自動變速器結(jié)構(gòu)原理——無級變速器CVT

1、電控自動變速器結(jié)構(gòu)與檢修CVT無級變速器 CVT是英文Continuously Variable Transmission的縮寫，意即無級變速器。 一般來講，汽車上常用的自動變速器有以下幾種類型： 液力自動變速器 液壓傳動自動變速器 電力傳動自動變速器 有級式機械自動變速器 無級式機械自動變速器等 其中最常見的是液力自動變速器 液力自動變速器不是真正的無級變速器（CVT）。 目前，在普通的轎車中，大多采用電控液力自動變速器其主要是由液力變矩器和自動變速器兩大部分組成它能根據(jù)節(jié)氣門的開度和車速的變化，自動進行換檔與CVT相比，液力自動變速器最大的不同是在結(jié)構(gòu)上，即它是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成

2、的因此，液力自動變速器并不是真正的無級變速器，而是有檔位的，僅是在兩檔之間的無級變速。 CVT則是由兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的。CVT采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合傳遞動力CVT可以自動改變傳動速比，實現(xiàn)傳動速比的全程無級連續(xù)改變沒有傳統(tǒng)變速器換檔時那種“停頓”的感覺，從而得到傳動系統(tǒng)與發(fā)動機工況的最佳匹配提高車輛的燃油經(jīng)濟性和動力性改善駕駛者的操縱方便性及乘坐舒適性因此它是一種比較理想的汽車動力傳動裝置。 CVT技術(shù)的發(fā)展已有100多年的歷史 德國奔馳汽車公司早在1886年就將V形橡膠帶式CVT安裝到該公司生產(chǎn)的汽油機汽車上 1958年，荷蘭的DAF公司研制出Variomat

3、ic雙V形橡膠帶式CVT，并裝備于其制造的Daffodil轎車上 但是由于橡膠帶式CVT存在功率有限（轉(zhuǎn)矩局限于135 Nm以下），離合器工作不穩(wěn)定，液壓泵、傳動帶和夾緊機構(gòu)的能量損失較大等一系列的缺陷，因而沒有被汽車行業(yè)普遍關(guān)注 然而提高傳動帶性能和CVT傳遞功率的研究一直在進行。 橡膠帶傳動的CVT功率有限離合器工作不穩(wěn)定液壓泵、傳動帶和夾緊機構(gòu)的能量損失較大后來，汽車研究人員將：液力變矩器集成到CVT系統(tǒng)中主、從動輪的夾緊力由電子裝置進行控制在CVT中采用節(jié)能泵傳動帶使用金屬帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橡膠帶汽車新技術(shù)的進步克服了CVT原有的技術(shù)缺陷傳遞轉(zhuǎn)矩容量更大、性能更優(yōu)良的第二代CVT面世進入20

4、世紀90年代，汽車界對CVT技術(shù)的研究開發(fā)日益重視，再加上全球科技的迅猛發(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中到目前為止，世界著名的汽車公司都逐漸將CVT用到自己新推出的車型上，完成了自動變速器的技術(shù)革命。CVT的結(jié)構(gòu)特點目前，奧迪A4、A6轎車，廣本飛度轎車，東南菱帥轎車，南京菲亞特轎車等已經(jīng)大量采用CVT無級自動變速器各種型號CVT的主要差別集中在：發(fā)動機動力傳遞到主動帶輪的過程以及帶輪半徑和夾緊力的控制方法上。目前，CVT的控制一般都采用電子控制模式，即可以在自動狀態(tài)下運行，也可以選擇特定的控制程序，增加駕駛的便利性。CVT自動變速器除了標準檔位外，換檔操縱手柄也可以移

5、至另一個平行的檔位，在“+”或“-”之間變換。Tiptronic開關(guān)3個霍爾傳感器換檔桿護板換檔桿護板魚鱗板4個霍爾傳感器用于換檔桿位置手動、自動和CVT無級自動變速器的功能比較項目換檔控制變速器檔位數(shù)手動變速器 人工手動控制有級自動變速器 電腦自動控制有級CVT無級自動變速器電腦自動控制無級下面以奧迪Multitronic系統(tǒng)為例介紹CVT結(jié)構(gòu)特點。 CVT（Continuously Variable Transmission)-無級變速無級變速01J 無級無級自動變速箱型號自動變速箱型號DZN 無級自動變速箱代碼無級自動變速箱代碼Multitronic R 代表代表Audi Audi 公司

6、的無級自動變速器公司的無級自動變速器 CVT在奧迪轎車上的裝備種類發(fā)動機CVT變速箱-零件號代碼備注01J 300 044FWK01J 300 047GHL帶S檔位01J 300 043 BFRZ01J 300 046 SGHJ帶S檔位2.8L2.4L1、Mutitronic 01J變速箱的結(jié)構(gòu)圖飛輪減振裝置倒檔離合器輔助減速齒輪檔傳動鏈變速器行星齒輪系液壓控制單元前進檔離合器變速箱控制單元Mutitronic 01J變速箱的剖視圖變速箱控制單元液壓控制單元機械傳動01J行星齒輪系結(jié)構(gòu)變速箱輸入軸齒圈行星齒輪行星齒輪支架前進檔離合器太陽輪倒檔離合器輸入軸太陽輪行星齒輪行星齒輪行星齒輪支架行星齒

7、輪支架行星齒輪行星齒輪齒圈齒圈輸出軸倒檔離合器前進檔離合器前進檔離合器倒檔離合器殼體殼體無級變速機構(gòu)CVT無級變速器的關(guān)鍵部件 奧迪Multitronic系統(tǒng)為無級變速機構(gòu) 其作用是使變速器在起始轉(zhuǎn)矩和終結(jié)轉(zhuǎn)矩多種速比之間連續(xù)調(diào)整，最終自動選用最佳速比，使發(fā)動機始終處于最佳速比范圍之內(nèi)，無需再考慮工作性能和燃油經(jīng)濟性。 主動錐形輪發(fā)動機輔助減速機構(gòu)鋼制鏈條被動錐形輪無級變速機構(gòu)由兩組錐形輪組成包括一對主動錐形輪和一對被動錐形輪同時有一根鏈條運行在兩對錐形輪V形溝槽中間主動錐形輪由發(fā)動機的輔助減速機構(gòu)驅(qū)動發(fā)動機的動力通過鏈條傳遞給被動錐形輪直至終端驅(qū)動 在每組錐形輪中有一個錐形輪可以軸向移動 兩

8、組錐形輪必須保持協(xié)調(diào)相同的調(diào)整，以保證鏈條始終處于張緊狀態(tài)。 鏈條采用多片式鋼制鏈條在主動錐形輪相對被動錐形輪工作直徑較小時，主動錐形輪可以傳遞給被動錐形輪較大的牽引轉(zhuǎn)矩， 部分轎車的牽引轉(zhuǎn)矩可高達300 Nm。 變速器錐面鏈輪轉(zhuǎn)動壓塊鏈節(jié)轉(zhuǎn)動壓塊轉(zhuǎn)動節(jié)傳動鏈的轉(zhuǎn)動節(jié)采用雙轉(zhuǎn)動壓塊，在傳動鏈轉(zhuǎn)曲過程中，轉(zhuǎn)動壓塊之間形成滾動摩擦，動力損失和磨損降低至最小。傳動鏈的轉(zhuǎn)動節(jié)采用不等長鏈節(jié)，可防止共振并降低轉(zhuǎn)動噪音。雙聯(lián)活塞 CVT的速比變化依靠兩組錐形輪不斷改變工作直徑 即每組錐形輪均有一個可軸向移動的錐形輪 其軸向移動由發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵提供。 為減少發(fā)動機功率消耗，根據(jù)“雙聯(lián)活塞”原理，奧迪Mu

9、ltitronic系統(tǒng)采用兩個液壓油泵獨立驅(qū)動的液壓系統(tǒng) 分別負責提供改變傳動速比的錐形輪軸間移動力和保持錐形輪與鏈條之間摩擦力的推力。 機構(gòu)中大截面活塞負責向錐形輪和鏈條提供推力保持摩擦力 小截面活塞負責向錐形輪軸向移動提供推力改變速比。 該系統(tǒng)的設計特點是： 單純改變速比時用小截面活塞和低油壓，大截面活塞僅提供一定壓力保持摩擦力。 當錐形輪軸向移動改變速比時，液壓系統(tǒng)可使用小功率液壓油泵，減小液壓系統(tǒng)損耗和發(fā)動機功率損耗，功能分流可使速比響應迅速，大截面活塞油壓無需變化。 另外 在奧迪Multitronic系統(tǒng)中還設置了一個扭矩力傳感器 該傳感器一旦檢測到錐形輪打滑或牽引阻力改變時即通知電

10、控單元改變大截面活塞油壓，進行增壓或減壓 例如車輪在濕滑路面上打滑或在粗糙路面上牽引阻力加大時，電控單元便會根據(jù)牽引力傳感器傳來的信息改變大截面活塞油壓。 扭矩傳感器腔2扭矩傳感器-接觸壓力控制滑軌架1滑軌架2鏈輪1鏈輪2滑軌架1滑軌架2扭矩傳感器腔1扭矩傳感器活塞（1）、結(jié)構(gòu)和功能傳遞扭矩壓力低，傳動鏈打滑壓力高，效率降低扭矩傳感器速比壓力調(diào)整扭矩大扭矩小速比相同扭矩相同速比大速比小接觸壓力（2）、接觸壓力控制因素壓力缸扭力傳感器1排油孔控制凸緣扭矩提高狀態(tài)小扭矩狀態(tài)（3）、工作模式-扭矩大扭矩狀態(tài)工作模式-速比低檔變速比1:1扭矩傳感器腔2十字孔變速器鏈輪橫向孔關(guān)閉，扭矩傳感器腔2不工作，

11、接觸壓力大高檔橫向孔打開，扭矩傳感器腔2工作，接觸壓力小扭矩傳感器腔2孔孔扭矩傳感器活塞動力連接 為消除發(fā)動機與變速器之間的摩擦損耗發(fā)動機與CVT之間以飛輪減振裝置代替一般液力自動變速器的液力變矩器以剛性連接代替柔性連接2 2、飛輪減振裝置、飛輪減振裝置飛輪減振裝置雙質(zhì)量飛輪6缸4缸6缸（TDI）發(fā)動機產(chǎn)生的振動變速箱吸收的振動注：在怠速區(qū)內(nèi)發(fā)動機和變速器振動剛性連接飛輪減振裝置飛輪減振裝置發(fā)動機產(chǎn)生的振動變速箱吸收的振動注：在怠速區(qū)內(nèi)發(fā)動機和變速器振動減振連接飛輪減振裝置飛輪減振裝置變速箱輸入軸齒圈行星齒輪行星齒輪支架前進檔離合器太陽輪倒檔離合器其動力輸出采用行星齒輪系統(tǒng)及兩組濕式可變壓力油

12、冷式離合器壓力可隨發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩大小而改變。可變壓力油冷式離合器具有軟連接的功能，能滿足車輛起步、停車和換檔的需要。 可變壓力油冷式離合器的電子液壓控制過程： 電控單元連續(xù)采集傳感器的輸入信號（包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器的輸入轉(zhuǎn)速、加速踏板的位置、發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩、行駛阻力和變速器的油溫等） 經(jīng)過比較、運算決定相應的油壓值，如果實際值與標定值的偏差太大，變速器自動執(zhí)行關(guān)斷離合器液壓控制ATF卸壓輸導控制壓力控制壓力油底殼離合器壓力供油壓力5bar常壓SIV:安全閥KSV:離合器控制閥VSTV:輸導壓力閥HS:手動換檔閥N215:離合器壓力調(diào)節(jié)閥離合器電子控制壓力調(diào)節(jié)閥N215離合器控制閥KSV前進檔離

13、合器倒檔離合器離合器壓力傳感器變速箱控制單元計算離合器額定壓力控制電流離合器控制參數(shù)發(fā)動機扭矩制動力變速箱油溫發(fā)動機轉(zhuǎn)速變速箱輸入轉(zhuǎn)速加速踏板位置離合器的過載保護過程與其相似，當電控單元檢測到油壓過高時（離合器過載）會及時發(fā)出控制信號使發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩降低，離合器冷卻后，在很短的時間內(nèi)發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩即恢復到原有轉(zhuǎn)矩值。安全切斷過載保護離合器系統(tǒng)保護離合器油壓過高離合器傳遞扭矩負荷過高上坡時帶掛車行駛頻繁起車和制動離合器溫度01J行星齒輪系結(jié)構(gòu)行星齒輪架行星齒輪1 行星齒輪2齒圈太陽輪動力輸出動力輸出動力輸入動力輸入前進檔倒 檔1、太陽輪主動旋轉(zhuǎn)2、行星齒輪支架架與太陽輪同速度旋轉(zhuǎn)整體同步旋轉(zhuǎn)1、太陽

14、輪主動旋轉(zhuǎn)2、齒圈固定行星齒輪支架反向旋轉(zhuǎn)01J行星齒輪系工作狀態(tài)說明變速原理 前進檔扭矩傳動路徑輸入軸太陽輪行星齒輪行星齒輪行星齒輪支架行星齒輪支架輸出軸前進檔離合器前進檔離合器當前進離合器結(jié)合時，行星齒輪系統(tǒng)太陽輪的鋼片與行星架的摩擦片結(jié)合成一體，與發(fā)動機同步，由行星架將動力輸出至輔助減速機構(gòu)；當?shù)管囯x合器結(jié)合時，齒圈的摩擦片與變速器殼體的鋼片結(jié)合，齒圈被固定，太陽輪將動力傳遞給行星架； 由于行星架的行星輪有另一中間行星輪，當齒圈被固定時，迫使行星架反向旋轉(zhuǎn)將動力輸出至輔助減速機構(gòu)。 倒檔扭矩傳動路徑輸入軸太陽輪行星齒輪行星齒輪行星齒輪支架行星齒輪支架行星齒輪行星齒輪齒圈齒圈輸出軸倒檔離合

15、器倒檔離合器殼體殼體奧迪奧迪MultitronicMultitronic系統(tǒng)的換檔系統(tǒng)的換檔桿設置有鎖鈕和桿設置有鎖鈕和4 4個檔位，并個檔位，并以程控方式設置以程控方式設置6 6個檔位；對個檔位；對應在轉(zhuǎn)向盤上設置手動升降順應在轉(zhuǎn)向盤上設置手動升降順序檔按鈕，可根據(jù)情況自由設序檔按鈕，可根據(jù)情況自由設置檔位。置檔位。 日產(chǎn)汽車公司的CVT 1997年上半年，日產(chǎn)汽車公司開發(fā)了在2.0 L汽車上使用的CVT。 在此基礎(chǔ)上，日產(chǎn)汽車公司1998年開發(fā)了一種為中型轎車設計的包含一個手動換檔模式的CVT。 新型CVT采用最新研制的高強度寬鋼帶和高液壓控制系統(tǒng)，而且獲得了較大的轉(zhuǎn)矩傳遞能力。 日產(chǎn)汽車

16、公司研制開發(fā)了CVT電子控制技術(shù)，傳動速比實行全檔電子控制，汽車在下坡時可以根據(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)汽車公司2003年2月上市的新款TEANA車中采用了該公司最新開發(fā)的面向大型車的XTRONIC CVT。 該公司在全世界首次使可用于排氣量3.5 L級發(fā)動機的金屬傳動帶式CVT達到了實用水平。 這種CVT最引人注目的是，盡管增大了轉(zhuǎn)矩，但金屬傳動帶被控制在了寬30 mm，滿足了轉(zhuǎn)矩增大的要求。三菱汽車公司的CVT 日本三菱汽車公司已選擇了CVT無能量損失傳遞直噴式發(fā)動機（GDI）動力來驅(qū)動汽車。 V形帶/傳動輪機構(gòu)可以保證在所有速率下發(fā)動機動力

17、平順無間斷地傳遞。 其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特性和控制特性。 我國福建東南汽車公司生產(chǎn)的東南菱帥（LIONCEL）轎車便采用了三菱汽車公司的CVT。 日本富士重工的CVT 日本富士重工擁有15年開發(fā)CVT的經(jīng)驗。 1997年日本富士重工為其Vistro微型車裝配了全計算機控制的E-CVT（含有6檔手動換檔模式的CVT）。 駕駛員無須操作離合器就可以進行6檔變速。 日本富士重工在Pleo微型車上采用一種有鎖止裝置液力變矩器的電控式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檔/倒檔 傳動速比范圍為1105.51

18、。 日本富士重工CVT的電子控制系統(tǒng)由電磁離合器系統(tǒng)、電控單元（ECU）、傳感元件和電磁閥等組成。 傳感元件包括換檔操縱手柄位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器和制動踏板位置傳感器 它們?yōu)镋CU提供汽車行駛的信號，ECU根據(jù)傳感器的信號作出判斷，并將控制信號送至電磁閥，控制電磁閥與液壓系統(tǒng)的工作。美國福特汽車公司的CVT1999年，美國福特汽車公司和德國ZF公司合作為美國福特汽車公司的轎車和輕型載貨車生產(chǎn)CVT，在巴達維亞和俄亥俄州新建的合資企業(yè)從2001年開始生產(chǎn)為福特汽車公司設計的、帶有電子管理功能的CFT23型CVT。德國ZF公司設計的CVT是一種液力變矩器式CVT德國ZF公司稱：與4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%；