩大小而改变。 可变压力油冷式离合器具有软连接的功能，能满足车辆起步、停车和换档的需要。null可变压力油冷式离合器的电子液压控制过程： 电控单元连续采集传感器的输入信号（包括发动机转速、变速器的输入转速、加速踏板的位置、发动机的转矩、行驶阻力和变速器的油温等） 经过比较、运算决定相应的油压值，如果实际值与标定值的偏差太大，变速器自动执行关断null离合器液压控制ATF卸压输导控制压力控制压力油底壳离合器压力供油压力5bar常压SIV:安全阀 KSV:离合器控制阀 VSTV:输导压力阀 HS:手动换档阀 N215:离合器压力调节阀null离合器电子控制null离合器的过载保护过程与其相似，当电控单元检测到油压过高时（离合器过载）会及时发出控制信号使发动机的转矩降低，离合器冷却后，在很短的时间内发动机的转矩即恢复到原有转矩值。安全切断过载保护离合器系统保护离合器油压过高离合器传递 扭矩负荷过高上坡时带挂车行驶 频繁起车和制动离合器温度null01J行星齿轮系结构行星齿轮架行星齿轮1行星齿轮2齿圈太阳轮动力输出动力输入null前进档倒 档1、太阳轮主动旋转 2、行星齿轮支架架与太阳轮同速度旋转整体同步旋转1、太阳轮主动旋转 2、齿圈固定行星齿轮支架反向旋转01J行星齿轮系工作状态说明null变速原理 nullnull前进档扭矩传动路径输入轴太阳轮行星齿轮行星齿轮行星齿轮支架行星齿轮支架输出轴前进档离合器前进档离合器null当前进离合器结合时，行星齿轮系统太阳轮的钢片与行星架的摩擦片结合成一体，与发动机同步，由行星架将动力输出至辅助减速机构； 当倒车离合器结合时，齿圈的摩擦片与变速器壳体的钢片结合，齿圈被固定，太阳轮将动力传递给行星架； 由于行星架的行星轮有另一中间行星轮，当齿圈被固定时，迫使行星架反向旋转将动力输出至辅助减速机构。 null倒档扭矩传动路径nullnull奥迪Multitronic系统的换档杆设置有锁钮和4个档位，并以程控方式设置6个档位；对应在转向盘上设置手动升降顺序档按钮，可根据情况自由设置档位。 日产汽车公司的CVT日产汽车公司的CVT1997年上半年，日产汽车公司开发了在2.0 L汽车上使用的CVT。 在此基础上，日产汽车公司1998年开发了一种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式的CVT。 新型CVT采用最新研制的高强度宽钢带和高液压控制系统，而且获得了较大的转矩传递能力。 日产汽车公司研制开发了CVT电子控制技术，传动速比实行全档电子控制，汽车在下坡时可以根据车速控制发动机制动，而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。null日产汽车公司2003年2月上市的新款TEANA车中采用了该公司最新开发的面向大型车的XTRONIC CVT。 该公司在全世界首次使可用于排气量3.5 L级发动机的金属传动带式CVT达到了实用水平。 这种CVT最引人注目的是，尽管增大了转矩，但金属传动带被控制在了宽30 mm，满足了转矩增大的要求。三菱汽车公司的CVT三菱汽车公司的CVT日本三菱汽车公司已选择了CVT无能量损失传递直喷式发动机（GDI）动力来驱动汽车。 V形带/传动轮机构可以保证在所有速率下发动机动力平顺无间断地传递。 其CVT根除了传统的自动变速器通过齿轮换档时的打齿现象，从而获得更满意的响应特性和控制特性。 我国福建东南汽车公司生产的东南菱帅（LIONCEL）轿车便采用了三菱汽车公司的CVT。 日本富士重工的CVT日本富士重工的CVT日本富士重工拥有15年开发CVT的经验。 1997年日本富士重工为其Vistro微型车装配了全计算机控制的E-CVT（含有6档手动换档模式的CVT）。 驾驶员无须操作离合器就可以进行6档变速。 日本富士重工在Pleo微型车上采用一种有锁止装置液力变矩器的电控式CVT 通过小范围锁止可以使液力变矩器的滑动保持在最小值，行星齿轮用来切换前进档/倒档 传动速比范围为1∶10~5.5∶1。null日本富士重工CVT的电子控制系统由电磁离合器系统、电控单元（ECU）、传感元件和电磁阀等组成。 传感元件包括换档操纵手柄位置传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器和制动踏板位置传感器 它们为ECU提供汽车行驶的信号，ECU根据传感器的信号作出判断，并将控制信号送至电磁阀，控制电磁阀与液压系统的工作。美国福特汽车公司的CVT美国福特汽车公司的CVT1999年，美国福特汽车公司和德国ZF公司合作为美国福特汽车公司的轿车和轻型载货车生产CVT，在巴达维亚和俄亥俄州新建的合资企业从2001年开始生产为福特汽车公司设计的、带有电子管理功能的CFT23型CVT。 德国ZF公司设计的CVT是一种液力变矩器式CVT 德国ZF公司称：与4档自动变速器相比，CVT系统能够将加速性能提高10%，燃油经济性提高10%~15%； 与锁止式液力变矩器相比，CVT系统在不漏油的前提下效率更高。 美国福特汽车公司正在设计一种与公司内所有轻型载货车匹配的牵引驱动式CVT，包括后轮驱动和全轮驱动载货车，牵引驱动使用可移动滑件代替传动带和传动轮，滑动部分的相对位置决定传动比，由部件间非常薄的一层油来传递动力。 德国ZF公司的CVT德国ZF公司的CVT德国ZF公司从1999年开始为Rover 216型汽车提供钢带驱动的VT1型CVT 这种CVT包括螺旋齿轮变速器、液压系统及湿式离合器 在系统中集成的电控单元（ECU）可以允许机械、液力和电子系统进一步组合，从而更好地利用了各种系统的独特特点。 日本本田公司CVT日本本田公司CVT无级自动变速器(CVT)是一种采用主动与从动带轮以及钢带的电控自动变速器，它具有无级前进档变速和二级倒档变速功能，装置总成与发动机直列布置。 无级自动变速器(CVT)是一种采用主动与从动带轮以及钢带的电控自动变速器，它具有无级前进档变速和二级倒档变速功能，装置总成与发动机直列布置。 null此型号的无级变速器在D和S档位下具有7档模式，7档模式又分为2种： 7档自动模式和7档手动模式。 7档自动模式下，变速器可以自动在7种带轮速比范围内上下变换,此时，转向换档开关随时可以被激活，而此开关被激活后，7档自动模式即被取消，且进入7档手动换档模式. 在7档手动模式下，驾驶员可以通过转向换档开关，以手动方式在7档速比范围内加减换档，这与手动变速器的情形相似。 nullnullnull