新型CVT傳動系統在HEV中的應用研究

唐文正 林師正

摘 要：隨著新能源汽車技術的發展，動力傳動裝置與HEV的動力性和燃料經濟性有著密不可分的關系。無級變速器（CVT）有著速比可連續調整的特性，它能使內燃機、電機和整個動力傳動系統長期處于最佳運行狀態，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驗得出自動變速器的換擋規律，并和無級變速器比較，從實驗得出無級變速器相較與自動變速器在換擋平穩方面的優勢。及CVT變速器在混合動力汽車方面的優勢以及發展前景。

關鍵詞：無級變速器；混合動力汽車；傳動比；自動變速器

1引言

21世紀能源危機日益嚴重，油價也在節節攀升，節約能源減少排放排已經成為汽車發展的一個關鍵的地方。與此同時，各種自動變速器也在發展和沖擊著傳統的手動變速器，傳動行業也進入了一個新的時代。 CVT真正實現了無級變速，這能在許多的地方改善汽車的性能，不僅為節約能源做出了貢獻，而且最主要的是司機們也能有更加好的駕駛體驗。2014年，中國汽車工業協會和中國變速器協會就國內變速箱的研發方向達成了共識。必須優先發展AMT以及CVT。同時開發雙離合器自動變速器，合理生產液壓機械自動變速器[1]。只有這樣才能提高我國汽車產業的全球競爭力，發展壯大國產汽車行業，填補我國高速大扭矩無級變速器領域的空白[2]。

2 CVT無級變速器的結構特點

（1）電控系統

無級變速器變速箱電控系統主要包括控制單元、傳感器、繼電器和執行器（電磁閥）等部件。電控系統的作用是實現CVT變速箱傳動比的自動變化，控制器根據各種節氣門位置傳感器、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，從而使主動錐盤進行軸向運動，從而改變主、從動帶輪的工作半徑以實現自動變速。

（2）液壓控制系統

液壓控制系統包括油泵部分、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動機的飛輪上，主閥體被固定在飛輪的殼體上，控制閥根據實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，并且能夠傳遞轉矩，可在車輛達到一定行駛速度時鎖止，以提高輸出效率。液壓控制系統的作用主要有：控制離合器和制動器的分離與結合；調節離合器的工作壓力；控制主、從動帶輪活動面的接觸壓力；對離合器進行冷卻；為潤滑系統提供油液限制并調節油液壓力，從而保護機件同時提高油泵工作效率[3]。

（3）傳動系統

傳動系統主要由輸入軸總成、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。傳動系統的作用是借助一系列傳動裝置實現發動機到車輪動力和轉矩的傳遞，在此基礎上，速比調節裝置即帶輪總成通過在多種不同傳動比之間連續調整，自動選擇出最佳傳動比，最終使發動機始終處于高效工作范圍之內。

（4）潤滑系統

CVT 變速箱內部通常會使用多種方式來進行潤滑，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

傳動系統的檔位與汽車的動力性和經濟性有著非常密切的關系。相對于功率，傳動比越多，發動機在最大功率附近的功率就越高，從而使發動機的備用功率變得更高，提高了汽車的加速度和爬升能力。對經濟性來說，傳動系統的傳動比越多，發動機在低油耗區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可以無限變化，理論上來講無級變速器可以始終在發動機的最佳動力性點或者最低燃油消耗點工作，所以說無級變速器在提高汽車動力性和燃油經濟性方面有著很大的優勢[4]。

根據無級變速器在換檔的平順性方面的優勢，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動機轉速的特性曲線如圖1所示。駕駛員用1檔起步汽車，隨著發動機轉速的逐漸提高，車速也不斷提高。當發動機轉速到達n2時，駕駛員換檔，假設車速不變，那發動機轉速就得降到n1才能換檔成功。如果檔位越多，n1點就會越接近于n2，當檔位無限多時，發動機轉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中各換檔試驗分析

試驗選用01N型CVT自動變速器在各檔位進行換檔的平順性進行試驗，首先啟動發動機，操縱換檔機構將檔位換至一檔，然后緩慢的調節發動機的轉速，同時觀察輸出裝置的轉速，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檔的車速與發動機轉速。實驗過程中必須時刻注意，由于電動機震動過大，必須要小心，而且發動機轉速不能調的過大，不然容易發生危險；實驗過程通過設定各檔，并將數據記錄，通過對數據的整理，得出CVT變速器在HEV上車速-發動機轉速變化曲線 ，其特征曲線如圖2所示。

5 結論

通過以上實驗結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，嚴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）可以在范圍內無限的不間斷的改變傳動系統的傳動比，能在發動機轉速增加的同時，不間斷的換擋以達到換擋加速的目的。混合動力汽車在很長一段時間里都會是汽車工業發展的主要部分，而且由于電機的特點是可以比較平緩且準確的調節轉速，所以CVT變速器在HEV汽車的應用上有更好的發展。

參考文獻：

[1] 吳光強，孫賢安.汽車無級變速器技術和應用的發展綜述[J]. 同濟大學學報（自然科學版），2009，37（12）： 1642-1647.

[2] 浦前帥. 新型滾銷鏈式無級變速傳動系統嚙合機理及動力學特性研究[D].吉林大學，2013.

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

[4] 葉光鍵，陳奇，陳方清，史韋意.無級變速器在轎車中的應用與發展動向.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。