無(wú)級(jí)變速器的應(yīng)用與發(fā)展

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1、 汽車(chē)無(wú)級(jí)變速器的應(yīng)用與發(fā)展 XXX （南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 南京 210031） 摘要：無(wú)極變速器是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成的一種傳動(dòng)裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)CVT。它可以顯著提高汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，改善汽車(chē)的動(dòng)力性，使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在最佳目標(biāo)運(yùn)行區(qū)，以滿(mǎn)足機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中各種不同工況的要求，這樣就既可減少汽車(chē)的換擋沖擊，也可減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前汽車(chē)無(wú)級(jí)變速器是汽車(chē)最理想的傳動(dòng)系統(tǒng)，具有很大發(fā)展空間，必將成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文簡(jiǎn)述了無(wú)級(jí)變速器的發(fā)展歷程與研究

2、現(xiàn)狀，總結(jié)了無(wú)級(jí)變速器的優(yōu)勢(shì)。闡述了今后的發(fā)展趨勢(shì)和在我國(guó)的發(fā)展前景。 關(guān)鍵字：汽車(chē)、無(wú)級(jí)變速器、研究現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)、發(fā)展趨勢(shì)、前景 The application and development of CVT car XXX (Nanjing agricultural university institute of technology Nanjing 210031) Abstract: Continuously Variable Transmission is by a var

3、iable speed drive mechanism, control mechanism and pressurizing device or output mechanism of three parts of a transmission device, it can significantly improve vehicle efficiency, improve vehicle power performance, make the car engine always run run the best target area, to meet machine or producti

4、on systems in the process of running various requirements of different working conditions, so it can not only reduce automobile shift shock, also can reduce the labor intensity of the driver. Now automotive Continuously Variable Transmission is the most ideal auto transmission system, has the very b

5、ig development space, will become the current research hot spot. This paper describes the development of numerous level transmission process and research status. Conclusion Continuously Variable Transmission advantage. Expounds the future development trends and the development prospect in our countr

6、y. Key words: car, Continuously Variable Transmission, research status, advantage, development trend and prospects 0 前言 近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高和能源的日益趨緊，人們對(duì)汽車(chē)的舒適度和節(jié)能減排的要求也日益提高。目前在汽車(chē)上廣泛使用的自動(dòng)變速技術(shù)是將液力變矩器和行星齒輪系組合的自動(dòng)變速器技術(shù)，但是液力變矩器和行星齒輪系的組合有著明顯的缺點(diǎn)：傳動(dòng)比不連續(xù),只能實(shí)現(xiàn)分段范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速；液力傳動(dòng)的效率較低，影響了整車(chē)的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性。所以汽車(chē)行業(yè)早就開(kāi)

7、始研究其它新型變速技術(shù)，無(wú)級(jí)變速(CVT)技術(shù)就是其中最有前景的一種。由于CVT可以實(shí)現(xiàn)速比的連續(xù)改變，使得汽車(chē)在任何行駛工況下都可以按照駕駛員的操作意圖實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)和變速器的最佳匹配，降低了排放量，提高了整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性以及乘坐的舒適性【1】。目前汽車(chē)無(wú)極變速器是最理想的傳動(dòng)系統(tǒng)，具有很大的發(fā)展空間。 1 CVT技術(shù)的發(fā)展概況 在汽車(chē)早期發(fā)展的歷史中, 人們就已認(rèn)識(shí)到在發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系之間實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速調(diào)節(jié)才能使汽車(chē)達(dá)到理想的行駛工況。長(zhǎng)期以來(lái), 人們一直進(jìn)行著能傳遞大功率、維持高效率、高壽命的機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器的研究工作。近年來(lái), 由于材料、潤(rùn)滑油、微機(jī)控制及加工技術(shù)的進(jìn)

8、步，CVT技術(shù)有了很大發(fā)展。 CVT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了一百多年的歷史。德國(guó)奔馳公司是在汽車(chē)上采用CVT技術(shù)的鼻祖，早在1886年就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車(chē)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(chē)上，其銷(xiāo)量超過(guò)了100萬(wàn)輛。但是由于橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(轉(zhuǎn)矩局限于135Nm以下)，離合器工作不穩(wěn)定，液壓泵、傳動(dòng)帶和夾緊機(jī)構(gòu)的能量損失較大，因而沒(méi)有被汽車(chē)行業(yè)普遍接受。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代，汽車(chē)界對(duì)CVT技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)日益重視，

9、特別是在微型車(chē)中，CVT被認(rèn)為是關(guān)鍵技術(shù)。全球科技的迅猛發(fā)展，使得新的電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)不斷被采用到CVT中。1997年上半年，日本日產(chǎn)公司開(kāi)發(fā)了使用在2.0L汽車(chē)上的CVT。在此基礎(chǔ)上，日產(chǎn)公司在1998年開(kāi)發(fā)了一種為中型轎車(chē)設(shè)計(jì)的包含一個(gè)手動(dòng)換檔模式的CVT。1999年，Luk公司CVT鏈條的第一代產(chǎn)品在奧迪Multitronic上誕生。 進(jìn)入2l世紀(jì)后，CVT發(fā)展更為迅猛。2004年，應(yīng)用于美國(guó)市場(chǎng)福特CFT30。2007年5月，生產(chǎn)120萬(wàn)條Luk鏈條。新型CVT采用一個(gè)最新研制的高強(qiáng)度寬鋼帶和一個(gè)高液壓控制系統(tǒng)。通過(guò)采用這些先進(jìn)的技術(shù)來(lái)獲得較大的轉(zhuǎn)矩能力，日產(chǎn)公司研究開(kāi)發(fā)CVT

10、的電子控制技術(shù)，傳動(dòng)比的改變實(shí)行全檔電子控制，汽車(chē)在下坡時(shí)可以一直根據(jù)車(chē)速控制發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，而且在濕滑路面上能夠平順地增加速比來(lái)防止打滑【2-3】。 2 CVT優(yōu)勢(shì) CVT，是人們長(zhǎng)期夢(mèng)寐以求的變速機(jī)構(gòu)，它的應(yīng)用具有十分重要的意義，已成為當(dāng)今汽車(chē)界最熱門(mén)的課題之一。CVT的發(fā)展勢(shì)必對(duì)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速騰飛有著舉足輕重的意義 。 2.1提高汽車(chē)性能 2.1.1經(jīng)濟(jì)性 CVT可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,從而獲得傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配,提高整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性。德國(guó)的大眾公司在自己的GolfVR6轎車(chē)上分別安裝了4-AT和CVT進(jìn)行ECE市區(qū)循環(huán)和ECE郊區(qū)

11、循環(huán)測(cè)試,證明CVT能夠有效節(jié)約燃油。 2.1.2 動(dòng)力性 汽車(chē)的后備功率決定了汽車(chē)的爬坡能力和加速能力。汽車(chē)的后備功率愈大,汽車(chē)的動(dòng)力性愈好。由于CVT的無(wú)級(jí)變速特性,能夠獲得后備功率最大的傳動(dòng)比,所以CVT的動(dòng)力性能明顯優(yōu)于機(jī)械變速器(MT)和自動(dòng)變速器(AT)。 2.1.3安全性 CVT汽車(chē)駕駛員只要控制油門(mén)踏板和制動(dòng)踏板，這不僅改善了駕駛員工作條件，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且簡(jiǎn)化操作，使汽車(chē)易于駕駛，大大提高了汽車(chē)安全性。 2.1.4排放污染雜物 無(wú)級(jí)變速的速比工作范圍寬,能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)以最佳工況工作,從而改善了燃燒過(guò)程,降低了廢氣的排放量。公司將自已生產(chǎn)的無(wú)級(jí)變速裝車(chē)進(jìn)行測(cè)試

12、,其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車(chē)減少了大約10%。 2.1.5舒適性 在傳統(tǒng)的MT汽車(chē)中，汽車(chē)的駛性能與駕駛員的駕駛技術(shù)有密切關(guān)系。然而CVT汽車(chē)起步和速比變化過(guò)程中不致于產(chǎn)生縱向沖擊或抖動(dòng)，消除了換擋過(guò)程中的頓挫感，即不存在MT和AMT汽車(chē)的換擋品質(zhì)問(wèn)題，提高了駕駛的平順性，使汽車(chē)行駛過(guò)程中經(jīng)常處于良好的性能狀態(tài)，改善了駕駛員和乘員的雙重舒適性，提高汽車(chē)的行駛性能。 2.1.6可靠性和壽命 CVT的可靠性和壽命主要取決于金屬帶傳動(dòng)工作組件和控制系統(tǒng)。據(jù)1993年資料表明, 在60萬(wàn)個(gè)CVT中, 出現(xiàn)故障的只有147個(gè), 故障率為0.025%。可見(jiàn), 該系統(tǒng)質(zhì)量高、使用可靠。而采用高

13、強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)材料、精密制造技術(shù)與無(wú)限壽命設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)和制造的金屬顫抖工作組件可達(dá)到與發(fā)動(dòng)機(jī)同壽命【4】。 2.2 與汽車(chē)其他先進(jìn)技術(shù)的完美結(jié)合 CVT與混合動(dòng)力技術(shù)結(jié)合，讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳工況，達(dá)到低能耗、低污染和高度自動(dòng)化。研究表明，采用CVT傳動(dòng)系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車(chē)的油耗有減少30％的潛能，排放有降低50％的潛能【5-6】。 CVT與行星齒輪機(jī)構(gòu)連接，形成無(wú)限變速器。相對(duì)于CVT而言，IVT進(jìn)一步擴(kuò)展了速比的范圍，在無(wú)需離合器的情況下實(shí)現(xiàn)倒擋運(yùn)【7-8】。 2.3 節(jié)約能源 在近30年來(lái)，隨著國(guó)際油價(jià)居高不下以及原油資源的耗竭，石油危機(jī)對(duì)油價(jià)的助推作用無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著汽車(chē)消費(fèi)者們的購(gòu)

14、車(chē)傾向，越來(lái)越多的汽車(chē)消費(fèi)者將會(huì)選擇經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)。預(yù)計(jì)在2035年，世界石油資源將達(dá)到開(kāi)采最高峰，屆時(shí)開(kāi)采量將逐年遞減；此外，各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的條例越來(lái)越嚴(yán)格，小排量、燃油經(jīng)濟(jì)性好的車(chē)輛將是未來(lái)家用的主流車(chē)型，而這類(lèi)車(chē)型非常適合裝配CVT，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最優(yōu)。CVT汽車(chē)減少了汽車(chē)的有害尾氣排放，對(duì)人類(lèi)健康的維護(hù)，城市環(huán)境的保護(hù)，以及人與自然的可持續(xù)性發(fā)展，有著極為深遠(yuǎn)的意義。 2.4 提升中國(guó)汽車(chē)行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力 建立CVT自主開(kāi)發(fā)平臺(tái)及其產(chǎn)業(yè)鏈，可以提高我國(guó)變速器科研水平以及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，要快速發(fā)展我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)，就必須重視汽車(chē)工業(yè)正常而有序的發(fā)展。成功地

15、開(kāi)發(fā)出CVT，建立CVT產(chǎn)業(yè)鏈，可以使整個(gè)國(guó)家汽車(chē)變速器行業(yè)得到一個(gè)質(zhì)的飛躍，促進(jìn)汽車(chē)電子行業(yè)及汽車(chē)相關(guān)零部件行業(yè)的發(fā)展，提高汽車(chē)工業(yè)的整體技術(shù)含量，將有助于國(guó)內(nèi)汽車(chē)工業(yè)迎頭趕上，進(jìn)而超越國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車(chē)工業(yè)。此外，汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，勢(shì)必會(huì)給社會(huì)帶來(lái)更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，減輕政府提供就業(yè)崗位的壓力；還可以給國(guó)家?guī)?lái)更多的出口額，創(chuàng)造更為可觀的稅收收益，從而帶動(dòng)整個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。 3 汽車(chē)無(wú)級(jí)變速器的應(yīng)用 在汽車(chē)無(wú)級(jí)變速器(CVT)應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)與國(guó)外車(chē)型存在的差距也正在逐漸縮小。如本田開(kāi)發(fā)的Multimatics裝備在飛度轎車(chē)上，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在變速柔順、操縱穩(wěn)定性好及節(jié)約能耗方面。

16、此外，奧迪A6、A4、菲亞特派力奧、西耶耶、周末風(fēng)、奇瑞旗云、風(fēng)云、QQ、東方之子也有CVT可供選擇。目前裝備汽車(chē)的CVT大多數(shù)采用摩擦傳動(dòng)，其功率小、效率低，如V型橡膠帶式、V型金屬帶式、多盤(pán)式、滾輪轉(zhuǎn)盤(pán)式等，主要通過(guò)靜摩擦力實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。從V型橡膠帶無(wú)級(jí)變速器到現(xiàn)代的金屬帶式無(wú)級(jí)變速器在汽車(chē)上的實(shí)際應(yīng)用，期間經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)(1886—1987)。如今，金屬帶式無(wú)級(jí)變速器已經(jīng)裝備在歐美日等國(guó)家地區(qū)生產(chǎn)的中小排量汽車(chē)上。當(dāng)前，世界各大汽車(chē)廠商為提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力都努力研發(fā)新一代的CVT(性能安全轉(zhuǎn)矩容量更大)，這是由于伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的背景支持和全球性的能源危機(jī)以及對(duì)環(huán)境保護(hù)壓力所采取的

17、措施。例如，美國(guó)福特和通用汽車(chē)公司為研制1.3～2.0L排量級(jí)的無(wú)級(jí)變速器也投入上億美元的巨資。現(xiàn)在，全世界的CVT轎車(chē)年產(chǎn)量大約50萬(wàn)輛，其主要汽車(chē)品牌中，都有裝備CVT的轎車(chē)在銷(xiāo)售。汽車(chē)無(wú)級(jí)變速器無(wú)疑是當(dāng)今汽車(chē)變速器發(fā)展的趨勢(shì)。2006年上半年國(guó)內(nèi)轎車(chē)產(chǎn)量為259．63萬(wàn)輛，比上年同期增長(zhǎng)40．3％，在未來(lái)的10～15年，中國(guó)汽車(chē)將會(huì)迎來(lái)全面發(fā)展的盛況。 4 CVT的發(fā)展趨勢(shì) 由于采用CVT可以達(dá)到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最好匹配，提高整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)型和動(dòng)力性，并可以提高操縱方便性和舒適性，有效地降低了排放污染，且綜合性能優(yōu)于AT、AMT系統(tǒng)。一些主要的汽車(chē)廠開(kāi)始從液力機(jī)械自動(dòng)變速器過(guò)渡到

18、CVT系統(tǒng)，或者直接發(fā)展CVT系統(tǒng)，或兩者兼有之。 近幾年來(lái)，隨著高科技的發(fā)展及市場(chǎng)需要，CVT的機(jī)－液式控制系統(tǒng)已逐步被電－液式控制系統(tǒng)所取代，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)的靈活匹配，以滿(mǎn)足多種控制模式的要求。對(duì)各種工況的控制策略也正在進(jìn)行更加深入的研究，以使CVT的優(yōu)越性更大限度的發(fā)揮出來(lái)。目前，CVT的電子控制又進(jìn)一步向智能化方向發(fā)展，如對(duì)濕式離合器的結(jié)合采用模糊控制來(lái)改善汽車(chē)的起動(dòng)性能等。同時(shí)無(wú)級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越小巧和緊湊，加上對(duì)前輪驅(qū)動(dòng)的無(wú)級(jí)變速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改，使其可用于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)上，進(jìn)一步增強(qiáng)了CVT的應(yīng)用范圍。 目前CVT正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展： (1)結(jié)構(gòu)

19、方面。改進(jìn)其液壓系統(tǒng)，CVT結(jié)構(gòu)更加小巧和緊湊，降低成本，提高汽車(chē)的總體性能，使其性?xún)r(jià)比進(jìn)一步提高。 (2)性能方面。通過(guò)CVT的總體控制，進(jìn)一步降低其油耗，減少有害氣體排放，提高其動(dòng)力性及舒適性。 (3)控制系統(tǒng)。通過(guò)不斷改進(jìn)，向滑移控制策略發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的性能；在控制方法方面，將先進(jìn)的控制方法(例如PID控制、模糊控制、網(wǎng)絡(luò)控制、自適應(yīng)控制等理論)應(yīng)用于CVT離合器控制、速比控制和夾緊力控制中，進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)更為精確的控制。 (4)應(yīng)用領(lǐng)域。將CVT應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)上；將CVT拓展為IVT；前輪驅(qū)動(dòng)CVT逐步向后輪驅(qū)動(dòng)CVT發(fā)展；CVT最大可傳遞扭矩在不斷提高，因此CV

20、T在大排量汽車(chē)上應(yīng)用會(huì)更為廣泛【9-10】。 5 CVT在我國(guó)的發(fā)展前景 我們國(guó)家有巨大的汽車(chē)銷(xiāo)售市場(chǎng)，汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)的民族工業(yè)之一。裝備自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)CVT變速器其成本提高不大，說(shuō)明CVT的市場(chǎng)前景令人樂(lè)觀。中國(guó)擁有世界上發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮钠?chē)市場(chǎng)，CVT技術(shù)在汽車(chē)發(fā)展史上具有變革意義。在我國(guó)生產(chǎn)這種變速器將是歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)。金屬帶式無(wú)級(jí)變速器將是應(yīng)用非常廣泛的無(wú)級(jí)變速，所以攻克CVT的變速器傳動(dòng)機(jī)理和控制等關(guān)鍵技術(shù)對(duì)提高國(guó)產(chǎn)轎車(chē)的自主研發(fā)、縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它將為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的繁榮發(fā)展以及促進(jìn)其他相關(guān)工業(yè)的發(fā)展起到重要的作用，并能帶來(lái)巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 自C

21、VT被列為國(guó)家科技攻關(guān)課題以來(lái)，已過(guò)去了12年，但還是沒(méi)能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。隨著國(guó)內(nèi)需求的不斷增多，CVT國(guó)產(chǎn)化勢(shì)在必行，意義重大。國(guó)內(nèi)從事CVT研究的單位，不論目標(biāo)是量產(chǎn)CVT的企業(yè)，還是從事相關(guān)理論研究的科研院所，都應(yīng)該緊跟國(guó)際CVT的發(fā)展步伐，在引進(jìn)吸收先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，不斷地開(kāi)展創(chuàng)新工作，這樣才能真正將CVT國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化。目前我國(guó)正在考慮發(fā)展轎車(chē)自動(dòng)變速器的問(wèn)題。自“九五”期間轎車(chē)金屬帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器的開(kāi)發(fā)和研制已經(jīng)被列入國(guó)家的重大科技攻關(guān)計(jì)劃，以跟蹤世界技術(shù)的發(fā)展和開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的汽車(chē)【11】。 參考文獻(xiàn)： [1] Dennis Simanaitis. CVTs Are

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