無(wú)級(jí)變速器在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

...wd......wd......wd...武漢XXXX職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文題目無(wú)級(jí)變速器在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀分析汽車運(yùn)用工程系汽車檢測(cè)與維修技術(shù)專業(yè)11級(jí)02班學(xué)號(hào)110203姓名XXX指導(dǎo)教師XXX成績(jī)完成日期2013年11月摘要研究了無(wú)級(jí)變速器的開(kāi)展歷程，并分析了幾種典型無(wú)極變速器的構(gòu)造。從專業(yè)的角度闡述了它目前所存在的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)以及目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的應(yīng)用現(xiàn)狀。通過(guò)分析與預(yù)測(cè)說(shuō)明無(wú)極變速器在未來(lái)中國(guó)市場(chǎng)上將起著重要的作用。無(wú)級(jí)變速器必將是未來(lái)中國(guó)變速器市場(chǎng)上的“主力軍〞。關(guān)鍵詞：無(wú)極變速器；應(yīng)用現(xiàn)狀；開(kāi)展動(dòng)向；關(guān)鍵技術(shù)前言眾所周知，汽車最重要的三個(gè)組成局部為發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器以及底盤(pán)。變速器的功能為完善汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，在人們追求速度感、舒適性、節(jié)能環(huán)保方面時(shí)變速器起著至關(guān)重要的作用。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們追求生活的水平在不斷提高，汽車消費(fèi)者不再只是男性，女性對(duì)汽車的需求在消費(fèi)者中所占的比例正逐漸攀升，女性與男性對(duì)汽車的要求卻有著許多不同之處，因而汽車的特點(diǎn)也正逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟軡M足一定動(dòng)力性的前提條件下，汽車的操作更加簡(jiǎn)便、乘坐舒適性更好，同時(shí)環(huán)保性也將更好。然而傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器卻難以同時(shí)滿足以上要求，而搭載理想狀態(tài)下的無(wú)極變速器汽車將能同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些特點(diǎn)。一、CVT簡(jiǎn)介〔一〕、無(wú)極變速器的開(kāi)展概述無(wú)極變速器(ContinuouslyVariableTransmission，CVT)技術(shù)的開(kāi)展已經(jīng)有一百多年的歷史，德國(guó)奔馳公司是在汽車上搭載CVT的先驅(qū)者。在1958年荷蘭DAF公司所生產(chǎn)雙V型CVT，由于離合器的工作不穩(wěn)定、液壓泵、傳動(dòng)帶以及夾緊機(jī)構(gòu)的能量損失較大，因而只能用于小排量(1L左右)的汽車上，所以沒(méi)有能夠被汽車行業(yè)所普遍承受。隨著科技的不斷進(jìn)步，直到20世紀(jì)70年代后，機(jī)械式無(wú)級(jí)變速器才獲得了迅速與廣泛開(kāi)展，并且相繼出現(xiàn)了30多種不同構(gòu)造的CVT，其中主要有摩擦式、鏈?zhǔn)?、帶式?。在1997年上半年，日本的日產(chǎn)公司首次開(kāi)發(fā)并把CVT應(yīng)用于2．OL排量的汽車上，從而把CVT推崇為最具開(kāi)展?jié)摿Φ淖詣?dòng)變速器。隨著2l世紀(jì)的到來(lái)，新型材料的不斷出現(xiàn)，自動(dòng)控制技術(shù)的革新與完善，以及日產(chǎn)公司的CVT車型投放市場(chǎng)的成功例子，世界上不同汽車制造商正加大對(duì)CVT技術(shù)的研發(fā)與CVT轎車的生產(chǎn)，現(xiàn)在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI、奇瑞、吉利等著名汽車品牌中都有配備CVT變速器的轎車，新型CVT汽車正在不斷的沖擊原有的手動(dòng)變速器汽車(manualtransmission，MT)市場(chǎng)，并且自動(dòng)變速器具有超越手動(dòng)變速器的趨勢(shì)。〔二〕、典型CVT的構(gòu)造目前在市場(chǎng)上應(yīng)用較多的CVT類型主要有：帶式CVql、鏈?zhǔn)紺VT以及錐盤(pán)滾輪式CVT。金屬帶式CVT主要由行星齒輪機(jī)構(gòu)、帶輪、金屬帶、減速機(jī)、液壓系統(tǒng)以及離合器等裝置構(gòu)成，基本構(gòu)造如圖1所示。而鏈?zhǔn)紺VT與帶式CVT構(gòu)造原理基本相似，鏈?zhǔn)接面湕l來(lái)替代金屬帶(剛帶如圖2所示)依靠拉力來(lái)傳遞扭矩，而帶式CVT依靠的是推力來(lái)傳遞扭矩t6J。帶式與鏈?zhǔn)紺VT最終均是由連續(xù)改變主、從動(dòng)輪工作半徑來(lái)連續(xù)改變傳動(dòng)比而實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。另一種無(wú)級(jí)變速器錐盤(pán)滾輪式CVT如圖3所示。雖然這種裝置系統(tǒng)看起來(lái)與帶式CVT不同但兩者的構(gòu)造基本原理幾近一樣，滾輪式是使用錐盤(pán)片和動(dòng)力滾子來(lái)代替帶與帶輪，其中一個(gè)錐盤(pán)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上的輸出軸，這就相當(dāng)于主動(dòng)帶輪與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸相連，另一個(gè)錐盤(pán)連接到驅(qū)動(dòng)軸上這就相當(dāng)于帶傳動(dòng)中的從動(dòng)帶輪的輸出。錐盤(pán)滾輪式無(wú)極變速器為改變動(dòng)力滾子與輸八、輸出錐盤(pán)之間所接觸的半徑點(diǎn)的不同而獲得不同工作半徑最終導(dǎo)致傳動(dòng)比的改變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速的過(guò)程。從原理分析來(lái)看錐盤(pán)式CVT與帶式CVT兩者既有不同之處又有一樣點(diǎn)，兩者各有千秋，而相對(duì)于帶式來(lái)說(shuō)錐盤(pán)式較不易控制，因而應(yīng)用的較少?！踩?、帶式CVT的工作原理金屬帶式無(wú)極自動(dòng)變速器的傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理如圖4所示。J汽車前進(jìn)時(shí)倒擋離合器松開(kāi)，前進(jìn)離合器合上由行星齒輪機(jī)構(gòu)傳遞的扭矩直接傳遞到主動(dòng)帶輪，金屬帶將動(dòng)力從主動(dòng)帶輪傳遞到從動(dòng)帶輪上．再由從動(dòng)帶輪將動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)傳出：倒擋時(shí)倒擋離合器合上前進(jìn)離合器松開(kāi)，經(jīng)過(guò)雙行星齒輪機(jī)構(gòu)傳遞到太陽(yáng)輪上的力矩方向發(fā)生改變，從而使從變速器輸出轉(zhuǎn)矩的方向與前進(jìn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩方向相反．最終實(shí)現(xiàn)倒擋〞。當(dāng)汽車開(kāi)場(chǎng)起步時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑較小，從動(dòng)輪的工作半徑較大因而能夠獲得較大的傳動(dòng)比．從而保證起步時(shí)能夠獲得較大的扭矩輸出較容易起步。當(dāng)汽車行駛速度逐漸增加時(shí)，主動(dòng)輪的工作半徑逐漸增加同時(shí)從動(dòng)輪的工作半徑逐漸減?。瓹VT的傳動(dòng)比下降汽車能夠以較高的速度行駛。其中主、從動(dòng)輪的工作半徑與錐盤(pán)的夾緊力大小的控制．離合器的開(kāi)、關(guān)控制等均可由電子一液壓機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制‘。二、CVT在轎車中的應(yīng)用〔一〕、目前的應(yīng)用現(xiàn)狀分析據(jù)資料統(tǒng)計(jì)顯示，1958年荷蘭的DAF公司研制的雙V型橡膠帶式CVT并裝備于其制造的Daffod訂轎車上，并且其銷量超過(guò)了100萬(wàn)輛-9]。隨著技術(shù)的不斷開(kāi)展以及新型材料的出現(xiàn)，于1997年上半年，日本日產(chǎn)公司生產(chǎn)的軒逸轎車是全球首次搭載無(wú)極變速器2．0L的轎車．日產(chǎn)公司生產(chǎn)的公爵是目前世界上匹配最大排量發(fā)動(dòng)機(jī)的CVT轎車(3．5L)。目前我國(guó)小排量汽車銷量急劇上升從而帶動(dòng)變速器市場(chǎng)的開(kāi)展。日本是世界上自動(dòng)變速器占有率最高的國(guó)家。之所以這樣主要是由于日本對(duì)于駕駛舒適性的要求和能源的節(jié)約重視。隨著人們對(duì)駕駛便捷性的追求日益增加。歐洲國(guó)家的手動(dòng)變速器市場(chǎng)也正不斷的被自動(dòng)變速器所占領(lǐng)。隨著全球變速器市場(chǎng)格局的不斷變化．呈現(xiàn)出了自動(dòng)變速器將逐漸掌握世界變速器市場(chǎng)的開(kāi)展動(dòng)向。近幾年在中國(guó)市場(chǎng)上出現(xiàn)的搭載無(wú)極變速器的轎車越來(lái)越多，同時(shí)與CVT變速器匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)排量也在逐步地增大．從最開(kāi)場(chǎng)的1．0L排量到2．OL甚至更大排量的轎車，由于CVT開(kāi)展還處于初級(jí)階段因而轎車的價(jià)格與同等級(jí)別轎車相比價(jià)格較高。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的CVT轎車擁有多種型號(hào)，例如：1．5排量的有騰翼c30、v3菱悅；1．6排量的有力帆620、旗云07款；1．8排量的有帝豪EC7、比亞迪G3；軒逸、樂(lè)馳、雷克薩斯、普銳斯，等等。表1給出了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上CVT車型以及一些主要的技術(shù)參數(shù)。帶式CVT是具有真正意義的無(wú)極變速器。它的各方面優(yōu)點(diǎn)驅(qū)使了CVT在各種變速器中一直是人們長(zhǎng)期以來(lái)所夢(mèng)寐以求的變速器。世界上各大汽車生產(chǎn)商正逐漸重視對(duì)CVT的研發(fā)并有著使其產(chǎn)量化決心。日本Jacto公司在華的建廠，博世中國(guó)的逐漸壯大都能夠很好地說(shuō)明在中國(guó)市場(chǎng)上CVT將扮演著越來(lái)越重要的角色。圖5給出了中國(guó)近幾年CVT的年產(chǎn)量。從圖中可以清晰地看出中國(guó)CVT市場(chǎng)正快速的開(kāi)展，根據(jù)預(yù)測(cè)圖可得在未來(lái)5年內(nèi)中國(guó)的CVT產(chǎn)量將超過(guò)150萬(wàn)臺(tái)。據(jù)調(diào)查顯示2008年無(wú)級(jí)變速器汽車的銷量為60130輛，而到了2010年搭載無(wú)級(jí)變速器的轎車銷量為79519輛，三年間銷量增幅就高達(dá)32．2％，而搭載自動(dòng)變速器的汽車在2010年銷量為1810959輛，CVT型自動(dòng)變速型轎車在所有自動(dòng)變速汽車中所占有的比例為4．39％。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)汽車的追求在原有的根基上更加突出的要求是轎車的舒適性與節(jié)能環(huán)保性，因此為滿足消費(fèi)者的需求，相信不同的汽車生產(chǎn)商生產(chǎn)CVT車型及數(shù)量也將隨之而提高，未來(lái)CVT將逐漸取代AT市場(chǎng)。據(jù)上海的HIS．GlobaInsight的分析師段成武分析：在未來(lái)的五年內(nèi)中國(guó)市場(chǎng)上搭載CVT車型的汽車的市場(chǎng)占有率將提高到7％，由此可見(jiàn)搭載CVT的汽車漸被中國(guó)消費(fèi)者所承受?！捕场F(xiàn)有CVT優(yōu)缺點(diǎn)分析1.優(yōu)點(diǎn)〔1)、CVT沒(méi)有傳統(tǒng)變速箱的傳動(dòng)齒輪．因而也就沒(méi)有了傳統(tǒng)變速箱的換擋級(jí)跳躍的過(guò)程．因此CVT轎車在換擋過(guò)程中的換擋頓挫感也就消失了[6]。CVT變速箱的動(dòng)力輸出的線性使駕駛者在實(shí)際駕駛CVT車時(shí)將會(huì)感覺(jué)到非常平順的動(dòng)力輸出，這一點(diǎn)同樣也能很好地滿足現(xiàn)今消費(fèi)者對(duì)汽車乘坐舒適性的要求?！?)、CVT在傳動(dòng)系統(tǒng)理論上的擋位可以無(wú)限多，擋位的設(shè)定也更為自由，具體可由主、從動(dòng)帶輪的大小而決定。汽車在行駛的過(guò)程中控制單元就能根據(jù)傳感器對(duì)不同的路況的反響來(lái)調(diào)整變速器及時(shí)的做出適應(yīng)路面的傳動(dòng)比，從而使轎車時(shí)刻處于最正確動(dòng)力輸出最正確耗油的狀態(tài)。根據(jù)比照試驗(yàn)可知CVT轎車廢氣的排放量相比于搭載AT的轎車尾氣排放量減少了大約10％，在節(jié)油方面CVT比AT節(jié)油大約為15％。〔3)、CVT系統(tǒng)的構(gòu)造較簡(jiǎn)單，CVT零部件數(shù)目(約200個(gè))比AT(約500個(gè))少了近300個(gè)，這就使CVT變速器的整體重量較小從而制造成本也較小，當(dāng)然轎車的整車重量也相應(yīng)的減小，在整車重量下降時(shí)汽車的耗油將會(huì)降低，加速度將會(huì)更大?！?)、CVT使汽車具有較好的后備功率，汽車的后備功率往往決定著汽車的爬坡能力與汽車的加速能力．由于CVT的無(wú)極特性因而能夠使汽車獲得后備功率最大的傳動(dòng)比。根據(jù)試驗(yàn)可知CVT汽車的加速性能(0。100km／h)比AT轎車的加速性能提高了7．5％。11．5％?。加速性能較好的汽車在行駛時(shí)想超車就能夠快速地超過(guò)其它車輛，同時(shí)在市區(qū)交通擁堵的情況下能夠更好的起步。2.缺點(diǎn)〔1)、CVT在傳動(dòng)扭矩時(shí)主要是由鋼制皮帶來(lái)傳動(dòng)的，對(duì)鋼帶的要求為韌性與剛性都要好，由于目前材料的限制因而鋼帶在滿足一定韌性條件下所能承受的最大拉力與扭矩均有限。一般而言當(dāng)轎車的排量超過(guò)2．8L或扭矩達(dá)280Nm以上時(shí)就難以搭載CVT?！?)、CVT要想獲得最正確的傳動(dòng)比就要求有準(zhǔn)確的電子控制系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)帶輪工作半徑變化的控制主要為液壓對(duì)錐盤(pán)夾緊力的控制。〔3)、雖然CVT的零部件較少、構(gòu)造簡(jiǎn)單，但是當(dāng)CVT出現(xiàn)故障時(shí)一般都不是小問(wèn)題，在維修時(shí)就會(huì)使對(duì)變速器的維修費(fèi)用較高。三、GVT的關(guān)鍵技術(shù)要想使CVT轎車在市場(chǎng)上擁有更高的占有率就需要逐步抑制以上的缺點(diǎn)。通過(guò)以下一些基本方法可解決上述問(wèn)題?！惨?.對(duì)CVT傳動(dòng)的理論要牢牢掌握，對(duì)傳動(dòng)比的可靠性分析要透徹，尤其是對(duì)金屬帶夾緊力的控制研究，因?yàn)橹挥性谧钫_的夾緊力情況下才能將發(fā)揮出CVT的最正確傳動(dòng)效率，同時(shí)剛帶的使用壽命與夾緊力的大小密切相關(guān)。(二).CVT中金屬帶的研發(fā)與制造是關(guān)鍵技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的CVT鋼帶全部依靠進(jìn)口，要想提升現(xiàn)有鋼帶構(gòu)造與特點(diǎn)就需要投入更多的人力與物力去專門(mén)從事對(duì)材料與構(gòu)造方面的研究，使研究出的新材料能滿足一定的剛性的同時(shí)又能夠擁有良好韌性，這樣才能使所生產(chǎn)的CVT能夠適應(yīng)于大排量的汽車從而在市場(chǎng)上普及CVT轎車。(三).要獲得更準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)就要升級(jí)現(xiàn)有的ECU控制單元。突破已有的專利技術(shù)去研發(fā)更準(zhǔn)確的控制方法。其中在控制系統(tǒng)中主要包括的學(xué)科為非線性動(dòng)力學(xué)、粘性流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、摩擦學(xué)、控制工程等學(xué)科。國(guó)家應(yīng)該鼓勵(lì)更多的科研人員從事這方面的研究[引。四、GVT的開(kāi)展趨勢(shì)近幾年來(lái)隨著科技的不斷進(jìn)步、新材料的不斷進(jìn)步以及加工技術(shù)的不斷提高，CVT正朝著以下幾個(gè)方面開(kāi)展?！惨弧场⒖刂葡到y(tǒng)方面：通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的控制系統(tǒng)的控制精度從而使對(duì)離合器的控制、速比的控制與夾緊力的控制更加符合轎車在不同路況下的動(dòng)力需求。動(dòng)力的需求控制是一部?jī)?yōu)質(zhì)CVT的先決條件?！捕?、構(gòu)造方面：在現(xiàn)有CVT的構(gòu)造根基上使用新型材料使變速器更加輕巧，以及對(duì)構(gòu)造的優(yōu)化在可靠性不降低的情況下使其更加緊湊。對(duì)構(gòu)造的優(yōu)化改進(jìn)使汽車在出現(xiàn)故障時(shí)鋼帶不會(huì)出現(xiàn)鎖死的現(xiàn)象從而能夠用拖動(dòng)的方法拖動(dòng)汽車?！踩?、性能方面：通過(guò)對(duì)鋼帶與傳感器的改進(jìn)使CVT能夠普遍應(yīng)用于大排量的汽車，CVT的傳動(dòng)效率也因摩擦損失的能量減少?gòu)亩兴岣?。同時(shí)CVT與其匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合也將能獲得更好的節(jié)油性、舒適性與操控性(目前較好的組合方式CVnCVVT)。自從1997年CVT工程被列為國(guó)家科技攻關(guān)的課題以來(lái)，在這13年間CVT都沒(méi)能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化與產(chǎn)量化，但隨著國(guó)內(nèi)對(duì)CVT的重視，在2010年4月17日國(guó)內(nèi)首款自主研發(fā)的CVT在奇瑞生產(chǎn)下線，這也填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在自動(dòng)變速器這方面的空白。同時(shí)通過(guò)國(guó)內(nèi)對(duì)國(guó)外的技術(shù)引進(jìn)，以及不斷的創(chuàng)新的科研工作相信實(shí)現(xiàn)CVT的產(chǎn)業(yè)化將在未來(lái)數(shù)年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。五、總結(jié)本文重點(diǎn)介紹了CVT的開(kāi)展概況、工作原理和典型構(gòu)造，并介紹了其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，同時(shí)分析了其關(guān)鍵技術(shù)和開(kāi)展趨勢(shì)。本文的工作對(duì)了解和認(rèn)識(shí)CVT具有重要引導(dǎo)意義。傳統(tǒng)的變速器市場(chǎng)正在不斷的受新型的性能更加優(yōu)異的變速器所沖擊著，而中國(guó)汽車工業(yè)要想在世界汽車工業(yè)中有所作為就要擁有新型變速器的技術(shù)，參加到世界變速器生產(chǎn)商的競(jìng)中去尋求開(kāi)展，最