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CVT即無(wú)級(jí)變速傳動(dòng),其英文全稱Continuously VariableTransmission,簡(jiǎn)稱CVT。發(fā)明這種變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的是荷蘭人,有其裝置的變速器也稱為無(wú)段變速箱或者無(wú)級(jí)變速器。這種變速器和普通自動(dòng)變速器的最大區(qū)別是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動(dòng),而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動(dòng)。通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速,其設(shè)計(jì)構(gòu)思十分巧妙。由于CVT可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)改變,從而得到傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳匹配,提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性,改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性,所以它是理想的汽車傳動(dòng)裝置。無(wú)段變速箱轎車一樣有自己的檔位,停車檔P、倒車檔R、空檔N、前進(jìn)檔D等,只是汽車前進(jìn)自動(dòng)換檔時(shí)十分平穩(wěn),沒(méi)有突跳的感覺(jué)。

為實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,按傳動(dòng)方式可采用液體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)三種方式。

液體傳動(dòng)

液體傳動(dòng)分為兩類:一類是液壓式,主要是由泵和馬達(dá)組成或者由閥和泵組成的變速傳動(dòng)裝置,適用于中小功率傳動(dòng),液壓式又包括靜液壓式和液壓機(jī)械式兩種。另一類為液力式,采用液力耦合器或液力矩進(jìn)行變速傳動(dòng),適用于大功率(幾百至幾千千瓦)。 液體傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是:調(diào)速范圍大,可吸收沖擊和防止過(guò)載,傳動(dòng)效率較高,壽命長(zhǎng),易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化:制造精度要求高,價(jià)格較貴,輸出特性為恒轉(zhuǎn)矩,滑動(dòng)率較大,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生漏油。

電力傳動(dòng)

電力傳動(dòng)基本上分為三類:一類是電磁滑動(dòng)式,它是在異步電動(dòng)機(jī)中安裝一電磁滑差離合器,通過(guò)改變其勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)速,這屬于一種較為落后的調(diào)速方式。其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,操作維護(hù)方便:滑動(dòng)最大,效率低,發(fā)熱嚴(yán)重,不適合長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn),故一般只用于小功率傳動(dòng)。 二類是直流電動(dòng)機(jī)式,通過(guò)改變磁通或改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。其特點(diǎn)是調(diào)速范圍大,精度也較高,但設(shè)備復(fù)雜,成本高,維護(hù)困難,一般用于中等功率范圍(幾十至幾百千瓦),現(xiàn)已逐步被交流電動(dòng)機(jī)式替代。 三類是交流電動(dòng)機(jī)式,通過(guò)變極、調(diào)壓和變頻進(jìn)行調(diào)速。實(shí)際應(yīng)用最多者為變頻調(diào)速,即采用一變幅器獲得變幅電源,然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變速。其特點(diǎn)是調(diào)速性能好、范圍大、效率較高,可自動(dòng)控制,體積小,適用功率范圍寬:機(jī)械特性在降速段為恒轉(zhuǎn)矩,低速時(shí)效率低且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn),價(jià)格較高,維修需專業(yè)人員。近年來(lái),變頻器作為一種先進(jìn)、優(yōu)良的變速裝置迅速發(fā)展,對(duì)機(jī)械無(wú)級(jí)變速器產(chǎn)生了一定的沖擊。

機(jī)械傳動(dòng)

傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)主要是:轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,滑動(dòng)率小,工作可靠,具有恒功率機(jī)械特性擊性較差,故一般適合于中、小功率傳動(dòng),傳動(dòng)效率較高,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便,價(jià)格相對(duì)便宜;但零部件加工及潤(rùn)滑要求較高,承載能力較低,抗過(guò)載及耐沖擊性較差,故一般適合于中、小功率傳動(dòng)。

新型CVT機(jī)構(gòu)在可調(diào)節(jié)的齒輪輪轂上且位于同步齒輪的外圍圓周上通過(guò)連接軸安裝有扇形齒輪,扇形齒輪上的齒輪與同步齒輪外圓上的齒輪相嚙合,扇形齒輪的外側(cè)與齒桿的一端相固定,這樣就組成了可調(diào)節(jié)的齒輪,當(dāng)可調(diào)齒輪繞齒桿彎曲方向轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒圈時(shí),通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)軸與內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)軸之間的距離,從而改變兩個(gè)相鄰齒桿之間所作用內(nèi)齒圈的齒數(shù),改變傳動(dòng)比,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

新型CVT結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小,成本低廉,傳動(dòng)效率高,可以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載下的有效傳動(dòng),使用很方便,便于大規(guī)模推廣使用。

可變斜面式無(wú)級(jí)變速器性能更加優(yōu)越,多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)超出人們對(duì)無(wú)級(jí)變速器的要求。

常見(jiàn)的無(wú)級(jí)變速器有液力機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器和金屬帶式無(wú)級(jí)變速器(VDT-CVT),國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能見(jiàn)到的、采用了這種技術(shù)的有奧迪A6部分車型、比亞迪(G3)、日產(chǎn)(陽(yáng)光、天籟、軒逸、逍客、騏達(dá))、派力奧(西耶那、周末風(fēng))、本田思域和、飛度(新款才有)、MG 3SW、旗云、長(zhǎng)城(騰翼系列轎車)、帝豪(EC7、EC7-RV/遠(yuǎn)景)等車型,偏向于大型的有沃爾沃產(chǎn)的巴士。

無(wú)級(jí)變速器和自動(dòng)變速器的淵源

自動(dòng)變速器是為了簡(jiǎn)便操作、降低駕駛疲勞而生的,按齒輪變速系統(tǒng)的控制方式,它可以分為液控液壓自動(dòng)變速器和電控液壓自動(dòng)變速器;按傳動(dòng)比的變化方式又可分為有級(jí)式自動(dòng)變速器和無(wú)級(jí)式自動(dòng)變速器。因此,無(wú)級(jí)變速器實(shí)際上是自動(dòng)變速器的一種,但它比常見(jiàn)的自動(dòng)變速器要復(fù)雜得多,技術(shù)上也更為先進(jìn)。

無(wú)級(jí)變速器與常見(jiàn)的液壓自動(dòng)變速器最大的不同是在結(jié)構(gòu)上,后者是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成,還是有擋位的,它所能實(shí)現(xiàn)的是在兩擋之間的無(wú)級(jí)變速,而無(wú)級(jí)變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動(dòng)帶組成的,比傳統(tǒng)自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積更小。另外,它可以自由改變傳動(dòng)比,從而實(shí)現(xiàn)全程無(wú)級(jí)變速,使車速變化更為平穩(wěn),沒(méi)有傳統(tǒng)變速器換擋時(shí)那種"頓"的感覺(jué)。

奧迪Multitronic無(wú)級(jí)/手動(dòng)一體變速器

奧迪的Multitronic變速器是在原有無(wú)級(jí)變速器的基礎(chǔ)上安裝了一種稱為多片式鏈帶的傳動(dòng)組件,這種組件大大拓展了無(wú)級(jí)變速器的使用范圍,能夠傳遞和控制峰值高達(dá)280 N·m的動(dòng)力輸出,其傳動(dòng)比超過(guò)了以前各種自動(dòng)變速器的極限值。該變速器的明顯優(yōu)勢(shì)是耗能少,反應(yīng)更快,從車輛的整體性能來(lái)看,裝有Multitronic變速器的奧迪A6 2.8轎車的0~100 km/h加速時(shí)間比同級(jí)普通自動(dòng)變速器車型快了1.3 s,百公里油耗降低了0.9 L。

Multitronic 還采用了全新的電子控制系統(tǒng),以克服原有無(wú)級(jí)變速器的不足。比如在上下坡時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)探測(cè)坡度,并通過(guò)調(diào)整速比增加動(dòng)力輸出或加大發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)扭矩來(lái)協(xié)助車輛行駛。

相對(duì)于傳統(tǒng)的自動(dòng)變速器,Multitronic有更高的靈活性,在增加或刪除變速模式的時(shí)候,只需要更改電腦程序即可改變齒輪的比數(shù)和半徑,因此可以和多臺(tái)不同類型、不同輸出特性的發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用。

旗云CVT

旗云CVT采用了德國(guó)ZF公司生產(chǎn)的VT1F無(wú)級(jí)變速器,和它出色的發(fā)動(dòng)機(jī)一起,這一整套動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)都來(lái)自于寶馬MINICOOPER。該無(wú)級(jí)變速器有無(wú)級(jí)變速、自動(dòng)巡航、運(yùn)動(dòng)模式和6擋手動(dòng)4種駕駛模式,與電子油門配合以后更接近智能化控制,采用了CVT變速器的旗云百公里油耗僅比原來(lái)增加了0.3 L(廠家數(shù)字)。

派力奧Speedgear

派力奧(西耶那、周末風(fēng))Speedgear是一種手/自一體式電控?zé)o級(jí)變速器(ECVT),南京菲亞特率先把它應(yīng)用在小型車上。它提供兩種換擋模式:電控?zé)o級(jí)自動(dòng)變速模式和6擋順序手動(dòng)變速模式,駕駛者可以根據(jù)喜好選擇不同的換擋方法。Speedgear由液力扭矩轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)可變直徑鋼帶輪和一根傳動(dòng)金屬帶(一定數(shù)量的鋼片和兩根9層鋼帶)組成,具有更寬的傳動(dòng)比,同時(shí)具有無(wú)級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊的特點(diǎn)。

飛度CVT

飛度的CVT無(wú)級(jí)變速器是專門為小型車設(shè)計(jì)的,屬于新一代鋼帶無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器,可允許兩個(gè)帶輪之間進(jìn)行高扭矩傳遞,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高,是小型車?yán)镙^好的。飛度的CVT變速器還帶有S擋(運(yùn)動(dòng)模式),既追求流暢感、低油耗,又不乏駕駛樂(lè)趣。

CVT技術(shù)真正應(yīng)用在汽車上不過(guò)十幾年的時(shí)間,但它比傳統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)變速器的優(yōu)勢(shì)卻是顯而易見(jiàn)的:

1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,零件少,大批量生產(chǎn)后的成本肯定要低于當(dāng)前普通自動(dòng)變速器的成本;

2. 它的工作速比范圍寬,容易與發(fā)動(dòng)機(jī)形成理想的匹配,從而改善燃燒過(guò)程,進(jìn)而降低油耗和排放;

3. 具有較高的傳送效率,功率損失少,經(jīng)濟(jì)性高。

當(dāng)然,CVT技術(shù)也有它的弱點(diǎn),比如傳動(dòng)帶容易損壞,無(wú)法承受較大的載荷等等,這些技術(shù)上的難關(guān)使得它一直以來(lái)多應(yīng)用在小排量、低功率的汽車上。

CVT技術(shù)發(fā)展得相當(dāng)迅速,各大汽車廠家都在加強(qiáng)這一領(lǐng)域的研發(fā)。尤其是在混合動(dòng)力汽車具有廣泛前景的將來(lái),CVT的地位和作用更是無(wú)可替代,它將會(huì)是未來(lái)變速器發(fā)展的大趨勢(shì)。

其它車型:大眾途觀等合資車。

平衡式行星齒輪無(wú)極(級(jí))變速器

技術(shù)簡(jiǎn)介:此技術(shù)利用兩套齒輪組形成一個(gè)受控的平衡端從而實(shí)現(xiàn)變速。平衡端就像一架平衡狀態(tài)下的天平一樣,只需很小的力就能打破平衡使平衡端轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)改變這個(gè)力的大小就能控制平衡端的轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)變速。

原理圖說(shuō)明:1是輸入軸13是輸出軸。錐形太陽(yáng)齒輪7和太陽(yáng)齒輪14通過(guò)中間軸固定連接。中間軸15兩端分別插在輸入軸1與輸出軸13中間滑動(dòng)連接。行星輪支架19與輸入軸1與錐形齒輪3和4的連接軸18都是滑動(dòng)連接。錐形齒輪3和4通過(guò)軸固定連接。平衡端支架9與錐形齒圈5固定連接與行星齒輪11滑動(dòng)連接。平衡端齒輪6與中間軸滑動(dòng)連接與平衡支架9固定連接。輸出軸13與內(nèi)齒圈10固定連接。16是控制器為阻尼器或電機(jī)。

工作原理:假設(shè)錐形齒圈5固定不轉(zhuǎn),當(dāng)輸入軸1帶動(dòng)錐形齒輪2正方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過(guò)錐形齒輪3和4使得錐形太陽(yáng)齒輪7與太陽(yáng)齒輪14反轉(zhuǎn),此時(shí)錐形齒輪4給了錐形齒圈5一個(gè)正方向的力。太陽(yáng)齒輪14反轉(zhuǎn)促使行星齒輪架9(平衡端支架9)產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)的力,此時(shí)這個(gè)反轉(zhuǎn)的力與錐形齒圈5上正轉(zhuǎn)的力大小相等、方向相反互相作用形成平衡端,所以錐形齒輪5和平衡支架9不轉(zhuǎn)。這時(shí)候只要錐形齒圈5和平衡支架9在外力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)并改變轉(zhuǎn)速,輸出端就變速了。形象點(diǎn)說(shuō)平衡端就像一架平衡狀態(tài)下的天平,只要給很小的外力就能打破平衡。再通過(guò)控制這個(gè)很小的力就能控制平衡端的轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)變速。如果用電機(jī)控制平衡端反轉(zhuǎn)還能實(shí)現(xiàn)離合器的功能。

套用一組數(shù)據(jù)說(shuō)明:差速器齒輪組錐形齒輪5為50齒,其他錐形齒輪為10齒。行星減速齒輪組太陽(yáng)齒輪14為10齒,內(nèi)齒太陽(yáng)輪10為30齒。這時(shí)平衡端形成。假設(shè)平衡端不動(dòng),單位時(shí)間內(nèi)輸入軸1正轉(zhuǎn)6圈,錐形太陽(yáng)齒7與太陽(yáng)齒14反轉(zhuǎn)4圈,輸出軸正轉(zhuǎn)1.33圈。輸入輸出比為4.5比1,起到減速器的作用。此時(shí)若平衡端反轉(zhuǎn)輸出端會(huì)變慢,當(dāng)平衡端反轉(zhuǎn)速度與輸入端速度到達(dá)一定比例時(shí)輸出端不轉(zhuǎn),這樣就實(shí)現(xiàn)了離合器的功能。此時(shí)若平衡端正轉(zhuǎn)并加速則輸出端加速,直到輸入端、平衡端與輸出端速度相同達(dá)到一比一的速比。

控制說(shuō)明:本設(shè)計(jì)首選阻尼器控制,因?yàn)樽枘崞骺刂扑俣仍礁咂鋼p耗越小。設(shè)計(jì)時(shí)讓錐形齒輪5正方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力大于行星齒輪架9反方向的力一點(diǎn)促使平衡端正轉(zhuǎn)。這樣只用阻尼器就能控制平衡端實(shí)現(xiàn)變速。多余的力也不會(huì)浪費(fèi),它會(huì)轉(zhuǎn)而通過(guò)錐形齒輪7最后作用于輸出端。電機(jī)控制由于需要額外的功率所以會(huì)降低效率,但它可以用于離合器的控制。

效率分析:此技術(shù)最關(guān)鍵的是平衡端的穩(wěn)定性和齒輪的效率。穩(wěn)定性越好控制其力量越小效率越高。穩(wěn)定性方面系統(tǒng)必須采用斜齒的方式。還有一些其他方式也能提高穩(wěn)定性。齒輪傳動(dòng)中假設(shè)每經(jīng)過(guò)一級(jí)齒輪消耗百分之一的力,那么此結(jié)構(gòu)變速器經(jīng)過(guò)五級(jí)齒輪傳動(dòng)在車輛起步時(shí)效率接近94%。當(dāng)車輛速度達(dá)到四十公里每小時(shí)效率接近97%。當(dāng)?shù)竭_(dá)八十公里每小時(shí)以上的速度時(shí)效率接近100%。此時(shí)輸入端與輸出端速度相同,變速器就好似一根傳動(dòng)軸只有軸承略有阻力消耗。

技術(shù)優(yōu)勢(shì):該技術(shù)同時(shí)擁有CVT無(wú)級(jí)變速和齒輪變速的共同優(yōu)點(diǎn)。所以此技術(shù)在提速、大扭矩與高速時(shí)更能顯示其優(yōu)越性。此技術(shù)還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)離合器的功能。

成本優(yōu)勢(shì):此技術(shù)主要部件就是齒輪,控制部件是阻尼器和電機(jī)。零部件較少。

市場(chǎng)優(yōu)勢(shì):此技術(shù)不僅能應(yīng)用在各種車輛上,還能在其他各種需要不同變速比的機(jī)械上使用。如果輸入端與輸出端反用還能成為無(wú)級(jí)增速器用于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,使其變速更簡(jiǎn)單。應(yīng)用范圍甚廣。

技術(shù)現(xiàn)狀:此技術(shù)現(xiàn)處于理論階段,樣品設(shè)計(jì)和軟件模擬正在進(jìn)行中。