汽車無級變速器技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展

姜 勇

大連海洋大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116300

近年來，隨著人們對汽車舒適度和環(huán)保節(jié)能要求的提高。雖然無級變速器和自動(dòng)變速器在操作模式上都可以叫做“自動(dòng)檔”，自動(dòng)變速器也已經(jīng)被廣泛使用，但是自動(dòng)變速器的成本昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷，在許多場合已經(jīng)不能滿足人們的需求，能夠連續(xù)改變傳動(dòng)比，進(jìn)而改善汽車經(jīng)濟(jì)性、排放指標(biāo)和動(dòng)力性的無級變速器成為汽車變速器的主要發(fā)展方向。無極變速器是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成的一種傳動(dòng)裝置，它可以顯著提高汽車的經(jīng)濟(jì)性，改善汽車的動(dòng)力性，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在最佳目標(biāo)運(yùn)行區(qū)，以滿足機(jī)器或生產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各種不同工況的要求，這樣就既可減少汽車的換擋沖擊，也可減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。目前汽車無級變速器是汽車最理想的傳動(dòng)系統(tǒng)，具有很大發(fā)展空間，必將成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[1]。

1 國內(nèi)外無級變速器的發(fā)展

CVT技術(shù)的發(fā)展，可以追溯到19世紀(jì)末，德國Daimle-Benz公司在1896年就將V型橡膠帶式無級變技術(shù)用于該公司生產(chǎn)的汽車上，但材料較差、傳遞力矩小，沒有什么實(shí)用價(jià)值。而后，荷蘭的一位博士發(fā)明了Variomatic雙V型橡膠帶式無級變速器，并將其應(yīng)用于389公司的小型轎車，后來他又發(fā)明了金屬帶式無級變速器[2]。1987年，日本的一家汽車廠首次將電子控制的金屬帶式無級變速器應(yīng)用于大規(guī)模的汽車生產(chǎn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以工作在傳動(dòng)比有效范圍內(nèi)的任意工況下，使得無級變速器在經(jīng)濟(jì)性、尾氣排放和動(dòng)力性等方面都不遜于普遍使用的手動(dòng)變速器或自動(dòng)變速器。但是金屬帶的價(jià)格比較高，加工工藝要求也很高，這就使得人們開始考慮使用金屬鏈條來代替金屬帶完成動(dòng)力傳遞工作。目前汽車無級變速器的代表產(chǎn)品是使用德國大眾公司研發(fā)金屬鏈條的Multitronic，最大功率可達(dá)142kW，另外它在耗油、加速等動(dòng)力性能方面都優(yōu)于手動(dòng)和自動(dòng)變速器。

我國在CVT方面的研究尚處于起步階段，到80年代中期以后，隨著工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及自動(dòng)流水線的迅速發(fā)展，對無級變速器的需求大幅度增加，為此我們引進(jìn)了大量的國外先進(jìn)設(shè)備對其研究，自“九·五”期間開始，轎車金屬帶式無級自動(dòng)變速器的開發(fā)和研制已經(jīng)被列人國家的重大科技攻關(guān)計(jì)劃，取得了一些寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。我們成功研制出了國內(nèi)的無極變速器，對其進(jìn)行了臺(tái)架和道路試驗(yàn)，并開始建立并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。經(jīng)過十幾年發(fā)展，無極變速器已成為我國機(jī)械領(lǐng)域中一個(gè)新興行業(yè)，形成了從研制、生產(chǎn)、到情報(bào)信息各方面已組成一較完整的體系[3]。

2 無級變速器的基本原理

無級變速器是由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)以及加壓裝置或輸出機(jī)構(gòu)三部分組成的一種傳動(dòng)裝置，也稱為非行星齒輪自動(dòng)變速器。無級變速器并沒有使用液力變矩器，而是采用傳動(dòng)帶和工作直徑可變的帶輪與普通齒輪式變速器配合傳遞動(dòng)力。主動(dòng)錐輪的活動(dòng)錐輪和固定錐輪形成的V形槽與V形金屬帶嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，下面簡單介紹幾種常見的無極變速器：

1）傳動(dòng)帶式無級變速器

這種變速器的驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪的活動(dòng)部分位于相反的兩側(cè)，在高速時(shí)可以通過減小驅(qū)動(dòng)滑輪的寬度，增大從動(dòng)滑輪的寬度，從而改變兩個(gè)滑輪的工作半徑，減小傳動(dòng)比。低速時(shí)，增大驅(qū)動(dòng)輪的寬度[4]，減小從動(dòng)輪的寬度，從而增大傳動(dòng)比。

2）無限變速式機(jī)械無級變速器

它是通過改變動(dòng)力轉(zhuǎn)子的傾斜角度，使其與動(dòng)力轉(zhuǎn)子接觸的傳動(dòng)盤的有效半徑發(fā)生變化，從而改變傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)變速。

3）圓盤式無級變速器

這種變速器是1905年首先由美國人提出的，是比較早期的一種無級變速傳動(dòng)裝置，它通過兩個(gè)相互垂直放置的摩擦圓盤進(jìn)行動(dòng)力傳遞，主動(dòng)盤的工作半徑的改變是通過從動(dòng)盤沿主動(dòng)盤的徑向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而改變傳動(dòng)比。

3 無極變速器的發(fā)展趨勢

隨著電子材料及加工技術(shù)的進(jìn)步以及用戶對汽車操縱性能、舒適、安全等要求的不斷提高，現(xiàn)在汽車變速器向著自動(dòng)變速器和無級變速器方向發(fā)展，考慮到無極變速器結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)油功能等優(yōu)勢，必將成為變速器發(fā)展路上的新寵兒，各大汽車公司也投入大量的物力、財(cái)力加大對無級變速器的研究，它未來的發(fā)展趨勢可能有以下幾個(gè)方面：

1）與發(fā)動(dòng)機(jī)控制一起集成控制單元，使控制更優(yōu)越、反應(yīng)更快捷；

2）小型化，應(yīng)用新材料優(yōu)化設(shè)計(jì)各個(gè)部件，力爭結(jié)構(gòu)簡單緊湊，縮短動(dòng)力傳遞路線，并提高電子化的精確控制；

3）實(shí)現(xiàn)大功率、恒功率或者高速，使之能夠成為混合動(dòng)力汽車的傳動(dòng)裝置；

4）電子控制無級變速器。由于微機(jī)控制技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，適當(dāng)變速器的自動(dòng)換擋成了可能，因此各種電子傳感器也必將在變速器上得到應(yīng)用[5]。

4 結(jié)論

隨著世界汽車市場競爭的激烈化，汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代的周期也在加快。由于當(dāng)前普遍使用的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)存在著明顯的缺陷，汽車變速器的最理想形式只有能夠連續(xù)改變傳動(dòng)比的無級變速器。無極變速器技術(shù)是轎車傳動(dòng)系統(tǒng)的核心和重要技術(shù)，與傳動(dòng)的變速器相比，無級變速器能夠通過連續(xù)調(diào)節(jié)傳動(dòng)比，減少燃油消耗和尾氣排放，它必將在汽車上獲得越來越廣泛的應(yīng)用，成為國內(nèi)外汽車研究的熱點(diǎn)，同時(shí)也將成為汽車變速器新的發(fā)展方向。

[1]彭明濤.汽車帶式無級變速器的發(fā)展現(xiàn)狀[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(4).

[2]臧發(fā)業(yè)，吳芷紅.金屬帶式無級變速傳動(dòng)鋼帶跑偏控制研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2005(2)：63-97.

[3]Bin Yang.et Nonlinear dynamic modeling and control of low speed heavy-duty vehiele[J].Automatiea，2007，33(3)：265-272.

[4]守本佳郎.無段變速器CVT入門[M].日本Kufinbuli出版，2004.12：162-197.

[5]黃宏成，何維廉，郭毅超.金屬帶式CVT的鋼帶軸向偏移分析[J].傳動(dòng)技術(shù)，2001(4)：1253-1254.