無級變速機(jī)原理及其缺陷

 　　無級變速機(jī)原理及其缺陷
自動變速器，利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。   
一般來講，汽車上常用的自動變速器有以下幾種類型：液力自動變速器、液壓傳動自動變速器、 電力傳動自動變速器、有級式機(jī)械自動變速器和無級式機(jī)械自動變速器等。其中，常見的是液力自動變速器。液力自動變速器主要是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含自動離合器和自動變速器兩大部分。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的變化，自動地進(jìn)行換擋。  
無級變速機(jī)（CVT）： 
無級變速機(jī)是由兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的。  
因此，其比傳統(tǒng)自動變速器結(jié)構(gòu)簡單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動比，從而實現(xiàn)全程無級變速，使汽車的車速變化平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換擋時那種“頓”的感覺。  
無級變速機(jī)屬于自動變速器的一種，但它能克服普通自動變速器“突然換擋”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點。  
CVT變速器具有重量輕體積短、燃油經(jīng)濟(jì)性好、動力輸出平順等特點，并逐步被更多的廠家應(yīng)用，但新技術(shù)也會帶來新問題。  
你所駕駛的CVT無級變速機(jī)轎車在行駛中是否會遇到下列情況呢？如D擋起步時不走車，讓你每次起步時都小心翼翼，每天早上等紅燈時使你心慌；在跟車時踩剎車向前竄叫你心跳。癥狀雖不嚴(yán)重，但在突然出現(xiàn)時也會嚇你一跳。  
CVT式無級變速機(jī)是近幾年才在轎車上逐漸興起的一種無級自動變速器，由于它技術(shù)獨特、進(jìn)入市場時間短，自然就會遇到一些比較新鮮的問題。近來偶聞國產(chǎn)匹配Multitronic無級變速機(jī)的奧迪轎車會出現(xiàn)下列癥狀：  
1 、剎車問題：慢速剎車時，轉(zhuǎn)速在將要停而未停的時候會忽悠一下，突然下降到很低的程度，大概只有200～300轉(zhuǎn)，然后再上升（也就1/10秒）。怠速滑行到慢速剎車時，你可注意到轉(zhuǎn)速表指針突然下降，1/10秒左右迅速恢復(fù)。感覺車輛突然撮車或者像是向前竄了一下。這種現(xiàn)象越是柔和剎車越明顯。  
2 、加速問題：匹配Multitronic無級變速機(jī)的奧迪在加速時感覺比較慢，有時候甚至給比較大的油門車速也沒太大變化，然后突然一下竄出去。  
3 、另一種現(xiàn)象是掛前進(jìn)擋（D）起步時不走車，踩油門也沒用。此時要先掛入空擋（N）再掛入前進(jìn)擋（D），方可正常起步。  
以上問題并不是時時在現(xiàn)，而是隨機(jī)出現(xiàn)，所以比較令人頭痛。出現(xiàn)上述問題時要保持頭腦冷靜，不要驚慌失措，以防止誤操作。出現(xiàn)以上情況后要及早重視，及早修理，如果是在質(zhì)保期，廠家可免費醫(yī)治。（奧迪質(zhì)保期是1年或2萬公里，以先到為準(zhǔn)。）  
解決方法是更換變速器中的閥體，還要進(jìn)一步重新設(shè)定控制程序。閥體的價格較貴，大概16000元左右，再加上變速箱油等附料及工時費總共將近要花費2萬元。維修時間大約3小時左右。更換閥體后癥狀可消失，但好還是要重新設(shè)定程序。  
在國外，裝配無級變速機(jī)的轎車個別車輛也會遇到些奇怪的問題。如一位MINI車主反應(yīng)他所駕駛的CVT MINI轎車在60km/h穩(wěn)速行駛時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會突然升到3200～3400rpm，此時的擋位是D擋，而非運(yùn)動模式的S擋。  
不管是冷車還是熱車，都遇到過上述情況。而在50km/h或70km/h恒速時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速則保持在2000rpm。上述情況是令人不安，去維修廠經(jīng)過控制軟件升級和重新識別，故障終得到了解決。而另一位03年CVT奧迪車主也遇到了國內(nèi)車主遇到的問題，偶爾在將要停車時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速粗暴。  
CVT與自動變速箱結(jié)構(gòu)完全不同，它的內(nèi)部主要是以兩個可改變直徑的傳動輪、中間套上傳動帶來傳遞扭矩。傳動帶兩頭各繞在一個錐形輪盤上，輪盤的外徑大小無級地變化，從而使兩個輪盤之間產(chǎn)生從“大比小”到“小比大”的傳動比變化，由此實現(xiàn)變速。  
變速的電子指令都由電子液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行，如果控制系統(tǒng)中的一個小環(huán)節(jié)出了問題就會影響到車輛行駛。看來新的技術(shù)也會遇到新的問題，不過每項技術(shù)總要有從幼稚到成熟的過程。
它是相對于市場上的自動變速器來講的，因為現(xiàn)在自動檔的車也是有檔的，一個一個升降檔的，只不過是用電腦來控制升降。但對于無級變速就不一樣了，不存在換檔了，就像可調(diào)的臺燈一樣，可以亮一點也可以亮很多，不是一個個階梯樣的來這亮，無級變速機(jī)的好大的好處是沒有換檔時帶來的沖擊了。而且它的傳動是靠一條可變直徑的金屬帶（CVT鋼帶)來完成的，而不是靠液壓油或齒輪來完成的。奧迪的multitronic?就是采用無級變速機(jī)。

一、 什么是CVT？
CVT即無段變速傳動，其英文全稱Continuouslv VariableTransmission，簡稱CVT。發(fā)明這種變速傳動機(jī)構(gòu)的是荷蘭人，有其裝置的變速器也稱為無段變速箱或者無級變速機(jī)。這種變速器和普通自動變速器的大區(qū)別是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動。通過改變驅(qū)動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑進(jìn)行變速，其設(shè)計構(gòu)思十分巧妙。由于CVT可以實現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機(jī)工況的佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性，所以它是理想的汽車傳動裝置。無段變速箱轎車一樣有自己的檔位，停車檔P、倒車檔R、空檔N、前進(jìn)檔D等，只是汽車前進(jìn)自動換檔時十分平穩(wěn)，沒有突跳的感覺。 
目前國內(nèi)市場上能見到的、采用了CVT技術(shù)的只有奧迪、飛度、派力奧(西耶那、周末風(fēng))、和旗云4款車型。

二、 CVT的工作原理
CVT的主要結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示，該系統(tǒng)主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個金屬片構(gòu)成。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動，另一側(cè)則固定?？蓜颖P與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。發(fā)動機(jī)輸出軸輸出的動力首先傳遞到CVT的主動輪，然后通過V型傳動帶傳遞到從動輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來驅(qū)動汽車。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比?？蓜颖P的軸向移動量是由駕駛者根據(jù)需要通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動輪、從動輪液壓泵油缸壓力來實現(xiàn)的。由于主動輪和從動輪的工作半徑可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了無級變速。
在金屬帶式無級變速機(jī)的液壓系統(tǒng)中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，以保證來自發(fā)動機(jī)的動力高效、可靠的傳遞。主動油缸控制主動錐輪的位置沿軸向移動，在主動輪組金屬帶沿V型槽移動，由于金屬帶的長度不變，在從動輪組上金屬帶沿V型槽向相反的方向變化。金屬帶在主動輪組和從動輪組上的回轉(zhuǎn)半徑發(fā)生變化，實現(xiàn)速比的連續(xù)變化。
汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，從而保證驅(qū)動橋能夠有足夠的扭矩來保證汽車有較高的加速度。隨著車速的增加，主動輪的工作半徑逐漸減小，從動輪的工作半徑相應(yīng)增大，CVT的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。

三、CVT的技術(shù)特性
1.經(jīng)濟(jì)性
CVT可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，從而獲得傳動系與發(fā)動機(jī)工況的佳匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。
2.動力性
汽車的后備功率決定了汽車的爬坡能力和加速能力。汽車的后備功率愈大，汽車的動力性愈好。由于CVT的無級變速特性，能夠獲得后備功率大的傳動比，所以CVT的動力性能明顯優(yōu)于機(jī)械變速器(MT)和自動變速器(AT)。
3.排放
CVT的速比工作范圍寬，能夠使發(fā)動機(jī)以佳工況工作，從而改善了燃燒過程，降低了廢氣的排放量。ZF公司將自已生產(chǎn)的CVT裝車進(jìn)行測試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10%。
4.成本
CVT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)目比AT(約500個)少(約300個)，一旦汽車制造商開始大規(guī)模生產(chǎn)，CVT的成本將會比AT小。由于采用該系統(tǒng)可以節(jié)約燃油，隨著大規(guī)模生產(chǎn)以及系統(tǒng)、材料的革新，CVT零部件(如傳動帶或傳動鏈、主動輪、從動輪和液壓泵)的生產(chǎn)成本，將降低20%-30%。

四、大量使用的有級自動變速器（AT）的優(yōu)缺點
大量使用的液力自動變速箱（AT）不用離合器換檔，檔位少變化大，連接平穩(wěn)，因此操作容易，既給開車人帶來方便，也給坐車人帶來舒適。但缺點也多，一是對速度變化反應(yīng)較慢，沒有手動波靈敏，因此許多玩車人士喜歡開手動波車；二是費油不經(jīng)濟(jì)，傳動效率低變矩范圍有限，近年引入電子控制技術(shù)改善了這方面的問題；三是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，修理困難。在液力變扭器內(nèi)高速循環(huán)流動的液壓油會產(chǎn)生高溫，所以要用指定的耐高溫液壓油。另外，如果汽車因蓄電池缺電不能啟動，不能用推車或拖車的方法啟動。如果拖運(yùn)故障車，要注意使驅(qū)動輪脫離地面，以保護(hù)自動波齒輪不受損害。

五、 CVT無極變速與普通自動檔的區(qū)別
普通人經(jīng)常把自動檔變速器和無級變速機(jī)（CVT）兩個概念混為一談。實際上這兩種變速器結(jié)構(gòu)及工作原理完全不同。CVT結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組。它主要靠兩組變速輪盤，就能實現(xiàn)速比無級變化。舊款的CVT多用橡膠皮帶做傳動元件，缺點是受力有限，容易打滑，而且傳動效率低。因此只能用在馬力較小的摩托車和微型車上。很多汽車公司十幾年來一直都在致力于解決這一難題。如今，奧迪公司率先在這項技術(shù)上做到了“引領(lǐng)時代”，它使用的是獨特的多片式鏈帶傳動帶、優(yōu)異的電腦控制液壓系統(tǒng)，從而能傳遞強(qiáng)大的扭矩。CVT大的特點是省油，CVT摒棄了傳統(tǒng)自動變速器浪費能源的液力傳動裝置，而采用了新技術(shù)來提高燃料使用率。CVT的燃料使用率將比手動變速器和自動變速器都高，能夠比傳統(tǒng)的自動檔車省油5％到15％。
隨著科技的不斷進(jìn)步，CVT技術(shù)的不斷成熟，汽車變速箱最終會由CVT替代手動變速箱（MT）和有級自動變速箱（AT），無級變速汽車是當(dāng)今汽車發(fā)展的主要趨勢。

什么是無級變速機(jī)？它是怎么進(jìn)行工作的？
現(xiàn)在，在國產(chǎn)和進(jìn)口汽車當(dāng)中，又出現(xiàn)一種比較新的名詞——CVT，即無級變速機(jī)。傳動屬于自動變速的一種類型，由于以前應(yīng)用比較狹窄，所以知道的人不多。
無級變速傳動的英文全稱Continuouslv VariableTransmission，簡稱CVT，有其裝置的變速器也稱為無段變速器或者無級變速機(jī)。這種變速器和普通自動變速器的大區(qū)別，是它省去了復(fù)雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，而只用了兩組帶輪進(jìn)行變速傳動。通過改變驅(qū)動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑進(jìn)行變速的，設(shè)計構(gòu)思十分奧妙。
發(fā)明這種變速傳動機(jī)構(gòu)的是荷蘭人。當(dāng)初傳送帶用了V型橡膠帶，材料較差傳遞力矩小，沒有什么實用價值。1979年荷蘭DAF的工程師改用金屬帶，完善并開發(fā)出實用型的CVT系統(tǒng)。它具有零件少，體積小，重量輕，與普通自動變速器比較具有較高的傳動效率，油耗較低的優(yōu)點。但缺點也是明顯的，就是傳動帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，但在小功率汽車上很有市場。富士、菲亞特、德國福特都先后引進(jìn)CVT，加以改善，用在自己的汽車上。1984年，善于應(yīng)用新技術(shù)的富士車廠研制了具有電腦裝置的電子無段變速傳動ECVT，并在1987年2月裝在Justy(J10)汽車上推出市場。
以富士車為例，CVT由4大子系統(tǒng)組成，即電磁離合器系統(tǒng)、電子與液壓控制系統(tǒng)、方向轉(zhuǎn)換（前進(jìn)／后退）系統(tǒng)、無段變速傳動系統(tǒng)，核心部分是無段變速傳動系統(tǒng)（CVT System）。無級變速傳動系統(tǒng)主要部件是兩個帶輪和鋼帶，鋼帶套在兩個帶輪上。帶輪由兩塊呈八字形的輪壁組成，這兩片輪壁中間的凹槽形成一個V形，其中一邊輪壁由液壓控制機(jī)構(gòu)操縱，可以視不同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分開與拉近的動作，V形凹槽也隨之變寬或變窄，將鋼帶升高或降低，從而改變鋼帶與帶輪接觸的直徑。兩個帶輪反向調(diào)節(jié)，即其中一個帶輪凹槽逐漸變寬時，另一個帶輪凹槽就會逐漸變窄。 
   
無段變速傳動系統(tǒng)（CVT）
這樣，當(dāng)汽車慢速行駛時，可以令主動帶輪的凹槽寬度大于被動帶輪凹槽，主動帶輪的鋼帶園周半徑小于被動帶輪的鋼帶園周半徑，即小園帶大園，因此能傳遞較大的扭矩。當(dāng)汽車逐漸轉(zhuǎn)為高速時，主動帶輪的一邊輪壁向內(nèi)靠攏，凹槽寬度變小迫使鋼帶升起，直至高頂端，而被動帶輪的一邊輪壁剛好相反，向外移動拉大凹槽寬度迫使鋼帶降下，即主動帶輪鋼帶的園周半徑大于被動帶輪鋼帶的園周半徑，變成大園帶小園，因此能保證汽車高速度時的速度要求。
無級變速機(jī)轎車一樣有自己的檔位，停車檔P、倒車檔R、空檔N、前進(jìn)檔D等，只是汽車前進(jìn)自動換檔時沒有突跳的感覺，十分平穩(wěn)。
由于近年材料技術(shù)的發(fā)展，提高了金屬帶的承受力，使無段變速傳動已經(jīng)不局限于小功率汽車上的應(yīng)用，在高檔轎車上也有了它的蹤跡。1999年在歐洲市場推出的奧迪A6型2.4升轎車，率先裝配了無段變速器。據(jù)廠方介紹，奧迪2.4升V6發(fā)動機(jī)大扭矩是230牛頓米，而無段變速器的大扭矩輸出是299牛頓米，能力綽綽有余。同時，無段變速器傳動比寬，遠(yuǎn)較手動變速器和普通自動變速器靈活，關(guān)鍵技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，只須改變金屬帶在兩端帶輪的園周半徑即可變速，可以隨時改動變速器的參數(shù)以適應(yīng)不同地區(qū)市場的需要。當(dāng)然，CVT仍然有它的應(yīng)用局限性，其關(guān)鍵仍然是金屬帶的承受能力，因此，目前只能應(yīng)用在輕型汽車上。
近來，包括國產(chǎn)的一些車上都在進(jìn)行CVT裝配引進(jìn)，如奧迪、廣本的飛度，以及奇瑞的旗云等等。

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