第4章汽车自动变速器无级调速系统

1、汽车自动变速传动刘振军 教授第第4 4章章 无级自动变速器无级自动变速器自动变速器油耗高：众所周知，如何解决？自动变速器油耗高：众所周知，如何解决？经济模式？经济模式？动力模式？动力模式？?在发动机转速较低时就完成换在发动机转速较低时就完成换档减少发动机的功率输出，从档减少发动机的功率输出，从而达到省油的目的而达到省油的目的让发动机在高转速换档拼让发动机在高转速换档拼命榨取发动机的每滴功率命榨取发动机的每滴功率提高整车动力性能。提高整车动力性能。答案：采用无级变速器，动答案：采用无级变速器，动力性和经济性甚至都超过了力性和经济性甚至都超过了手动变速器。手动变速器。势必都会对动力和油耗中的一个做

2、出妥协势必都会对动力和油耗中的一个做出妥协主要内容主要内容4.1 无级变速概述无级变速概述4.2 V形钢带无级变速系统基本组成与原理形钢带无级变速系统基本组成与原理4.3 V形钢带无级变速传动的关键部件形钢带无级变速传动的关键部件 4.4 CVT典型应用实例典型应用实例4.5 CVT液压部分基本原理液压部分基本原理4.6 CVT电子控制部分基本原理电子控制部分基本原理4.1 无级变速概述无级变速概述1.无级变速器概述无级变速器概述 无级变速器的定义无级变速器的定义 在输入轴转速不变的情况下，其输出转速可以在一定范在输入轴转速不变的情况下，其输出转速可以在一定范围内连续变化的变速器。围内连续变化

3、的变速器。英文：英文：Continuously Variable TransmissionContinuously Variable Transmission，简称，简称CVTCVT。 CVT是理想的汽车传动装置：可以实现传动比的连续改变，是理想的汽车传动装置：可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经从而得到传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性。济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性。理论上相当于有无数个档位理论上相当于有无数个档位 2.2.无级变速器可以节油的原因无级变速器

4、可以节油的原因发动机：在某一最佳转速下能够进气充分、排气充分、燃烧发动机：在某一最佳转速下能够进气充分、排气充分、燃烧充分、能量利用充分、排气污染少；离开这一转速就会有进充分、能量利用充分、排气污染少；离开这一转速就会有进气不充分、排气不充分、燃烧不充分、能量利用差、油耗增气不充分、排气不充分、燃烧不充分、能量利用差、油耗增加和排气污染增加等问题。加和排气污染增加等问题。要获得较好的燃油经济性，就应要获得较好的燃油经济性，就应使发动机尽可能工作在耗油率较使发动机尽可能工作在耗油率较低的工况下。低的工况下。图 发动机万有特性曲线汽车：车速是随机的，采用有级汽车：车速是随机的，采用有级变速器，在两

5、档之间依靠发动机变速器，在两档之间依靠发动机转速变化来适用车速的变化，因转速变化来适用车速的变化，因而发动机无法达到最佳工作状态。而发动机无法达到最佳工作状态。 CVT可以使发动机在最佳状态下工作，依靠变速器无级调速可以使发动机在最佳状态下工作，依靠变速器无级调速来适应汽车的各种速度，因此可以使发动机燃烧最好，排气污来适应汽车的各种速度，因此可以使发动机燃烧最好，排气污染最小、达到节油的目的。染最小、达到节油的目的。 目前据国外统计数据，采用目前据国外统计数据，采用CVT的汽车比采用的汽车比采用AT的汽车节的汽车节油油715%。大众高尔夫大众高尔夫VR6VR6车型油耗对比测试结果车型油耗对比测

6、试结果装备了装备了CVTCVT变速箱的车型油耗明显低于装备变速箱的车型油耗明显低于装备4 4速自动变速自动变速箱的车型，证明速箱的车型，证明CVTCVT能有效节省燃油。能有效节省燃油。第一阶段（第一阶段（1886 年年1958 年）：年）：CVT 技术的探索阶段。标技术的探索阶段。标志产品是荷兰的志产品是荷兰的 DAF 公司公司 H.Van Doorne 博士研制成功的名博士研制成功的名为为 Variomatic 的双的双 V 型橡胶带式型橡胶带式 CVT。 第二阶段（第二阶段（1958 年年1987 年）：年）：CVT 技术的发展阶段。其技术的发展阶段。其标志产品是标志产品是 1987 年富

7、士重工（年富士重工（Subaru）采用金属带式无级）采用金属带式无级变速器变速器 ECVT 用于用于 JUSTY 轿车。轿车。第三阶段（第三阶段（1987 年）：年）：CVT 技术的逐渐成熟阶段。技术的逐渐成熟阶段。3. CVT发展历史与现状发展历史与现状 德国奔驰公司是在汽车上采用德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在技术的鼻祖，早在1886年就将年就将V型橡胶带式型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车安装在该公司生产的汽油机汽车上。上。 1958年，荷兰的年，荷兰的DAF公司研制成功了双公司研制成功了双V型橡胶带式型橡胶带式CVT，其销量超过了其销量超过了100万辆。但是由

8、于橡胶带式万辆。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的存在一系列的缺陷：功率有限缺陷：功率有限(转矩局限于转矩局限于135Nm以下以下)，离合器工作不稳定，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，因而没有被汽液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。车行业普遍接受。 橡胶带传动的橡胶带传动的CVT 功率有限功率有限 离合器工作不稳定离合器工作不稳定 液压泵、传动带和夹液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大紧机构的能量损失较大 提高传动带性能和提高传动带性能和CVT传递功率极限的研究一直在进行，传递功率极限的研究一直在进行，将液力变矩器集成到将液力变矩器集

9、成到CVT系统中，主、从动轮的夹紧力实现电系统中，主、从动轮的夹紧力实现电子化控制，在子化控制，在CVT中采用节能泵，传动带用金属带代替传统的中采用节能泵，传动带用金属带代替传统的橡胶带。新的技术进步克服了橡胶带。新的技术进步克服了CVT系统原有的技术缺陷，导致系统原有的技术缺陷，导致了传递转矩容量更大、性能更优良的第二代了传递转矩容量更大、性能更优良的第二代CVT的面世。的面世。 进入进入20世纪世纪90年代，汽车界对年代，汽车界对CVT技术的研究开发日益技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中，重视，特别是在微型车中，CVT被认为是关键技术。全球科技被认为是关键技术。全球科技的迅猛发展，使

10、得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到CVT中。中。 1997年上半年，日本日产公司开发了使用在年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上汽车上的的CVT。在此基础上，日产公司在。在此基础上，日产公司在1998年开发了一种为中型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轿车设计的包含一个手动换档模式的CVT。新型。新型CVT采用一采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高液压控制系统。通过采用个最新研制的高强度宽钢带和一个高液压控制系统。通过采用这些先进的技术来获得较大的转矩能力，日产公司研究开发这些先进的技术来获得较大的转矩能

11、力，日产公司研究开发CVT的电子控制技术，传动比的改变实行全档电子控制，汽的电子控制技术，传动比的改变实行全档电子控制，汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动，而且在湿滑路车在下坡时可以一直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。日产公司计划将它的面上能够平顺地增加速比来防止打滑。日产公司计划将它的CVT的应用范围从的应用范围从1.0 L扩大到扩大到3.0L的轿车。的轿车。 富士重工同时拥有富士重工同时拥有15年开发年开发CVT的经验。的经验。1997年年5月，富士月，富士重工将它的重工将它的Vistro微型车装配了全计算机控制式微型车装配了全计算机控制式E-

12、CVT(含有六档含有六档手动换档模式的手动换档模式的CVT)。驾驶员无须操作离合器就可以进行六档。驾驶员无须操作离合器就可以进行六档变速。富士重工在变速。富士重工在Pleo微型车上采用一种有锁止式变矩器的电控微型车上采用一种有锁止式变矩器的电控式式CVT、通过小范围锁止可以使液力变矩器的滑动保持在最小、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值，行星齿轮用来切换前进档/倒退档。传动比范围从倒退档。传动比范围从1：10-5.5：1。 ZF公司从公司从1999年中期开始提供钢带驱动的年中期开始提供钢带驱动的VT1型型CVT。 德国博世的电子式德国博世的电子式CVT控

13、制系统是基于用传感器和执行器单控制系统是基于用传感器和执行器单元控制基础上的电子元控制基础上的电子/液力模块。博世公司已经将独立部件、执液力模块。博世公司已经将独立部件、执行器、传感器和变速器换档行器、传感器和变速器换档ECU组成一个单独的模块，变速器组成一个单独的模块，变速器制造商只需增加一个集成控制单元。制造商只需增加一个集成控制单元。 V形钢带式无级变速传动是机械式无级变速传动在汽车中首形钢带式无级变速传动是机械式无级变速传动在汽车中首先获得成功应用的。先获得成功应用的。 V形钢带无级变速器采用形钢带无级变速器采用V形金属挠性件作为传动部件，借形金属挠性件作为传动部件，借助于摩擦来进行传

14、动。助于摩擦来进行传动。V形钢带无级变速传动具有传动效率高、形钢带无级变速传动具有传动效率高、传递功率大、工作寿命长等优点，近年来应用得越来越多。传递功率大、工作寿命长等优点，近年来应用得越来越多。目前，奥迪目前，奥迪A4、A6轿车，广本飞度轿车，东南菱帅轿车，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南京菲亚特轿车等已经大量采用CVT无级自动变速器无级自动变速器图图 VDT-CVTVDT-CVT的基本结构形式的基本结构形式结构紧凑、工作可靠、寿命结构紧凑、工作可靠、寿命长、效率高且噪声低。长、效率高且噪声低。4. 无级变速器的分类无级变速器的分类 根据工作原理的不同，无级

15、变速器可以分为三种：根据工作原理的不同，无级变速器可以分为三种：（1 1）机械式：）机械式： 变节圆传动变节圆传动 带式、链式传动；带式、链式传动； 摩擦传动摩擦传动 锥、盘、环及球面传动；锥、盘、环及球面传动；（2 2）液压传动式：）液压传动式： 液体静压传动、流体动压传动液体静压传动、流体动压传动 在工程车辆和农用机械上已应用。在工程车辆和农用机械上已应用。（3 3）电力式（）电力式（Electric VehicleElectric Vehicle，简称，简称EVEV）：用于电动汽车。）：用于电动汽车。 V形钢带无级变速器和链式无级变速器由于其形钢带无级变速器和链式无级变速器由于其V形带和

16、传动形带和传动链传递功率大、传动效率高、工作寿命长等优点而被广泛用链传递功率大、传动效率高、工作寿命长等优点而被广泛用在现在汽车上。在现在汽车上。4.2 V形钢带无级变速系统基本组成与原理形钢带无级变速系统基本组成与原理1 基本组成基本组成 起步装置起步装置； 行星齿轮机构；行星齿轮机构； 钢带轮机构；钢带轮机构； 电、液控制单元；电、液控制单元； 工作液的循环、冷却和过滤系统。工作液的循环、冷却和过滤系统。1-1-发动机飞轮发动机飞轮 2-2-倒档离合器倒档离合器3-3-前进档离合器前进档离合器 4-4-主动轮液压控制缸主动轮液压控制缸5-5-主动移动锥盘主动移动锥盘 6-6-主动轴及主动固

17、定锥盘主动轴及主动固定锥盘7-7-液压泵液压泵 8-8-从动移动锥盘从动移动锥盘 9-9-从动轮液压控制缸从动轮液压控制缸 10-10-金属带金属带 11-11-差速器差速器 12-12-主减速齿轮主减速齿轮13-13-中间减速齿轮中间减速齿轮 14-14-从动轴及从动固定锥盘从动轴及从动固定锥盘 V形钢带式无级变速器主要由形钢带式无级变速器主要由主动带轮主动带轮、从动带轮从动带轮、加压装加压装置置和和调速装置调速装置组成。其核心部件是金属带和主、从动轮带组成组成。其核心部件是金属带和主、从动轮带组成的传动系统。的传动系统。钢带轮机构钢带轮机构主、从动带轮都是由固定锥盘和移动主、从动带轮都是由

18、固定锥盘和移动锥盘两部分组成，锥盘两部分组成，V形钢带在主、从动形钢带在主、从动带轮之间传递动力。带轮之间传递动力。2. 工作轮工作轮 主、从动工作轮工作面为直线锥面体。主、从动工作轮工作面为直线锥面体。置于固定和移动两锥盘构成的置于固定和移动两锥盘构成的V形槽内，是一个组合元件。形槽内，是一个组合元件。V形钢带形钢带由数百片V形金属块和两组钢质环带组合而成。（1）V形钢带的组成与结构形钢带的组成与结构 V形金属块厚度约为形金属块厚度约为2mm，两端的，两端的V形侧面与带轮形侧面与带轮V形槽接形槽接触产生摩擦作用。触产生摩擦作用。 钢质环带是厚度约为钢质环带是厚度约为0.2mm的薄钢片环，数条

19、钢质环带叠的薄钢片环，数条钢质环带叠合嵌入合嵌入V形金属块上部两侧的缺口中，数百片形金属块上部两侧的缺口中，数百片V形金属块连成一形金属块连成一体，形成一条挠性钢带。体，形成一条挠性钢带。如何实现不同扭矩的传递如何实现不同扭矩的传递钢质带环和钢质带环和V形金属块的作用形金属块的作用 钢质带环的作用：引导摩擦片的运动方向；承担金钢质带环的作用：引导摩擦片的运动方向；承担金属带中的张力。属带中的张力。 V形金属块的作用：传递转矩。形金属块的作用：传递转矩。增减带环宽度和层数、增减带环宽度和层数、V形金属块的数量。形金属块的数量。 主动带轮一侧主动带轮一侧：V形金属块由于受带轮和形金属块由于受带轮和

20、V形金属块斜面间的形金属块斜面间的摩擦力作用而向前运动，并挤压其前面的摩擦力作用而向前运动，并挤压其前面的V形金属块，两者之间形金属块，两者之间产生挤压力。产生挤压力。2. V形钢带的传动原理形钢带的传动原理从动带轮一侧：通过从动带轮一侧：通过V形金属块斜面对带轮的摩擦力带动从动形金属块斜面对带轮的摩擦力带动从动带轮转动。带轮转动。 在在V形钢带的松边：作用在前面形钢带的松边：作用在前面V形金属块的挤压力逐渐减小，形金属块的挤压力逐渐减小，到最后挤压力消失，到最后挤压力消失， V形金属块之间出现间隙。形金属块之间出现间隙。在在V形钢带的紧边，形钢带的紧边， V形金属块一个推压一个，后面的形金属

21、块一个推压一个，后面的V形金形金属块推动前面的属块推动前面的V形金属块，将动力由主动带轮传递到从动带轮。形金属块，将动力由主动带轮传递到从动带轮。V形钢带传动原理 带轮可动部分的后方还装有弹簧，弹簧力与液压油压力共同带轮可动部分的后方还装有弹簧，弹簧力与液压油压力共同作用在带轮活动部分，使其压向带轮固定部分。作用在带轮活动部分，使其压向带轮固定部分。 带轮可动部分的后方具有液压油腔，当具有一定压力的液压带轮可动部分的后方具有液压油腔，当具有一定压力的液压油充入液压油腔时，液压油的压力作用于带轮的活动部分，使油充入液压油腔时，液压油的压力作用于带轮的活动部分，使其力图移向带轮固定部分。带轮的活动

22、部分靠近固定部分，带其力图移向带轮固定部分。带轮的活动部分靠近固定部分，带轮的直径将增大；带轮的活动部分远离固定部分，带轮的直径轮的直径将增大；带轮的活动部分远离固定部分，带轮的直径将减小。将减小。2.V形钢带形钢带CVT变速原理变速原理在进行变速时，主、从动带轮轴之间的距离保持不变，主、在进行变速时，主、从动带轮轴之间的距离保持不变，主、从动带轮的移动锥盘相对于其固定锥盘进行移动。从动带轮的移动锥盘相对于其固定锥盘进行移动。当主动带轮的移动锥盘靠近其固定锥盘时，从动带轮的移动当主动带轮的移动锥盘靠近其固定锥盘时，从动带轮的移动锥盘则相应地向离开固定锥盘的方向移动。锥盘则相应地向离开固定锥盘的

23、方向移动。这种移动会使这种移动会使V形钢带做整体平移，改变主、从动带轮与形钢带做整体平移，改变主、从动带轮与V形钢带的接触摩擦节圆半径，主动带轮的传动半径增大，从形钢带的接触摩擦节圆半径，主动带轮的传动半径增大，从动带轮的传动半径减小，因而传动比变小。动带轮的传动半径减小，因而传动比变小。由于主、从动带轮的传动半径尺寸可在一定范围内连续变化由于主、从动带轮的传动半径尺寸可在一定范围内连续变化，因此，该装置可实现传动比连续变化的无级变速传动。，因此，该装置可实现传动比连续变化的无级变速传动。V形钢带无级变速传动形钢带无级变速传动图图 V V形钢带无级变速传动的基本原理形钢带无级变速传动的基本原理

24、主动带轮的移动锥盘可在液压油的驱动下做轴向移动，以便主动带轮的移动锥盘可在液压油的驱动下做轴向移动，以便对对V形钢带施压，改变形钢带施压，改变V形钢带在带轮形钢带在带轮V形槽内的径向位置。形槽内的径向位置。从动带轮的移动锥盘也可在液压油的驱动下做轴向移动，并从动带轮的移动锥盘也可在液压油的驱动下做轴向移动，并于主动带轮的活动锥盘的轴向移动相配合，获得所期望的传于主动带轮的活动锥盘的轴向移动相配合，获得所期望的传动比。动比。为了避免在变速过程中为了避免在变速过程中V形钢带产生歪斜和扭曲，主动带轮形钢带产生歪斜和扭曲，主动带轮的活动锥盘与从动带轮的活动锥盘必须布置在的活动锥盘与从动带轮的活动锥盘必

25、须布置在V形钢带的左形钢带的左、右两侧。、右两侧。 湿式多片离合器湿式多片离合器 电磁离合器电磁离合器 液力耦合器液力耦合器 液力变矩器液力变矩器起步装置起步装置（1 1）CVTCVT与液力耦合器组成无级变速传动与液力耦合器组成无级变速传动1-1-发动机发动机 2-2-液力耦合器液力耦合器3-3-固定工作轮固定工作轮4 4、9-9-可动工作轮可动工作轮5 5、10-10-伺服缸伺服缸6-6-行星齿轮变速机构行星齿轮变速机构 7-7-速度传感器速度传感器8-8-金属带金属带11-11-主减速器主减速器 动力由发动机传给液力耦合器泵轮和涡轮，然后再传给无级动力由发动机传给液力耦合器泵轮和涡轮，然后

26、再传给无级传动传动CVT，这样可改善起步性能，这样可改善起步性能。 前进档与倒档是用前进档离合器与倒档制动器来控制行星齿前进档与倒档是用前进档离合器与倒档制动器来控制行星齿轮减速机构而实现的。轮减速机构而实现的。增加行星齿轮变速机构增加行星齿轮变速机构6，是为了弥补高档超速传动比太小，是为了弥补高档超速传动比太小的不足。动力最后经主减速器和差速器传给驱动轮。的不足。动力最后经主减速器和差速器传给驱动轮。 ECU根据装在主减速器上的速度传感器的节气门开度信号与根据装在主减速器上的速度传感器的节气门开度信号与发动机节气门传感器的节气门开度信号，控制伺服缸的油压，发动机节气门传感器的节气门开度信号，

27、控制伺服缸的油压，改变工作轮的固定部分与可动部分之间的距离，从而达到在该改变工作轮的固定部分与可动部分之间的距离，从而达到在该工况下所要求达到的传动比。工况下所要求达到的传动比。用电磁离合器代替了上述液力耦合器的结构形式。用电磁离合器代替了上述液力耦合器的结构形式。1-电磁离合器电磁离合器 2-工作带工作带 3-CVT 4-行星齿轮变速器行星齿轮变速器（2 2）CVTCVT与电磁离合器组成无级变速传动与电磁离合器组成无级变速传动 对离合器的接合时间和力的控制，可用发动机节气门开度对离合器的接合时间和力的控制，可用发动机节气门开度与车速两个参数来控制线圈中电流的大小和通电时间的长短。与车速两个参

28、数来控制线圈中电流的大小和通电时间的长短。 这种离合器结构简单，容易实现转矩平稳增长，主、从动这种离合器结构简单，容易实现转矩平稳增长，主、从动部分不接触，无磨损，而且电磁铁与从动毂之间的间隙在工作部分不接触，无磨损，而且电磁铁与从动毂之间的间隙在工作中不发生变化，故无需调整间隙，且允许主、从动部分存在较中不发生变化，故无需调整间隙，且允许主、从动部分存在较长时间的磨损。长时间的磨损。 不仅很理想地解决了装用不仅很理想地解决了装用CVT车辆的起步问题，而且与装车辆的起步问题，而且与装用液力耦合器的用液力耦合器的CVT车辆相比，可以防止变速时爬行和消除始车辆相比，可以防止变速时爬行和消除始终存在

29、的滑转损失；但它要求磁粉材料的化学物理特性要稳定。终存在的滑转损失；但它要求磁粉材料的化学物理特性要稳定。液力耦合器、电磁离合器等仅能解决起步平稳问题，因其均液力耦合器、电磁离合器等仅能解决起步平稳问题，因其均不变更转矩，所以并未扩大不变更转矩，所以并未扩大CVT总传动比范围。总传动比范围。采用液力变矩器如何既能够解决起步平稳问题，又可以扩大CVT总传动比范围？答案答案用液力变矩器，不仅提供最佳起步性能，而且由于它的变矩用液力变矩器，不仅提供最佳起步性能，而且由于它的变矩作用扩大了总传动比的变化范围，降低了作用扩大了总传动比的变化范围，降低了CVT自身的变化范自身的变化范围，从而使围，从而使C

30、VT传动易于调节到使发动机处于最佳燃油经济传动易于调节到使发动机处于最佳燃油经济性的区域内工作。性的区域内工作。（3 3）双状态无级变速传动双状态无级变速传动 德国德国ZF公司开发的适用于轿车的公司开发的适用于轿车的无级变速传动装置。无级变速传动装置。 CVT与综合式液力变矩器（即带与综合式液力变矩器（即带锁止离合器的液力变矩器）组成的锁止离合器的液力变矩器）组成的组合式无级变速传动系统。组合式无级变速传动系统。 动力传动路线是：发动机动力经动力传动路线是：发动机动力经液力变矩器、行星齿轮机构，再经液力变矩器、行星齿轮机构，再经VDT-CVT、减速齿轮，最后传给差、减速齿轮，最后传给差速器、半

31、轴和驱动轮。速器、半轴和驱动轮。1-1-锁止离合器锁止离合器 2-2-液力变矩器液力变矩器 3-3-液压泵液压泵 4-4-前进前进档离合器档离合器 5-5-行星齿轮机构行星齿轮机构 6-6-倒档离合器倒档离合器 7-7-VDT-CVT 8-VDT-CVT 8-减速齿轮减速齿轮 9-9-差速器差速器 10-10-半轴半轴 双状态：双状态：当起步和低速时液力变矩器工作。当速度增加至变当起步和低速时液力变矩器工作。当速度增加至变矩器耦合点工况时，转换到矩器耦合点工况时，转换到CVT传动，此时变矩器转换成耦合传动，此时变矩器转换成耦合器工况下工作。这种先为液力无级变速，后转为器工况下工作。这种先为液力

32、无级变速，后转为“纯机械无级纯机械无级传动（传动（CVT）”的组合，称为双状态无级变速传动。的组合，称为双状态无级变速传动。1-1-发动机发动机 2-2-扭转减振器扭转减振器 3-3-液力变矩器液力变矩器 4-4-转换离转换离合器合器 5-5-工作轮工作轮 6 6、9-9-内内外侧万向节外侧万向节 7-7-单向离合单向离合器器 8-8-差速器差速器 10-10-传动链传动链 F-F-前进档离合器前进档离合器 R-R-倒档倒档离合器离合器 液力变矩器的功率通过传动链液力变矩器的功率通过传动链10传至差速器传至差速器8，CVT无级无级变速传动与其平行布置；变速传动与其平行布置； 在不降低起步、爬坡

33、等性能的条件下，主减速比在不降低起步、爬坡等性能的条件下，主减速比i0可相应降可相应降低低30%。因有液力变矩器，保证了起步平顺性。因有液力变矩器，保证了起步平顺性。 当加速行驶接近变矩器耦合点工况时，转换离合器当加速行驶接近变矩器耦合点工况时，转换离合器4开始开始动作，动作，CVT开始工作。传递变矩器动力的传动链开始工作。传递变矩器动力的传动链10的传动比基的传动比基本上与本上与CVT钢带传动的低档传动比相同，故当液力变矩器传动钢带传动的低档传动比相同，故当液力变矩器传动转换到转换到CVT传动时，车辆在重载、大节气门开度下工作时，转传动时，车辆在重载、大节气门开度下工作时，转换离合器基本上能

34、与换离合器基本上能与CVT的工作轮同步转换。因此，从液力无的工作轮同步转换。因此，从液力无级变速换入纯机械无级变速非常平顺。级变速换入纯机械无级变速非常平顺。工作程序工作程序起步：起步：正常行驶：前进和倒档切换、空档、变速正常行驶：前进和倒档切换、空档、变速离合器接合传入动力，主动带轮通过金属带驱动从动带轮，再将动力经主减速器、差速器等分配给车轮。 起步要求提供较大的驱动力，克服起步时的巨大惯性力起步要求提供较大的驱动力，克服起步时的巨大惯性力从动带轮的移动锥盘内的回位弹簧，在液压系统卸压后推动移动锥盘接近固定锥盘，使钢带处于从动带轮的最大半径处。 正常行驶：正常行驶：克服汽车行驶的阻力矩克服

35、汽车行驶的阻力矩液压缸对主动带轮的移动锥盘产生轴向推力，使V形钢带具有带动从动带轮旋转的圆周力。液压缸对从动带轮的移动锥盘产生轴向推力，使V形钢带驱动从动带轮旋转，在从动带轮上产生驱动转矩。当离合器切断时发动机空转，实现空档。如道路阻力减小时，从动轴上的负载下降时，液压系统产生的液压力会使主动带轮中的移动锥盘向固定锥盘移动，使V形钢带在带轮槽中沿着两锥面向外移动，从而使V形钢带的工作半径增大。依据前述传动装置的变速原理，可使车速提高。操纵前进和倒档切换机构，实现前进和倒退行驶； 前进和倒档切换前进和倒档切换 空档空档 变速：汽车行驶阻力发生变化时变速：汽车行驶阻力发生变化时传动比的变化范围传动

36、比的变化范围取决于主、从动带轮轴的最大工作半径和最小工作半径。取决于主、从动带轮轴的最大工作半径和最小工作半径。受两带轮中心距的限制受主、从动带轮轴的直径尺寸限制当主、从动带轮的结构尺寸相同时，传动比的变化范围为最大当主、从动带轮的结构尺寸相同时，传动比的变化范围为最大工作半径与最小工作半径比值的平方。不仅传动比的变化范围工作半径与最小工作半径比值的平方。不仅传动比的变化范围最大，而且还可获得增速传动。最大，而且还可获得增速传动。所以，汽车无级变速其通常均采用等尺寸的主、从动带轮。4. 日产某无级变速器工作原理日产某无级变速器也是一种V形钢带无级变速器，但在发动机与变速器之间是由电磁粉式离合器

37、将发动机动力传递至变速器。日产无级变速器该日产无级变速器的控制系统包括电子控制系统和液压控制系统，电子控制系统通过电磁粉式离合器和液压系统实现对速比的控制。机械机构液压系统电子控制系统 电子控制系统通过电磁粉式电子控制系统通过电磁粉式离合器和液压系统实现对变速离合器和液压系统实现对变速器传动比的控制。器传动比的控制。 电子控制单元接收来自各种传电子控制单元接收来自各种传感器和开关的输入信号，通过运感器和开关的输入信号，通过运算分析，确定输出信号，对无级算分析，确定输出信号，对无级变速器进行控制。变速器进行控制。主要输入信号主要输出信号4.CVT4.CVT典型应用实例典型应用实例问题问题1 1？

38、问题问题3 3？CVTCVT是否可以单独使用是否可以单独使用如果不可以：如果不可以：CVTCVT如何与其他传动形式如何与其他传动形式配合使用配合使用问题问题2 2？如果可以：如何单独使用如果可以：如何单独使用起步阶段：从从CVTCVT的工作原理可知，其动力源直接来自发动机，的工作原理可知，其动力源直接来自发动机，故其工作范围必然也受发动机最低稳定转速的限制，所以起步故其工作范围必然也受发动机最低稳定转速的限制，所以起步阶段仍需要离合器。阶段仍需要离合器。1. 1. CVT是否可以单独使用是否可以单独使用 根据汽车典型使用工况进行分析根据汽车典型使用工况进行分析如用干式离合器，工作过程与普通手动

39、变速系统相同，如用干式离合器，工作过程与普通手动变速系统相同，起步性能较差。这是阻碍它推广的因素之一。起步性能较差。这是阻碍它推广的因素之一。 良好道路上行驶：CVTCVT的传动比范围大约在的传动比范围大约在0.40.47 7之间，似乎之间，似乎满足一般变速要求，但由于它的高档传动比仅为满足一般变速要求，但由于它的高档传动比仅为0.40.4左右，为左右，为了保证在良好道路上获得正常行驶的驱动力，其固定降速比将了保证在良好道路上获得正常行驶的驱动力，其固定降速比将比同类汽车的主传动比比同类汽车的主传动比i i0 0高出近一倍。高出近一倍。大的固定降速比，在汽车起步、爬坡和克服较大的行驶大的固定降

40、速比，在汽车起步、爬坡和克服较大的行驶阻力时，会使发动机处于不利的区域工作。阻力时，会使发动机处于不利的区域工作。 基于基于以上原因，在车上单独采用以上原因，在车上单独采用CVTCVT的场合较少，而是常的场合较少，而是常与其他传动形式配合与其他传动形式配合使用使用。1. CVT1. CVT是否可以单独使用是否可以单独使用答案答案2. CVT2. CVT如何单独使用如何单独使用4.4 CVT液压部分基本原理液压部分基本原理液压部分是实现变速控制的关键环节液压部分是实现变速控制的关键环节目前目前CVT电液控制系统主要有两种液压方案电液控制系统主要有两种液压方案：单压力回单压力回路和双压力回路。路和

41、双压力回路。荷兰VDT公司所研制的CVT日本的Honda公司研制的CVT1.1.单压力回路液压系统单压力回路液压系统主、从动液压缸采主、从动液压缸采用同一个液压源。用同一个液压源。为了保证对速比有为了保证对速比有很好的控制，主动很好的控制，主动液压缸横截面积为液压缸横截面积为被动液压缸的被动液压缸的1.72倍，随具体参数的倍，随具体参数的变化略有不同。变化略有不同。缺点：缺点：比机械控制系统前进了一大步，但单压力回路比机械控制系统前进了一大步，但单压力回路也存在着自身的缺点。也存在着自身的缺点。l由于主、从动轮液压缸工作面积相差较大，给液压缸由于主、从动轮液压缸工作面积相差较大，给液压缸的结构

42、和布置带来的困难；的结构和布置带来的困难；l在主动缸高速旋转的时候，由于它的尺寸较大时会产生很在主动缸高速旋转的时候，由于它的尺寸较大时会产生很大的离心力，从而产生较大的动压，最终影响到速比的精大的离心力，从而产生较大的动压，最终影响到速比的精确控制。确控制。优点：优点：结构简单，所需控制阀的数量少，控制变量少，具结构简单，所需控制阀的数量少，控制变量少，具有较大的实用价值。目前国内的研究基本上都是基于单压有较大的实用价值。目前国内的研究基本上都是基于单压力回路系统。力回路系统。2.2.双压力回路液压系统双压力回路液压系统（1）基本原理）基本原理采用了单一液压油源来提供压力采用了单一液压油源来

43、提供压力由于可以方便地对主、从动缸的压力分别进行控制，从而由于可以方便地对主、从动缸的压力分别进行控制，从而可以采用相同的横截面积，这样就解决了单回路主、从动可以采用相同的横截面积，这样就解决了单回路主、从动缸面积相差过大，布置困难的问题，也排除了液体的动压缸面积相差过大，布置困难的问题，也排除了液体的动压的干扰，对速比的控制提高了精确度。的干扰，对速比的控制提高了精确度。（2）本田飞度双压力回路）本田飞度双压力回路A.液压系统的组成液压系统的组成主要由主要由主阀体主阀体、手动阀体手动阀体、油泵、油泵、控制阀体控制阀体、滤清器、变速、滤清器、变速器油（器油（ATF）冷却器以及相应的压力油道和润

44、滑油道等组成。）冷却器以及相应的压力油道和润滑油道等组成。主阀体主阀体：内部装有润：内部装有润滑阀、滑阀、PH（高压）（高压）调节阀、起步离合器调节阀、起步离合器换档阀、离合器调压换档阀、离合器调压阀、换档离合器蓄能阀、换档离合器蓄能器、起步离合器后备器、起步离合器后备阀、阀、PH控制换档阀。控制换档阀。可通过换档杆操纵手动可通过换档杆操纵手动阀，有阀，有6个不同的档位：个不同的档位：lP P、 N NlR R来自液压系统的液压油经CR口进入手动阀后被密封，不能进入其他油路lD D（行驶档）、（行驶档）、S S（2 2档）、档）、L L（低档）（低档）由RVS油口进入倒档限制阀和倒档制动器由F

45、WD油口进入前进档离合器。手动阀体上有手动阀和手动阀体上有手动阀和倒档限制阀倒档限制阀。控制阀体位于变速箱的外部，装有主动带轮控制阀、从动控制阀体位于变速箱的外部，装有主动带轮控制阀、从动带轮控制阀、起步离合器压力控制阀、带轮控制阀、起步离合器压力控制阀、CVT主动带轮压力主动带轮压力控制阀、控制阀、CVT从动带轮压力控制阀。从动带轮压力控制阀。A.液压系统的工作原理液压系统的工作原理当发动机旋转时，变速箱油泵即开始运转，变速箱油液当发动机旋转时，变速箱油泵即开始运转，变速箱油液（ATF）通过过滤器泵入液压回路，油液流至）通过过滤器泵入液压回路，油液流至PH调节阀并调节阀并形成形成PH压力，然

46、后压力，然后PH压力传送至带轮压力控制阀，最终至压力传送至带轮压力控制阀，最终至带轮动力系统控制模块操纵电磁阀进行液压控制，实现带带轮动力系统控制模块操纵电磁阀进行液压控制，实现带轮传动比以及起步离合器的结合。轮传动比以及起步离合器的结合。主动带轮和从动带轮的控制原理主动带轮和从动带轮的控制原理l泵排出的油液在泵排出的油液在PH调节阀处，高压调节形成高压（调节阀处，高压调节形成高压（PH）压）压力，力，PH压力在离合器减压阀处形成离合器减压（压力在离合器减压阀处形成离合器减压（CR）压力，）压力，并传递给主动带轮压力控制阀和从动带轮压力控制阀。并传递给主动带轮压力控制阀和从动带轮压力控制阀。l

47、主动带轮压力控制阀将主动带轮压力控制阀将CR压力转变为主动带轮控制（压力转变为主动带轮控制（DRC）压力，并将压力，并将DRC压力提供给压力提供给PH控制换档阀和主动带轮控制控制换档阀和主动带轮控制阀。阀。l同样，从动带轮压力控制阀也将从动带轮控制（同样，从动带轮压力控制阀也将从动带轮控制（DNC）压力提供给压力提供给PH控制换档阀和从动带轮控制阀。控制换档阀和从动带轮控制阀。l传动比增大：动力系统控制模块（传动比增大：动力系统控制模块（PCM）对无级变速箱）对无级变速箱主动带轮压力控制阀和从动带轮压力控制阀进行控制，主动带轮压力控制阀和从动带轮压力控制阀进行控制，将将DNC压力调节至高于压力

48、调节至高于DRC压力时，从动带轮受到的从压力时，从动带轮受到的从动带轮（动带轮（DN）压力要高于主动带轮（）压力要高于主动带轮（DR）的压力。）的压力。l反之当从动带轮受到的从动带轮（反之当从动带轮受到的从动带轮（DN）压力要低于主动）压力要低于主动带轮（带轮（DR）的压力，此时传动比减小，从而实现对速比）的压力，此时传动比减小，从而实现对速比的无级控制。的无级控制。4.5 CVT电子控制部分基本原理电子控制部分基本原理采用无级变速器的主要目的，是在满足动力性的要求下，采用无级变速器的主要目的，是在满足动力性的要求下，使燃油消耗降到最低。使燃油消耗降到最低。在控制在控制CVT速比时，不仅需要充

49、分考虑汽车的各种运行工速比时，不仅需要充分考虑汽车的各种运行工况，还应根据加速踏板的变化情况，及时调节至发动机的况，还应根据加速踏板的变化情况，及时调节至发动机的经济或动力性目标转速。经济或动力性目标转速。由由CVT控制装置形成一个给定加速踏板开度下，对应发动控制装置形成一个给定加速踏板开度下，对应发动机目标转速的最佳传动比，即发动机转矩、转速与功率，机目标转速的最佳传动比，即发动机转矩、转速与功率，达到最佳匹配。达到最佳匹配。1.1.概述概述CVT传动系统的两个主要任务传动系统的两个主要任务:CVT传动系传动系的控制问题可归结为的控制问题可归结为三个方面三个方面 把发动机输出动把发动机输出动

50、力可靠地传递到驱力可靠地传递到驱动轮，并尽可能减动轮，并尽可能减小功率损失。小功率损失。 根据汽车的运行条件，按驾根据汽车的运行条件，按驾驶员选定的工作模式自动改变驶员选定的工作模式自动改变传动速比，使发动机维持在理传动速比，使发动机维持在理想的工作点上。想的工作点上。 离合器的控制离合器的控制 金属带夹紧力控制金属带夹紧力控制 速比控制速比控制电磁离合器、湿式多片离合器和液力变矩器电磁离合器、湿式多片离合器和液力变矩器2.2.无级变速传动系统速比的匹配规律无级变速传动系统速比的匹配规律（1 1）概述）概述动力性动力性：将发动机每个等功率条件下，最大转矩值点连接将发动机每个等功率条件下，最大转

51、矩值点连接所得曲线，确定为发动机最佳动力性曲线。所得曲线，确定为发动机最佳动力性曲线。经济性：经济性：将发动机每个等功率输出条件下最小燃油消将发动机每个等功率输出条件下最小燃油消耗点连接起来，得出发动机最佳燃油经济性曲线。耗点连接起来，得出发动机最佳燃油经济性曲线。在每个油门踏板开度下，为保证汽车以不同车速在任意道在每个油门踏板开度下，为保证汽车以不同车速在任意道路阻力下行驶，均应有相应的速比保证发动机在所要求的路阻力下行驶，均应有相应的速比保证发动机在所要求的最优工作点工作。最优工作点工作。 给出了发动机最佳经济性和最佳动力性目标速比，为给出了发动机最佳经济性和最佳动力性目标速比，为CVT速

52、比控制规律的实现提供了控制依据。速比控制规律的实现提供了控制依据。 （2）不同工况下速比控制规律）不同工况下速比控制规律在控制在控制CVT速比时，不仅需要充分考虑汽车的各种运行工速比时，不仅需要充分考虑汽车的各种运行工况，还应根据加速踏板的变化情况，及时调节至发动机的况，还应根据加速踏板的变化情况，及时调节至发动机的经济或动力性目标转速。经济或动力性目标转速。由由CVT控制装置形成一个给定加速踏板开度下，对应发动控制装置形成一个给定加速踏板开度下，对应发动机目标转速的最佳传动比。机目标转速的最佳传动比。根据汽车运行时采集的加速踏板开度、车速、发动机转速根据汽车运行时采集的加速踏板开度、车速、发

53、动机转速等信号，判断出汽车当前所处运行工况，进入相应的工况等信号，判断出汽车当前所处运行工况，进入相应的工况控制程序，按照控制程序，按照CVT速比控制规律对速比控制规律对CVT速比进行控制，速比进行控制，保证汽车满足动力需求的同时，发动机尽可能的运行在经保证汽车满足动力需求的同时，发动机尽可能的运行在经济曲线附近。济曲线附近。3. 广州本田飞度广州本田飞度CVT的电子控制系统的电子控制系统（1 1）组成：）组成：l CVT主动带轮转速传感器l CVT从动带轮转速传感器l 中间齿轮轴转速传感器l 档位传感器l主动带轮压力控制阀l从动带轮压力控制阀l起步离合器压力控制阀l限制装置电磁阀l 同时控制

54、发动机和无级变速器工作传感器传感器动力控制模块（动力控制模块（PCMPCM）执行器执行器（2 2）控制功能）控制功能控制原理控制原理 动力控制模块（动力控制模块（PCM）将实际行驶条件与存储的行驶）将实际行驶条件与存储的行驶条件进行比较，进行换档控制，并连续改变主、从动带轮条件进行比较，进行换档控制，并连续改变主、从动带轮的传动比，以满足发动机目标转速的要求。的传动比，以满足发动机目标转速的要求。 换档控制换档控制A.A.发动机目标转速控制发动机目标转速控制 确定无级变速器传动比的主要依据确定无级变速器传动比的主要依据 在给定的车速和节气门开度下，根据发动机的目标转速在给定的车速和节气门开度下

55、，根据发动机的目标转速确定变速器的传动比，按照不同的行驶条件使发动机获得确定变速器的传动比，按照不同的行驶条件使发动机获得最佳的经济性或动力性，或者兼顾动力性和经济性。最佳的经济性或动力性，或者兼顾动力性和经济性。l发动机目标转速是一个变化的数值发动机目标转速是一个变化的数值 较大节气门开度下目标转速较高，以获得较好的加速性。较大节气门开度下目标转速较高，以获得较好的加速性。在公路巡航速度下行驶时，由于节气门部分开启，目标转速在公路巡航速度下行驶时，由于节气门部分开启，目标转速稍低，以获得较高的燃油经济性。稍低，以获得较高的燃油经济性。l目标转速的确定还考虑选档杆的位置目标转速的确定还考虑选档

56、杆的位置 与普通变速器不同，无级变速器在选档杆位于每个位置时，与普通变速器不同，无级变速器在选档杆位于每个位置时，均可在整个传动比范围内工作，只是发动机目标转速不同。均可在整个传动比范围内工作，只是发动机目标转速不同。B.B.基于发动机冷却液温度的调节控制基于发动机冷却液温度的调节控制l发动机冷却液温度较低时，传动比被设定为低速速比，以使发动机冷却液温度较低时，传动比被设定为低速速比，以使发动机迅速暖机。发动机迅速暖机。C.C.基于无级变速器油温的调节控制基于无级变速器油温的调节控制l汽车长时间高速行驶时，在持续高速运转状态下，无级变速汽车长时间高速行驶时，在持续高速运转状态下，无级变速器油温

57、可能升高到限定值以上，动力控制模块（器油温可能升高到限定值以上，动力控制模块（PCM）对发）对发动机高速运转时的持续时间进行监测，并在必要时改变带轮动机高速运转时的持续时间进行监测，并在必要时改变带轮传动比，直至变速器油温回到限定值内。传动比，直至变速器油温回到限定值内。 金属带夹紧力控制金属带夹紧力控制根据发动机负荷信号及其他信号，确定正确的夹紧力。根据发动机负荷信号及其他信号，确定正确的夹紧力。 爬坡和加速等高负荷条件下，夹紧力高，以防止爬坡和加速等高负荷条件下，夹紧力高，以防止V形钢带形钢带打滑。打滑。 在中等巡航行驶等低负荷条件下，保持较低的夹紧力，在中等巡航行驶等低负荷条件下，保持较

58、低的夹紧力，以减少以减少V形钢带磨损并提高燃油经济性。形钢带磨损并提高燃油经济性。4.5 金属链式金属链式CVT 金属带无极变途器的优点很多，如：变速没有冲击，不用变金属带无极变途器的优点很多，如：变速没有冲击，不用变换啮合齿轮，处形尺寸小。现在已经在一定范围内克服了传送带换啮合齿轮，处形尺寸小。现在已经在一定范围内克服了传送带打滑的问题，改用金属链代替金属带，可以在一定条件下实现在打滑的问题，改用金属链代替金属带，可以在一定条件下实现在大排量轿车上的使用。大排量轿车上的使用。 奥迪奥迪A6 multitronic 无级变速器就采用了无级变速器就采用了金属链条这一形式。金属链条这一形式。目前除了奥迪以外，目前除了奥迪以外，福特和通用也投入上福特和通用也投入上亿美元巨资研制了从亿美元巨资研制了从1.3升升-2.0升汽车发动机升汽车发动机所配用的无级变速器。所配用的无级变速器。 链条式链条式CVT的基本结构是通过改变两个滑轮的旋转半径的基本结构是通过改变两个滑轮的旋转半径实现变速，与现在主流的金属带式相同。使用链条的优点主要实现变速，与现在主流的金属带式相同。使用