国内外汽车无级变速(CVT)技术的发展概况

2024年1月8日发(作者：2010款现代圣达菲)

第１５卷第４期广西工学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．　１５　　Ｎｏ．　４２００４年１２月　　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＵＡＮＧＸＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．　２００４文章编号１００４－６４１０　（２００４）　０４－００１９－０５国内外汽车无级变速（ＣＶＴ）技术的发展概况李春青，彭建中，吴彤峰（广西工学院汽车系，广西柳州５４５００６）摘要：详细介绍了国内外汽车无级变速传动（ＣＶＴ）技术的发展与应用概况，对车用无级变速器（ＣＶＴ）的结构及工作原理进行了详细地分析，并就其性能特点与其它类型汽车传动装置进行了比较分析，总结了无级变速传动（ＣＶＴ）的优势与不足，并对无级变速传动（ＣＶＴ）技术的发展趋势及应用前景进行了分析并做出预测。关键词：无级变速（ＣＶＴ）；发展；汽车电子中图分类号：Ｕ２７０－３２文献标识码：Ａ１前言　　　　随着人们对汽车舒适程度要求的提高，目前在汽车上广泛使用的液力自动变速器（ＡＴ）的安装率已达到８０％，但是液力偶合自动变速器（ＡＴ）存在着不少的缺点：传动比不连续、液力传动效率不高、零部件多、结构复杂、成本高昂、与发动机的固有输出特性不能全程匹配等［Ｉｌｌ。因此汽车科技人员一直在寻求一种可替代液力偶合ＡＴ的变速装置，现在这种能连续变化传动比的新型技术已经出现，它就是无级变速（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｖａｒｉａｂｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）技术。２无级变速传动（ＣＶＴ）的分类　　　　无级变速传动机构根据其动力传递方式分类如下所示。其中已经在汽车上应用的有传动带方式与牵引传动方式，流体式和电气式由于传动效率低，目前只是少量应用于一些特种汽车。在汽车上已经实用的无级变速器有传动带传动与牵引传动（ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｄｒｉｖｅ）两种型式，都是应用摩擦力传递动力Ｃｚ１无级变速传动分类：　　　　机械式《”动”ｉ箕Ａ　ｑｉ１＊／＊ｉｆ０带ｘ”“无级变速传动牵引”动ｉｇ覆羹流体式电气式３无级变速传动（ＣＶＴ）的工作原理传劝带式无级变速器工作原理如图１，　　　　在低速时通过增大驱动滑轮的宽度，减小其工作半径；同时减小收稿日期：２００４－０７－１３资助项目：广西工学院青年科学基金资助项目（编号：０３０２１２）０作者简介：李春青（（１９７２－），女，广西临桂人，广西工学院汽车工程系教师。万方数据

万方数据广西工学院学报２００４年１２月从动滑轮的宽度，而增大工作半径，从而增大传动比。高速时，驱动轮的宽度减小，从动轮的宽度增加，从而减小传动比。该系统的驱动轮与从动轮的活动部分分别位于相反一侧，所以变速时传动带只需稍作平行移动，不会发生扭曲。目前，传动带的形式一般有Ｖ型橡胶带、金属带、金属链等。这种类型的无级变速传动技术目前已经发展得比较成熟〔３１。圆盘式无级变速器如图２所示，它通过两个相互垂直　　　　放置的摩擦圆盘进行动力传递，其从动盘可以沿主动盘的径向移动，使得主动盘的工作半径根据需要改变，从而改变传动比。这种类型的无级变速传动装置是比较早期的一种无级变速传动装置，１９０５年首先由美国人提出来，并在１９０７年生产出样机，但由于摩擦本身带来的能量损耗大，温度高等原因，存在传递扭矩小和不耐用等缺点，最终这种形式的ＣＶＴ装置没有投人批量生产，不过它开拓了人们图１传动带式无级变速传动原理　　　　　　　　１－输人轴；２一主动轮固定部分；３一主动轮可动部分；４－的思路。目前美国人正热衷于研究的无级变速传动装置一主动轮液压工作缸；５一被动轮固定部分；６一被动轮可动部无限变速式机械无级变速器（ｉｎｆｉｎｉｔｅｌｙ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ－分；７一输出轴；ｓ一被动轮液压工作缸；９一传动带。ｏｎ）的传动原理与其十分相似。无限变速式机械无级变速器（ＩＶＴ）的传动原理如图３所示，它是通过改变动力转子的倾斜角度，使其与动力转子接触的传动盘的有效半径发生变化，从而改变传动比，实现变速川。高速低速输入盘输出盘转子圆板动力转子图２摩擦盘式无级变速传动原理图３摩擦环式无级变速传动原理４无级变速传动（ＣＶＴ）的特性对比　　　　无级变速传动（（ＣＶＴ）技术省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，采用工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力，设计构思十分巧妙。使得ＣＶＴ可以实现传动比的连续改变，从而得到传动系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，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性，它的综合性能比液力自动变速箱（ＡＴ）有明显优势，所以是目前较为理想的汽车传动装置。　　　　为了考察ＣＶＴ系统在汽车中应用的实际效果，各国的汽车公司都对其进行了对比试验。即同类汽车分别装备ＣＶＴ、有级机械变速器（ＭＴ）、和液力机械自动变速器（ＡＴ），在同等条件下进行性能比较。４．１经济性由于ＣＶＴ能实现传动比的连续变化，可得到传动系与发动机工况的最佳匹配，整车的燃油经济性相应　　　　

第４期李春青等：国内外汽车无级变速（ＣＶＴ）技术的发展概况得到提高。德国ＺＦ公司测试结果：ＣＶＴ汽车的经济性比４档ＡＴ汽车至少提高约１０％，与５档ＭＴ汽车相４．２动力性当或者略优［ＥＳ］ＣＶＴ能实现发动机的闭环控制，可取得发动机与汽车行驶工况的最佳匹配。它的无级变速特性，　　　　能够获得后备功率最大的传动比，而汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好，ＣＶＴ汽车的加速性能（（０－ｘ１００　ｋｍ／ｈ）比ＡＴ汽车加速性能提高７．５％一１１．５００，速度较高时，加速性优于ＭＴ汽车［６７０４．３传动效率ＣＶＴ系统有很宽的传动比，　　　　介于２．４００到０．３９５之间，相对于传统的变速箱，具有较高的灵活性，加速更加顺畅。一般来说，ＣＶＴ变速箱的动力传输快、流失少，所以起步快，加速连贯性非常好，相当顺滑，没有什么突兀感。传动效率稳定并高达９４００￣９６００［６７０４．４可靠性与寿命ＣＶＴ的可靠性与寿命主要取决于金属带传动工作组件和控制系统，　　　　据荷兰ＶＤＴ公司的技术人员称，现在新的设计和技术已经解决了ＣＶＴ过去存在的主要问题，８０万套ＣＶＴ在世界各地试用的结果，出现故障的只有２０。套，故障率为０．０２５００。可见，该系统质量高、使用可靠。采用高强度优质材料、精密制造技术与无限寿命设计方法设计和制造的金属颤抖工作组件可达到与发动机相同的寿命［７３４．５排放　　　　无级自动变速器实现发动机的闭环控制，具有较宽的速比变化范围，可使发动机经常处于经济转速区域内运转，从而降低了排气污染。德国ＺＦ公司将自己生产的ＣＶＴ装车测试，其废气排放物比装备４档自动变速器的汽车减少约１０００［５７．４．６成本　　　　ＣＶＴ系统结构简单，零部件数目比ＡＴ少很多，一旦汽车制造商开始大规模生产，ＣＶＴ的成本将会比ＡＴ小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，ＣＶＴ零部件的生产成本，将降低２０　０ｏ　－３０　０ｏ。目前，荷兰ＶＤＴ公司正通过不断地改进传动零件的结构及零部件加工工艺过程等措施，来降低产品成本，提高产品的竞争能力［Ｃｓ７５　　ＣＶＴ技术的发展概况ＣＶＴ技术的发展，　　　　可以追溯到十九世纪末，德国Ｄａｉｍｌｅｒ－Ｂｅｎｚ公司在１８９６年就将Ｖ型橡胶带式无级变速技术用于该公司生产的汽车上，但材料较差、传递力矩小，没有什么实用价值。而后，荷兰ＤＡＦ公司的Ｈ．Ｖａｎ　Ｄｏｏｒｎｅ博士于１９５８年研制成功了双Ｖ型橡胶带式无级变速器，并装备于ＤＡＦ公司制造的小型轿车上，但是由于橡胶带式ＣＶＴ在结构设计和选材等方面的问题，存在着传动机械体积过大，传动扭矩过小，无法满足汽车行驶的需要，因而也没有被汽车行业普遍接受。直到本世纪六十年代末期，Ｈ．　Ｖａｎ　Ｄｏｏｒｎｅ博士研制出能传递功率容量大，效率高，结构紧凑的实用型金属带式ＣＶＴ，这是ＣＶＴ技术上里程碑式的突破１９３。它具有零件少，体积小，重量轻，传动效率高，油耗较低的优点。但缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，但在小功率汽车上还是很有市场的。富士、菲亚特、福特都先后引进ＣＶＴ，加以改善，用在自己的汽车上。１９８４年，最善于应用新技术的富士车厂研制了具有电脑装置的电控无级变速传动ＥＣＶＴ，并在１９８７年２月装在Ｊｕｓｔｙ（Ｊ１０）汽车上推出市场，获得成功。从此金属带式无级变速器真正进人商品化阶段［，。〕　　　　进人九十年代，。ＶＤＴ公司在总结八十年代产品开发和使用经验的基础上，研制成功了传递转矩更大、性能更优良的第二代ＣＶＴ，　１９９８年日产公司开发了一种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式的ＣＶＴＩ１１Ｉ。新型ＣＶＴ采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高液压控制系统。通过采用这些先进的技术来获得较大的转矩能力，日产公司研究开发ＣＶＴ的电子控制技术，传动比的改变实行全档电子控制，汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动，而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。日产公司还计划将它的ＣＶＴ的应用范围从１．　ＯＬ扩大到３．　ＯＬ的轿车［［１２１。另外，日本三菱、富士重工也都在不断改进无万方数据

万方数据广西工学院学报２００４年１２月级变速器，从而实现汽车从有级变速阶段向无级变速阶段的飞跃。我国在ＣＶＴ方面的研究尚处于起步阶段，自“九?五”期间开始，　　　　轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列人国家的重大科技攻关计划，由吉林工业大学、东北大学、东风汽车公司合作，共同承担并完成了这个攻关项目，对ＣＶＴ技术进行实用化研究，在ＣＶＴ传动机理、ＣＶＴ控制策略、ＣＶＴ数字建模与仿真等方面，取得了一些突破性成果并成功试制出国内首台ＣＶＴ产品，进行了台架实验和道路实验，取得了一些宝贵的实验数据和开发经验，目前该课题组仍在进行ＣＶＴ的开发研究工作。为了尽快缩短跟世界先进水平的距离，应该参照日本“本田公司”１９９５年的办法，即在组织技术人员对外考察的基础上，购买多种样机，通过博采众长，反复试验，最后推出较好的发动机［［１３１０当前，　　　　世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行ＣＶＴ的研发工作。现在日产、菲亚特、富士、福特、本田、奥迪等著名汽车品牌中，都有配备ＣＶＴ变速器的轿车销售，国内ＣＶＴ的批量装车始于２００３年，目前正以递增的态势发展（见下表）。表国内ＣＶＴ应用情况公司车型排量ＣＶＴ型式上市时间一汽大众奥迪Ａ６２．　４＾－２．　８Ｌ电控传动链式２００３．６南京菲亚特派里奥，西耶那１．　３Ｌ电控传动带式２００３．５广州本田飞度１．　　　　　　　　　　　　　　　　　３Ｌ电控传动带式２００３．１１奇瑞旗云１．　　　　　　　　　　　　　　　　　６Ｌ电控传动带式２００４．６奇瑞ＱＱ０．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８Ｌ电控传动带式预计２００５６　　ＣＶＴ的发展趋势　　　　当今世界各大汽车公司对无级变速器的研制都十分活跃，由１９９６年全世界ＣＶＴ轿车已达近１２０万辆，预计到２００５年ＣＶＴ的销售量将接近５００万辆［［１４１。值得注意的是，装备有ＣＶＴ的汽车市场，由最初的日本、欧洲，已经渗透到北美市场，因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势，前景十分看好。随着电子控制技术、材料及加工技术的进步，ＣＶＴ未来的发展将呈现以下趋势：（１）随着生产过程的自动化及生产规模的扩大，　　　　产品的成本更低廉。＜　　　　２）与发动机控制一起集成控制单元，使控制更优越、反应更快捷。带有集成发动机管理单元的第一个ＣＶＴ传动系原型已经进行了行驶循环测试［［１ｓ７（３）部件的优化设计，电子化的精确控制和新材料的应用，　　　　使ＣＶＴ向大排量汽车发展，以实现更广泛的应用。　　　　＜４）混合动力汽车将是未来汽车发展的重要方向之一。采用ＣＶＴ传动系的混合动力汽车的油耗有可能减少３０％，排放有可能降低５０％，所以ＣＶＴ是混合动力汽车的最理想传动装置［Ｃｌｓ７７结束语　　　　在最近的十几年中，ＣＶＴ技术已经向前迈进了一大步，由于采用ＣＶＴ可以得到传动系与发动机工况的最好匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，并可以提高操纵方便性和舒适性，有效地降低了排放污染，使得ＣＶＴ的综合性能比有着超过１００年历史的机械变速器（ＭＴ）和有着超过５０年历史的自动变速器（ＡＴ）更有竞争力。理论研究与试验对比表明，ＣＶＴ比ＭＴ，　ＡＴ综合性能更佳。不久的将来，可望无级自动变速器将得到广泛的应用和发展。

第４期李春青等：国内外汽车无级变速（ＣＶＴ）技术的发展概况２３参考文献：［１〕王红岩．金属带式无级变速传动系统分析，匹配综合控制的研究〔Ｄ］．长春：吉林工业大学，１９９８．［２］　Ｌｉｅｂｒａｎｄ　Ｎ　Ｊ．　Ｆｕｔｕｒｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｐｕｓｈ　Ｂｅｌｔｓ　ｆｏｒ　ＣＶＴ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｄ］．　ＳＡＥ　ｐａｐｅｒ　９２５０６３，１９９２．［３］裘熙定．轿车金属带式无级自动变速器传动技术发展现状与趋势［Ｊ］．汽车技术，１９９８，（４）：１－５．［４〕杨亚联．汽车无级变速器的类型及基本原理〔Ｊ］．汽车技术，１９９７，（３）：５７－５９．［５〕黄宗益?自动变速器与手动变速器的分析比较口〕．上海汽车，１９９９１（２）：１－３．［６」王彦卿?汽车动力传动系统最佳匹配的研究〔Ｊ］．国外汽车，１９９３，（３）：１５－１７．［７］　Ｂ．　Ｒ．　Ｈｏｈｎ：Ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　Ａｎｄ　Ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ＥＤ］．　ＳＡＥ９８５０６３，１９９８．　　　　［８〕钱向阳?汽车自动变速器的类型及其分析比较〔Ｊ］．上海汽车，２００２，（１）：３３－３６．［９］　Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ　Ｓａｉｔｏ．　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｐｕｓｈｉｎｇ　Ｖ－Ｂｅｌｔ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　［Ｄ］．　ＳＡＥｐａｐｅｒ　２００３－０１－０９６９．［１０〕过学迅．轿车自动变速器的发展及应用前景［Ｊ］．世界汽车，１９９９，（８）：１０－１２．［１１］　Ｋｏｅｎ　ｖａｎ　ｄｅ　Ｍｅｅｒａｋｋｅｒ．Ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｆｏｒ　ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　Ｃｌａｍｐｉｎｇ　Ｆｏｒｃｅ　Ａｃｔｕａｔｏｒ　ｆｏｒ　ａ　Ｍｅｔａｌ　Ｖ－ｂｅｌｔ　ＴｙｐｅＣＶＴ［Ｄ］．　ＳＡＥ　２００４－３４－２８９４．［１２〕付学增．ＣＶＴ变速器最佳传动特性及控制技术研究〔Ｄ］．长春：吉林大学，２００１．［１３〕李华英，秦大同．牵引式锥盘滚轮ＣＶＴ的研究现状及发展趋势〔Ｊ］．重庆大学学报，２００３，（４）：１５－１９．［１４］杨妙梁?无级变速器（ＣＶＴ）发展动向口〕．汽车与配件，２００３，（２１）：１８－２１．［１５］　ＭａｓａｙｕｋｉＯｃｈｉａｉ．Ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　Ｈａｌｆ　Ｔｏｒｏｉｄａｌ　ＣＶＴ一Ｔｈｅ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＶＴ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｄ］．　ＳＡＥ　２００４－３４－２８５２．［１６］　ＺＦ　Ｇｅｔｒｉｅｂｅ　ＧｍｂＨ，Ｇｅｒｈａｒｄ　Ｗａｇｎｅｒ．轿车中不同传动系组合的变速箱装置的应用［Ｊ］．传动技术，２００２，１６（２）：１１－２７．Ｇｅｎｅｒａｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔ　　　　　　　　　　　　ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｓ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄＬＩ　Ｃｈｕｎ－ｇｉｎｇ，ＰＥＮＧ　７ｉａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＷＵ　Ｔｏｎｇ－ｆｅｎｇ（Ｄｅｐｔ．　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｌｉｕｚｈｏｕ　５４５００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ；　Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｖａｒｉａｂｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　（ＣＶＴ）　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｓ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＣＶＴ　ａｎｄ　ｉｔｓｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈｅｉｒ　ｃｈａｒａｉｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ａｕｔｏ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｎｓｕｍｍｅｄ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ＣＶＴ．　Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆＣＶＴ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ａ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　（ＣＶＴ）；　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ（责任编辑赖君荣）万方数据