无级变速器电液控制系统研究开发毕业论文.doc

硕士学位论文无级变速器电液控制系统研究开发摘要自第一辆汽车问世以来，人们就致力于改善汽车变速器的性能。CVT变速器能够实现传动速比的自动连续变化，满足驾驶者的各种驾驶意图，有利于实现汽车传动系统与发动机的最佳匹配与控制，具有操纵简便、驾驶舒适、平顺、性能良好等特点，是理想的汽车变速装置。金属带式CVT具有较大的功率传递容量、较高的传动效率、较长的寿命等特点，是目前世界上应用最广泛的无级变速器。早期的CVT均采用电液伺服控制系统，该系统结构复杂，对油质要求十分严格， 控制损失较大，可移植性差，致使价格昂贵，限制了它的普及应用。随着计算机的发展，采用数字技术控$lJcvr是必然趋势。因此针对CVT电液控制系统研究和开发数字比例控制元件对于提高CVT控制性能和降低成本有很好的经济和社会效益。本文正是从上述需求出发，针对金属带式无级变速器的电液控制系统，探讨了CVT的控制原理和数字比例控制技术在CVT上的应用。本文共分为五章，主要内容如下：(1)在参阅了国内外大量文献的基础上，系统地介绍了金属带式无级变速器的发展历史、当的的技术状况以及发展前景。(2)分析了金属带式CVT的基本结构和变速原理，详细阐述了其关键零部件， 并且对会属带式CVT的控制问题做了研究。(3)针对日益广泛应用的比例控制技术提出了改进的电液控制系统，从而将数字比例控制技术应用至tlCVT中。并介绍了高速开关阀的结构承1工作原理。(4)自主研制了步进式数字调压阀，建立了数字调压阀的数学模型并进行了仿真分析，锝到了各静参数对系统压力的影响规律。(5)对数字调压阀进行了特性试验，并将数字调压阀应用至IJCVT电液控制系统中，在现有的试验条件下进行了台架试验，试验结果表明，该电液控制系统效果良好，具有一定的可行性，但由于试验条件的限制，未能进行实车试验。本文的主要创新之处在于通过仿真分析和试验，设计开发了适用于CVT电液控制系统的数字调压阀，从而将数字比例控制技术应用于CVT电液控制系统中。试验表明，数字调压阀有较高的控制精度和可靠性，数字比例控制技术能降低CVT 电液控制系统的成本，提高产品质量，从而提高CVT的竞争力，因而数字比例控制的发展前景十分广阔。关键词：金属带式无级变速器；cvr；电液控制系统：数字比例控制；数字阀，。，。!。，。，垂堡竺童垩皇童垒!：i!丝墼垒至垒，一，一。，： Abstract From the appearance of the automobile，People have made great efforts to improve the performance of automotive transmissionThe continuously variable transmission(CVT)can change speed ratio automatically and continuously，sarisfy the driverS every driving purpose，propitious to achieve the optimal matching and control of power train，and it is regarded as the ideal automobile transmission with the advantages of easy operation，comfortable and smooth driving，excellent performanceMetal Vbelt type CVT has such merits as bigger power transferring capacity，transmission efficiency and longer life，SO it has been the most widely used Early CVT was always controlled by the mechanicalhydraulic servo technology，its response is quick and its precision high，but its controlling module complicated and power loss bigBesides，it is sensible of oil pollution，and needs developing for a certain type as it cant be applied to other CVT，the development of such controlling module is SO expensive that it hasnt been widely usedIt is inevitable for CVT to adopt digital controlling technology with the development of the computerDigital controlling technology combines both the superiority of big hydraulic powerweight ratio and flexible electroniccomputer controlling，SO it develops quickly in all industry fieldsDigital controlling technology can meet the requirement of dynamic and static performance of CVT，and has such merits as low cost，strong antipollution ability，handling performance，easy automobile，simple structure and low energy consumptionOn the whole，it is beneficial to research and develop the digital electrohydraulic controlling module to improve the performance of CVT and reduce its cost for economical and social benefit Based on the demands above and aiming at electrohydraulic controlling system of metal belt CVT，this paper is to research the controlling theory and digital proportional controlling technology on CVTThis paper has five chaprers，and the main contents are following： (1) Based on lots of professional documents，the dissertation reviews the development process and the technique of CVT brieflyThrough the comparison with other transmission，showing that the metal pushing VBelt type CVT can meet the currently demand of drivability，economics and emission etc，and stating that the CVT is the ideal transmission which will be the developing tendency for the transmission of passenger carIn the paper the background and the necessity硕士学位论文of this theme in science and practice are given (2)The structure and principle of operation of CVT were introducedThe key sections of the transmission are introducedThe main research issue is the control method that include three point：the clamp force control，the ratio control and the clutch contr01Only when the three aspects are all in optimum state the vehicle function quota can elaborate completely (3)The advanced digital proportional electrohydraulic controlling technology was applied on CVT to improve the controlling system of CVTThe structure and principle of high-speed onoff valve were introduced (4)The digital valve were designed，and the math model of the digital valve built and analyzed through computer simulation with MatlabThe analysis shows that the digital valve has fine performance on dynamic and static state，and as the result，it can meet the requirement of electrohydraulic controlling system of CVT (5)Design of experiment was applied on the application parameters of the digital valve owing to the fluctuation of hydraulic pressureIn the end，we did bench test under the test condition we have to demonstrate the controltheory right or not The test included constant speed ratio follow and step speed ratio follow，from the test resule we can see this control system effect all right and possess definite feasibility，but owing to limitation of test condition，we cant proceed the next bench test and auto-testThe result shows that the digital valve can meet the requirement of ratio controlling of CVT The mostly innovation of the paper is to develop a step motor controlled digital valve suitable for electrohydraulic controlling system of CVT and apply digital proportional controlling technology tO CVTThe test result shows that the digital valve has high controlling accuracy and reliability，and that digital proportional controlling technology can reduce the cost of electrohydraulic controlling systemAt the same time，it can improve the quality and the competitiveness of CVT，SO the digital proportional controlling technology has a bright future Key Words：Metal belt V-Type Continuously Variable Transmission；CVT； Electrohydraulic Controlling System；Digital Proportional Controlling Technology：Digital Valve湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 丧牝日期：叼年3月膀日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电予版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密口。(请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 月月阳角叩7硕士学位论文11前言第1章绪论随着工业技术的进步，人类生活节奏的加快，活动空间的迅速增加，汽车已经深入到人类社会的各个方面，成为现代化文明社会不可缺少的东西。汽车工业历经百余年取得了巨大的发展，究其原因，主要有两点：首先是科学技术的不断进步，给汽车工业的发展提供了必要的物质条件；其次是汽车工业本身为了不断适应各个时期的社会背景(能源危机和环境污染等)，满足人们对汽车使用性能的更高要求，在技术上不断改革、创新。因此汽车的发展历史，间接的记录了科学技术的发展，社会背景的改变和人类不断实现完美追求的历史。汽车是人类文明发展的标志，它的发展必须符合人类社会的发展要求。节约能源，保护环境已经成为人类发展的主题。而全球数以千万计的汽车已经成为能源消耗和环境污染的一个主要的因素。迫于能源危机和环境污染的压力， 世界许多国家或地区都制定了严格的法规，力图降低汽车的排放和提高燃油经济性。如欧洲早已提出了限制排放的欧III标准。我国政府也正式颁布了控制汽车排放的标准，自2001年9月1同起全面停止了化油器汽车的销售，2002年出厂车辆排放须达欧I标准，2003年车辆排放须达欧II标准。这些来自国家政府机构以及社会各个方面的压力，迫使汽车生产商采取措施以满足这些法规的要求.。因此采取措施，应用新技术，降低汽车能源消耗和减少废气排放已成为汽车的发展方向之一。汽车传动系设计性能的好坏直接关系到整车主要的性能指标， 所以，为了达到节能与降低排放的目的，研究与改进汽车传动系统，大力发展和应用速比能够连续变化且具有等功率供应特性的无级变速传动系统(CVT)将不失为一种理想的选择。无级变速技术采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。由于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， 所以它是理想的汽车传动装置。随着科学技术的发展，过去困扰无级变速传动系统推广和应用的关键技术相继得到解决，无级变速传动系统最近得到了迅速发展。世界上很多汽车制造商都加大了对无级变速传动系统的开发力度，相继推出了自己的产品。由此可见，无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势”.。无级变速器电液控制系统研究开发12金属带式无级变速器发展和现状121无级变速器发展历史简述无级变速的发展已经有很长的历史，早在1886年，德国的Daimlar Benz公司就已经将其应用在汽车上了，只是它是摩擦式无级变速器，是靠皮革或纤维制的圆盘和金属圆盘的摩擦力来工作的，因而磨损十分严重，寿命很低，但其原理为后来所采用，这就是带传动式(Belt Drive)或链传动式(chainDrive)cVT的前身。1935年，GM Buick发明了一种被称为全圆环型(Full Toroidal)CVT，人们称这种变速器为牵引传动式(Traction Drive)CVT，它的变速原理如图11所示“1。当可移动的圆环面沿轴向移动时，两环面问的辊子沿曲面滑动，改变与传动轴的夹角，实现速比的变化。由于在技术上要开发能够承受这样大滚压力的轴承及能C2磐薅扶荔(b)升这技杰图I1 ToroidaI OVT的工作原理够承受这样大面压的材料和特殊液体，包括通用在内的许多公司最终放弃了这种CVT的开发。但在这同时，带传动式CVT也取得了很大的发展，包括金属链式CVT如图12和金属带式CVT如图13。V型橡胶带式CVT最早出现在德国Daimlar Benz公司的汽油机汽车上。1958年，荷兰DAF公司HVan Doorne博士成功开发出了双v型橡胶带CVT(Variomatic)，并装备在DAF公司的小型轿车上面。由于橡胶带的传递容量小、效率低、寿命短，HVan Doorne博士于60年代图12金属链式CVT 2 图13金属带式CVT末又成功研制出了传递容量大、效率高、结构紧凑的金属带式CVT，称之为“Transmatic”。1972年，H，Van Doorne博士与DAF公司脱离，成立了自己的公司，即“Van DoorneS Transmissie BV”公司(简称VDT公司)，专门生产CVT， 所生产的CVT通称为VDT-CVT，从而开始了CVT的新时代。VDT-CVT主要有P8ll、P82l、P884、P901等四种类型，其中P811和P821是第一代产品，P884 和P901是第二代产品。P811是以湿式多片离合器作为起步装置，采用机液控制系统，而P821是以电磁离合器作为起步装置，采用电液控制系统，两者都是以外啮合齿轮泵作为液压源，并采用单回路液压系统。第二代产品主要做了如下改迸：采用了新型金属带，以液力变矩器作为起步装置，用双级滚子叶片泵代替了齿轮泵，采用全电子控制系统，因而它们的性能指标超过了液力机械自动变速器(AT)。CVT首次装车并投放市场是1987年。当时，日本富士重工公司(FHI：Fuji Heavy Industries Lid)从VDT公司购买了金属带，并得到了VDT公司的技术指导，生产了面向1OL轿车的CVT(与P821相当)，并装在Subaru Justy轿车上(排量10升，1984年上市)。该CVT的夹紧力和换挡控制仍然是采用VDT全液压控制，不同之处是采用了电磁离合器作为起步装置，从而起步离合器实现了电子控制，因而称之为ECVT。日本本田汽车公司(Honda)也是世界上较早开发生产CVT的著名公司之一。1995年9月，Honda公司开发了新一代金属带式CVT即Honda Multi Matic，它实现了离合器、换挡和夹紧力的全电子控制“1。所不同的是将起步离合器装在了从动轴上，这不仅能够在急刹车时使金属带回到最低档， 而且还可最大效地保护金属带，如图14所示。该变速器装在了带有16升发动机96款的Honda Civic系列轿车上，并取得了成功。与此同时，欧美的通用(GM)、福特(Ford)、菲亚特(Fiat)、大众(VW)、图14装在Honda Ci ViC轿车上的MuItiMati C CVT无级变速器电液控制系统研，Z开发奥迪及ZF等公司也在致力于CVT的开发。继Subaru后，欧洲的Ford和Fiat也将VDT-CVT(P811型1装备于排量1116L轿车上，并投入市场。早在七十年代， ZF公司就潜心从事CVT的开发。最早开发的用于轿车的CVT产品是KWGl5， 它的转矩容量为130Nm；稍后又开发了几种不同的样机，如用于发动机前置前驱(FF)轿车的ZFCFTl3等系列CVT，以及用于发动机前置后驱(FR)轿车的ZFCRT20 和用于发动机纵向前置前驱的ZFCTT25。1994年4月，ZF又开发了更大容量的CFT25 CVT，它的最大传递转矩可达270Nm。1999年德国奥迪公司联合LUK公司和Temie公司，开发完成了FF纵置式CVT-Multitronie，成功地装在输出转矩310Nm、排量28L的奥迪A6A4和保时捷跑车上，并于2002年11月投放到中国市场。该变速器以金属链取代金属带，融合了当今CVT的最新技术，与现有金属带式CVT相比，除结构做了重大改进外，电液控制系统和控制策略也有了很大改变，如图15所示”1。近年来，混和动力汽车在日本取得了很大的发展。而由于无级变速技术允许发动机处于某一恒定理想工作点，这样在动力的转换和储备中可以最大限度地降低动力损耗、减少排放和提高效率。据有关试验研究，采用CVT的混和动力汽车的燃油经济性可以提高30，排放可以降低50左右。图15奥迪MuItitronic链式0VT 在我国，CVT的研究工作起步较晚，且主要集中在大专院校，尚处在研究开发阶段，并多以理论研究为主。其中东北大学在金属带的设计研究方面卓有成效。吉林大学汽车系的CVT课题组对无级变速器进行了深入的研究与实验，取得了很大成效。课题组基于引进样品P81l无级变速器，设计了集成液压控制模块、电子控制装置及发动机与无级自动变速器动态匹配的工程化软件，成功地把原P81l 机械无级自动变速器改造成电子控制的无级自动变速器。结合Jetta轿车，对其连接装置进行了改进设计，最后装备了无级自动变速器的试验车Jetta轿车一辆。台架与路面试验进一步证实，所设计的电子控制系统、液压模块及工程化软件完全满足汽车的各项使用性能要求”1。虽然通过各方努力，国内无级变速器水平不断4硕士学位论文提高，但产业化还需要一定时间。122无级变速器的发展前景随着电子技术、材料及加工技术的发展，CvT正朝着以下几个方面发展： (1)向3升以上排量的汽车上发展，以实现更广泛的应用； (2)更加优越的控制及快捷的反应； (3)更低廉的价格。由于采用CVT可以达到传动系与发动机工况的最好匹配，提高整车的燃油经济型和动力性，并可以提高操纵方便性和舒适性，有效地降低了排放污染，且综合性能优于AT、AMT系统。一些主要的汽车厂开始从液力机械自动变速器过渡到CVT系统，或者直接发展CVT系统，或两者兼有之。近几年来，随着高科技的发展及市场需要，CVT的机一液式控制系统己逐步被电一液式控制系统所取代，从而实现无级变速传动装置与发动机的灵活匹配， 以满足多种控制模式的要求。对各种工况的控制策略也正在作更加深入的研究， 以使CVT的优越性更大限度的发挥出来。目前，CVT的电子控制又进一步向智能化方向发展，如对湿式离合器的结合采用模糊控制柬改善汽车的起动性能等。同时无级变速器的结构也越来越小巧和紧凑，加上对前轮驱动的无级变速器进行结构上的修改，使其可用于后轮驱动的汽车上，进一步增强了CVT的应用范围”1。13无级变速器的优点及尚待解决的问题131无级变速器的优点金属带式无级变速器的速比是在设计范围内连续变化的，从而使驾驶员在驾驶汽车时避免了有级式变速器换档冲击的困扰。在理论上，由于在换档过程中不会引起发动机速度波动，并且发动机始终工作在理想的工作区域，因此，无级变速传动能够延长发动机的使用寿命，改善汽车的燃油经济性和动力性。无级变速传动的优点可归纳为： (1)整车具有更好的驾驶性驾驶员无需考虑换档，消除了人为换档技术的影响，使汽车驾驶平顺、舒适。同时简化了汽车行驶过程中的操作，减轻驾驶员的劳动强度，提高行车的安全性。使汽车易于驾驶，有利于汽车的普遍使用。(2)提高燃油经济性和动力性首先看下面两个表，表11所示为一个典型的5档自动变速器AT在各个档位时的传动效率，表12为几种不同的无级变速器传动效率的变化范围。AT的平均效率为86，与MT的97的传动效率相去甚远。在几种无级变速器中，金属带式无级变速器效率最高，平均效率达到了90以上，略低于MT，但是由于采用无级变速器的汽车能够控制发动机始终在最经济工作区工作，因此燃油经济性方面有了很大的提高。1，比同类型的AT汽车可提高1015。表11不同档位T的传动效率表12不同类型OVT的传动效率档位传动效率1 6085 2 6090 3 8595 4 9095 5 8594 CVT类型传动效率Rubber Belts 8595 Steel Belts 9097 Toroidal Traction 7094 Nutating Traction 7596 Variable Geometry 8593 在动力性方面，CVT汽车加速性能(0-100 Kmh)比AT汽车的加速性能最少提高75115，速度较高时加速性优于MT汽车。几年前，zF公司进行了对比试验，结果表明：在美国环境保护局城市和公路循环工况下，装备CVT的汽车比4 档AT汽车燃油经济性提高10；O60 mph加速试验中，装备CVT的汽车比AT 汽车少用1秒多。HONDA公司Civic型汽车的对比试验也验证了以上结论：装备传统AT的Civic平均燃油消耗率为2835mpg(城市公路循环工况)，同一型号的汽车在装CVT后为3438mpg(城市公路循环工况)。表13为Chrysler Voyager 装备不同的变速器时的经济性、动力性试验数据比较。表13 Chrysler Voyager装用不同变速器经济性、动力性试验改善工况4-AT P884型CVT () 市区158(L100 Km) 131(L100 Km) 17 郊区公路127(L100 Km) 111(L100 Km) 13 经济性90(Kmh)等速99(L100 Km) 93(L100 Km) 6 120(Kmh)等速130(L100 Km) 135(L100 Km) 4 030(Kmh) 25 S 25 S 0 动力性0100(Kmh) 132 S 122 S 75 最大加速度48 ms2 48 mS2 O (3)结构简单，成本低，可靠性高产品成本与可靠性依赖于产品的技术含量、材料，制造工艺等因素。金属带式无级变速器结构简单，主要由金属带一工作带轮组和控制系统构成，传动零件数(约300个)远少于自动变速器(约500个)，因此变速器的重量轻，体积小。6硕上学位论文核心部件金属带由荷兰VDT公司生产，以前价格比较昂贵(在1995年约占CVT 成本的30)。为了提高产品的竞争能力，VDT公司近几年在金属带零部件的结构设计、材料和加工工艺上都进行了合理改进，产品价格已经大幅度降低“3。简而言之，由于金属带式无级变速器的结构简单，关键零部件采用高强度优质材料、精密制造技术与无限寿命设计方法进行产品设计和制造。因此该系统质量高，使用可靠，与汽车具有相同的寿命。(4)改善汽车尾气排放汽车行驶时所排出的有害物质含量与发动机工作状态有关，当发动机在非稳态工况时，它所排出废气中的有害物质含量高。而有级式机械传动，速比变化量由人工操作完成，导致发动机转速变化范围较大，使发动机处于非稳态工况。所以，汽车排放中废气有害物含量高，污染环境严重。对于CVT变速器，可控制发动机经常处于经济转速区域内运转，也就是在较小污染排放的转速范围内工作， 从而降低了排气污染。据资料介绍，在装备有CVT汽车与5档手动变速箱的汽车道路上作对比试验时，装有CVT车的燃油消耗少115，碳氢化合物的排量少33， CO的排放量少20“。132尚待解决的问题尽管CVT有着诸多优点，但还有很多值得研究的问题，致使CVT的潜能还没有充分发挥出来，限制了它的应用。主要是： (1)CVT变速传动机理问题。国内外的学者在这方面做的研究成果大都是在稳态情况下取得的，而会属带绝大多数情况是工作在瞬态情况下。这主要包括瞬态情况下主从动带轮的受力情况、传动带的滑转和传递容量及传递效率、速比变化率的影响因素等，因为这些问题对改进带的结构参数、延长带的使用寿命及开发性能优良的变速控制系统都是至关重要的“。(2)CVT电控液压系统的研究。在无级变速液压系统中，作为执行机构的液压缸和液压阀以及作为其动力源的液压泵的特性对系统的性能及控制品质有着重要的影响。因此，这些液压元件的优化设计以及液压系统的集成对取得较高的效率、较轻的质量及较好的可控性是非常必要的。(3)CVT动力传动系统的综合控制策略“。其中，离合器控制和变速控制是CVT控制系统的核心问题。随着计算机技术、传感技术及电测技术的发展，以前看似无法实现的控制策略和控制方法必将重新发挥其自身的优越性，会越来越受到重视。无级变速器电液控制系统研究开发14论文主要研究内容及研究意义141本文主要研究内容(1)在参阅了国内外大量文献的基础上，系统地介绍了金属带式无级变速器的发展历史、当前的技术状况以及发展前景，对金属带式无级变速器与其它类型的变速器的优、缺点进行了比较。(2)分析了金属带式CVT的基本结构和变速原理，详细阐述了其关键零部件。控制问题是金属带式CVT的主要研究问题，它包括三个方面：夹紧力控制、速比控制和起步离合器的控制。只有这三方面的控制都达到最佳状态，才能充分发挥汽车的各项性能指标。(3)针对日益广泛应用的比例控制技术提出了改进的电液控制系统，从而将数字比例控制技术应用到CVT中。并且介绍了高速开关阀的结构和工作原理。(4)自主研制了步进式数字式调压阀，建立了数学调压阀的数学模型并进行了仿真分析，得到了各种参数对系统压力的的影响规律。(5)对数字调压阀进行了特性试验，并将数字调压阀应用到CVT电液控制系统中，在现有的试验条件下进行了台架试验，试验结果表明，该电液控制系统效果良好，具有一定的可行性，但由于试验条件的限制，未能进行实车试验。142课题的意义无级变速传动技术在汽车变速传动装置发展史上具有变革意义，无级变速传动技术作为21世纪汽车的主要研究方向之一，在当前倍受各国汽车制造厂商的重视。特别是从1997年荷兰VDT公司和BOSCH公司合并后，CVT传动技术正在以更快的速度在欧洲并向世界各国迅速扩展，引起越来越多的汽车制造厂家的关注。早期的CVT采用液压伺服控制系统，其结构复杂、制造困难、对油液污染敏感，使得CVT成本较高。电磁比例阀是模拟量控制，对工作环境要求极为严格， 而且国内磁性材料还存在许多问题，因而液压阀会产生严重的非线性特性，直接导致系统的稳定性和重复性差，因此很难提高控制精度，确保CVT变速器的传动效率。随着IT技术的高速发展，采用计算机直接控制变速器是必然趋势。用数字阀替代电磁比例阀，不仅简化了液压模块，还克服了液压系统诸多非线性因素导致控制系统出现不稳定波动的技术问题“。与比例电磁阀相比，数字阀的滞环和重复精度都有很大程度的提高，开环控制时也能满足工程精度的要求。所以研究和开发能应用于CVT电液控制的数字比例阀有重要的意义。8硕十学位论文第2章金属带式无级变速器工作机理21金属带式无级变速器结构和传动原理211金属带式无级变速器的结构组成如图21所示为典型的金属带CVT结构组成，发动机动力由行星机构、前进或倒档离合器传送到主动轮、金属带、从动轮，再由中间过轮或传动轴输出到主减速器、差速器、等速万向节或半轴，最终到达驱动轮。一般无级变速传动所形成的传动比变化范围是i=044526。为满足汽车使用的实际需要，在其后面还要配有中间齿轮传动副，其速比范围为i=1314，与其相配的主传动器速比范围为i=385435，最后得到无级变速器的总传动比为i=222715834。为了提高汽车的起步性能和行使平顺性，在CVT前面和发动机之间通常要加装液力变矩器等。图21 CVT结构简图CVT由以下关键部件组成1 5】： (1)起步离合器目前，用作汽车起步离合器的有下列三种： 湿式多片离合器(Multidisc wet clutch)：现在人们在多片湿式离合器上采用电子控制技术来模拟液力变矩器已取得很大进展。鉴于其更高的效率和更低的价格，已渐渐被使用(如Honda Civic)，预期有较好的前景。电磁离合器(E1ectromagnetic clutch)：反应动作较快，寿命较长。液力变矩器(Hydraulic torque converter)：液力变矩器与CVT系统的合理匹配， 可使汽车以足够大的牵引力平顺起步，提高驾驶舒适性。当发动机转速高时，闭9无级变速器I乜液控制系统研究开发锁离合器将泵轮与涡轮锁住，成为整机传动，提高了传动效率。所以，在CVT 中常被采用，但成本较高。为了降低汽车传动器的生产成本，研究人员一直致力于应用电控技术，在电磁离合器或多片湿式离合器上实现液力变矩器的传递特性。(2)行星齿轮机构无级变速器的行星齿轮机构采用双行星齿轮机构，行星架上固定有内、外行星齿轮和右支架，其中右支架是通过螺栓固定在行星架上，外行星齿轮和齿圈啮合，内行星齿轮和太阳轮啮合，它们可以实现前进和倒档。(3)无级变速机构无级变速机构由金属传动带和主、被动工作轮组成。金属传动带由两百多个金属片和两组金属环组成，每个金属片的厚度为14mm，在两侧工作轮挤压力作用下传递动力。每组金属环由9或12片厚度为01 8mm的带环叠合而成，金属环的功用是提供预紧力，在动力传递过程中，支撑和弓I导金属片的运动，有时承担部分转矩的传递。主、被动工作轮由可动和不动锥盘两部分组成。金属带结构和带轮结构如图22和图23所示。图22金属带结构匿23主动轴钢球滑道结构(4)控制系统控制系统是用来实现无级变速器系统传动比无级自动变化的。在无级变速器系统中，采用机一液控制系统或电一液控制系统。它主要由油泵(齿轮泵和滚子叶片泵)、液压调节阀(速比和带与轮间压紧力的调节)、传感器(油门和发动机转速)和主、从工作轮的液压缸及管道组成，实现传动无级变速的调节。速比控制、夹紧力控制和起步离合器的控制是无级变速控制系统的关键。(5)液压泵为CVT传动系提供控制、冷却和润滑的液压油源。常用的液压油泵有两种形式，即齿轮泵和叶片泵。为了提高油泵的工作效率，近年来多采用叶片泵。齿10轮泵由于适用转速范围宽，结构简单，成本低，因而也有广泛的使用。212无级变速器的传动原理无级变速器的变速原理很简单，但也很巧妙。传动器的主、被动工作轮的固定和可动两部分形成V形槽，与金属传送带啮合。当主、被动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传送带的回转半径，从而改变传动比。可动轮的轴向移动是根据汽车的使用要求，通过液压控制系统进行连续地调节，实现无级变速传动。金属带式无级变速器的变速原理如图24所示。变速部分由主动带轮(初级轮)、V型金属带和被动带轮(次级轮)所组成。每个带轮都由带有斜面的半个带轮而组成一体，其中一个半轮是固定的，另一个半轮是可以通过液压伺服油缸来控制其移动。半轮间的轴向相对位移可以通过控制机构来改变；两个带轮轴间的距离是固定的，传动带的周长是固定不变的，所以形成传动比为当主动轮的半径rl处于较小半径时(半轮间的距离较宽)，被动轮的半径r2处于较大半径时(半轮间的距离较窄)，传动系的传动比较大，相当于汽车低档行使。反之，相当于高档行使。通过控制rl和r2的连续变化，实现了无级变速。即：通过控制主被动轮的可动部分的轴向移动，来改变传动带的回转半径，从而得到连续的传动比“。主动带轮图24无级变速器的变速原理图22无级变速器的控制技术CVT传动器的主要任务是： (1)把发动机输出功率可靠的传递到驱动轮，并尽可能减少功率损失。(2)根据汽车的运行条件，按驾驶员选定的工作模式自动改变传动比使发动机维持在理想工作点。(3)根据驾驶员的要求在不同的使用条件下均能使汽车平稳起步，并且能在必要时切断动力的传递。由此决定了CVT控制系统的关键技术包括三个方面： 夹紧力控制：为了提高传动效率，必须合理控制金属带的夹紧力。始终把夹紧力控制在目标值的小范围内，是CVT传动系的第一个控制问题。速比控制：在汽车的所有运行工况条件下，为满足它的燃油经济性和动力性的要求，应使传动系的速比在汽车的阻力和发动机输出功率之间，按驾驶员的意图自动实现动态最佳匹配，把汽车经济性、动力性发挥到最佳状态，这就是CVT 传动系的第二个控制目标。起步离合器控制：起步离合器控制系统应能按照驾驶员的意图来控制离合器的接合方式。前进离合器和倒车离合器可采用脉宽调制电磁阀来控制其接合和分离。根据驾驶员的意图，在不同使用条件下使汽车平稳起步，并能充分发挥汽车起步时的动力性。只有这三个方面的控制都达到最佳状态，才能充分发挥汽车的各项性能指标。对汽车电子控制系统，普遍采用的多为PID调节器，控制算法都比较简单。可见解决CVT控制问题，首要的不是算法问题，而是相关系统的动力学模型问题。由于CVT传动是一个复杂而多变的过程，根本找不到一种解析方法可精确描述CVT 的整个工作过程，故现有的CVT变速器产品，都是基于各大公司的产品特点和相应的技术优势，通过大量的试验研究，来确定夹紧力、速比及起步离合器的控制规律“。221目标夹紧力控制为了提高传动效率，必须合理控制对金属带的夹紧力。如果夹紧力过小，则金属带在轮上滑转，这不仅降低传动效率，还加快金属带与轮的磨损，缩短带与轮的使用寿命。而夹紧力过大，因为除带的节圆层外，带与轮之间必然存在滑动， 故夹紧力过大也将增加不必要的摩擦损失，同样也会降低传动系的效率。同时， 还会导致金属带的张力过大，缩短带的使用寿命。根据汽车的运行条件，始终把夹紧力控制在目标值的最小范围内是CVT传动系的另一个控制问题“。由于金属带的长度为一定值，夹紧力控制和速比控制是相互耦合的，即夹紧力变化必然要引起速比的变化。当在从动缸施加的夹紧力为QD，则在楔面的楔力作用下，使带向外移动，于是在带内产生张紧力。在主动轮上，被张紧的金属带产生向里运动的趋势。为使金属带维持在稳定的节圆位置上，必须在主动缸上作用一个推力，使它与从动缸的推力通过金属带在主动轮上产生的轴向负荷相平衡。其受力图如图25所示。由受力分析可得主动轮的推力为： ：笔竺掣业 (21) Sill“-pm COS“ 从动轮的夹紧力为： QD一SO cosa-T-PoNn sintr 8删(22) 2sina扯COSa硕士学位论文式中： 瓯金属带张力； 盯一锥轮锥角； ，一金属带在主、从动轮上的包角； 。，。一主、从动轮径向摩擦系数。从动轮图25主、从动缸推理平衡关系主、从动轮的符号相反，因为金属带长度一定。如会属带在主动轮上向外滑动，则它在从动轮上必向里滑动。由上面两式得金属带无负载时，主、从动轮推力之比为： 纽：塑竺圭坐堂!王坐幽塑竺垒QaN 、T-j“ANRtana切na“n味8DN 通过理论分析可以得出，当被动轮的夹紧力给定以后， 转矩为： (23) 金属带能传递的最大乙+：2QONzoRRoR (24) 如果实际传递的转矩瓦，它与可能传递的最大转矩L之比定义为转矩比： ，一每亿印一般地，只要金属带传递的转矩比满足，l，金属带就不会出现滑转损失。但是过大的传