CVT（无级变速器）的组成及工作原理和特点

CVT的全称是无级变速器，即无级变速器。CVT是一种理想的传动形式，可以实现传动比的连续无级变化，充分发挥发动机的最佳性能。CVT无级变速器的类型CVT按其结构和传动方式可分为电动式、液压式和机械式三种。其中，电动式和液压式CVT由于成本高、效率低、结构复杂而没有得到广泛应用。与前两种相比，机械式具有结构简单紧凑、成本低廉、操作方便等优点，成为目前的主流选择。所以下面说的CVT是指金属带驱动的机械式CVT。CVT(无级变速器)的组成CVT主要包括驱动轮组、从动轮组、金属带、液压泵等基本部件。金属带式无级变速器的基本结构。一般由起步离合器、行星齿轮机构、无级变速机构、控制系统和中间减速机构组成。(无级变速器)的截面图1.扭转减震器/飞轮2。机油泵3。倒档离合器4。行星机构5。前进离合器6。钢带7。驱动斜齿轮8。从动伞齿轮9。中间轴10。差别(1)起动离合器：起步离合器的主要作用是使汽车以足够的牵引力平稳起步，提高驾驶舒适性，必要时切断动力传递。目前，汽车起步主要采用三种装置：湿式离合器、电磁离合器和液力变矩器。(2)行星齿轮机构：CVT的行星齿轮机构用于前进档和倒档的切换。它采用双行星齿轮机构，行星架上固定有内外行星齿轮，其中外行星齿轮与齿圈啮合，内行星齿轮与太阳轮啮合。前进档时，太阳轮主动旋转，行星架与太阳轮同速旋转，即整体同步旋转；在倒档时，太阳齿轮主动旋转，而齿圈不移动，行星架以与太阳齿轮相反的方向旋转。(3)无级变速器：无级变速机构由金属传动带、主动轮组和从动轮组组成。其中，主动轮组和从动轮组均由活动锥盘和固定锥盘组成。(4)控制系统：控制系统用于实现CVT传动比的无级自动变化，多采用机械液压控制系统或电液控制系统。机械液压控制系统主要由油泵、液压控制阀(用于调节传动比和传动带与车轮之间的压紧力)、传感器(油门和发动机转速)、驱动轮液压缸和管路组成；电液控制系统是在电液控制系统的基础上，由一些电子控制单元、电磁阀和传感器组成，提高了CVT控制的效率和精度。(5)中间减速机构：由于CVT提供的传动比范围在2.6-0.445左右，不能完全满足整车传动比范围的要求，所以提供了中间减速机构。CVT的传动比范围可以通过中间减速机构调节到0.8-5.0左右。CVT的工作原理金属带式无级变速器的工作原理。金属带CVT主要是通过改变主动轮和从动轮与金属带的接触半径(即工作半径)来连续改变传动比。如前所述，主动轮组和从动轮组都由一个活动锥和一个固定锥组成，活动锥可以在主动轴和从动轴上轴向移动。活动锥和固定锥之间形成的V形槽与V形金属带相啮合。当驱动轮组的油缸控制驱动轮组的活动锥沿轴向移动时，驱动轮组一侧的金属带沿V形槽移动。因为金属带的长度是固定的，所以从动轮组一侧的金属带沿着V形槽向相反的方向移动。此时，从动轮组的油缸控制从动轮组的活动锥沿轴向运动，以保持金属带的张力，保证发动机高效可靠地传递动力。当金属运动第2组-控制系统与控制系统相关的部件。控制系统根据负载情况和驾驶要求，确保变速器传递动力，并在适当的时候改变传动比。第3组-外部连接设备一些部件连接到变速器的外部。这些部件中的一些位于或连接到变速箱，而另一些是整个系统的一部分，但它们分布在车辆的其他部分。第1组-机械扭矩传输行星机构行星机构使变速器能够在向前和向后两个方向上提供驱动扭矩。发动机提供的扭矩通常通过行星架上的输入轴传递给变速器。在前进方向接合的多片离合器可以将行星架直接连接到太阳齿轮。此时行星架和太阳轮通过啮合成为一个旋转的整体，发动机扭矩直接传递给驱动轮。行星齿轮不传递任何扭矩，因此没有行星机构的机械损失，驱动轮的旋转方向会与发动机的旋转方向一致。这是前进的方向。在换向模式下，接合换向多片离合器可以使行星机构中的齿圈保持静止，行星架带动三对行星齿轮组使太阳轮反向转动。此时齿轮组的传动比为1，333，601.1，会出现轻微的减速和扭矩增加，以补偿行星机构的摩擦损失。1.行星齿轮2。输入轴3。太阳齿轮4。齿圈行星机构多片离合器有两套多片湿式离合器：一套用于前进，另一套用于后退。每个离合器总成都有三个摩擦片和六个摩擦表面。液压系统控制离合器，使车辆在任何油门开度下都能平稳前行。当驱动齿轮接合时，控制离合器的接合量也可以停止车辆。冷却油直接冷却离合器片，防止摩擦面过热。1.前进档离合器组件2。倒档离合器组件图：行星机构中的离合器锥形轮和钢带CVT的主要设计特点是一对V形锥形轮由一根钢制传动带连接。主动轮和从动轮的中心距为155毫米。每个锥轮分为两半：一个固定，一个沿轴向滑动，两者倾角均为11。24毫米宽的“VanDoorne”推带用于在车轮之间传递扭矩(如果您想使用更大的扭矩值，可以使用30毫米的皮带)。通过喷嘴润滑和冷却传动带。为了减少换挡时传动带的角度误差，在它们之间的对角位置放置了两个移动半轮，然后每个移动半轮都连接到液压缸/活塞上。液压由控制系统控制。球形花键防止活动半轮相对于它们的固定半轮旋转。因为太阳齿轮通过花键连接到主动锥齿轮，所以由行星齿轮组传递的扭矩可以直接作用在主动锥齿轮上。钢制传动带将动力从主动锥齿轮传递到从动锥齿轮，再从从动锥齿轮传递到中间齿轮轴。从动轮的扭矩和速度由传动带的位置决定。两个车轮的尺寸设计为提供2.416:1-0.44:1的传动比，最大传动比为最小传动比的5.45倍。超速档油耗最低。传输钢带由450块钢板和24块钢带固定在一起组成，每边12块钢带。1.钢带2。薄钢板照片：传动带中间轴中间轴(小齿轮轴)对从动锥齿轮和差速器之间相互啮合的两个斜齿轮组进行减速，这可以确保传动轴以正确的方向旋转。从动锥齿轮和驱动轴之间的减速大大提高了车辆性能。中间轴由位于离合器壳体和独立轴承壳体中的两个锥形轴承固定。1.驱动伞齿轮轴驱动齿轮2。差速器冠齿轮3。驱动小齿轮。4.变速中间齿轮5。从动锥齿轮图：环形齿轮和中间齿轮差动机器与手动变速器一样，盆形齿轮上的扭矩通过差速器传递给车轮传统的行星自动变速器的传动比是有限的，通常是四、五、六，但是CVT就不一样了。顾名思义，CVT的传动比是连续变化的。低速档(低传动比)使静止的车辆更容易起步。主动锥轮的直径比相对较小，但从动锥轮的直径比相对较大。传动带用于传递动力和扭矩。如果通过增大主动锥的直径和减小从动锥的直径来选择高速比，则可以产生加速度。通过控制变化程度来确保最合适的传动比。CVT有两个轮子，一个主动锥轮和一个从动锥轮。每个锥形轮由两半组成，其中一半是固定的，另一半可以通过液压控制移动。传动带在车轮上的位置可以决定传动比。如果移动半轮靠近相应的固定半轮，皮带将向其外围移动。当两个锥形轮分离时，轮的周长变小，主动锥形轮和从动锥形轮的运动半轮处于各自的对角位置。此时，主动锥轮上的传动带半径减小，而从动锥轮上的传动带半径增大。车辆起步时，需要较低的传动比。为此，主动锥轮被分离以使传动带粘在其上，传动带围绕封闭的从动锥轮的外围运动。当车速提高时，需要高的传动比。因此，主动斜齿轮的移动半轮逐渐靠近相应的固定半轮，斜齿轮的周长增大。同时，从动锥齿轮被迫分离，半径减小，从而产生更高的传动比。当主动锥齿轮完全闭合，从动锥齿轮完全分离时，产生超速档的传动比。主动锥齿轮和从动锥齿轮以大约1，333，602.5的传动比旋转。图：低速档时的转轮位置1发动机输入2输出到车轮3最小直径驱动轮(低速)4最大直径从动轮(低速)图：高速档中的皮带轮位置(超速)1发动机输入2输出到车轮3最小直径驱动轮(超速)4从动轮最大直径(超速)选档杆处于空档或停车位置。在这种状态下，倒档离合器(2)和前进档离合器(4)分离，车轮不能移动。-变速器输入轴(1)的速度与发动机的速度相同。-倒档离合器(2)分离。-前进离合器(4)分离。-行星轮(3)围绕太阳轮旋转。-太阳齿轮不动，驱动轮(5)、从动轮(7)和车辆也不动。图：变速器扭矩传递机构1.输入轴2。倒档离合器3。行星齿轮4。前进离合器5。驱动轮6。驱动钢带7。从动斜齿轮。选档杆处于倒档。在这种状态下，倒档离合器(2)接合，齿圈(9)锁定在变速箱中。行星齿轮(3)使太阳齿轮(10)、主动齿轮(5)和从动齿轮(7)的旋转方向与变速器输入轴(1)相反。现在已经选择了倒档。-变速器输入轴(1)与发动机转速相同。-倒档离合器(2)接合。-前进离合器(4)分离。-齿圈(9)通过倒档离合器(2)与变速箱相连。-由变速器输入轴(1)直接驱动的行星齿轮(3)使其绕齿圈旋转，从而驱动太阳齿轮(10)、皮带轮(5)和从动锥齿轮(7)反向旋转。图：变速器扭矩传递机构1.输入轴2。倒档离合器3。行星齿轮4。前进离合器5。驱动伞齿轮6。驱动钢带7。从动伞齿轮8。从动伞齿轮9。齿圈10。太阳齿轮。第2组-控制系统控制系统功能如下：1.使钢制传动皮带的张紧夹紧力适应发动机的扭矩，以防止皮带打滑。2.驾驶时控制前进档离合器和倒档离合器。3.为驾驶提供最佳传动比。4.为齿轮箱提供必要的润滑油和冷却油。1.3.2油泵变速器中的机油泵为外齿轮泵，发动机驱动机油泵轴，机油泵轴通过中空的主动锥轮轴到达机油泵内部。变速器控制装置在不打滑的情况下最小化传动带和车轮之间的张力，并且还根据驱动策略给出的目标值(根据变速器的输入(驱动)和输出(从动)速度计算)提供传动比。在使用寿命期间，控制装置的性能退化将保持在一定范围内，不会显著影响车辆舒适性和传动带的张力。张力控制装置张力控制装置可以获得传动带不打滑时所需的最小张力，对变速器的传动效率影响最小，从而油耗最低。张力控制装置除了正常行驶外，还考虑了传动扭矩最大输入输出的特殊情况，从而最大程度地保护了传动。控制装置兼顾防抱死制动系统(ABS)制动、轮胎抱死(无ABS)和其他驱动力控制系统(如ESP、防滑控制装置等。).此外，该设备还考虑了特殊的路面和条件，如坑洼、路肩、高低附着系数过渡、轮胎打滑(如在低附着系数道路上)。该软件可以将变速器扭矩的变速器性能与估计的变速器输入扭矩进行比较。当张力控制装置发现张力不足时，ECU接收指令以减小扭矩，从而在合适的范围内调节发动机扭矩。该功能还可以保护变速器。如果车内没有电子驱动电路系统，ECU通过CAN总线传输扭矩信号。如果没有CAN总线，变速箱控制系统(TCU)软件本身会产生默认扭矩信号。速比控制装置通过控制输入和输出压力，变速器平衡主动锥齿轮和从动锥齿轮上的压力，从而控制传动比。根据主动锥和从动锥的速度传感器信号可以计算出传动比，通过改变输出压力可以得到所需的传动比。最小压力可以通过张力法确定。变速器的物理模型有助于将压力水平快速调整到可变工作点。控制软件还考虑了来自变速器其他部件的干扰，因此开发该软件是为了最小化延迟误差和目标速比误差(为了提高燃油经济性)。为了满足传动机械和耐久性极限状态的要求，我们制定了一些极限状态下的驱动策略。除了速度限制之外，通过软件使传动比(设定值)的变化率在允许的范围内。此外，该软件还防止发动机转速因车速和档位(POS)的变化而超过一定的限值。为了实现这种限制，软件将要求降低发动机扭矩或将行驶的汽车换到高档位。变速器控制单元变速器控制软件集成在TCU(变速器控制单元)中。TCU被安装在驾驶室里。第3组-外部设备油冷却器接口变速箱前有两个机油冷却器管接头。机油冷却器进口安装在发动机散热器旁边，以保持润滑油的温度低于120c。变速箱里的油从右边的端口流出，这个端口应该接在油冷却器的下接口。机油冷却器的机油从变速箱左侧的端口进入变速箱，因此变速箱左侧的端口应与机油冷却器顶部的端口相连。图：机油冷却器管接头选速杆VT2-VT3变速器的档位可以包括驻车档(P)、倒档(R)、空档(N)、前进档(D)和运动模式(S)。客户可以自行定制选档杆的配置。为了安全起见，建议使用换档锁定装置作为起动保护。CVT还可以实现手动模式，这需要在TCU上增加新的引脚来接收信号，并在一定范围内校准发动机的最大转速。主连接器图：变速箱上的线束主连接器位于变速器壳体上，包括16个针脚。通过线束圆形连接器连接。扭转减震器大多数传统的自动变速器使用液力变矩器来连接发动机和输入轴，但这种变速器使用扭转减振器，它不是变速器的一部分。扭转减震器，也称为双质量飞轮CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系统与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。汽车的储备动力决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的储备动力越大，汽车的动力越好。由于CVT的无级变速特性，可以获得储备动力最大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于其他变速器。CVT具有较宽的速比工作范围，能使发动机工作在最佳工况，从而改善燃烧过程，降低尾气排放。由于CVT的速比是连续变化的，所以汽车的加速或减速过程非常平缓，驾驶非常简单安全。CVT属于摩擦传动，能传递的最大功率受到摩擦扭矩的限制。由于是摩擦传动，所以效率不高，这也是带式CVT的技术难点。由于能传递的最大功率的限制，CVT目前多用于小排量的车辆。CVT与传统自动变速器的区别CVT与传统自动变速器最大的区别就是省去了复杂笨重的齿轮组合变速器，只用两组锥齿轮进行传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径，无级变速器可以连续改变传动比，从而获得传动系统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，提高驾驶员的操纵便利性和乘坐舒适性。因此，它是一种理想的汽车传动装置。使用这种自动变速器具有以下优点：恒定车速下的低发动机转速；-改善排放控制/减少燃料消耗；-低NVH(噪音、振动、刺耳的声音)；-平稳加速；-在山路上灵活驾驶；下图是手动或传统自动变速器与无级变速器的传动比变化对比图。常规自动变速器(传动装置)的传动比是一系列固定值。当变速器换到高档位时，第一图所示的传动比会根据节气门开度沿粗实线或虚线变化。用无级变速器可以得到第二图所示的传动比变化图，两种变速器的换挡点都与驾驶员施加的油门开度有关。当节气门开度变大时，发动机转速升高，变速器换入高档位；比如传统变速器的发动机转速会明显降低，但无级变速器的发动机转速不会降低。通过在相同的发动机转速下移动锥形齿轮，无级变速器可以换到高速档。另外可以选择其他换挡策略，有助于CVT新用户更快接受。