新型CVT傳動系統(tǒng)在HEV中的應(yīng)用研究

唐文正 林師正

摘 要：隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，動力傳動裝置與HEV的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性有著密不可分的關(guān)系。無級變速器（CVT）有著速比可連續(xù)調(diào)整的特性，它能使內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)和整個動力傳動系統(tǒng)長期處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，提高能量傳遞效率，降低車輛能耗，增加車輛行駛里程。論文通過對自動變速器換擋實(shí)驗(yàn)得出自動變速器的換擋規(guī)律，并和無級變速器比較，從實(shí)驗(yàn)得出無級變速器相較與自動變速器在換擋平穩(wěn)方面的優(yōu)勢。及CVT變速器在混合動力汽車方面的優(yōu)勢以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：無級變速器；混合動力汽車；傳動比；自動變速器

1引言

21世紀(jì)能源危機(jī)日益嚴(yán)重，油價也在節(jié)節(jié)攀升，節(jié)約能源減少排放排已經(jīng)成為汽車發(fā)展的一個關(guān)鍵的地方。與此同時，各種自動變速器也在發(fā)展和沖擊著傳統(tǒng)的手動變速器，傳動行業(yè)也進(jìn)入了一個新的時代。 CVT真正實(shí)現(xiàn)了無級變速，這能在許多的地方改善汽車的性能，不僅為節(jié)約能源做出了貢獻(xiàn)，而且最主要的是司機(jī)們也能有更加好的駕駛體驗(yàn)。2014年，中國汽車工業(yè)協(xié)會和中國變速器協(xié)會就國內(nèi)變速箱的研發(fā)方向達(dá)成了共識。必須優(yōu)先發(fā)展AMT以及CVT。同時開發(fā)雙離合器自動變速器，合理生產(chǎn)液壓機(jī)械自動變速器[1]。只有這樣才能提高我國汽車產(chǎn)業(yè)的全球競爭力，發(fā)展壯大國產(chǎn)汽車行業(yè)，填補(bǔ)我國高速大扭矩?zé)o級變速器領(lǐng)域的空白[2]。

2 CVT無級變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）電控系統(tǒng)

無級變速器變速箱電控系統(tǒng)主要包括控制單元、傳感器、繼電器和執(zhí)行器（電磁閥）等部件。電控系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)CVT變速箱傳動比的自動變化，控制器根據(jù)各種節(jié)氣門位置傳感器、輸入軸的傳感器、輸出軸的傳感器和液壓力傳感器等知道的汽車速度、加速度和換擋控制的各種信號，通過執(zhí)行器（電磁閥）控制離合器以及主、從動帶輪伺服液壓缸的壓力，從而使主動錐盤進(jìn)行軸向運(yùn)動，從而改變主、從動帶輪的工作半徑以實(shí)現(xiàn)自動變速。

（2）液壓控制系統(tǒng)

液壓控制系統(tǒng)包括油泵部分、主閥體、控制閥、液力變矩器和制動器等部件。一般油泵會被固定在發(fā)動機(jī)的飛輪上，主閥體被固定在飛輪的殼體上，控制閥根據(jù)實(shí)際要求安裝在控制單元旁邊或與油泵安裝在一起，而液力變矩器和制動器則與變速箱輸入軸接在一起，能夠起到離合器的作用，并且能夠傳遞轉(zhuǎn)矩，可在車輛達(dá)到一定行駛速度時鎖止，以提高輸出效率。液壓控制系統(tǒng)的作用主要有：控制離合器和制動器的分離與結(jié)合；調(diào)節(jié)離合器的工作壓力；控制主、從動帶輪活動面的接觸壓力；對離合器進(jìn)行冷卻；為潤滑系統(tǒng)提供油液限制并調(diào)節(jié)油液壓力，從而保護(hù)機(jī)件同時提高油泵工作效率[3]。

（3）傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)主要由輸入軸總成、帶輪總成、中間軸總成和差速器總成所組成。輸入軸總成主要包括輸入軸、前進(jìn)擋離合器、倒擋離合器和行星輪系等部件；帶輪總成主要包括金屬帶、主從動帶輪軸、可移動主動帶輪錐盤以及可移動從動帶輪錐盤等部件；中間軸總成主要包括中間軸和主減速器主動齒輪等部件；差速器總成主要包括差速器、主減速器從動齒輪和行星齒輪組等部件。傳動系統(tǒng)的作用是借助一系列傳動裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)到車輪動力和轉(zhuǎn)矩的傳遞，在此基礎(chǔ)上，速比調(diào)節(jié)裝置即帶輪總成通過在多種不同傳動比之間連續(xù)調(diào)整，自動選擇出最佳傳動比，最終使發(fā)動機(jī)始終處于高效工作范圍之內(nèi)。

（4）潤滑系統(tǒng)

CVT 變速箱內(nèi)部通常會使用多種方式來進(jìn)行潤滑，通常離合器部分和制動器部分采用的是噴射潤滑方式，而其余部分則采用的是噴濺潤滑方式。潤滑系統(tǒng)的作用是將潤滑油輸送到傳動部件的摩擦表面，能夠在表面形成一種保護(hù)零件的油膜，能夠使零件之間的摩擦大幅降低、減少功率消耗以及提高零件的使用時間，以提高變速箱工作的可靠性和耐久性。

3 CVT變速箱的換檔特性分析

傳動系統(tǒng)的檔位與汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性有著非常密切的關(guān)系。相對于功率，傳動比越多，發(fā)動機(jī)在最大功率附近的功率就越高，從而使發(fā)動機(jī)的備用功率變得更高，提高了汽車的加速度和爬升能力。對經(jīng)濟(jì)性來說，傳動系統(tǒng)的傳動比越多，發(fā)動機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性就越大，可以顯著降低油耗。而由于CVT的檔位在一定范圍內(nèi)可以無限變化，理論上來講無級變速器可以始終在發(fā)動機(jī)的最佳動力性點(diǎn)或者最低燃油消耗點(diǎn)工作，所以說無級變速器在提高汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性方面有著很大的優(yōu)勢[4]。

根據(jù)無級變速器在換檔的平順性方面的優(yōu)勢，通過理論分析檔位對于換檔平順的影響。其換檔過程中車速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的特性曲線如圖1所示。駕駛員用1檔起步汽車，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸提高，車速也不斷提高。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)n2時，駕駛員換檔，假設(shè)車速不變，那發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就得降到n1才能換檔成功。如果檔位越多，n1點(diǎn)就會越接近于n2，當(dāng)檔位無限多時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎可以不改變就可以完成換檔工作，那換擋過程自然更加平順無沖擊。

4 CVT變速箱在HEV中各換檔試驗(yàn)分析

試驗(yàn)選用01N型CVT自動變速器在各檔位進(jìn)行換檔的平順性進(jìn)行試驗(yàn)，首先啟動發(fā)動機(jī)，操縱換檔機(jī)構(gòu)將檔位換至一檔，然后緩慢的調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時觀察輸出裝置的轉(zhuǎn)速，從儀表盤中讀出車速并且記錄。用同樣的方式依次記錄2檔，R檔以及D檔的車速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)過程中必須時刻注意，由于電動機(jī)震動過大，必須要小心，而且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)的過大，不然容易發(fā)生危險；實(shí)驗(yàn)過程通過設(shè)定各檔，并將數(shù)據(jù)記錄，通過對數(shù)據(jù)的整理，得出CVT變速器在HEV上車速-發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線 ，其特征曲線如圖2所示。

5 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出自動變速器由于檔位之間的傳動比有著明顯的差別，所以在換檔的時候會有較明顯的車速變化，會給駕駛員的乘坐帶來不好的體驗(yàn)，嚴(yán)重時還會有明顯的換檔頓挫感，車速變化不平緩，也會對變速器有較大的沖擊。而無級變速器（CVT）可以在范圍內(nèi)無限的不間斷的改變傳動系統(tǒng)的傳動比，能在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加的同時，不間斷的換擋以達(dá)到換擋加速的目的。混合動力汽車在很長一段時間里都會是汽車工業(yè)發(fā)展的主要部分，而且由于電機(jī)的特點(diǎn)是可以比較平緩且準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，所以CVT變速器在HEV汽車的應(yīng)用上有更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳光強(qiáng)，孫賢安.汽車無級變速器技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展綜述[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，37（12）： 1642-1647.

[2] 浦前帥. 新型滾銷鏈?zhǔn)綗o級變速傳動系統(tǒng)嚙合機(jī)理及動力學(xué)特性研究[D].吉林大學(xué)，2013.

[3] 孫龍林，何仁. 汽車無級變速（CVT）技術(shù)的發(fā)展概況與未來趨勢.江蘇理工大學(xué)，2001.

[4] 葉光鍵，陳奇，陳方清，史韋意.無級變速器在轎車中的應(yīng)用與發(fā)展動向.汽車科技.2011，05：07-11.

作者簡介：

唐文正，男（1976.10.07出生），漢族，海南儋州人，本科，講師，研究方向：汽車新技術(shù)。