（车辆工程专业论文）基于avlcruise的dct、cvt整车性能仿真与对比分析.pdf

b y w a n gn a n b e h u n a nu n i v e r s i t y 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g v e h i c l ee n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h o uy u n s h a n m a y 2 0 1 1 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 日期 易lf 年j 月 f 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子版 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 l 保密口 在 年解密后适用本授权书 2 不保密困 请在以上相应方框内打 作者签名 别帷辄阁 一 日期 如 1 年歹月砷日 日 6r 厂叶 磊日 摘要 当今世界 人类社会的不断发展扩张已给地球环境带来严重的影响 节能环 保已经成为时代的主题 在对环境有着重要影响的汽车工业领域 更加安全 节 能 环保 舒适的现代汽车已成为设计的主流 作为现代汽车传动系主要组成部 分的变速器 其特性无疑对汽车的性能产生重要的影响 兼顾动力性 经济性 舒适性 排放性是目前变速器发展的主要方向 而电子技术与控制技术的飞速发 展 使得这一切不断变为现实 在变速器发展的过程中 双离合变速器与无级变 速器凭借其出色的动力性 经济性成为现阶段变速器中的新锐 本文首先介绍了变速器的类型 特点以及发展简史 并针对主要研究对象金 属带式无级变速器与双离合变速器 对其结构 原理做了较为详细叙述 然后对 整车仿真模型中主要模块建立了数学模型 接下来对所使用的a v lc r u i s e 软件 做了简要介绍 对装备有双离合变速器与金属带式无级变速器的整车模型做了动 力性与经济性仿真计算并将而这结果进行对比分析 此外 对于重点研究对象金属带式无级变速器 本文还研究了其速比控制技 术 针对其非线性和时变性的特点 使用a v lc r u i s e 与m a t l a b s i m u l i n k 联合仿真设计了模糊自适应 p i 复合速比控制系统 本文将模糊自适应 p i 复合控 制算法与经典p i d 控制算法通过仿真进行比较 结果表明模糊自适应 p i 复合速 比控制相对于经典p i d 控制算法具有更好的效果 在无级变速器整车仿真中 不 同工况下的速比跟踪情况证实模糊自适应 p i 复合速比控制能够很好地跟踪目标 速比 具有良好的动态响应和较高的稳态控制精度 关键词 仿真 双离合变速器 金属带式无级变速器 速比控制 i i 基于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真弓对比分析 a b s t r ac t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh u m a ns o c i e t y s e r i o u si m p a c t sw e r eb r o u g h tt ot h e e a r t ha n di t se n v i r o n m e n ti nt h ew o r l dt o d a y t h ee n e r g y s a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nh a sb e e nm a i nt r e n do ft i m e s i nt h ev e h i c l ei n d u s t r y b e c a u s eo f i t sg r e a t i n f l u e n c et ot h ee n v i r o n m e n t s a f e r m o r ee n e r g y s a v i n g g r e e n e r a n dm o r e c o m f o r t a b l eb e c o m et h em a i nc h a r a c t e r i s t i co fm o d e mo rf u t u r ev e h i c l e a st h em a j o r p a r to ft h ev e h i c l e t h et r a n s m i s s i o n sp e r f o r m a n c ea b s o l u t e l yh a si m p o r t a n ta f f e c t st o t h ev e h i c l e sp e r f o r m a n c e t a k i n gt h ep o w e r e c o n o m y c o m f o r ta n de m i s s i o na l li n t o a c c o u n ti st h em a i nd i r e c t i o no ft h et r a n s m i s s i o nd e v e l o p m e n t m e a n w h i l et h eg r e a t e f f o r to fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g ya n dc o n t r o lt e c h n o l o g ym a k ei tr e a l i t y d u r i n gt h e d e v e l o p m e n tp r o c e s s o ft r a n s m i s s i o n t h ed u a lc l u t c ht r a n s m i s s i o n d c t a n d c o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n c v t i sp r o v e dt ob et h eb e s tt r a n s m i s s i o ns of a r d u et ot h e i rg r e a tp e r f o r m a n c e f i r s t l y t h i sp a p e ri n t r o d u c et h et y p e c h a r a c t e r i s t i ca n dh i s t o r yo ft h et r a n s m i s s i o n a n df o c u so nt h em e t a lv b e l tc v t d e s c r i b i n gi t ss t r u c t u r ea n dt h e o r yi nd e t a i l t h e n t h em a t h e m a t i c a lm o d e li sb u i l d e du pf o rt h em a i np a r to ft h ev e h i c l em o d e l i nt h e f o l l o w i n g t h ea v lc r u i s es o f t w a r ei si n t r o d u c e db r i e f l y a n dt h ev e h i c l em o d e l e q u i p p e dw i t hd c ta n dc v t i se s t a b l i s h e d s i m u l a t i o n a n a l y s i sa n dt h er e s u l t s c o m p a r i s o nb e t w e e nt h e ma r em a d e f i r s t l y t h i sp a p e ri n t r o d u c et h et y p e c h a r a c t e r i s t i ca n dh i s t o r yo f t h et r a n s m i s s i o n a n df o c u so nt h em e t a lv b e l tc vt d e s c r i b i n gi t ss t r u c t u r ea n dt h e o r yi nd e t a i l t h e n t h ea v lc r u i s es o f t w a r ei si n t r o d u c e db r i e f l y t h em a t h e m a t i c a lm o d e li sb u i l d e d u pf o rt h em a i np a r to ft h e v e h i c l em o d e l i nt h ef o l l o w i n g t h ev e h i c l em o d e l e q u i p p e dw i t hd c ta n dc v ti se s t a b l i s h e d s i m u l a t i o n a n a l y s i sa n dt h er e s u l t s c o m p a r i s o nb e t w e e nt h e m a r em a d e b e s i d e s f o rt h em e t a lv b e l tc v t w h i c hi sm a i n l ys t u d i e di nt h i sp a p e r i t sk e y c o n t r o l l i n gt e c h n i q u e si ss t u d i e dh e r e p e r t a i n i n gt ot h en o n l i n e a ra n dt i m e v a r y i n g c h a r a c t e r so fm e t a lv b e l tc v to nv e h i c l e t h i sp a p e rd e s i g n st h ef u z z ya d a p t i v e p i c o m p o s i t es p e e dr a t i oc o n t r o ls y s t e mb a s e do nt h ea v lc r u i s es o f t w a r ea n dt h e m a t l a b s i m u l i n ks o f t w a r e t h i sc o n t r o lm e t h o dn o to n l ym a k e sg o o du s eo ft h e f u z z yc o n t r o l l e ri na d a p t i n gt h en o n l i n e a ra n dt i m e v a r y i n gc h a r a c t e r so ft h et a r g e t u n d e rc o n t r o la n ds t r o n gr o b u s t n e s s b u ta l s ot a k e sa d v a n t a g eo ft h ep ic o n t r o l l e ri n e l i m i n a t i n gt h es t e a d ye r r o ra n de n h a n c i n gc o n t r o la c c u r a c y t h i sp a p e ra l s oc o m p a r e s 1 1 1 1 i 硕士学位论文 t h ef u z z ya d a p t i v e p ic o n t r o lm e t h o dw i t ht h ec l a s s i c a lp i dc o n t r o lm e t h o da n d p r o v e st h ea d v a n t a g eo f t h ef u z z ya d a p t i v e p ic o n t r o lm e t h o d a l s o i nt h es i m u l a t i o n a n da n a l y s i so fv e h i c l ee q u i p p e dw i t hc v t t h er e s u l t ss h o w st h a tt h ef u z z y a d a p t i v e p im e t h o dc o m p o s i t es p e e dr a t i oc o n t r o lc a n t r a c kt h et a r g e ts p e e dr a t i ow e l l i th a sag o o dd y n a m i cr e s p o n s ea n dh i g hc o n t r o la c c u r a c yo fs t e a d ys t a t e k e y w o r d s i m u l a t i o n d u a lc l u t c ht r a n s m i s s i o n m e t a lv b e l tc o n t i n u o u s l yv a r i a b l e t r a n s m i s s i o n s p e e dr a t i oc o n t r o l i v 基于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 目录 学位论文原创性声明 i 摘要 i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论 1 1 1 前言 1 1 2 汽车变速器的发展 l 1 3 主流变速器类型与特点 2 1 3 1 传统手动变速器 3 1 3 2 自动变速器 3 1 4 论文的主要研究内容 1 1 第2 章无级变速器的种类与特点 j j j j i j 1 2 2 1 液力变矩器 1 2 2 2 可变直径带轮式无级变速器 1 2 2 1 1v 形胶带式无级变速器 1 2 2 1 2 金属带式无级变速器 1 3 2 1 3 金属链式无级变速器 1 4 2 3 环型无级自动变速器 一1 5 2 4 液静压变速器 1 6 2 5 锥环式无级变速器 1 7 2 6 全无级自动变速器 1 7 2 7 其他形式无级变速器 1 7 2 8 本章小结 一1 8 第3 章整车主要模块数学模型以及汽车性能评价 1 9 3 1 车辆基本参数的确定 1 9 3 1 1 汽车不同载荷下质量的确定 1 9 3 1 2 汽车质心位置的确定 2 0 3 1 3 车轮载荷的确定 2 0 3 1 4 阻力的确定 2 1 3 2 发动机 2 2 3 2 1 发动机输出转矩模型 2 3 3 2 2 发动机油耗模型 一2 3 3 2 3 非稳态工况下的发动机性能修正 一2 4 3 3 液力变矩器 2 4 3 3 1 扭矩转换的确定 2 5 v 硕士学位论文 3 3 2 速比的确定 2 5 3 3 3 泵轮扭矩的确定 2 5 3 3 4 涡轮扭矩的确定 2 6 3 3 5 离合器扭矩的确定 一2 6 3 3 6 传递的扭矩的确定 2 6 3 4 变速器 一2 6 3 4 1 双离合变速器 一2 6 3 4 2 无级变速器 2 8 3 5 汽车动力性与经济性评价 3 0 3 5 1 汽车动力性评价指标 3 0 3 5 2 汽车燃油经济性评价指标 3 l 3 6 本章小结 3 3 第4 章d c t 整车建模与性能仿真 3 4 4 1 仿真软件介绍 3 4 4 1 1a v lc r u i s e 软件特点 一3 4 4 1 72 a v lc r u i s e 软件的基本操作流程 j j j i i 3 4 4 1 3a v lc r u i s e 的联合仿真 3 5 4 2d c t 结构与原理 3 7 4 3d c t 整车模型 3 8 4 4d c t 整车动力性与燃油经济性评价 3 9 4 4 1 动力性评价 3 9 4 4 2 经济性评价 4 2 4 5 本章小结 4 4 第5 章复合速比控制金属带式无级变速器整车联合仿真 4 5 5 1p i d 速比控制策略 一4 5 5 1 1p i d 控制原理 4 5 5 1 2 应用于金属带式无级变速器的p i d 速比控制器 4 7 5 2 模糊控制策略 4 7 5 2 1 模糊控制策略 4 8 5 2 2 模糊自适应 p i 复合控制 5 0 5 3 模糊自适应 p i 复合速比控制器 5 l 5 4 模糊自适应 p i 复合速比控制与经典p i d 控制仿真对比分析 5 3 5 5 金属带式无级变速器整车仿真平台搭建 5 5 5 5 1 匹配计算 5 6 5 5 2 仿真分析 5 7 5 6 金属带式无级变速整车动力性与经济性评价 5 8 5 6 1 动力性评价 5 8 5 6 2 燃油经济性评价 6 0 5 7d c t c v t 整车性能对比 一6 2 v i 基于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 5 7 1 动力性对比 一6 2 5 7 2 燃油经济性对比 6 2 5 8 本章小结 6 3 结论 6 3 参考文献 一6 3 致 谢 6 3 附录a攻读学位期间所发表的学术论文目录 6 3 v l i 硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 自1 8 8 5 年德国工程师卡尔 本茨在曼海姆制成了人类第一辆汽车以来 汽车工 业随着人类社会的发展发生了翻天覆地的变化 当今社会 汽车已经成为人们日 常生活不可分割的一部分 迅猛发展的汽车工业促进了人类社会由早期社会到高 度发展的工业社会的发展 并且成为世界经济的支柱之一 随之而来的是严重的 环境问题 随着全世界汽车保有量的增加 已经产生并正在引发严重的环境与人类生存 问题 大气污染 全球变暖以及石油资源的锐减 成为当前人们首要关注的问题 节能环保已经成为人类发展的主题 设计更加安全 环保 舒适 节能的现代汽 车才能适应时代发展的要求 而且 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律法规 力图降低汽车排放 提高整车燃油经济性 1 一s l o 因此采取相应措施 使用高新科技 降低汽车能耗 减少尾气排放成为汽车 的发展方向之一 传动系作为汽车的主要组成部分 其性能好坏直接影响到整车 主要的性能指标 纵观整个汽车工业发展史 传动系技术的每一次革新都对汽车 整体性能的提高起到了重要作用 所以 为了达到节能减排的目的 研究与改进 汽车传动系统是极其重要的 6 1 2 汽车变速器的发展 汽车传动系作为发动机动力与车轮负载之间的动力传递装置 通常由离合器 变速器 传动轴 驱动桥等部分组成 发动机输出的动力经过传动系的传递与调 整 最终传递到驱动轮上 以适应对整车性能的要求 活塞式内燃机具有体积小 重量轻 价格便宜且燃料供应方便的优势 所以 一直是汽车发动机的首选 在经历了一个多世纪的研究与开发之后 内燃机技术 日臻完美 尽管对发动机自身特性而言 其与汽车行驶要求还有很大差距 汽车变速器是随着汽车的产生一起出现的 实际上最初应用在汽车上的变速 器的速比是连续可变的 但是由于材料技术 制造技术不足等原因 其在传动效 率 可靠性和寿命等方面不能满足人们的需要 而有级齿轮变速器具有操纵简单 可靠 传动效率高 使用寿命长等优点 因此占据了汽车变速器的主导地位 早期的汽车变速器仅被认为是用来将特定转速范围内发动机的动力进行适当 l 基于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 改变和传输以满足车辆对速度和扭矩的要求 在科技进步 环境污染 能源日渐 枯竭的情况下 人们对汽车变速器提出新的要求 1 使车辆低油耗 低排放 1 宽速比范围 2 高度自动化 3 智能化控制 4 高传动效率l 6 j 2 使车辆更加舒适 通过对变速器控制 使速比变化平稳 并能最大程度地实现驾驶愿望和操控 感 对一部分驾驶员而言 与发动机协调工作以减少整车噪声水平 而当今控制技术和电子信息技术的高速发展 使得这一切成为可能 手动变 速器向自动变速器发展已成为必然趋势 新技术的发展一方面仍在不断改善着现 有变速器的性能 例如自动变速器的电控化 多段变速器化及液力变矩器低速区 域低速化等 另一方面异军突起 无级变速器 c o n t i n u o u sv a r i a b l et r a n s m i s s i o n 即c v t 双离合变速器 d u a lc l u t c ht r a n s m i s s i o n 即d c t 已在市场上得到可 观范围的应用 总体来看 变速器技术朝着兼顾动力性 经济性 排放性与舒适 性的方向发展 6 1 目前 西方国家对每种新型自动变速器 a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n 即a t 手 自一体变速器 a u t o m a t i cm a n u lt r a n s m i s s i o n 即a m t d c t c v t 变速器从 设计研发到最终投入批量生产 大约要花费约数千万美元 各大汽车公司仍在在不 断投入很大的资金和力量进行研究开发 而在国内 我国汽车工业已经进入了变 速器快速发展时期 以自主研发为主 技术引进为辅是我国目前汽车工业发展的必 由之路 7 1 1 3 主流变速器类型与特点 汽车变速器作为协调发动机转速和车轮行驶速度的变速装置 用于发挥发动机 的最佳性能 在汽车行驶过程中 变速器在发动机和车轮之间产生不同的速比 通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下 变速器的正朝着愈加复 杂 高度自动化 高度智能化的方向发展 自动变速器将成为未来的主流 按照 不同的分类标准 可以将变速器分为不同的类型 例如 按传动比划分 可以分 为有级式变速器 无级式变速器 按照操作方式划分 可以分为手动变速器 自 动变速器 等等 目前乘用车市场上最常用的五种变速器有 手动变速器 m a n u l t r a n s m i s s i o n 即m t a t a m t c v t 与d c t 如表1 1 所示 为其结构与功能分 类表 2 硕士学位论文 表1 1 变速器结构与功能分类 1 3 1 传统手动变速器 m t 的优点是传动效率高及成本低 缺点是换挡复杂 有动力中断 经济性较 差 其工作原理是通过变速操纵机构拨动不同齿轮组间的啮合套从而组成不同挡 位 因为每挡齿轮组的齿数是固定的 所以各挡速比是一定 属于有级变速器 m t 由于其结构简单 成本低等原因 及较高的传动效率 应用的历史时间最 长 仍然占有乘用车变速器市场上相当大的市场份额 但是其产品技术发展十分 有限 目前主要的趋势还是向多挡化发展 但是随着自动变速器技术的日益提高 及人们对驾驶舒适性不断苛刻的要求 m t 变速器的市场份额呈现出下降的势态 但短期内尚不会被自动变速器取代 1 3 2 自动变速器 1 3 2 1a t 自动变速器 a t 自动变速器如图1 1 所示 由液力变矩器 行星齿轮与液压操纵系统构成 通过使用液力传递和齿轮组合的方式达到变速变矩 其中 液力变矩器作为极其 重要的部件 兼具传递扭矩和离合的作用 随着a t 朝着多挡化方向发展 6 挡和 6 挡以上a t 变速器有液力变矩器加多片湿式离合器发展的趋势 因为多挡化之后 换挡顿挫感减少 这对于发动机的大扭矩输出需起到良好的传递效果 a t 具有换挡平稳 操作方便 市场成熟度高等优点 但油耗高一直是a t 的 诟病 在a t 液力变矩器中使用自动闭锁区域的控制技术是降低油耗的主要手段 之一 通过增加节流阀 改善油压控制 添加三通电磁阀等措施来实现扩大低速 闭锁区域 国内对于a t 的研究相对c v t d c t 较早 目前一些企业通过技术引进已经 推出了自主生产的a t 产品 现阶段 对我国而言 a t 的关键技术在于研发高效 基于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 率液力变矩器及控制系统的开发 图1 1a t 实物剖面图 1 3 2 2a m i 手自一体变速器a m t 如图1 2 所示 起源于f 1 是在m t 的基础上发展而 来 保留了原来m t 的换挡机构与离合器 因而继承了m t 传动的固有高效率 结构紧凑 工作可靠等优点 操作手动变速器需要踩离合 选择适当挡位等动作 而a m t 则由电子控制装置和液压系统管理离合器和换挡的过程 即在总体传动 结构不变的情况下 通过添加嵌入式芯片控制的自动操纵系统来实现换挡的自动 化 改善操纵性和舒适性 a m t 的缺点是换挡时采用齿轮接合 平顺性没有普通 的液力变矩器式自动变速器接合好 限制了其在高挡车领域的应用 另外与m t 一样 控制油门与离合需要较高的熟练度 芯片控制做得不好的话会出现换挡时 抖动 尤其在低速时 和斜坡起步滞后等现象 因此a m t 对芯片的控制能力要 求很高 要加装起步辅助装置 h a s 现阶段我国开发a m t 的难点仍集中在控 制系统和执行机构上 此外 a m t 对选换挡机构 离合器执行机构及变速器加工 精度要求较高 目前国内在这方面还存在欠缺 但a m t 由于其自身的优势以及 制造成本远远低于传统自动变速器 其在高性能车 普通轿车和商用车方面仍有 较广阔的应用前景 图1 2 运用在奔驰商用车上的a u t 变速器 4 硕士学位论文 1 3 2 3d c r d c t 有时也称被叫做t w i n c l u t c hg e a r b o x d o u b l ec l u t c ht r a n s m i s s i o md s g 主要是德国的称法 d i r e c t s h i f tg e a r b o x 如图1 3 所示 的发展可追溯到二战 之前 法国人 军事工程师阿道夫 力口尔奇 a d o l p h ek 6 9 r e s s e 首先提出了双离 合变速器的设想 可是由于一些原因 始终没有正式投产 后来 保时捷公司发 明了专用于赛车的双离合变速器 2 0 世纪9 0 年代 主要汽车公司认识到d c t 的 优点 都开始投入对d c t 进行研发 图1 36 挡d c t 剖面图 d c t 是基于平行轴式m t 发展而来 具有m t 结构紧凑 传动效率高等优点 以及 a t c v t 换挡特性好的优点 同时实现了换挡过程的平顺性及无动力中断 不仅保 证了车辆加速性 而且极大改善了车辆运行的舒适性 d c t 采用的双离合器模块由 电子控制及液压推动 能同时控制两台离合器运作 同时采用双输入轴 当变速 器工作时 一组齿轮被啮合 而接近换挡时 下一挡段的齿轮己被预选 但与此 连接的离合器仍处于分离状态 换挡时 一台离合器将使用中的齿轮分离 同时 另一台离合器啮合已被预选 在整个换挡过程中能确保有一组齿轮在输出动力 从而不会出现动力中断的状况 8 9 d c t 系统有干式离合器和湿式离合器两种 如图1 4 所示 干式离合器具有结 构简单 效率高 成本较低 从动部分转惯量小 调整方便 分离彻底 扭矩过 载保护 不需辅助动力等优点 但同时也存在扭矩传递有所限制 散热性差等缺 点 湿式离合器结构比较单一 磨损小且均匀 传递扭矩容量大 有较好的可控 性等优点 但其传动效率较干式离合器低 5 基于a v lc r u l s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 图1 4 干式 湿式双离合器实物图 目前 d c t 面临的主要问题是制造加工的精度要求很高 导致成本也相当较高 此外 d c t 依靠离合器来传递动力 而在城市路况下 司机通常要在较慢的速度下 驾驶车辆 此时d c t 的离合器经常处于半离合状态 尤其是在较拥堵的城市路况下 长时间处于半离合状态的离合器容易过热 导致温度传感器感知的温度过高使变 速器停机 目前已知的d c t 停机案例多半发生在市区行驶过程中 这是其主要缺点 u o 1 l 0 d c t 是以大众集团为首的欧洲车系主推的一款新型自动变速器 由于大众和一 汽和上汽的合作 在我国拥有广泛的市场基础 由此d c t 拥有广阔的推广平台 除 了大众系车型大力普及d c t 夕f 目前国内政策支持明显偏向d c t 2 0 0 8 年底 在国 家发改委的推动下 由1 2 家中国车企联合成立的中发联实业有限公司 联合全球 顶级自动变速器企业博格华纳 b o r g w a r n e r 成立合资公司 开发生产双离合器 自动变速器中的核心产品 双离合器模块 扭转减震器模块以及控制模块 博格 华纳相关人士预计 j l j 2 0 2 0 年 中发联的1 2 家股东厂商生产的自动挡车型中 将 有8 0 采用d c t 变速器 现阶段国内自主开发d c t 的难点主要在液压模块及双离合器模块两方面 核心 问题仍是加工工艺低及控制系统开发能力弱 1 3 2 4c v t 无级变速器的速比是一系列连续的值 譬如0 4 2 6 c v t 结构简单 体积小 零件少 重量轻 既没有手动变速器的众多齿轮副 也没有自动变速器中复杂的 行星齿轮组 但其传动带容易损坏 不能承受较大载荷 目前仅限用于低扭矩 小排量汽车 因此在自动变速器市场占有率还比较低 近年来经过各大汽车公司 的大力研究 情况有所改善 c v t 将是自动变速器的主要发展方向之一 1 c v t 的发展 现状与前景 c v t 的技术发展已经有相当长的历史 早在1 4 9 0 年 达芬奇就绘制出了无级变 6 硕士学位论文 速器的草图 德国奔驰公司是在汽车上采用c v t 技术的鼻祖 并于1 8 8 6 年申请了第一个摩擦 式c v t 专利 将v 型橡胶带式c v t 安装在该公司生产的汽油机汽车上 1 9 1 0 年z e n i t hm o t o r c y c l e s 使用当时的c v t 造了v 2 一m o t o r c y c l e 后来的许多 赛事证明 装备了c v t 的z e n i t h g r a d u a 取得了巨大的成功 以致最后被禁用 以 给予其他制造商赢得比赛的机会 1 9 1 2 年 英国机车制造商r u d g ew h i t w o r t h 0 作了r u d g em u l t i g e a r 其相对 z e n i t h 的g r a d u ag e a r 做出了大幅改进 r u d g em u l t i 的成功最终导致了c v t 变速器 在1 9 1 3 年以后的t o u r i s tt r o p h y 拉力赛上中被禁用 1 9 3 5 年 亚迪耶 道奇收到了环形c v t 的美国专利证书 1 9 5 8 年 荷兰的d a f 公司h v a nd o o r n e 博士研制成功了双v 型橡胶带式c v t 将 其命名为v a r i o m a t i c 的 这款c v t 装备的轿车销量超过了1 0 0 万辆 但是由于橡胶 带式c v t 存在一系列的缺陷而没有被汽车行业普遍接受 该公司现在隶属于b o s c h 集团 是c v t 传动钢带的生产商和供应商 为众多汽车 变速器厂家提供c v t 钢带和c v t 技术 但并不生产c v t 总成 由于传动带是c v t 中最 重要的部件之一 所以v a nd o o r n e 公司对创新发明的推进式c v t 带 享有专利技术 保护特权 并在世界居垄断地位 其第7 代c v t 钢带已可满足功率为2 0 0 k w 扭矩为 4 0 0 n m 的动力传递 博世公司现在已经将独立部件 执行器 传感器和变速器换挡 e c u 组成一个单独的模块 变速器制造商只需增加一个集成控制单元 但是 由于传送带的材料和寿命问题 其在欧洲市场的口碑不是很好 直到2 0 世纪8 0 金属带式c v t 在欧洲市场一直未找到较好的出路 2 0 世纪8 0 年代后期 c v t 却在日本逐步取得了成功 日本汽车用户对c v t 这项新 技术逐渐理解 并予以支持 而且 日本研发人员的执著努力 扫除了c v t 众多的 技术障碍 尤其是j a t c o 公司 设计研发了前驱 后驱 不同排量的c v t 型号 这一 切有力促进了日本c v t 的快速发展 即使那些爱挑剔的客户也感到信服 日本的c v t 在各个档次轿车的开发和应用上都见到成效 至此 c v t 产品在日本逐渐被成功导 入市场 从目前发展形势来看 市场前景比预料的还要好 现阶段 日本的f h i h o n d a t o y o t a m i t s u b i s h i n i s s a n 等汽车厂家都结合自身车型 积极搭载c v t 变速器 1 9 8 7 年 由f h i 开发c v t 电控设备 日本s u b a r u 把装备c v t 的j u s t y 汽车投放市场 获得成功 并于1 9 8 9 年将其作为第一种装备c v t 的车型在美国市场生产销售 1 9 8 7 年夏天 f o r d 欧洲和f i a t 将金属带式c v t 装备于排量为1 1 l 至l j l 6 l 的轿车 上 进入2 0 世纪9 0 年代 汽车界对c v t 技术的研究开发日益重视 特别是在微型车 中 c v t 被认为是关键技术 与此同时 迅猛发展的科学技术使得新的电子技术与 7 慕于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 自动控制技术不断被采用至i j c v t 中 1 9 9 5 年 在研究几年滑轮式c v t 之后 h o n d a 推出了自己的m u l t im t i c 型c v t 其使用了起动离合器 可避免来自引擎任何失速状况 并提供最平稳的加速效果 引擎输出反应快 能轻易地在市区中行驶 m i t s u b i s h i 公司准备采用小排量发动机与c v t 组合 1 9 9 7 年5 月 f h i 在微型轿车上成功应用了全芯片控制式e c v t 其在另一款微型 轿车上成功应用带有锁止式液力变矩器的电控c v t 1 9 9 7 年 n is s a n 公司为2 o l 排量的汽车开发了一款c v t 1 9 9 8 年 其为中型轿 车设计开发了一款含有手动换挡模式的c v t n i s s a n 公司计划为3 5 1 以内的轿车搭 载c v t n i s s a n 作为日本乃至全世界推进c v t 应用的有力先锋 其年产4 0 0 余万台变 速器产品中 c v t 的份额达到将近2 0 而且目前仍以几乎每年1 0 的增幅在继续增 加 n is s a n 汽车搭载j a t c o 公司生产的x t r o n i cc v t 的最大扭矩已经可以达至u 3 5 0 n m 而且拟进一步提高其承载能力 这样 c v t 技术在欧洲开花 却在日本结了果 1 9 9 9 年 美国f o r d 公司和德国z f 公司合作为f o r d 公司的轿车以及轻型载货车生 产c v t 2 0 0 0 年以来 h u d i 公司与b o r g w a r n e r 合作生产了金属链式c v t 用于拥有较大 排量引擎的车辆 例如a 43 o lv 6 菲亚特于2 0 0 0 年在其f i a tp u n t o 1 6 v8 0 p se l x s p o r t i n g 车型上 提供了 一种锥环式c v t 变速器 通用于2 0 0 2 年提出的一种无级变速器 最终由于技术原因不了了之 c v t e c 公司是a i s i ns e i k i 爱信精机与德国b o s c h 公司于2 0 0 2 年成立的专门生产 制造c v t 钢带的合资公司 成立初期年产量为4 0 万条c v t 钢带 随着近年日本c v t 市 场需求增长 至2 0 0 7 年底c v t e c 公司将扩大c v t 钢带生产量 增加到年产8 0 万条 2 0 0 7 年2 月 全球第三大变速器制造商j a t c o 公司在继墨西哥建厂投产c v t 后 发出公告 决定投资4 6 亿日元 在中国广州科学城建立一个专门生产用于前驱轿 车用钢带式c v t 的独资公司 年产量为1 4 万台 该独资公司计划于2 0 0 7 年5 月成立 2 0 0 9 年正式投产 未来产量的增加取决于中国汽车市场的增长 这是j a t c o 公司在 海外建立的第二个c v t 生产基地 也是继h o n d a 公司之后 在中国设立的又一家专 门生产c v t 的外资公司 l 引 2 0 0 7 年5 月 舍弗勒 s c h a e f f l e r 集团l u k 公司在上海举办科技日活动中宣布 为a u d i 公司a 8 轿车提供的 能承载4 5 0 n m 扭矩的新型无级变速器已经开发成功 并 于下半年上市 可填补a u d i 系列车型中惟有a 8 不能搭载c v t 的空白 c v t 的最大优点是换挡连续 平顺 驾乘舒适以及优异的燃油经济性 然而令 人困扰的却是受大扭矩的限制 近年 在轴承行业拥有8 0 年经验的日本j t e k t 公司 察觉到世界主流汽车厂家开始加快从传统a t 向c v t 转化的发展趋势 于是开始涉足 8 硕士学位论文 高效和低噪声的齿型钢链制造领域的竞争 2 0 0 7 年5 月 j t e k t 公司与荷兰齿型链 工业公司 d u t c hc o m p a n yg e a rc h a i n i n d u s t r i a lb v 简称g c i 签订了具有 高效率c v t 用钢链独家生产的许可协议 准备在2 0 0 8 年投放市场 于2 0 1 2 年销售额 达到1 0 0 亿日元 据悉 j i c 钢链可承载大扭矩 具有比已有金属带高两倍的扭矩 容量 当今金属带式c v t 的扭矩极限大约为4 0 0 n m 而j i c 钢链的潜在扭矩范围却 是已有钢带的两倍 j i c 钢链不仅可以应用于已有的c v t 而且可以应用于当今带 式和链式c v t 都感到困难的 更大扭矩的车辆上 比如可以应用于s u v 车及汽车以 外的其他领域 据称 j i c 钢链的独特结构与当今的钢链相比 可以明显减少钢 链与链轮咬合时的冲击能 减少噪声量 装有j ic 钢链的c v t 还可以比现有的c v t 节油4 5 这将可能使c v t 更具市场吸引力 使c v t 在车辆中的应用范围得到更 大扩展 1 2 2 0 0 7 年 比利时p u n c h 公司在南京投资成立南京邦奇自动变速器有限公司 生 产c v t 邦奇是德国z f 股份公司旗下专门生产变速器的企业 南京邦奇c v t 含有6 速 手动 常规 运动三种模式 以满足车主在不同路段上的驾驶需求 在混合动力车辆上装备c v t 成为国际上目前的一种发展趋势 在现有自动变速 器中 c v t 速比可连续变化 能够很好地混合发动机功率和电动机功率 使汽车在 任何工况下的发动机和电动机性能达到最佳组合 故c v t 被公认为混合动力的首选 传动方案 在实际应用方面 目前做的最成功的是 t o y o t ap r i u s 和a l p h a r d h o n d a 的c i v i c 2 0 0 3 n i s s a n 的t i n o 等 从c v t 变速器的技术优势和生产成本两个方面考 虑 发展基于c v t 的混合动力汽车将是最佳选择 l 引 在自主研究c v t 方面 国内起步相对较晚 东北大学进行了c v t 传动用金属带的 开发试制工作并做出样品 重庆大学针对金属带传动机理和振动 以及相应的控 制策略做了试验研究工作 吉林大学成果较为显著 联合东北大学 东风汽车工 程研究院 于2 0 0 2 年首次成功对某轻型客车进行c v t 搭载试验 2 0 0 3 年 该课题组 引进样机p 8 1 1 型c v t 在其基础上设计了电控装置 集成液压控制模块以及发动机 与c v t 动态匹配软件 成功地将原p 8 1 l 机械c v t 改造成电子控制的c v t 并通过了台 架试验 将其搭载到1 6 l j e t t a 轿车上 路面试验表明 设计的电控系统 液压模 块及相关软件能够较好的满足汽车各项性能要求 6 l 卜1 7 j 目前国内几家自主研发和生产金属带式无级变速器企业中 产业化进程较为突 出的是湖南江麓容大车辆传动股份有限公司和洛阳联合变速器有限责任公司 湖南江麓容大车辆传动股份有限公司主要从事轿车无级变速器的研发 生产 销售和技术服务 是湖南省科学技术厅认定的 湖南省高新技术企业 该公司 队的骨干成员在国内最早从事c v t 研究 曾主持完成了国家九五攻关项目和1 0 多项 国家及省部级科研项目 经过多年潜心研究 容大公司开发出我国首台具有自主 知识产权的汽车无级自动变速器 该变速器可以在排量为2 0 l 以下轿车中使用 9 基于a v lc r u i s e 的d c t c v t 整车性能仿真与对比分析 2 0 11 年2 月2 5 日 江麓容大车辆传动股份有限公司与博世在长沙签订无级自动变速 器c v t 开发合作协议 江麓容大与博世的合作 也是中国汽车核心零部件自主研发 的一次有益探索和创新 1 7 洛阳三明公司在c v t 开发生产方面进展较快 在国家发改委获得4 2 0 万