無級變速器CVT
概述
CVT,通常指一種汽車變速器，也叫無級變速器，已經有了一百多年的歷史 。CVT與有級變速器的區別在于，它的變速比不是間斷的點，而是一系列連續的值，從而實現了良好的經濟性、動力性和駕駛平順性，而且降低了排放和成本 。
CVT技術再次成為人們關注的新技術之一 ， 這里就CVT的原理做深入淺出介紹，讓大家了解究竟CVT技術與現在大量使用的手動變速器和自動變速器有什么不同 。
無級變速器(CVT：ContinuouslyVariableTrans-mission)與有級式的區別在于，它的變速比不是間斷的點，而是一系列連續變化值，譬如可以從3.455一直變化到0.85 。CVT結構比傳統變速器簡單 ， 體積更?。?它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復雜的行星齒輪組，它主要靠主、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化 。
其原理是與普通的變速箱一樣大小不一的幾組齒輪在操控下有分有合，形成不同的速比，像自行車的踏板經大小輪盤與鏈條帶動車輪以不同的速度旋轉 。由于不同的力度對各組齒輪產生的推力大小不一 ， 致使變速箱輸出的轉速也隨之變化，從而實現不分檔次的徐緩轉動 。
CVT采用傳動帶和可變槽寬的棘輪進行動力傳遞，即當棘輪變化槽寬肘，相應改變驅動輪與從動輪上傳動帶的接觸半徑進行變速，傳動帶一般用橡膠帶、金屬帶和金屬鏈等 。CVT是真正無級化了，它的優點是重量輕，體積小，零件少，與AT比較具有較高的運行效率，油耗較低 。但CVT的缺點也是明顯的 ， 就是傳動帶很容易損壞，不能承受較大的載荷，只能限用于在1升排量左右的低功率和低扭矩汽車，因此在自動變速器占有率約4%以下 。近年來經過各大汽車公司的大力研究，情況有所改善 。CVT將是自動變速箱的發展方向 。
國內目前有三款CVT產品 ， 分別是奧迪、飛度、西耶那(帕力奧)，第四款上市的CVT就是旗云 。這四款產品中只有奧迪和旗云帶巡航定速 。
CVT的發展歷史：
CVT技術的發展，已經有了一百多年的歷史 。德國奔馳公司是在汽車上采用CVT技術的鼻祖，早在1886年就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產的汽油機汽車上 。1958年，荷蘭的DAF公司H.Van Doorne博士研制成功了名為Variomatic的雙V型橡膠帶式CVT，并裝備于DAF公司制造的Daffodil轎車上，其銷量超過了100萬輛 。但是由于橡膠帶式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(轉矩局限于135Nm以下)，離合器工作不穩定，液壓泵、傳動帶和夾緊機構的能量損失較大，因而沒有被汽車行業普遍接受 。
然而提高傳動帶性能和CVT傳遞功率極限的研究一直在進行，將液力變矩器集成到CVT系統中，主、從動輪的夾緊力實現電子化控制，在CVT中采用節能泵，傳動帶用金屬帶代替傳統的橡膠帶 。新的技術進步克服了CVT系統原有的技術缺陷，導致了傳遞轉矩容量更大、性能更優良的第二代CVT的面世 。
進入20世紀90年代，汽車界對CVT技術的研究開發日益重視，特別是在微型車中，CVT被認為是關鍵技術 。全球科技的迅猛發展 ， 使得新的電子技術與自動控制技術不斷被采用到CVT中 。
1997年上半年 ， 日本日產公司開發了使用在2.0L汽車上的CVT 。在此基礎上 ， 日產公司在1998年開發了一種為中型轎車設計的包含一個手動換檔模式的CVT 。新型CVT采用一個最新研制的高強度寬鋼帶和一個高液壓控制系統 。通過采用這些先進的技術來獲得較大的轉矩能力，日產公司研究開發CVT的電子控制技術 ， 傳動比的改變實行全檔電子控制 ， 汽車在下坡時可以一直根據車速控制發動機制動，而且在濕滑路面上能夠平順地增加速比來防止打滑 。日產公司計劃將它的CVT的應用范圍從1.0 L擴大到3.0L的轎車 。
日本三菱公司已選擇了CVT平順無能量損失地傳遞直噴式發動機的動力來驅動汽車 。V型帶/傳動輪機構可以保證在所有速率下發動機動力平順無間斷地傳遞 。CVT根除了傳統的自動變速器通過齒輪換檔時的打齒現象，從而獲得更滿意的響應和控制 。三菱公司準備采用直噴式發動機(1.5L或更小)與CVT組合 。
日本富士重工同時擁有15年開發CVT的經驗 。1997年5月，富士重工將它的Vistro微型車裝配了全計算機控制式E-CVT(含有六檔手動換檔模式的CVT) 。駕駛員無須操作離合器就可以進行六檔變速 。富士重工在Pleo微型車上采用一種有鎖止式變矩器的電控式CVT、通過小范圍鎖止可以使液力變矩器的滑動保持在最小值，行星齒輪用來切換前進檔/倒退檔 。傳動比范圍從1：10-5.5：1 。
1999年上半年，美國的福特公司和德國ZF公司合作為福特公司的轎車和輕型載貨車生產CVT 。在巴達維亞和俄亥俄州新建的合資企業將從2001年生產為福特公司設計的、帶有電子管理功能的CFT23型CVT 。ZF公司設計的CVT是一種變矩器式變速器，使用為安裝橫向發動機前輪驅動汽車生產的鋼帶 。ZF公司也能為安裝縱向發動機的前輪驅動汽車和后輪驅動汽車生產CVT系列 。ZF公司稱：與四檔自動變速器相比，CVT系統能夠將加速性能提高10%，燃油經濟性提高10%-15% 。與鎖止式變矩器相比，CVT系統在不漏油的前提下效率更高 。福特公司正在設計一種與公司內所有輕型載貨車?配的牽引驅動CVT，包括后輪驅動和全輪驅動載貨車 。牽引驅動使用沿特殊滑液的可移動滑件代替傳動帶和傳動輪 。滑動部分的相對位置決定傳動比 ， 由一層部件間非常薄的液油來傳遞動力 。
德國ZF公司從1999年中期開始為Rover 216型汽車提供鋼帶驅動的VT1型CVT 。這種CVT包括螺旋齒輪或變速器、合適的液壓系統、濕式離合器 。在系統中集成的ECU可以允許機械、液力和電子系統進一步組合，這就更好地利用了各種系統的獨特優點 。
德國博世的電子式CVT控制系統是基于用傳感器和執行器單元控制基礎上的電子/液力模塊 。博世公司已經將獨立部件、執行器、傳感器和變速器換檔ECU組成一個單獨的模塊，變速器制造商只需增加一個集成控制單元 。
不同類型：
自動變速器是為了簡便操作、降低駕駛疲勞而生的，按齒輪變速系統的控制方式，它可以分為液控液壓自動變速器和電控液壓自動變速器；按傳動比的變化方式又可分為有級式自動變速器和無級式自動變速器 。因此，無級變速器實際上是自動變速器的一種 ， 但它比常見的自動變速器要復雜得多，技術上也更為先進 。
無級變速器與常見的液壓自動變速器最大的不同是在結構上，后者是由液壓控制的齒輪變速系統構成，還是有擋位的 ， 它所能實現的是在兩擋之間的無級變速，而無級變速器則是兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的，比傳統自動變速器結構簡單 ， 體積更小 。另外 ， 它可以自由改變傳動比，從而實現全程無級變速，使車速變化更為平穩，沒有傳統變速器換擋時那種“頓”的感覺 。
傳動分類：
為實現無級變速，按傳動方式可采用液體傳動、電力傳動和機械傳動三種方式 。
液體傳動:
液體傳動分為兩類：一類是液壓式，主要是由泵和馬達組成或者由閥和泵組成的變速傳動裝置，適用于中小功率傳動 。另一類為液力式，采用液力耦合器或液力矩進行變速傳動，適用于大功率（幾百至幾千千瓦） 。液體傳動的主要特點是：調速范圍大，可吸收沖擊和防止過載，傳動效率較高，壽命長，易于實現自動化：制造精度要求高，價格較貴，輸出特性為恒轉矩，滑動率較大，運轉時容易發生漏油 。
電力傳動:
電力傳動基本上分為三類：一類是電磁滑動式 ， 它是在異步電動機中安裝一電磁滑差離合器，通過改變其勵磁電流來調速，這屬于一種較為落后的調速方式 。其特點結構簡單，成本低，操作維護方便：滑動最大，效率低，發熱嚴重 ， 不適合長期負載運轉，故一般只用于小功率傳動 。二類是直流電動機式，通過改變磁通或改變電樞電壓實現調速 。其特點是調速范圍大 ， 精度也較高，但設備復雜，成本高 ， 維護困難，一般用于中等功率范圍（幾十至幾百千瓦），現已逐步被交流電動機式替代 。三類是交流電動機式 ， 通過變極、調壓和變頻進行調速 。實際應用最多者為變頻調速，即采用一變幅器獲得變幅電源，然后驅動電動機變速 。其特點是調速性能好、范圍大、效率較高，可自動控制，體積?。?適用功率范圍寬：機械特性在降速段位恒轉矩，低速時效率低且運轉不夠平穩，價格較高 ， 維修需專業人員 。近年來，變頻器作為一種先進、優良的變速裝置迅速發展，對機械無級變速器產生了一定的沖擊 。
機械傳動:
機械傳動的特點主要是：轉速穩定 ， 滑動率?。?工作可靠，具有恒功率機械特性，傳動效率較高 ， 而且結構簡單，維修方便 ， 價格相對便宜；但零部件加工及潤滑要求較高，承載能力較低，抗過載及耐沖擊性較差，故一般適合于中、小功率傳動 。
CVT變速器的應用：
1987年 ， 日本Subaru把裝備CVT變速器的汽車投放市?。竦貿曬?。歐洲的Ford和Fiat也將VDT-CVT裝備于排量為1.1L到1.6L的轎車上 。隨著技術的發展，能源危機引發全球性的節約能源和環境保護意識的提高 ， 在總結第一代的CVT的經驗基礎上，開發出了性能更佳 ， 轉矩容量更大的CVT 。當前，全世界各大汽車廠商為了提高產品的競爭力，都大力進行CVT的研發工作 。現在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽車品牌中 ， 都有配備CVT變速器的轎車銷售，全世界CVT轎車的年產量已達到近50萬輛 。有一點值得注意的是，裝備有CVT的汽車市場，由最初的日本，歐洲，已經滲透到北美市場，因此無級變速汽車是當今汽車發展的主要趨勢 。
我們國家有巨大的汽車銷售市?。倒ひ凳俏夜拿褡騫ひ抵?。然而我國汽車業所需的自動變速器(AT)全部依賴進口，這使得國產汽車配備AT后，成本增加很大，而裝備自行開發生產CVT變速器，其成本提高不大，說明CVT的市場前景令人樂觀 。
目前我國正在考慮發展轎車自動變速器的問題 。自“九肺濉逼詡浣緯到鶚舸?無級自動變速器的開發和研制已經被列入國家的重大科技攻關計劃，以跟蹤世界技術的發展和開發適合我國國情的汽車 。
在最近的十幾年中，CVT技術已經上前邁進了一大步，使得CVT比有著超過100年歷史的機械變速器MT和有著超過50年歷史的自動變速器AT更有競爭力 。CVT技術正處于壽命周期的開始，CVT的特性將進一步提高 。
CVT的特性：
1、經濟性
CVT可以在相當寬的范圍內實現無級變速 ， 從而獲得傳動系與發動機工況的最佳匹配，提高整車的燃油經濟性 。德國的大眾公司在自己的Golf VR6轎車上分別安裝了4-AT和CVT進行ECE市區循環和ECE郊區循環測試，證明CVT能夠有效節約燃油 。
【無級變速器CVT 無級變速器cvt的工作原理】 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，能夠獲得后備功率最大的傳動比 ， 所以CVT的動力性能明顯優于機械變速器(MT)和自動變速器(AT) 。
3、排放
CVT的速比工作范圍寬，能夠使發動機以最佳工況工作，從而改善了燃燒過程 ， 降低了廢氣的排放量 。ZF公司將自己生產的CVT裝車進行測試，其廢氣排放量比安裝4-AT的汽車減少了大約10% 。
4、成本
CVT系統結構簡單，零部件數目比AT(約500個)少(約300個)，一旦汽車制造商開始大規模生產，CVT的成本將會比AT小 。由于采用該系統可以節約燃油，隨著大規模生產以及系統、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)的生產成本，將降低20%-30% 。
勿庸置疑 ， CVT變速器的技術含量和制造難度都要比MT變速器高，與AT變速器相仿，由于金屬帶式CVT的結構簡單，所含的零件數量比AT變速器少40%左右 ， 整車的質量因而也有所減輕 。
5、駕駛平順性
由于CVT的速比變化是持續不斷的 ， 所以汽車的加速或減速過程非常平緩，而且駕駛非常簡單、安全 。從而使用戶獲得全方位的“行駛樂趣” 。
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，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；二是費油不經濟 ， 傳動效率低變矩范圍有限 ， 近年引入電子控制技術改善了這方面的問題；三是機構復雜，修理困難 。在液力變扭器內高速循環流動的液壓油會產生高溫，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 。如果拖運故障車，要注意使驅動輪脫離地面，以保護自動波齒輪不受損害 。
