北理工汽车自动变速器原理与维修课件05 CVT变速器结构与原理

1第五章CVT变速器结构与原理第五章CVT变速器结构与原理自动变速器油耗高：众所周知，如何解决？经济模式？动力模式？?在发动机转速较低时就完成换档减少发动机的功率输出，从而达到省油的目的让发动机在高转速换档拼命榨取发动机的每滴功率提高整车动力性能。势必都会对动力和油耗中的一个做出妥协答案：采用无级变速器，动力性和经济性甚至都超过了手动变速器。第五章CVT变速器结构与原理知识点1：V形钢带无级变速器的基本原理知识点2：典型V形钢带无级变速器的结构和工作原理知识点3：V形钢带无级变速传动的关键部件知识点4：CVT典型应用实例知识点5：CVT液压部分基本原理知识点6：CVT电子控制部分基本原理知识点1V形钢带无级变速器的基本原理1.无级变速器概述无级变速器的定义：在输入轴转速不变的情况下，其输出转速可以在一定范围内连续变化的变速器。英文：ContinuouslyVariableTransmission，简称CVT。CVT是理想的汽车传动装置：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。理论上相当于有无数个档位知识点1V形钢带无级变速器的基本原理2.无级变速器可以节油的原因发动机：在某一最佳转速下能够进气充分、排气充分、燃烧充分、能量利用充分、排气污染少；但离开这一转速就会有进气不充分、排气不充分、燃烧不充分、能量利用差、油耗增加和排气污染增加等问题。要获得较好的燃油经济性，就应使发动机尽可能工作在耗油率较低的工况下。图发动机万有特性曲线汽车：车速是随机的，采用有级变速器，在两档之间依靠发动机的转速变化来适用车速的变化，因而发动机无法达到最佳工作状态。知识点1V形钢带无级变速器的基本原理CVT可以使发动机在最佳状态下工作，依靠变速器无级调速来适应汽车的各种速度，因此可以使发动机燃烧最好，排气污染最小、达到节油的目的。目前据国外统计数据，采用CVT的汽车比采用AT的汽车节油7～15%。大众高尔夫VR6车型油耗对比测试结果装备了CVT变速箱的车型油耗明显低于装备4速自动变速箱的车型，证明CVT能有效节省燃油。知识点1V形钢带无级变速器的基本原理3.无级变速器的分类根据工作原理的不同，无级变速器可以分为三种：（1）机械式：分为摩擦式、链式、带式和脉动式。（2）液压传动式：在工程车辆和农用机械上已应用。（3）电力式（ElectricVehicle，简称EV）：用于电动汽车。变速传动机构是由作为主、从动带轮的两对锥盘及张紧在其上的传动带组成。根据传动带的形状不同：平带式和V形带式根据传动带的不同：普通V形橡胶带式和V形钢带式。

V形钢带无级变速器和链式无级变速器由于其V形带和传动链传递功率大、传动效率高、工作寿命长等优点而被广泛用在现在汽车上。知识点1V形钢带无级变速器的基本原理

V形钢带式无级变速传动是机械式无级变速传动在汽车中首先获得成功应用的。

20世纪70年代中后期，荷兰的VDT公司研制成功一种新型无级变速传动-金属带式无级传动，并于1987年开始投放市场。图VDT-CVT的基本结构形式结构紧凑、工作可靠、寿命长、效率高且噪声低。

V形钢带无级变速器采用V形金属挠性件作为传动部件，借助于摩擦来进行传动。V形钢带无级变速传动具有传动效率高、传递功率大、工作寿命长等优点，近年来应用得越来越多。知识点1V形钢带无级变速器的基本原理4.V形钢带无级变速传动装置的基本组成V形钢带无级变速传动装置由主动带轮、从动带轮和V形钢带组成。主、从动带轮都是由固定锥盘和移动锥盘两部分组成，V形钢带主要是楔形金属块和钢制环带组成，V形钢带在主、从动带轮之间传递动力。知识点1V形钢带无级变速传动的基本原理5.V形钢带无级变速传动装置的变速原理在进行变速时，主、从动带轮轴之间的距离保持不变，主、从动带轮的移动锥盘相对于其固定锥盘进行移动。当主动带轮的移动锥盘靠近其固定锥盘时，从动带轮的移动锥盘则相应地向离开固定锥盘的方向移动。这种移动会使V形钢带做整体平移，改变主、从动带轮与V形钢带的接触摩擦节圆半径，主动带轮的传动半径增大，从动带轮的传动半径减小，因而传动比变小。由于主、从动带轮的传动半径尺寸可在一定范围内连续变化，因此，该装置可实现传动比连续变化的无级变速传动。知识点1V形钢带无级变速传动的基本原理V形钢带无级变速传动图V形钢带无级变速传动的基本原理12第五章

CVT变速器结构与原理13知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理1.V形钢带无级变速器的基本组成图金属带式无级变速器的基本组成1-发动机飞轮2-倒档离合器3-前进档离合器4-主动轮液压控制缸5-主动移动锥盘6-主动轴及主动固定锥盘7-液压泵8-从动移动锥盘9-从动轮液压控制缸10-金属带11-差速器12-主减速齿轮13-中间减速齿轮14-从动轴及从动固定锥盘14知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理主、从动带轮均由固定锥盘和从动锥盘组成主动带轮的移动锥盘可在液压油的驱动下做轴向移动，以便对V形钢带施压，改变V形钢带在带轮V形槽内的径向位置，从动带轮的移动锥盘也可在液压油的驱动下做轴向移动，并于主动带轮的活动锥盘的轴向移动相配合，获得所期望的传动比。为了避免在变速过程中V形钢带产生歪斜和扭曲，主动带轮的活动锥盘与从动带轮的活动锥盘必须布置在V形钢带的左、右两侧。15知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理2.工作程序：起步：正常行驶：前进和倒档切换：空档：变速：离合器接合传入动力，主动带轮通过金属带驱动从动带轮，再将动力经主减速器、差速器等分配给车轮。起步：要求提供较大的驱动力，克服起步时的巨大惯性力从动带轮的移动锥盘内的回位弹簧，在液压系统卸压后推动移动锥盘接近固定锥盘，使钢带处于从动带轮的最大半径处。正常行驶：克服汽车行驶的阻力矩液压缸对主动带轮的移动锥盘产生轴向推力，使V形钢带具有带动从动带轮旋转的圆周力。液压缸对从动带轮的移动锥盘产生轴向推力，使V形钢带驱动从动带轮旋转，在从动带轮上产生驱动转矩。16知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理当离合器切断时发动机空转，实现空档。如道路阻力减小时，从动轴上的负载下降时，液压系统产生的液压力会使主动带轮中的移动锥盘向固定锥盘移动，使V形钢带在带轮槽中沿着两锥面向外移动，从而使V形钢带的工作半径增大。依据前述传动装置的变速原理，，可使车速提高。操纵前进和倒档切换机构，实现前进和倒退行驶；前进和倒档切换：空档：变速：汽车行驶阻力发生变化时17知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理3.传动比的变化范围无限大？无限小？取决于主、从动带轮轴的最大工作半径和最小工作半径。受两带轮中心距的限制受主、从动带轮轴的直径尺寸限制当主、从动带轮的结构尺寸相同时，传动比的变化范围为最大工作半径与最小工作半径比值的平方。不仅传动比的变化范围最大，而且还可获得增速传动。所以，汽车无级变速其通常均采用等尺寸的主、从动带轮。18知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理4.日产某无级变速器工作原理日产某无级变速器也是一种V形钢带无级变速器，但在发动机与变速器之间是由电磁粉式离合器将发动机动力传递至变速器。日产无级变速器该日产无级变速器的控制系统包括电子控制系统和液压控制系统，电子控制系统通过电磁粉式离合器和液压系统实现对速比的控制。机械机构液压系统电子控制系统19知识点2：典型V型钢带无级变速器的结构和工作原理电子控制系统通过电磁粉式离合器和液压系统实现对变速器传动比的控制。电子控制单元接收来自各种传感器和开关的输入信号，通过运算分析，确定输出信号，对无级变速器进行控制。主要输入信号主要输出信号20第五章CVT变速器结构与原理21知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件V形钢带式无级变速器主要由主动带轮、从动带轮、加压装置和调速装置组成。其核心部件是金属带和主、从动轮带组成的传动系统。

22知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件置于固定和移动两锥盘构成的V形槽内，是一个组合元件。1.V形钢带由数百片V形金属块和两组钢质环带组合而成。（1）V形钢带的组成与结构23知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件V形金属块厚度约为2mm，两端的V形侧面与带轮V形槽接触产生摩擦作用。钢质环带是厚度约为0.2mm的薄钢片环，数条钢质环带叠合嵌入V形金属块上部两侧的缺口中，数百片V形金属块连成一体，形成一条挠性钢带。（1）V形钢带的组成与结构V形钢带组成与结构24知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件

主动带轮一侧：V形金属块由于受带轮和V形金属块斜面间的摩擦力作用而向前运动，并挤压其前面的V形金属块，两者之间产生挤压力。（2）V形钢带的传动原理从动带轮一侧：通过V形金属块斜面对带轮的摩擦力带动从动带轮转动。在V形钢带的松边：作用在前面V形金属块的挤压力逐渐减小，到最后挤压力消失，V形金属块之间出现间隙。在V形钢带的紧边，

V形金属块一个推压一个，后面的V形金属块推动前面的V形金属块，将动力由主动带轮传递到从动带轮。V形钢带传动原理25知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件（2）V形钢带的传动原理答案1：问题1？？如何实现不同扭矩的传递问题2？？钢质带环和V形金属块的作用钢质带环的作用：引导摩擦片的运动方向；承担金属带中的张力。

V形金属块的作用：传递转矩。增减带环宽度和层数、V形金属块的数量。答案2：26知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件主、从动工作轮都是由可动部分和固定部分组成，其工作面为直线锥面体。2.工作轮带轮可动部分的后方具有液压油腔，当具有一定压力的液压油充入液压油腔时，液压油的压力作用于带轮的活动部分，使其力图移向带轮固定部分。带轮的活动部分靠近固定部分，带轮的直径将增大；带轮的活动部分远离固定部分，带轮的直径将减小。27知识点3：V形钢带式无级变速传动的关键部件2.工作轮带轮可动部分的后方还装有弹簧，弹簧力与液压油压力共同作用在带轮活动部分，使其压向带轮固定部分。28第五章CVT变速器结构与原理知识点4：CVT典型应用实例问题1？？问题3？？CVT是否可以单独使用如果不可以：CVT如何与其他传动形式配合使用问题2？？如果可以：如何单独使用知识点4：CVT典型应用实例起步阶段：从CVT的工作原理可知，其动力源直接来自发动机，故其工作范围必然也受发动机最低稳定转速的限制，所以起步阶段仍需要离合器。1.CVT是否可以单独使用

根据汽车典型使用工况进行分析如用干式离合器，工作过程与普通手动变速系统相同，起步性能较差。这是阻碍它推广的因素之一。良好道路上行驶：CVT的传动比范围大约在0.4～7之间，似乎满足一般变速要求，但由于它的高档传动比仅为0.4左右，为了保证在良好道路上获得正常行驶的驱动力，其固定降速比将比同类汽车的主传动比i0高出近一倍。大的固定降速比，在汽车起步、爬坡和克服较大的行驶阻力时，会使发动机处于不利的区域工作。知识点4：CVT典型应用实例基于以上原因，在车上单独采用CVT的场合较少，而是常与其他传动行驶配合使用。1.CVT是否可以单独使用答案2.CVT如何单独使用知识点4：CVT典型应用实例（1）CVT与液力耦合器组成无级变速传动3.

CVT如何与其他传动形式配合使用1-发动机2-液力耦合器3-固定工作轮4、9-可动工作轮5、10-伺服缸6-行星齿轮变速机构7-速度传感器8-金属带11-主减速器知识点4：CVT典型应用实例（1）CVT与液力耦合器组成无级变速传动

动力由发动机传给液力耦合器泵轮和涡轮，然后再传给无级传动CVT，这样可改善起步性能。

前进档与倒档是用前进档离合器与倒档制动器来控制行星齿轮减速机构而实现的。增加行星齿轮变速机构6，是为了弥补高档超速传动比太小的不足。动力最后经主减速器和差速器传给驱动轮。

ECU根据装在主减速器上的速度传感器的节气门开度信号与发动机节气门传感器的节气门开度信号，控制伺服缸的油压，改变工作轮的固定部分与可动部分之间的距离，从而达到在该工况下所要求达到的传动比。知识点4：CVT典型应用实例用电磁离合器代替了上述液力耦合器的结构形式。1-电磁离合器2-工作带3-CVT4-行星齿轮变速器（2）CVT与电磁离合器组成无级变速传动知识点4：CVT典型应用实例（2）CVT与电磁离合器组成无级变速传动对离合器的接合时间和力的控制，可用发动机节气门开度与车速两个参数来控制线圈中电流的大小和通电时间的长短。这种离合器结构简单，容易实现转矩平稳增长，主、从动部分不接触，无磨损，而且电磁铁与从动毂之间的间隙在工作中不发生变化，故无需调整间隙，且允许主、从动部分存在较长时间的磨损。它不仅很理想地解决了装用CVT车辆的起步问题，而且与装用液力耦合器的CVT车辆相比，可以防止变速时爬行和消除始终存在的滑转损失；但它要求磁粉材料的化学物理特性要稳定。知识点4：CVT典型应用实例液力耦合器、电磁离合器等仅能解决起步平稳问题，因其均不变更转矩，所以并未扩大CVT总传动比范围。采用液力变矩器如何既能够解决起步平稳问题，又可以扩大CVT总传动比范围？？答案用液力变矩器，不仅提供最佳起步性能，而且由于它的变矩作用扩大了总传动比的变化范围，降低了CVT自身的变化范围，从而使CVT传动易于调节到使发动机处于最佳燃油经济性的区域内工作。知识点4：CVT典型应用实例（3）双状态无级变速传动

德国ZF公司开发的适用于轿车的无级变速传动装置。

CVT与综合式液力变矩器（即带锁止离合器的液力变矩器）组成的组合式无级变速传动系统。

动力传动路线是：发动机动力经液力变矩器、行星齿轮机构，再经VDT-CVT、减速齿轮，最后传给差速器、半轴和驱动轮。1-锁止离合器2-液力变矩器3-液压泵4-前进档离合器5-行星齿轮机构6-倒档离合器7-VDT-CVT8-减速齿轮9-差速器10-半轴知识点4：CVT典型应用实例知识点4：CVT典型应用实例

双状态：当起步和低速时液力变矩器工作。当速度增加至变矩器耦合点工况时，转换到CVT传动，此时变矩器转换成耦合器工况下工作。这种先为液力无级变速，后转为“纯机械无级传动（CVT）”的组合，称为双状态无级变速传动。1-发动机2-扭转减振器3-液力变矩器4-转换离合器5-工作轮6、9-内外侧万向节7-单向离合器8-差速器10-传动链F-前进档离合器R-倒档离合器知识点4：CVT典型应用实例液力变矩器的功率通过传动链10传至差速器8，CVT无级变速传动与其平行布置；在不降低起步、爬坡等性能的条件下，主减速比i0可相应降低30%。因有液力变矩器，起步特别平顺。当加速行驶接近变矩器耦合点工况时，转换离合器4开始动作，CVT开始工作。传递变矩器动力的传动链10的传动比基本上与CVT钢带传动的低档传动比相同，故当液力变矩器传动转换到CVT传动时，车辆在重载、大节气门开度下工作时，转换离合器基本上能与CVT的工作轮同步转换。因此，从液力无级变速换入纯机械无级变速非常平顺。41第五章CVT变速器结构与原理42知识点5：CVT液压部分基本原理液压部分是实现变速控制的关键环节目前CVT电液控制系统主要有两种液压方案：单压力回路和双压力回路。荷兰VDT公司所研制的CVT日本的Honda公司研制的CVT43知识点5：CVT液压部分基本原理1.单压力回路液压系统主、从动液压缸采用同一个液压源。为了保证对速比有很好的控制，主动液压缸横截面积为被动液压缸的1.7～2倍，随具体参数的变化略有不同。44知识点5：CVT液压部分基本原理1.单压力回路液压系统缺点：比机械控制系统前进了一大步，但单压力回路也存在着自身的缺点。由于主、从动轮液压缸工作面积相差较大，给液压缸的结构和布置带来的困难；在主动缸高速旋转的时候，由于它的尺寸较大时会产生很大的离心力，从而产生较大的动压，最终影响到速比的精确控制。优点：结构简单，所需控制阀的数量少，控制变量少，具有较大的实用价值。目前国内的研究基本上都是基于单压力回路系统。45知识点5：CVT液压部分基本原理2.双压力回路液压系统（1）基本原理采用了单一液压油源来提供压力由于可以方便地对主、从动缸的压力分别进行控制，从而可以采用相同的横截面积，这样就解决了单回路主、从动缸面积相差过大，布置困难的问题，也排除了液体的动压的干扰，对速比的控制提高了精确度。46知识点5：CVT液压部分基本原理2.双压力回路液压系统（2）本田飞度双压力回路液压系统的组成主要由主阀体、手动阀体、油泵、控制阀体、滤清器、变速器油（ATF）冷却器以及相应的压力油道和润滑油道等组成。47知识点5：CVT液压部分基本原理主阀体：内部装有润滑阀、PH（高压）调节阀、起步离合器换档阀、离合器调压阀、换档离合器蓄能器、起步离合器后备阀、PH控制换档阀。48知识点5：CVT液压部分基本原理液压系统的组成可通过换档杆操纵手动阀，有6个不同的档位：P、NR来自液压系统的液压油经CR口进入手动阀后被密封，不能进入其他油路D（行驶档）、S（2档）、L（低档）由RVS油口进入倒档限制阀和倒档制动器由FWD油口进入前进档离合器。手动阀体上有手动阀和倒档限制阀。49知识点5：CVT液压部分基本原理控制阀体位于变速箱的外部，装有主动带轮控制阀、从动带轮控制阀、起步离合器压力控制阀、CVT主动带轮压力控制阀、CVT从动带轮压力控制阀。50知识点5：CVT液压部分基本原理液压系统的工作原理当发动机旋转时，变速箱油泵即开始运转，变速箱油液（ATF）通过过滤器泵入液压回路，油液流至PH调节阀并形成PH压力，然后PH压力传送至带轮压力控制阀，最终至带轮动力系统控制模块操纵电磁阀进行液压控制，实现带轮传动比以及起步离合器的结合。51知识点5：CVT液压部分基本原理52知识点5：CVT液压部分基本原理主动带轮和从动带轮的控制原理。泵排出的油液在PH调节阀处，高压调节形成高压（PH）压力，PH压力在离合器减压阀处形成离合器减压（CR）压力，并传递给主动带轮压力控制阀和从动带轮压力控制阀。主动带轮压力控制阀将CR压力转变为主动带轮控制（DRC）压力，并将DRC压力提供给PH控制换档阀和主动带轮控制阀。同样，从动带轮压力控制阀也将从动带轮控制（DNC）压力提供给PH控制换档阀和从动带轮控制阀。53知识点5：CVT液压部分基本原理传动比增大：动力系统控制模块（PCM）对无级变速箱主动带轮压力控制阀和从动带轮压力控制阀进行控制，将DNC压力调节至高于DRC压力时，从动带轮受到的从动带轮（DN）压力要高于主动带轮（DR）的压力。反之当从动带轮受到的从动带轮（DN）压力要低于主动带轮（DR）的压力，此时传动比减小，从而实现对速比的无级控制。54第五章CVT变速器结构与原理55知识点6：CVT电子控制部分基本原理采用无级变速器的主要目的，是在满足动力性的要求下，使燃油消耗降到最低。在控制CVT速比时，不仅需要充分考虑汽车的各种运行工况，还应根据加速踏板的变化情况，及时调节至发动机的经济或动力性目标转速。由CVT控制装置形成一个给定加速踏板开度下，对应发动机目标转速的最佳传动比，即发动机转矩、转速与功率，达到最佳匹配。1.概述56知识点6：CVT电子控制部分基本原理CVT传动系统的两个主要任务:CVT传动系的控制问题可归结为三个方面:①把发动机输出动力可靠地传递到驱动轮，并尽可能减小功率损失。

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速比，使发动机维持在理想的工作点上。②金属带夹紧力控制③速比控制①离合器的控制可采用的离合器有电磁离合器、湿式多片离合器和液力变矩器57知识点6：CVT电子控制部分基本原理2.无级变速传动系统速比的匹配规律（1）概述：动力性：将发动机每个等功率条件下，最大转矩值点连接所得曲线，确定为发动机最佳动力性曲线。经济性：将发动机每个等功率输出条件下最小燃油消耗点连接起来，得出发动机最佳燃油经济性曲线。在每个油门踏板开度下，为保证汽车以不同车速在任意道路阻力下行驶，均应有相应的速比保证发动机在所要求的最优工作点工作。58知识点6：CVT电子控制部分基本原理给出了发动机最佳经济性和最佳动力性目标速比，为CVT速比控制规律的实现提供了控制依据。59知识点6：CVT电子控制部分基本原理（2）不同工况下速比控制规律在控制CVT速比时，不仅需要充分考虑汽车的各种运行工况，还应根据加速踏板的变化情况，及时调节至发动机的经济或动力性目标转速。2.无级变速传动系统速比的匹配规律由CVT控制装置形成一个给定加速踏板开度下，对应发动机目标转速的最佳传动比。根据汽车运行时采集的加速踏板开度、车速、发动机转速等信号，判断出汽车当前所处运行工况，进入相应的工况控制程序，按照CVT速比控制规律对CVT速比进行控制，保证汽车满足动力需求的同时，发动机尽可能的运行在经济曲线附近。60知识点6：CVT电子控制部分基本原理3.广州本田飞度CVT的电子控制系统