南京邦奇自动变速箱有限公司
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CVT介绍   |   工作原理

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变速器剖面图

1. 扭转减震器/飞轮       
2. 油泵      
3. 后退离合器   
4. 行星机构      
5. 前进离合器   
6. 钢带 
7. 主动锥轮
8. 从动锥轮  
9. 中间轴   
10. 差速器       

无级变速器基本原理

VT2-VT3由很多组件组成,根据相应功能可将这些组件分为三组。
第1组-机械传动装置
此部件的功能是提供机械传动和扭矩传递。
第2组-控制系统
与控制系统相关的组件。根据载荷条件和驱动要求,控制系统保证变速器传递动力并在适当时刻改变传动比。
第3组-外部连接装置
与变速器外部相连的一些组件。在这些组件中,有些位于变速箱内或与变速箱相连,还有一些组件是整个系统的组成部分,但它们分布在车辆的其它部位。

第1组-机械扭矩传递

行星机构

行星机构使得变速器能够提供前进、后退两个方向的驱动力矩。发动机提供的扭矩通常通过行星架上的输入轴传递给变速器。接合前进方向的多片离合器可使行星架直接连接到太阳轮上,此时通过啮合,行星架和太阳轮成为一个旋转整体,发动机转矩直接传递到主动轮上。行星齿轮并不传递任何扭矩,因此行星机构不存在机械损失,并且主动轮的旋转方向将与发动机的旋转方向一致。这就是前进模式。

倒车模式中,接合倒车多片离合器可以使行星机构中的齿圈保持静止,行星架驱动三对行星齿轮组使得太阳轮反向旋转,此时齿轮组传动比为1:1.1,将会出现微小的减速增扭以补偿行星机构的摩擦损失。

1. 行星轮 2. 输入轴 3. 太阳轮 4. 齿圈

图4 行星机构

多盘离合器
共有两组多片湿式离合器:一组用于前进,一组用于后退。每组离合器有三个摩擦盘共有6个摩擦面。液压系统控制离合器使车辆任何节气门开度时都能平稳向前运动,驱动齿轮啮合时,控制离合器的接合量还可使车辆停车。冷却油直接冷却离合器盘防止摩擦表面过热。


图:行星机构中的离合器


1. 前进离合器组
2. 后退离合器组

锥轮和钢带
CVT的主要设计特征是一对“V”形锥轮由一条钢传动带连接。主动轮和从动轮中心距为155mm。每个锥轮都分为两半:一半固定,一半沿轴向滑动,两者的倾斜度都为11°。24mm宽"Van Doorne"推式传动带用于在轮间传递扭矩(如果要使用更大的扭矩值,可以使用30mm的传动带)。用喷嘴通过喷油射流的方式润滑并冷却传动带。为了缩小换档时传动带的角度误差,将两个移动的半轮置于两者的对角线位置,再把每个移动的半轮连接到液压缸/活塞上。液压由控制系统控制。球形花键防止移动半轮相对它们的固定半轮转动。
因为太阳轮由花键联接在主动锥轮上,所以行星齿轮组传送的扭矩可直接作用于主锥动轮。钢传动带将动力从主动锥轮传送到从动锥轮,然后动力又从从动锥轮传送到中间齿轮轴。
从动轮的扭矩和速率由传动带的位置决定。设计两个转轮的尺寸,使其可以提供 2.416:1-0.443:1的传动比,最大传动比是最小传动比的5.45倍。超速传动比时油耗最低。
传动钢带包括450片钢片和24根钢带固定到一起,每边12根钢带。

图:传动带


1. 钢带
2. 钢片

中间轴
中间轴(小齿轮轴)使从动锥轮和差速器间的两个啮合在一起的螺旋状齿轮组减速,这样可以保证传动轴按照正确方向旋转。从动锥轮和驱动轴之间的减速很大程度改进了车辆性能。中间轴由位于离合器壳内和独立轴承座内的两个圆锥轴承固定。


图: 齿圈和中间齿轮

1. 主动锥轮轴传动齿轮
2. 差速器冠状齿轮
3. 传动小齿轮
4. 变速中间齿轮
5. 从动锥轮轴齿轮
差速器
与手动变速器一样,冠状轮上扭矩通过差速器传送到车轮,冠状轮由8个螺栓固定到差速器壳内,传动轴由传统的球笼式万向节和密封垫固定到差速器内。圆锥轴承用来固定差速器。


图:差速器总成

1. 差速器轴承
2. 差速器壳体
3. 差速器十字轴
4. 差速器行星轮
5. 差速器冠状齿轮

传动比变化
传统行星机构自动变速器的传动比级数有限,通常为四、五或六级,但无级变速器却不同,正如其名所示,无级变速器的传动比是连续变化的。低速档(低传动比)使静止的车辆更容易起步,主动锥轮的直径相对较小,但从动锥轮的直径相对较大。传动带用于传送动力和扭矩,如果通过增加主动锥轮的直径、缩小从动锥轮的直径的方式来选择高速比,就能产生加速度。通过控制变化程度确保最适当的传动比。
无级变速器有主动锥轮和从动锥轮两个转轮,每个锥轮都由两半组成,一半固定,一半通过液压控制可以移动。传动带在转轮上的位置可以确定传动比。如果移动半轮靠近相应的固定半轮,那么传动带将向其外周移动。两半锥轮分离时,该轮周就会变小,主动锥轮和从动锥轮的移动半轮处在各自的对角线位置,此时主动锥轮上的传动带半径缩小,而从动锥轮上的传动带半径增加。
车辆起步需要低传动比,为此,主动锥轮分开使传动带贴于其上,并使得传动带绕闭合的从动锥轮外周运动。车速提高时需要高传动比,为此,主动锥轮的移动半轮逐渐向相应固定半轮靠近,锥轮的轮周增大,同时,从动锥轮被迫分离,半径减小,于是产生较高的传动比。当主动锥轮完全闭合、从动锥轮完全分开时产生超速档的传动比。主动锥轮和从动锥轮约以1:2.5的传动比转动。


图: 低档时转轮位置

1 发动机输入
2 输出到车轮
3 最小直径传动轮(低速)
4 最大直径从动轮(低速)
 

 


图:高档时带轮位置(超速)

1 发动机输入
2 输出到车轮
3 最小直径传动轮(超速)
4 最大直径从动轮(超速)


选档杆处于空档或驻车档
该状态下,倒车离合器(2)和前进离合器(4)分离,不能使车轮运动。
- 变速器输入轴(1)与发动机的转速相同。
- 后退离合器(2)分离。
- 前进离合器(4)分离。 
- 行星轮(3)绕太阳轮空转。
- 太阳轮不动,主动轮(5)、从动轮(7)以及车辆也都保持不动。

 


图:变速器扭矩传动机构

1. 输入轴
2. 后退离合器
3. 行星齿轮
4. 前进离合器
5. 主动轮
6. 传动钢带
7. 从动锥轮

选档杆处于倒车档
该状态下,后退离合器(2)接合,齿圈(9)锁定在变速器壳内。行星轮(3)使得太阳轮(10)、主动轮(5)和从动轮(7)的转动方向与变速器输入轴(1)相反。
现在倒车档已选定。 
- 变速器输入轴(1)与发动机转速相同。
- 倒车离合器(2)接合。 
- 前进离合器(4)分离。 
- 齿圈(9)通过后退离合器(2)与变速器箱体连接
- 变速器输入轴(1)直接传动的行星齿轮(3)使其环绕齿圈旋转,从而驱使太阳轮(10)、带轮(5)和从动锥轮(7)反向转动。


图: 变速器扭矩传动机构

1.  输入轴
2.  后退离合器
3.  行星轮
4.  前进离合器
5.  主动锥轮
6.  驱动钢带
7.  从动锥轮
8.  从动锥轮
9.  齿圈
10. 太阳轮

第2组-控制系统


控制系统功能如下: 
1. 使钢传动带张力的夹紧力与发动机的扭矩相适应,防止带打滑。2. 驾驶时控制前进离合器和后退离合器。3. 为行车提供最佳传动比。4. 为变速箱提供必需的润滑油和冷却油。
1.3.2
油泵
变速器内的油泵为外啮合齿轮泵,发动机驱动油泵轴,油泵轴通过空心的主动锥轮轴到达油泵内部。泵轴用花键联接到行星齿轮架上,该泵轴一直以发动机转速运转,泵油量约为10 cm³/转。系统压力取决于输入扭矩,可达40-50bar.


图:油泵全图

1. 油泵驱动轴
2. 油泵总成
油压既用于变速器液压控制,也起到润滑作用。


图:油泵进口   

1. 油泵进口
2. 油泵油封
 

变速器控制装置
变速器控制装置使得传动带和转轮间的张紧力最小却不打滑,同时也根据驾驶策略给定的目标值提供传动比大小(根据变速器的输入(主动)和输出(从动)转速计算)。在使用寿命内,控制装置的性能衰退会保持在一定范围内,而不会明显影响车辆舒适性和传动带张紧力。

张紧力控制装置
张紧力控制装置能够得到传动带不打滑时所需要的最小张紧力,这样对变速器传动效率影响最小,从而油耗最低。
除正常驾驶外,张紧力控制装置也考虑到了变速器扭矩最大输入、输出时的特殊情况,从而最大程度保护变速器。控制装置考虑到防抱制动系统(ABS)制动、轮胎抱死(无ABS时)以及其它驱动力控制系统(如ESP、防滑控制装置等)。此外,该装置还考虑了特殊路面和情况,如通过坑洼路面、路肩、高低附着系数转变、轮胎滑移(如在低附着系数路面上)。
软件能比较变速器扭矩的传动性能和变速器的预计输入扭矩。当张紧力控制装置发现张紧力不足时,ECU收到减小扭矩的指令,从而将发动机扭矩调整合适范围内。该功能也能保护变速器。
如果汽车上没有电子驱动线路系统,ECU通过CAN总线传输扭矩信号,如果没有CAN总线,变速器控制系统(TCU)软件自身则产生默认的扭矩信号。
速比控制装置
变速器通过控制输入、输出压力来平衡主动锥轮和从动锥轮上的压力,从而控制传动比。根据主动锥轮和从动锥轮转速传感器信号可以计算出传动比,并可改变输出压力得到需要的传动比。最小压力可通过张紧力方法确定。变速器的物理模型有助于迅速将压力液位调整到变量工作点。控制软件也考虑到了来自变速器其它组件的干扰,因此开发该软件也是为了尽量降低延时误差和目标速比误差等(为了提高燃油经济性)。 
为了确保满足变速器机械和耐久性极限状态的要求,我们制定了一些极限状态下的驾驶策略。除车速限制外,还通过软件使传动比变化率(设定点)在允许的范围内。此外软件也避免了发动机速率因车辆速度和档位杆状况(POS)变化超出一定极限。为了实现这一限制条件,软件将要求减小发动机扭矩或使行驶汽车换入高档。
变速器控制单元
控制变速器的软件集成于TCU(变速器控制单元)内。TCU安装在驾驶室内。
 

第3组-外接装置


1.3.3
油冷器接口
变速器壳前面有两个冷油器的管接头。一个冷油器进口安装在发动机散热器的旁边,使润滑油的温度保持在120°C以下。 
变速箱中的油从右边的口流出,这个口应该与油冷器的下面的接口相连 。
油冷器的油从变速箱左边的口进入变速箱,所以变速箱左边的接口应该与油冷器的上面接口相连。


图 : 油冷却器管接头

选档杆
VT2-VT3变速器的换档位可能包括停车档(P)、倒车档(R)、空档(N)、前进档(D)和运动模式(S)。
客户可自己定制选档杆的配置。为了安全起见,建议应用换档锁定装置作为起动保护。
无级变速箱也可以实现手动模式,这就需要在TCU上要增加新的针脚来接收信号,同时需要标定发动机的最大转速在一定的范围之内。
主连接器


图:变速箱上的线束

主连接器位于变速器壳上,包括16个针脚。线束通过圆形连接器连接。
扭转减震器
多数传统自动变速器都使用液力变矩器连接发动机和输入轴,但本变速器则使用了扭转减震器,但扭转减震器并非变速器的组成部分。邦奇强烈推荐使用又称为双质量飞轮的扭转减震器。

 


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