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自动变速器结构原理——无级变速器CVT


电控自动变速器结构与检修 ——CVT无级变速器

? CVT是英文Continuously Variable Transmission的缩写,意即无级变速器。

? 一般来讲,汽车上常用的自动变速器 有以下几种类型: ? 液力自动变速器 ? 液压传动自动变速器 ? 电力传动自动变速器 ? 有级式机械自动变速器 ? 无级式机械自动变速器等 ? 其中最常见的是液力自动变速器 ? 液力自动变速器不是真正的无级变速 器(CVT)。

? 目前,在普通的轿车中,大多采用电 控液力自动变速器
?其主要是由液力变矩器和自动变速器两大 部分组成 ?它能根据节气门的开度和车速的变化,自 动进行换档 ?与CVT相比,液力自动变速器最大的不同是 在结构上,即它是由液压控制的齿轮变速系 统构成的 ?因此,液力自动变速器并不是真正的无级 变速器,而是有档位的,仅是在两档之间的 无级变速。

CVT则是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。 ?CVT采用传动带和工作直径可变的主、从动轮 相配合传递动力 CVT可以自动改变传动速比,实现传动速比的 全程无级连续改变 没有传统变速器换档时那种“停顿”的感觉, 从而得到传动系统与发动机工况的最佳匹配 ?提高车辆的燃油经济性和动力性 ?改善驾驶者的操纵方便性及乘坐舒适性 ?因此它是一种比较理想的汽车动力传动装置。

? CVT技术的发展已有100多年的历史 ? 德国奔驰汽车公司早在1886年就将V形橡胶带式 CVT安装到该公司生产的汽油机汽车上 ? 1958年,荷兰的DAF公司研制出Variomatic双V 形橡胶带式CVT,并装备于其制造的Daffodil轿 车上 ? 但是由于橡胶带式CVT存在功率有限(转矩局限 于135 N?m以下),离合器工作不稳定,液压泵、 传动带和夹紧机构的能量损失较大等一系列的缺 陷,因而没有被汽车行业普遍关注 ? 然而提高传动带性能和CVT传递功率的研究一直 在进行。

橡胶带传动的CVT

◆功率有限 ◆离合器工作 不稳定 ◆液压泵、传 动带和夹紧机 构的能量损失 较大

?后来,汽车研究人员将: ?液力变矩器集成到CVT系统中 ?主、从动轮的夹紧力由电子装置进行控制 ?在CVT中采用节能泵 ?传动带使用金属带代替传统的橡胶带
?汽车新技术的进步克服了CVT原有的技术缺陷 ?传递转矩容量更大、性能更优良的第二代CVT面世 ?进入20世纪90年代,汽车界对CVT技术的研究开发日益 重视,再加上全球科技的迅猛发展,使得新的电子技术与 自动控制技术不断被采用到CVT中

到目前为止,世界著名的汽车公司都逐渐将CVT用 到自己新推出的车型上,完成了自动变速器的技术 革命。

目前,奥迪A4、A6轿车,广本飞度轿车,东 南菱帅轿车,南京菲亚特轿车等已经大量采 用CVT无级自动变速器

CVT的结构特点
各种型号CVT的主要差别集中在:

发动机动力传递到主动带轮的过 程以及带轮半径和夹紧力的控制 方法上。

目前,CVT的控制一般都采用电子控制模式,即可以在 自动状态下运行,也可以选择特定的控制程序,增加 驾驶的便利性。 CVT自动变速器除了标准档位外,换档操纵手柄也可以 移至另一个平行的档位,在“+”或“-”之间变换。 Tiptronic开关
3个霍尔传感器 换档杆护板

换档杆护板鱼鳞板

4个霍尔传感器用于换档杆位置

手动、自动和CVT无级自动变速器的功能比较

项目

换档控制

变速器档位 数 有级 有级 无级

手动变速器 人工手动控制 自动变速器 电脑自动控制 CVT无级自 电脑自动控制 动变速器

下面以奥迪Multitronic系统为例介绍CVT结构特点。
CVT(Continuously Variable Transmission) ( --------无级变速 无级变速

Multitronic R 代表Audi 公司的无级自动变速器 代表Audi 01J 无级自动变速箱型号 DZN 无级自动变速箱代码
CVT在奥迪轿车上的装备种类
发动机 2.4L 01J 300 047 01J 300 043 B 2.8L 01J 300 046 S GHJ 带S档位 GHL FRZ 带S档位 CVT变速箱--零件号 01J 300 044 代码 FWK 备注

1、Mutitronic 01J变速箱的结构图
飞轮减振装置 倒档离合器 辅助减速齿轮档 传动链变速器

行星齿轮系

前进档离合器

液压控制单元

变速箱控制单元

Mutitronic 01J变速箱的剖视图

变速箱控制 单元

液压控制 单元

机械传动

01J行星齿轮系结构
变速箱输入轴 齿圈 行星齿轮

太阳轮

行星齿轮支架 前进档离合器

倒档离合器

壳 体

倒档离 合器
前进档离合器

齿圈 行星齿轮 行星齿轮支架 行星齿轮

输入轴

太阳轮 行星齿轮 前进档离合器 行星齿轮支架 行星齿轮

输出轴

壳体

倒档离合器

齿圈

无 级 变 速 机 构

CVT无级变速器的关键部件 ? 奥迪Multitronic系统为无级变速 机构 ? 其作用是使变速器在起始转矩和 终结转矩多种速比之间连续调整, 最终自动选用最佳速比,使发动 机始终处于最佳速比范围之内, 无需再考虑工作性能和燃油经济 性。

无级变速机构由两组锥形轮组成

包括一对主动锥形轮和一 对被动锥形轮
主动锥 形轮

发动机辅助减速机构

发动机的动力 通过链条传递 给被动锥形轮 直至终端驱动
钢制链条

主动锥形轮由 发动机的辅助 同时有一根链条运行在 被动锥形轮 减速机构驱动 两对锥形轮V形沟槽中间

? 在每组锥 形轮中有 一个锥形 轮可以轴 向移动 ? 两组锥形 轮必须保 持协调相 同的调整, 以保证链 条始终处 于张紧状 态。

链条采用多片 式钢制链条

? 部分轿车的牵引转矩 可高达300 N?m。

在主动锥形轮相对被动锥 形轮工作直径较小时,主 动锥形轮可以传递给被动 锥形轮较大的牵引转矩,

变速器锥面链轮 链节

转动压块

转动压块

转动节

传动链的转动节采用双转动压块,在传动链转曲过程中, 转动压块之间形成滚动摩擦,动力损失和磨损降低至最小。 传动链的转动节采用不等长链节,可防止共振并降低转动噪音。

双联活塞
? CVT的速比变化依靠两组锥形轮不断改变 工作直径 ? 即每组锥形轮均有一个可轴向移动的锥形 轮 ? 其轴向移动由发动机驱动的液压泵提供。 ? 为减少发动机功率消耗,根据“双联活塞” 原理,奥迪Multitronic系统采用两个液压 油泵独立驱动的液压系统 ? 分别负责提供改变传动速比的锥形轮轴间 移动力和保持锥形轮与链条之间摩擦力的 推力。

? 机构中大截面活塞负责向锥形轮和链条提 供推力保持摩擦力 ? 小截面活塞负责向锥形轮轴向移动提供推 力改变速比。 ? 该系统的设计特点是: ? 单纯改变速比时用小截面活塞和低油压, 大截面活塞仅提供一定压力保持摩擦力。 ? 当锥形轮轴向移动改变速比时,液压系统 可使用小功率液压油泵,减小液压系统损 耗和发动机功率损耗,功能分流可使速比 响应迅速,大截面活塞油压无需变化。

? 另外 ? 在奥迪Multitronic系统中还设置了一个 扭矩力传感器 ? 该传感器一旦检测到锥形轮打滑或牵引 阻力改变时即通知电控单元改变大截面 活塞油压,进行增压或减压 ? 例如车轮在湿滑路面上打滑或在粗糙路 面上牵引阻力加大时,电控单元便会根 据牵引力传感器传来的信息改变大截面 活塞油压。

扭矩传感器----接触压力控制 (1)、结构和功能
链轮2 滑 轨 架 1 滑 轨 架 1 滑 轨 架 2 扭矩传感 器腔2

链轮1

扭矩传 感器腔1 滑轨 架2 扭矩传感器活塞

速 比 相 同

扭矩小

扭矩大

扭矩 传感 器 接 触 压 力

扭 矩 相 同





传 递 扭 矩

? ?



(3)、工作模式----扭矩 控制 扭力传 凸缘 感器1 压力缸

排油孔 小扭矩状态 扭矩提高状态

大扭矩状态

工作模式---速比 扭矩传感器腔2 十字孔

扭矩传感器腔2 孔 孔

变速器链轮 低档
?横向孔关闭,扭矩传感器 腔2不工作,接触压力大

扭矩传感器活塞 变速比1:1 高档
?横向孔打开,扭矩传感 器腔2工作,接触压力小

动力连接
?为消除发动机与变速器之间的摩擦损耗 ?发动机与CVT之间以飞轮减振装置代替一般 液力自动变速器的液力变矩器 ?以刚性连接代替柔性连接

2、飞轮减振装置 飞轮减 振装置 6缸

4缸 双质量 飞轮
6缸 (TDI)

飞轮减振装置

刚 性 连 接
发动机产生的振动 变速箱吸收的振动

注:在怠速区内发动机和变速器振动

飞轮减振装置

减 振 连 接

发动机产生的振动

变速箱吸收的振动

注:在怠速区内发动机和变速器振动

?其动力输出采用行星齿轮系统及两组湿式可 变速箱输入轴 行星齿轮 变压力油冷式离合器 齿圈 ?压力可随发动机输出转矩大小而改变。 ?可变压力油冷式离合器具有软连接的功能, 能满足车辆起步、停车和换档的需要。 前 进 档 离 合 器 倒档离合器 太阳轮

行星齿轮支架

? 可变压力油冷式离合器的电子液压 控制过程: ? 电控单元连续采集传感器的输入信 号(包括发动机转速、变速器的输 入转速、加速踏板的位置、发动机 的转矩、行驶阻力和变速器的油温 等) ? 经过比较、运算决定相应的油压值, 如果实际值与标定值的偏差太大, 变速器自动执行关断

离合器液压控制

SIV:安全阀 KSV:离合器控制阀 VSTV:输导压力阀 HS:手动换档阀 N215:离合器压力 调节阀

5bar常压 ATF卸压 离合器压力 供油压力 输导控制压力 控制压力 油底壳

离合器电子控制 ?制动力

离合器控制参数 ?发动机扭矩 ?发动机转速 ?变速箱输入转速 ?加速踏板位置 离合器 压力传 感器

?变速箱油温

变速箱控制单元计 算离合器额定压力 控制电流 压力调节阀N215 离合器控制阀KSV 前进档离合器 倒档离合器

离合器系统保护
离合器的过载保护过程与其相似,当电控单元检 测到油压过高时(离合器过载)会及时发出控制 信号使发动机的转矩降低,离合器冷却后,在很 短的时间内发动机的转矩即恢复到原有转矩值。
离合器油压过高 离合器传递 扭矩负荷过高 离合器温度 安全切断 过载保护 ?上坡时带挂车行驶 ?频繁起车和制动

01J行星齿轮系结构 行星齿轮架 行星齿轮1 行星齿轮2 齿圈

动力输出 动力输入

太阳轮

01J行星齿轮系工作状态说明

1、太阳轮主动旋转 前进档 2、行星齿轮支架架与太 阳轮同速度旋转 1、太阳轮主动旋转 2、齿圈固定 整体同步旋转

倒 档

行星齿轮支架 反向旋转

变速原理

前进档扭矩传动路径

前进档 离合器

行星齿 轮支架 行星齿轮

输入轴

太阳轮 行星齿轮

输 出 轴

前进档 离合器

行星齿 轮支架

当前进离合器结合时,行星齿轮系统太 阳轮的钢片与行星架的摩擦片结合成 一体,与发动机同步,由行星架将动 力输出至辅助减速机构; 当倒车离合器结合时,齿圈的摩擦片与 变速器壳体的钢片结合,齿圈被固定, 太阳轮将动力传递给行星架; 由于行星架的行星轮有另一中间行星轮, 当齿圈被固定时,迫使行星架反向旋 转将动力输出至辅助减速机构。

倒档扭矩传动路径

壳体

倒档离合器

齿圈 行星齿轮 行星齿轮支架 行星齿轮

输入轴

太阳轮 行星齿轮 行星齿轮支架 行星齿轮

输出轴

壳体

倒档离合器

齿圈

? 奥迪Multitronic系统的换档 奥迪Multitronic Multitronic系统的换档

杆设置有锁钮和4个档位, 杆设置有锁钮和4个档位,并 以程控方式设置6个档位; 以程控方式设置6个档位;对 应在转向盘上设置手动升降顺 序档按钮, 序档按钮,可根据情况自由设 置档位。 置档位。

日产汽车公司的CVT
? 1997年上半年,日产汽车公司开发了在2.0 L 汽车上使用的CVT。 ? 在此基础上,日产汽车公司1998年开发了一 种为中型轿车设计的包含一个手动换档模式 的CVT。 ? 新型CVT采用最新研制的高强度宽钢带和高 液压控制系统,而且获得了较大的转矩传递 能力。 ? 日产汽车公司研制开发了CVT电子控制技术, 传动速比实行全档电子控制,汽车在下坡时 可以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。

? 日产汽车公司2003年2月上市的新款 TEANA车中采用了该公司最新开发的面 向大型车的XTRONIC CVT。 ? 该公司在全世界首次使可用于排气量3.5 L级发动机的金属传动带式CVT达到了实 用水平。 ? 这种CVT最引人注目的是,尽管增大了 转矩,但金属传动带被控制在了宽30 mm,满足了转矩增大的要求。

三菱汽车公司的CVT
? 日本三菱汽车公司已选择了CVT无能量损失 传递直喷式发动机(GDI)动力来驱动汽车。 ? V形带/传动轮机构可以保证在所有速率下发 动机动力平顺无间断地传递。 ? 其CVT根除了传统的自动变速器通过齿轮换 档时的打齿现象,从而获得更满意的响应特 性和控制特性。 ? 我国福建东南汽车公司生产的东南菱帅 (LIONCEL)轿车便采用了三菱汽车公司的 CVT。

日本富士重工的CVT
? 日本富士重工拥有15年开发CVT的经验。 ? 1997年日本富士重工为其Vistro微型车装配了全 计算机控制的E-CVT(含有6档手动换档模式的 CVT)。 ? 驾驶员无须操作离合器就可以进行6档变速。 ? 日本富士重工在Pleo微型车上采用一种有锁止 装置液力变矩器的电控式CVT ? 通过小范围锁止可以使液力变矩器的滑动保持 在最小值,行星齿轮用来切换前进档/倒档 ? 传动速比范围为1∶10~5.5∶1。

? 日本富士重工CVT的电子控制系统由电 磁离合器系统、电控单元(ECU)、传 感元件和电磁阀等组成。 ? 传感元件包括换档操纵手柄位置传感器、 节气门位置传感器、发动机转速传感器、 车速传感器和制动踏板位置传感器 ? 它们为ECU提供汽车行驶的信号,ECU根 据传感器的信号作出判断,并将控制信 号送至电磁阀,控制电磁阀与液压系统 的工作。

美国福特汽车公司的CVT
? 1999年,美国福特汽车公司和德国ZF公司合作为美国

? ? ? ?

福特汽车公司的轿车和轻型载货车生产CVT,在巴达 维亚和俄亥俄州新建的合资企业从2001年开始生产为 福特汽车公司设计的、带有电子管理功能的CFT23型 CVT。 德国ZF公司设计的CVT是一种液力变矩器式CVT 德国ZF公司称:与4档自动变速器相比,CVT系统能够 将加速性能提高10%,燃油经济性提高10%~15%; 与锁止式液力变矩器相比,CVT系统在不漏油的前提 下效率更高。 美国福特汽车公司正在设计一种与公司内所有轻型载 货车匹配的牵引驱动式CVT,包括后轮驱动和全轮驱 动载货车,牵引驱动使用可移动滑件代替传动带和传 动轮,滑动部分的相对位置决定传动比,由部件间非 常薄的一层油来传递动力。

德国ZF公司的CVT
? 德 国 ZF 公 司 从 1999 年 开 始 为 Rover 216 型 汽 车 提 供 钢 带 驱 动 的 VT1 型 CVT ? 这种CVT包括螺旋齿轮变速器、液压 系统及湿式离合器 ? 在系统中集成的电控单元(ECU)可 以允许机械、液力和电子系统进一步 组合,从而更好地利用了各种系统的 独特特点。

日本本田公司CVT
? 无级自动变速器(CVT)是一种采用主动 与从动带轮以及钢带的电控自动变速器, 它具有无级前进档变速和二级倒档变速 功能,装置总成与发动机直列布置。 ? 无级自动变速器(CVT)是一种采用主动 与从动带轮以及钢带的电控自动变速器, 它具有无级前进档变速和二级倒档变速 功能,装置总成与发动机直列布置。

? 此型号的无级变速器在D和S档位下具有7档 模式,7档模式又分为2种: ? 7档自动模式和7档手动模式。 ? 7档自动模式下,变速器可以自动在7种带 轮速比范围内上下变换,此时,转向换档开 关随时可以被激活,而此开关被激活后,7 档自动模式即被取消,且进入7档手动换档 模式. ? 在7档手动模式下,驾驶员可以通过转向换 档开关,以手动方式在7档速比范围内加减 换档,这与手动变速器的情形相似。


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