无级变速机原理及其缺陷

 　　无级变速机原理及其缺陷
自动变速器，利用行星齿轮机构进行变速，它能根据油门踏板程度和车速变化，自动地进行变速。而驾驶者只需操纵加速踏板控制车速即可。   
一般来讲，汽车上常用的自动变速器有以下几种类型：液力自动变速器、液压传动自动变速器、 电力传动自动变速器、有级式机械自动变速器和无级式机械自动变速器等。其中，常见的是液力自动变速器。液力自动变速器主要是由液压控制的齿轮变速系统构成，主要包含自动离合器和自动变速器两大部分。它能够根据油门的开度和车速的变化，自动地进行换挡。  
无级变速机（CVT）： 
无级变速机是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。  
因此，其比传统自动变速器结构简单，体积更小。另外，它可以自由改变传动比，从而实现全程无级变速，使汽车的车速变化平稳，没有传统变速器换挡时那种“顿”的感觉。  
无级变速机属于自动变速器的一种，但它能克服普通自动变速器“突然换挡”、油门反应慢、油耗高等缺点。  
CVT变速器具有重量轻体积短、燃油经济性好、动力输出平顺等特点，并逐步被更多的厂家应用，但新技术也会带来新问题。  
你所驾驶的CVT无级变速机轿车在行驶中是否会遇到下列情况呢？如D挡起步时不走车，让你每次起步时都小心翼翼，每天早上等红灯时使你心慌；在跟车时踩刹车向前窜叫你心跳。症状虽不严重，但在突然出现时也会吓你一跳。  
CVT式无级变速机是近几年才在轿车上逐渐兴起的一种无级自动变速器，由于它技术独特、进入市场时间短，自然就会遇到一些比较新鲜的问题。近来偶闻国产匹配Multitronic无级变速机的奥迪轿车会出现下列症状：  
1 、刹车问题：慢速刹车时，转速在将要停而未停的时候会忽悠一下，突然下降到很低的程度，大概只有200～300转，然后再上升（也就1/10秒）。怠速滑行到慢速刹车时，你可注意到转速表指针突然下降，1/10秒左右迅速恢复。感觉车辆突然撮车或者像是向前窜了一下。这种现象越是柔和刹车越明显。  
2 、加速问题：匹配Multitronic无级变速机的奥迪在加速时感觉比较慢，有时候甚至给比较大的油门车速也没太大变化，然后突然一下窜出去。  
3 、另一种现象是挂前进挡（D）起步时不走车，踩油门也没用。此时要先挂入空挡（N）再挂入前进挡（D），方可正常起步。  
以上问题并不是时时在现，而是随机出现，所以比较令人头痛。出现上述问题时要保持头脑冷静，不要惊慌失措，以防止误操作。出现以上情况后要及早重视，及早修理，如果是在质保期，厂家可免费医治。（奥迪质保期是1年或2万公里，以先到为准。）  
解决方法是更换变速器中的阀体，还要进一步重新设定控制程序。阀体的价格较贵，大概16000元左右，再加上变速箱油等附料及工时费总共将近要花费2万元。维修时间大约3小时左右。更换阀体后症状可消失，但好还是要重新设定程序。  
在国外，装配无级变速机的轿车个别车辆也会遇到些奇怪的问题。如一位MINI车主反应他所驾驶的CVT MINI轿车在60km/h稳速行驶时发动机转速会突然升到3200～3400rpm，此时的挡位是D挡，而非运动模式的S挡。  
不管是冷车还是热车，都遇到过上述情况。而在50km/h或70km/h恒速时发动机转速则保持在2000rpm。上述情况是令人不安，去维修厂经过控制软件升级和重新识别，故障终得到了解决。而另一位03年CVT奥迪车主也遇到了国内车主遇到的问题，偶尔在将要停车时发动机转速粗暴。  
CVT与自动变速箱结构完全不同，它的内部主要是以两个可改变直径的传动轮、中间套上传动带来传递扭矩。传动带两头各绕在一个锥形轮盘上，轮盘的外径大小无级地变化，从而使两个轮盘之间产生从“大比小”到“小比大”的传动比变化，由此实现变速。  
变速的电子指令都由电子液压控制系统执行，如果控制系统中的一个小环节出了问题就会影响到车辆行驶。看来新的技术也会遇到新的问题，不过每项技术总要有从幼稚到成熟的过程。
它是相对于市场上的自动变速器来讲的，因为现在自动档的车也是有档的，一个一个升降档的，只不过是用电脑来控制升降。但对于无级变速就不一样了，不存在换档了，就像可调的台灯一样，可以亮一点也可以亮很多，不是一个个阶梯样的来这亮，无级变速机的好大的好处是没有换档时带来的冲击了。而且它的传动是靠一条可变直径的金属带（CVT钢带)来完成的，而不是靠液压油或齿轮来完成的。奥迪的multitronic?就是采用无级变速机。

一、 什么是CVT？
CVT即无段变速传动，其英文全称Continuouslv VariableTransmission，简称CVT。发明这种变速传动机构的是荷兰人，有其装置的变速器也称为无段变速箱或者无级变速机。这种变速器和普通自动变速器的大区别是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速，其设计构思十分巧妙。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。无段变速箱轿车一样有自己的档位，停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等，只是汽车前进自动换档时十分平稳，没有突跳的感觉。 
目前国内市场上能见到的、采用了CVT技术的只有奥迪、飞度、派力奥(西耶那、周末风)、和旗云4款车型。

二、 CVT的工作原理
CVT的主要结构和工作原理如图1所示，该系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。
在金属带式无级变速机的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。
汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐减小，从动轮的工作半径相应增大，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。

三、CVT的技术特性
1.经济性
CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的佳匹配，提高整车的燃油经济性。
2.动力性
汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性，能够获得后备功率大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于机械变速器(MT)和自动变速器(AT)。
3.排放
CVT的速比工作范围宽，能够使发动机以佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。ZF公司将自已生产的CVT装车进行测试，其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。
4.成本
CVT系统结构简单，零部件数目比AT(约500个)少(约300个)，一旦汽车制造商开始大规模生产，CVT的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵)的生产成本，将降低20%-30%。

四、大量使用的有级自动变速器（AT）的优缺点
大量使用的液力自动变速箱（AT）不用离合器换档，档位少变化大，连接平稳，因此操作容易，既给开车人带来方便，也给坐车人带来舒适。但缺点也多，一是对速度变化反应较慢，没有手动波灵敏，因此许多玩车人士喜欢开手动波车；二是费油不经济，传动效率低变矩范围有限，近年引入电子控制技术改善了这方面的问题；三是机构复杂，修理困难。在液力变扭器内高速循环流动的液压油会产生高温，所以要用指定的耐高温液压油。另外，如果汽车因蓄电池缺电不能启动，不能用推车或拖车的方法启动。如果拖运故障车，要注意使驱动轮脱离地面，以保护自动波齿轮不受损害。

五、 CVT无极变速与普通自动档的区别
普通人经常把自动档变速器和无级变速机（CVT）两个概念混为一谈。实际上这两种变速器结构及工作原理完全不同。CVT结构比传统变速器简单，体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮副，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组。它主要靠两组变速轮盘，就能实现速比无级变化。旧款的CVT多用橡胶皮带做传动元件，缺点是受力有限，容易打滑，而且传动效率低。因此只能用在马力较小的摩托车和微型车上。很多汽车公司十几年来一直都在致力于解决这一难题。如今，奥迪公司率先在这项技术上做到了“引领时代”，它使用的是独特的多片式链带传动带、优异的电脑控制液压系统，从而能传递强大的扭矩。CVT大的特点是省油，CVT摒弃了传统自动变速器浪费能源的液力传动装置，而采用了新技术来提高燃料使用率。CVT的燃料使用率将比手动变速器和自动变速器都高，能够比传统的自动档车省油5％到15％。
随着科技的不断进步，CVT技术的不断成熟，汽车变速箱最终会由CVT替代手动变速箱（MT）和有级自动变速箱（AT），无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。

什么是无级变速机？它是怎么进行工作的？
现在，在国产和进口汽车当中，又出现一种比较新的名词——CVT，即无级变速机。传动属于自动变速的一种类型，由于以前应用比较狭窄，所以知道的人不多。
无级变速传动的英文全称Continuouslv VariableTransmission，简称CVT，有其装置的变速器也称为无段变速器或者无级变速机。这种变速器和普通自动变速器的大区别，是它省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，而只用了两组带轮进行变速传动。通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速的，设计构思十分奥妙。
发明这种变速传动机构的是荷兰人。当初传送带用了V型橡胶带，材料较差传递力矩小，没有什么实用价值。1979年荷兰DAF的工程师改用金属带，完善并开发出实用型的CVT系统。它具有零件少，体积小，重量轻，与普通自动变速器比较具有较高的传动效率，油耗较低的优点。但缺点也是明显的，就是传动带很容易损坏，不能承受较大的载荷，但在小功率汽车上很有市场。富士、菲亚特、德国福特都先后引进CVT，加以改善，用在自己的汽车上。1984年，善于应用新技术的富士车厂研制了具有电脑装置的电子无段变速传动ECVT，并在1987年2月装在Justy(J10)汽车上推出市场。
以富士车为例，CVT由4大子系统组成，即电磁离合器系统、电子与液压控制系统、方向转换（前进／后退）系统、无段变速传动系统，核心部分是无段变速传动系统（CVT System）。无级变速传动系统主要部件是两个带轮和钢带，钢带套在两个带轮上。带轮由两块呈八字形的轮壁组成，这两片轮壁中间的凹槽形成一个V形，其中一边轮壁由液压控制机构操纵，可以视不同的发动机转速进行分开与拉近的动作，V形凹槽也随之变宽或变窄，将钢带升高或降低，从而改变钢带与带轮接触的直径。两个带轮反向调节，即其中一个带轮凹槽逐渐变宽时，另一个带轮凹槽就会逐渐变窄。 
   
无段变速传动系统（CVT）
这样，当汽车慢速行驶时，可以令主动带轮的凹槽宽度大于被动带轮凹槽，主动带轮的钢带园周半径小于被动带轮的钢带园周半径，即小园带大园，因此能传递较大的扭矩。当汽车逐渐转为高速时，主动带轮的一边轮壁向内靠拢，凹槽宽度变小迫使钢带升起，直至高顶端，而被动带轮的一边轮壁刚好相反，向外移动拉大凹槽宽度迫使钢带降下，即主动带轮钢带的园周半径大于被动带轮钢带的园周半径，变成大园带小园，因此能保证汽车高速度时的速度要求。
无级变速机轿车一样有自己的档位，停车档P、倒车档R、空档N、前进档D等，只是汽车前进自动换档时没有突跳的感觉，十分平稳。
由于近年材料技术的发展，提高了金属带的承受力，使无段变速传动已经不局限于小功率汽车上的应用，在高档轿车上也有了它的踪迹。1999年在欧洲市场推出的奥迪A6型2.4升轿车，率先装配了无段变速器。据厂方介绍，奥迪2.4升V6发动机大扭矩是230牛顿米，而无段变速器的大扭矩输出是299牛顿米，能力绰绰有余。同时，无段变速器传动比宽，远较手动变速器和普通自动变速器灵活，关键技术结构简单，只须改变金属带在两端带轮的园周半径即可变速，可以随时改动变速器的参数以适应不同地区市场的需要。当然，CVT仍然有它的应用局限性，其关键仍然是金属带的承受能力，因此，目前只能应用在轻型汽车上。
近来，包括国产的一些车上都在进行CVT装配引进，如奥迪、广本的飞度，以及奇瑞的旗云等等。

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