原創(chuàng)  深入淺出 全面了解CVT技術(shù)及應(yīng)用狀況（多圖

　　2004年8月28日中國汽車業(yè)的“黑馬”上汽奇瑞公司在大連老虎灘海洋公園舉行了隆重的旗云CVT上市活動。來自全國數(shù)十家媒體記者以及社會各界人士近百人參加了本次盛典。至此，奇瑞家族繼風(fēng)云、QQ、東方之子、旗云后，再添一名重量級的CVT成員。 　　CVT技術(shù)再次成為人們關(guān)注的新技術(shù)之一，這里我們就將CVT的原理深入淺出的向大家介紹，讓大家了解究竟CVT技術(shù)與現(xiàn)在大量使用的手動變速器和自動變速器有什么不同。 　　現(xiàn)在市場上銷售的汽車，裝備的變速箱主要有手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、無級變速器（CVT）。 　　1、MT： 　　手動變速器(MT：Manual Transmission)采用齒輪組，由于每擋的齒輪組的齒數(shù)是固定的，所以各擋的變速比是個定值(也就是所謂的“級”)。比如，一擋變速比是3.455,二擋是2.056,再到五擋的0.85,這些數(shù)字再乘上主減速比就是總的傳動比，總共只有5個值(即有5級)，所以說它是有級變速器。 　　手動變速器是最常見的變速器，它的基本構(gòu)造用一句話概括，就是兩軸一中軸，即指輸入軸、軸出軸和中間軸，它們構(gòu)成了變速器的主體，當(dāng)然還有一根倒檔軸。手動變速器又稱手動齒輪式變速器，含有可以在軸向滑動的齒輪，通過不同齒輪的嚙合達(dá)到變速變扭目的。 　　2、AT： 　　自動變速器(AT:Automatic Transmission)是利用車速和負(fù)荷(油門踏板的行程)進(jìn)行雙參數(shù)控制，擋位根據(jù)上面的兩個參數(shù)來自動升降。AT與MT的相同點，就是二者都是有級式變速器，只不過AT能根據(jù)車速的快慢來自動實現(xiàn)擋位的增減，可以消除手擋車“頓挫”的變擋感覺。 　�。�1）AT的結(jié)構(gòu)： 　　與手動波相比，液力自動波（AT）在結(jié)構(gòu)和使用上有很大的不同。手動波主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產(chǎn)生變速變矩；而AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩。其中液力變扭器是AT最具特點的部件，它由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪等構(gòu)件組成，直接輸入發(fā)動機動力傳遞扭矩和離合作用。 　�。�2）AT的優(yōu)缺點 ： 　　AT不用離合器換檔，檔位少變化大，連接平穩(wěn)，因此操作容易，既給開車人帶來方便，也給坐車人帶來舒適。 　　但缺點也多，一是對速度變化反應(yīng)較慢，沒有手動波靈敏，因此許多玩車人士喜歡開手動波車；二是費油不經(jīng)濟，傳動效率低變矩范圍有限，近年引入電子控制技術(shù)改善了這方面的問題；三是機構(gòu)復(fù)雜，修理困難。在液力變扭器內(nèi)高速循環(huán)流動的液壓油會產(chǎn)生高溫，所以要用指定的耐高溫液壓油。另外，如果汽車因蓄電池缺電不能啟動，不能用推車或拖車的方法啟動。如果拖運故障車，要注意使驅(qū)動輪脫離地面，以保護(hù)自動波齒輪不受損害。 　�。�3）AMT 　　AMT在機械變速器（手動波）原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，主要改變手動換檔操縱部分。即在總體傳動結(jié)構(gòu)不變的情況下通過加裝微機控制的自動操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)換擋的自動化。因此AMT實際上是由一個機器人系統(tǒng)來完成操作離合器和選檔的兩個動作。由于AMT能在現(xiàn)生產(chǎn)的手動波基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，生產(chǎn)繼承性好，投入的責(zé)用也較低，容易被生產(chǎn)廠接受。AMT的核心技術(shù)是微機控制，電子技術(shù)及質(zhì)量將直接決定AMT的性能與運行質(zhì)量。 　　3、CVT： 　　無級變速器(CVT：ContinuouslyVariableTrans-mission)與有級式的區(qū)別在于，它的變速比不是間斷的點，而是一系列連續(xù)的值，譬如可以從3.455一直變化到0.85。CVT結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組，它主要靠主、從動輪和金屬帶來實現(xiàn)速比的無級變化。

　　其原理是與普通的變速箱一樣大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合，形成不同的速比，像自行車的踏板經(jīng)大小輪盤與鏈條帶動車輪以不同的速度旋轉(zhuǎn)。由于不同的力度對各組齒輪產(chǎn)生的推力大小不一，致使變速箱輸出的轉(zhuǎn)速也隨之變化，從而實現(xiàn)不分檔次的徐緩轉(zhuǎn)動。 　　CVT采用傳動帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動力傳遞，即當(dāng)棘輪變化槽寬肘，相應(yīng)改變驅(qū)動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進(jìn)行變速，傳動帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等。CVT是真正無級化了，它的優(yōu)點是重量輕，體積小，零件少，與AT比較具有較高的運行效率，油耗較低。但CVT的缺點也是明顯的，就是傳動帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，只能限用于在1升排量左右的低功率和低扭矩汽車，因此在自動變速器占有率約4%以下。近年來經(jīng)過各大汽車公司的大力研究，情況有所改善。CVT將是自動變速箱的發(fā)展方向。 　　國內(nèi)目前有三款CVT產(chǎn)品，分別是奧迪、飛度、西耶那（帕力奧），第四款上市的CVT就是旗云。這四款產(chǎn)品中只有奧迪和旗云帶巡航定速。

　　CVT的發(fā)展歷史 　　CVT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了一百多年的歷史。德國奔馳公司是在汽車上采用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)的汽油機汽車上。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轎車上，其銷量超過了100萬輛。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、傳動帶和夾緊機構(gòu)的能量損失較大，因而沒有被汽車行業(yè)普遍接受。 　　然而提高傳動帶性能和CVT傳遞功率極限的研究一直在進(jìn)行，將液力變矩器集成到CVT系統(tǒng)中，主、從動輪的夾緊力實現(xiàn)電子化控制，在CVT中采用節(jié)能泵，傳動帶用金屬帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橡膠帶。新的技術(shù)進(jìn)步克服了CVT系統(tǒng)原有的技術(shù)缺陷，導(dǎo)致了傳遞轉(zhuǎn)矩容量更大、性能更優(yōu)良的第二代CVT的面世。 　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，汽車界對CVT技術(shù)的研究開發(fā)日益重視，特別是在微型車中，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)公司開發(fā)了使用在2.0L汽車上的CVT。在此基礎(chǔ)上，日產(chǎn)公司在1998年開發(fā)了一種為中型轎車設(shè)計的包含一個手動換檔模式的CVT。新型CVT采用一個最新研制的高強度寬鋼帶和一個高液壓控制系統(tǒng)。通過采用這些先進(jìn)的技術(shù)來獲得較大的轉(zhuǎn)矩能力，日產(chǎn)公司研究開發(fā)CVT的電子控制技術(shù)，傳動比的改變實行全檔電子控制，汽車在下坡時可以一直根據(jù)車速控制發(fā)動機制動，而且在濕滑路面上能夠平順地增加速比來防止打滑。日產(chǎn)公司計劃將它的CVT的應(yīng)用范圍從1.0 L擴大到3.0L的轎車。 　　日本三菱公司已選擇了CVT平順無能量損失地傳遞直噴式發(fā)動機的動力來驅(qū)動汽車。V型帶/傳動輪機構(gòu)可以保證在所有速率下發(fā)動機動力平順無間斷地傳遞。CVT根除了傳統(tǒng)的自動變速器通過齒輪換檔時的打齒現(xiàn)象，從而獲得更滿意的響應(yīng)和控制。三菱公司準(zhǔn)備采用直噴式發(fā)動機(1.5L或更小)與CVT組合。 　　日本富士重工同時擁有15年開發(fā)CVT的經(jīng)驗。1997年5月，富士重工將它的Vistro微型車裝配了全計算機控制式E-CVT(含有六檔手動換檔模式的CVT)。駕駛員無須操作離合器就可以進(jìn)行六檔變速。富士重工在Pleo微型車上采用一種有鎖止式變矩器的電控式CVT、通過小范圍鎖止可以使液力變矩器的滑動保持在最小值，行星齒輪用來切換前進(jìn)檔/倒退檔。傳動比范圍從1：10-5.5：1。 　　1999年上半年，美國的福特公司和德國ZF公司合作為福特公司的轎車和輕型載貨車生產(chǎn)CVT。在巴達(dá)維亞和俄亥俄州新建的合資企業(yè)將從2001年生產(chǎn)為福特公司設(shè)計的、帶有電子管理功能的CFT23型CVT。ZF公司設(shè)計的CVT是一種變矩器式變速器，使用為安裝橫向發(fā)動機前輪驅(qū)動汽車生產(chǎn)的鋼帶。ZF公司也能為安裝縱向發(fā)動機的前輪驅(qū)動汽車和后輪驅(qū)動汽車生產(chǎn)CVT系列。ZF公司稱：與四檔自動變速器相比，CVT系統(tǒng)能夠?qū)⒓铀傩阅芴岣?0%，燃油經(jīng)濟性提高10%-15%。與鎖止式變矩器相比，CVT系統(tǒng)在不漏油的前提下效率更高。福特公司正在設(shè)計一種與公司內(nèi)所有輕型載貨車匹配的牽引驅(qū)動CVT，包括后輪驅(qū)動和全輪驅(qū)動載貨車。牽引驅(qū)動使用沿特殊滑液的可移動滑件代替?zhèn)鲃訋Ш蛡鲃虞��；瑒硬糠值南鄬ξ恢脹Q定傳動比，由一層部件間非常薄的液油來傳遞動力。 　　德國ZF公司從1999年中期開始為Rover 216型汽車提供鋼帶驅(qū)動的VT1型CVT。這種CVT包括螺旋齒輪或變速器、合適的液壓系統(tǒng)、濕式離合器。在系統(tǒng)中集成的ECU可以允許機械、液力和電子系統(tǒng)進(jìn)一步組合，這就更好地利用了各種系統(tǒng)的獨特優(yōu)點。 　　德國博世的電子式CVT控制系統(tǒng)是基于用傳感器和執(zhí)行器單元控制基礎(chǔ)上的電子/液力模塊。博世公司已經(jīng)將獨立部件、執(zhí)行器、傳感器和變速器換檔ECU組成一個單獨的模塊，變速器制造商只需增加一個集成控制單元。 　　CVT變速器的應(yīng)用 　　1987年，日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車投放市場，獲得成功。歐洲的Ford和Fiat也將VDT-CVT裝備于排量為1.1L到1.6L的轎車上。隨著技術(shù)的發(fā)展，能源危機引發(fā)全球性的節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)意識的提高，在總結(jié)第一代的CVT的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，開發(fā)出了性能更佳，轉(zhuǎn)矩容量更大的CVT。當(dāng)前，全世界各大汽車廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，都大力進(jìn)行CVT的研發(fā)工作�，F(xiàn)在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中，都有配備CVT變速器的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產(chǎn)量已達(dá)到近50萬輛。有一點值得注意的是，裝備有CVT的汽車市場，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場，因此無級變速汽車是當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢。 　　我們國家有巨大的汽車銷售市場，汽車工業(yè)是我國的民族工業(yè)之一。然而我國汽車業(yè)所需的自動變速器（AT）全部依賴進(jìn)口，這使得國產(chǎn)汽車配備AT后，成本增加很大，而裝備自行開發(fā)生產(chǎn)CVT變速器，其成本提高不大，說明CVT的市場前景令人樂觀。 　　目前我國正在考慮發(fā)展轎車自動變速器的問題。自“九·五”期間轎車金屬帶式無級自動變速器的開發(fā)和研制已經(jīng)被列入國家的重大科技攻關(guān)計劃，以跟蹤世界技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)適合我國國情的汽車。 　　在最近的十幾年中，CVT技術(shù)已經(jīng)上前邁進(jìn)了一大步，使得CVT比有著超過100年歷史的機械變速器MT和有著超過50年歷史的自動變速器AT更有競爭力。CVT技術(shù)正處于壽命周期的開始，CVT的特性將進(jìn)一步提高。 　　什么是CVT？ 　　CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。

無級變速器（CVT）電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

　　金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個金屬片構(gòu)成。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動，另一側(cè)則固定�？蓜颖P與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。發(fā)動機輸出軸輸出的動力首先傳遞到CVT的主動輪，然后通過V型傳動帶傳遞到從動輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來驅(qū)動汽車。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比�？蓜颖P的軸向移動量是由駕駛者根據(jù)需要通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動輪、從動輪液壓泵油缸壓力來實現(xiàn)的。由于主動輪和從動輪的工作半徑可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了無級變速。 　　在金屬帶式無級變速器的液壓系統(tǒng)中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來自發(fā)動機的動力高效、可靠的傳遞。主動油缸控制主動錐輪的位置沿軸向移動，在主動輪組金屬帶沿V型槽移動，由于金屬帶的長度不變，在從動輪組上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動輪組和從動輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實現(xiàn)速比的連續(xù)變化。 　　汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，從而保證驅(qū)動橋能夠有足夠的扭矩來保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動輪的工作半徑逐漸減小，從動輪的工作半徑相應(yīng)增大，CVT的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。 　　CVT的特性

　　1、經(jīng)濟性 　　CVT可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，從而獲得傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟性。德國的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進(jìn)行ECE市區(qū)循環(huán)和ECE郊區(qū)循環(huán)測試，證明CVT能夠有效節(jié)約燃油(如表1) 　　2、動力性 　　汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大，汽車的動力性愈好。由于CVT的無級變速特性，能夠獲得后備功率最大的傳動比，所以CVT的動力性能明顯優(yōu)于機械變速器(MT)和自動變速器(AT)。 　　3、排放 　　CVT的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動機以最佳工況工作，從而改善了燃燒過程，降低了廢氣的排放量。ZF公司將自已生產(chǎn)的CVT裝車進(jìn)行測試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。 　　4、成本 　　CVT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)目比AT(約500個)少(約300個)，一旦汽車制造商開始大規(guī)模生產(chǎn)，CVT的成本將會比AT小。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油，隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)、材料的革新，CVT零部件(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)的生產(chǎn)成本，將降低20%-30%。 　　勿庸置疑，CVT變速器的技術(shù)含量和制造難度都要比MT變速器高，與AT變速器相仿，由于金屬帶式CVT的結(jié)構(gòu)簡單，所含的零件數(shù)量比AT變速器少40％左右，整車的質(zhì)量因而也有所減輕。 　　5、駕駛平順性 　　由于CVT的速比變化是連續(xù)不斷的，所以汽車的加速或減速過程非常平緩，而且駕駛非常簡單、安全。從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣”。