汽车维修技师论文二级.docx

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汽车维修技师论文二级

汽车维修技师论文

国家职业二级

论文题目：

浅析汽车CVT无级变速器

姓名：

号：

王

号：

10

所在单位：

浅析汽车CVT无级变速器

王

摘要：

……………………………………………………………………3

第一章绪论.............................................................................4

第二章无级变速器的应用现状……………………………………..…5

2.1基本知识…………………………………………………..……5

2.2研究现状………………………………….............................5

2.3无级变速器的市场应用成熟车型…………………..................6

第三章无级变速器类型、结构及工作原理……………………….......9

3.1无级变速器的类型…………………………..........................9

3.2无级变速器的主要结构及工作原理…………………..............10

第四章无级变速器的技术优点……………………………...............11

4.1操作简单……………………………………..........................12

4.2良好的行驶稳定性…………………………….......................12

4.3高行车安全性…………………..........................................12

4.4动力性…………………………..........................................12

4.5经济性………………………………...................................13

4.6降低排放性………………….............................................13

第五章无级变速器的智能化控制关键技术及应用……………..........13

5.1一体化控制思想………………….......................................13

5.2一体化控制方式…………………………............................14

5.3智能化控制技术………………..........................................15

5.4智能化控制技术在汽车传动系统中的应用…………….….......15

第六章无级变速器的发展前景及发展的技术趋势…………….…......17

6.1CVT部件……………………………………………………………17

6.2CVT变速器…………………………………………...............18

6.3发动机与CVT更集成控制……………………………............18

6.4混合动力CVT传动系………………………………...............18

第七章结语…………………………………………………….…......18

摘要

近年来，随着人们对汽车舒适度和环保节能要求的提高，使得对汽车的使用要求越来越高。

有级式自动变速器汽车因操作简单已经被广泛使用，但是有级式自动变速器的成本昂贵、结构复杂等缺陷，在许多场合已经不能满足人们的需求，能够连续改变传动比，进而改善汽车经济性、排放指标和动力性的无级变速器成为汽车变速器的主要发展方向。

在此本文主要介绍了无级变速器的发展历史和应用现状，从结构原理和技术特点出发，以关键性的控制技术应用为导向，分析了无级变速器类型的研究现状和发展趋势，讨论了无级变速器的关键性控制技术等问题。

在此基础上，对CVT无级变速器的进一步研究进行了展望。

关键词：

无级变速器前景结构原理技术优点。

第一章绪论

21世纪能源日益趋紧，油价在高位上节节攀升，节能减排已经成为制约汽车发展壮大的关键问题之一，由此，各种自动变速器不断冲击着传统的手动变速器，变速器行业的更新换代悄然而至。

CVT，真正实现了无级变速，使汽车具有理想的性能。

2004年，中国汽车工业协会和中国齿轮协会就国自动变速箱的研发方向达成了共识：

优先发展电控机械式自动变速器和无级变速器，适时发展双离合器自动变速，适当生产液力机械自动变速器。

然而目前在汽车上广泛使用的自动变速技术是将液力变矩器和行星齿轮系组合的自动变速器技术，但是液力变矩器和行星齿轮系的组合有着明显的缺点：

传动比不连续，只能实现分段围的无级变速；液力传动的效率较低，影响了整车的动力性能与燃料经济性；增加变速器的档位数来扩大无级变速覆盖围，就必须采用较多的执行元件来控制行星齿轮系的动力传递路线，导致自动变速器零部件数量过多，结构复杂，保养和维护不便。

CVT（ContinuouslyVariableTransmission）技术即无级变速技术，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，无级变速器已经有了一百多年的历史。

CVT与有级变速器的区别在于，它的变速比不是间断的点，而是一系列连续的值，从而实现了良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。

所以CVT技术再次成为人们关注的焦点之一。

CVT，是人们长期梦寐以求的变速机构，它的应用具有十分重要的意义，已成为当今汽车界最热门的课题之一。

CVT的发展势必对我国汽车工业的发展乃至整个国民经济的迅速腾飞有着举足轻重的意义。

其中的目的包括提高汽车性能，与汽车其他先进技术的完美结合，普及轿车使用，节约能源，提升中国汽车行业的国际竞争力。

第二章无级变速器的应用现状

2.1基本知识

旧式的皮带式紧凑型无级变速器是一种通用的齿轮减变速电机，其输出轴的转速可无级调节，其传递的功率围为0.25～45kw。

这种变速器的核心部分是两个V形变速带轮。

主动变速带轮装在驱动电机的轴上，而从动变速带轮装在从动轴上。

运转时，只要改变两半变速带轮之间的轴向距离，就能改变主从动带轮之间的传动比，从而达到无级变速的目的。

可是它可提供的传速比变化围一般为0.5～2.5，围过窄，不能完全满足整车传动比变化围的要求，因此设有减速机构，拓宽其传速比围。

据此改进后的金属带式无级变速器由行星齿轮机构传递的扭矩直接传递到主动带轮，金属带将动力从主动带轮传递到从动带轮上，再由从动带轮将动力经过减速机构传出。

通过主、从动带轮可动锥盘的轴向运动，改变了金属带的传动半径，从而实现速比变化。

2.2研究现状

在国外，对CVT与AT和DCT进行全方位对比，预测了今后CVT的发展。

在国，对CVT发展历程与研究现状，分析了其发展趋势；通过一系列试验结果，详述了CVT与其他类型变速器之间的优缺点。

不同类型CVT中，带式CVT开发最早，应用最广。

1955年，荷兰VDT公司的橡胶带式CVT样车试验，由于该传动机构体积过大，传动比太小，橡胶带寿命短，最终未能普及。

1956年，德国PIV公司开始研究链式CVT。

20世纪80年代，橡胶带式CVT被推力带式CVT代替，投入市场使用。

1989年，德国Luk公司开始研发300N.m级的轿车CVT，并选择PIV链条。

1999年，Luk公司CVT链条的第一代产品在奥迪Multitronic上诞生；2004年，应用于美国市场福特CFT30。

CVT控制系统，包括离合器控制、速比控制及夹紧力控制。

国外对此展开了深入而广泛的研究；国起步较晚，但是也有不少研究成果。

在国外，结合鲁棒模型匹配方法，建立了CVT伺服速比系统，增强其抗干扰性能。

设计了模糊增益调度系统，应用于CVT液压伺服系统的PI（比例积分）控制器中，并设计了一个非线性补偿系统。

提出了瞬态情况下燃油最优化控制问题的解决方案；基于此，提出了一个简化控制策略。

在国，设计了带有前馈抗回绕的PI控制器，用于CVT夹紧力控制，进行了仿真和装车试验。

开发的CVT汽车自适应模糊控制系统具有良好的鲁棒性。

采取各种控制理论的目的在于使CVT系统各方面性能最优化。

从装车效果来看，将这些控制理论应用于CVT控制系统中，获得了良好的效果。

2.3无级变速器的市场应用成熟车型

无级变速器也叫CVT，奥迪命名为Multitronic，斯巴鲁命名为Lineartronic，日产则叫Xtronic，与有级AT变速器的区别在于，它的变速比不是间断的点，例如几档几档，而是一系列连续的值，从而实现了良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。

鉴于其平顺的加速特性，针对纯粹的性能来说，在提速方面略不及其他变速箱产品。

图1无级变速器

图1无级变速器外观结构

优点：

CVT取代了传统自动挡变速箱的传动齿轮，以钢带或链条进行传动，正常自动挡车型中的换挡冲击和顿挫消失，在舒适性方面是几大种类变速箱中最出色的，无齿轮的CVT变速箱动力输出十分线性，驾驶平顺，可模拟无限挡位实现性能、节油、废气排放的众多平衡，此外CVT变速箱重量轻体积小也是优势。

不足：

CVT的缺点也是明显的，相比传统自动挡变速箱而言，CVT变速箱制造成本要略高，传动带很容易损坏，不能承受较大的扭矩，目前最高排量也就仅限于3.5L发动机车型，此外构造原理与机械磨损密不可分，钢制皮带的使用寿命始终无法完美的解决，而平顺的传动特点同时带来加速响应的迟缓，对于激烈驾驶的需求不如其他自动变速箱车型。

发展优点，规避缺点，根据无级变速器的主要传力媒介，下面列举了制造厂商研究的主要成果对比及方向。

1.东风日产天籁：

XTRONIC-CVT变速箱——钢带传动

CVT技术的发展已经有了一百多年的历史，而德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就安装在其汽油机汽车上，然而真正将CVT变速箱发扬光大的就不得不提日产，不仅仅将手动模式植入CVT中，还将传动带用金属带代替传统的橡胶带，克服了众多CVT难题毅力至今，目前日产旗下绝大多数自动车型都采用CVT变速箱技术。

1钢环2金属摩擦片3摇摆楞4鞍座面

图2金属带传动结构图

无级变速器中，传动装置的关键部分是金属带及其带轮所组成的传动系统，如图2所示。

金属带传动由几百个V型金属薄片（称为摩擦片）组成，这些金属薄片通过两组插入两个狭槽的钢环串在一起，每个钢环由若干层厚度为0.2毫米左右的薄钢带组成。

金属带中钢环的功能一是引导V型摩擦片，二是承担带中的全部力；V型摩擦片的功能是传递转矩。

其传动的一个重要特征就是摩擦片的推压式作用原理，即通过V型摩擦片的压力来传递转矩。

主、从动轮皆由可动锥盘和固定锥盘组成，工作时，当主、从动轮的可动锥盘作轴向移动时，改变了金属传动带的工作半径，从而改变了传动比，当这种改变连续进行时，就实现了无级调速。

2.一汽奥迪A6L：

Multitronic无级变速器——链条

在变速箱结构方面，奥迪的Multitronic与日产的Xtronic并无大的差别，仅仅是传动钢带的结构不同，如图3所示。

奥迪无级变速箱的传动链更像是多条并在一起的自行车链条，每节之间是用销钉连接的，横截面更扁平，拉动即受力，所以传动比变化围和传递的最大功率都更大，而日产的钢带传动主要来自于推力。

图3链条传动结构

　3．雷克萨斯CT200H：

EVT电子无级变速器——混合动力

所谓的EVT实际上就是CVT变化形式。

既在连续变速CVT基础上增加了单独的电动输入而产生的某个输出的传动比。

它实际上是一个动力分置传动系统，在混合动力车型中将传统引擎和电动引擎两个动力来源进行分配传递的系统。

一般EVT电子变速器中都置驱动电机和几个行星齿轮组，通过若干组离合器对电机和行星齿轮组进行控制，从而实现车辆在低速和高速模式间无缝智能切换。

比如：

起步时以纯电机驱动车辆，当速度提升至30km/h之后，汽油发动机介入，此时发动机动力带动EVT的电动机共同驱动车辆前进；高速时发动机全效输出，制动时电机回收并储存能量，真正兼顾了各路况下的动力需求和节能省油。

由于CVT换挡操纵简单，应用于混合动力汽车上具有得天独厚的优势，并且由于有电动马达的存在，完全避免了发动机在低速工况下效率不高的问题，两者的联合使用使发动机始终在最佳工作点附近工作，因此混合动力汽车成为CVT的一个重要应用场合。

第三章无级变速器类型、结构及工作原理

3.1无级变速器的分类

无级变速器可分为无级变速器和手自一体式无级变速器。

而根据无级变速器传动方式可分为液体传动、电力传动和机械传动三种方式。

液体传动分为两类：

一类是液压式，主要是由泵和马达组成或者由阀和泵组成的变速传动装置，适用于中小功率传动。

另一类为液力式，采用液力耦合器或液力矩进行变速传动，适用于大功率（几百至几千千瓦）。

液体传动的主要特点是：

调速围大，可吸收冲击和防止过载，传动效率较高，寿命长，易于实现自动化；制造精度要求高，价格较贵，输出特性为恒转矩，滑动率较大，运转时容易发生漏油。

电力传动基本上分为三类：

一类是电磁滑动式，它是在异步电动机中安装一电磁滑差离合器，通过改变其励磁电流来调速，这属于一种较为落后的调速方式。

其特点结构简单，成本低，操作维护方便；滑动最大，效率低，发热严重，不适合长期负载运转，故一般只用于小功率传动。

二类是直流电动机式，通过改变磁通或改变电枢电压实现调速。

其特点是调速围大，精度也较高，但设备复杂，成本高，维护困难，一般用于中等功率围（几十至几百千瓦），现已逐步被交流电动机式替代。

三类是交流电动机式，通过变极、调压和变频进行调速。

实际应用最多者为变频调速，即采用一变幅器获得变幅电源，然后驱动电动机变速。

其特点是调速性能好、围大、效率较高，可自动控制，体积小，适用功率围宽：

机械特性在降速段位恒转矩，低速时效率低且运转不够平稳，价格较高，维修需专业人员。

近年来，变频器作为一种先进、优良的变速装置迅速发展，对机械无级变速器产生了一定的冲击。

机械传动的特点主要是：

转速稳定，滑动率小，工作可靠，具有恒功率机械特性，传动效率较高，而且结构简单，维修方便，价格相对便宜；但零部件加工及润滑要求较高，承载能力较低，抗过载及耐冲击性较差，故一般适合于中、小功率传动。

3.2无级变速器的主要结构及工作原理

CVT的主要结构和工作原理如图4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。

金属带有两束金属环和几百个金属片构成。

主动轮组和从动轮组都有可动盘和固定盘组成，遇有工作靠近一侧的轮上滑动，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型金属传动带主动轮齿合。

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型传动带传动到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。

工作通过主动轮与从动轮的可动盘轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带齿合的工作半径，从而改变传动比。

可动盘的轴向移动量是有驾驶者根据需要通过控制系统自动调节主动轮、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，从而实现了无级自动变速。

在金属带式无级变速器的液压系统中,从动油缸的作用是控制金属带的紧力,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。

图4变速器工作原理

第四章无级变速器的技术优点

无级变速器的特点。

液力自动无级变速器也存在不足，如传动效率较低，结构复杂等。

但因其无比优越的性能，自动无级变速器的应用仍相当普及。

目前，国大多数汽车采用手动变速器，手动变速器因采用机械传动，故传动效率高、工作可靠、结构简单。

但是，因其动载荷大，易使零件过早地磨损。

特别是手动变速器要求驾驶员在外界条件比较复杂的情况下，频繁地操纵离合器和换挡，增加了驾驶员的负担，使驾驶员易于疲劳，也不利于安全行车。

无级变速器能进行繁复的加速、减速变速器换挡等功能，具有变速平滑、驾驶轻便等优点。

可以根据发动机的工况和车速情况，自动选择挡位，而且具有下列显著特点：

4.1操纵简单

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,能够获得后备功率最大的传动比，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）。

4.2良好的行驶性能

CVT可以在相当宽的围实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。

德国的大众公司在自己的GolfVR6轿车上分别安装了4-AT和CVT进行ECE市区循环和ECE郊区循环测试,证明CVT能够有效节约燃油。

4.3高行车安全性

无级变速的速比工作围宽,能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。

公司将自已生产的无级变速装车进行测试,其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。

4.4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，能够获得后备功率最大的传动比，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）。

表2为分别安装4-AT和CVT的克莱斯勒的Voyager轿车的动力性比较，安装CVT的汽车拥有更佳的动力性能。

4.5经济性

CVT可以在相当宽的围实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。

德国的大众公司在自己的GolfVR6轿车上分别安装了4-AT和CVT进行ECE市区循环和ECE郊区循环测试，证明CVT能够有效节约燃油。

4.6降低废气排放

CVT系统结构简单，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%。

第五章无级变速器的智能化控制关键技术及应用

5.1一体化控制思想

汽车动力传动系统一体化控制是指应用电子技术和自动变速理论，以电子控制单元（ECU）为核心，通过液压执行机构控制离合器的分离和结合、选换挡操作，并通过电子装置控制发动机的供油实现起步、换挡的自动操作。

其基本的控制思想是：

根据驾驶员的意图（加速踏板、制动踏板、操纵手柄等）和车辆的状态（发动机转速、输入轴转速、车速、档位），依据适当的控制规律（换挡规律、离合器结合规律），借助与相应的执行机构（离合器执行机构、选换挡执行机构）和电子装置（发送机供油控制电子装置）对车辆的动力传动系（发动机、离合器、变速器）进行联合操纵。

5.2一体化控制方式

控制系统的功能是依据驾驶员的意图和车辆行驶环境的变化，自动调节基础传动部件的传动比和工作状态，以实现传动系效率的最佳和车辆整体性能的最优。

一般来说，车辆控制系统主要有车辆数据采集系统（传感部分）、电子控制单元和执行机构三大部分组成。

1．车辆数据采集系统（传感部分）的组成控制系统中，车辆按照驾驶员的意图形式和工作，车辆控制系统必须能够正确识别和实现驾驶员的操纵。

驾驶员意识的识别是通过传感器对车辆控制机构的变化进行检测，并经过分析获得。

在汽车上使用的传感器主要有以下几种：

磁电式传感器、磁阻式传感器、光电式传感器、霍尔式传感器、热敏式传感器、变阻式传感器、压电晶体式传感器等。

在动力传动系统中变速器部分使用的传感器有：

发动机转速传感器、车速传感器、节气门开度传感器、离合器位移传感器等。

其中发动机转速传感器、车速传感器和霍尔式传感器等利用信号原理的传感器，节气门开度传感器和离合器位移传感器均使用变阻式传感器。

除传感器以外，其它信号通过开关和控制器或其他方式进行信号传递。

常用的开关有多功能开关、强制抵挡开关等。

开关也是很重要的信息输入手段。

2．电子控制单元，电子控制单元是整个控制系统的核心。

其功能是依据驾驶员意图和车辆的运动状态参数检测与提供的信号，进行档位转换或工作状态改变。

电子控制单元的主要功能有：

信号采集和预处理、驾驶员操纵意识识别、车辆状态识别、换挡决策（换挡规律）、换挡品质控制、故障诊断功能、输出和显示等功能。

新一代的控制其功能很全面，控制性能也很好，使用高性能的16位或32位微处理器，有些甚至试用了定制的微处理器，包含了控制需要的大部分功能，简化了控制电路而且增强了电路的功能和可靠性。

比如日本的JATCQ公司的产品均使用NEC和摩托罗拉16位和32位微处理器；德国的ZF使用摩托罗拉32位POWERPC微处理器开发了5档自动变速器--SHP19的换挡控制器。

由于控制器的微处理更新换代，使换挡控制比较复杂，而且由于处理器的外围电路扩展，使输入输出功能更加强劲。

为了使控制性能获得跟大的提高，在这些控制器中不仅使用了控制程序，还使用了嵌入式实时操作系统。

3．执行机构控制系统的输入信号以后，送到控制器进行数据处理，数据处理结束以后，电子控制单元的控制信号将通过执行机构实现对动力传动系统工作状态的改变，保证对车辆性能的控制。

同时执行机构保证换挡品质的控制。

实现档位切换的执行结构一般都使用电磁阀。

5.3智能控制技术

智能控制的产生来源于被控制系统的高度复杂性、不确定性及人们对控制性能越来越高的要求。

这种被控系统难以用精确的数学模型（微分方程和差分方程）来描述。

而作为智能控制方法之一的模糊控制与传统控制相比，具有3个优点：

可以从行为上模拟人的模糊推理和决策过程；不需要建立数学模型即可实现较好的控制；可以实现非线性控制任务，而常规控制器对非线性特性通常难以实现控制要求。

智能控制技术作为自动控制技术的前沿，以智能控制理论、计算机技术、人工智能、运筹学为基础，适用于被控对象和环境具有未知或不确定因素、数学模型难以建立、运行环境和工况发生不可预测的变化等场合。

一个好的智能控制系统应能满足多目标与多性能指标要求，能利用知识进行推理和学习，能适应对象特性和运行条件的变化，具有较好的鲁棒性、适应性、容错性、实时性和多样性。

5.4智能控制技术在汽车动力传动系统中的应用

汽车是一个复杂的多自由度系统，在外界不确定因素的作用下，其动态特性会发生很大变化甚至失稳。

许多专家都在寻求一种有效方法控制汽车的动态特性，使之满足要求。

由于智能控制的性能优于传统控制，因而在汽车领域得到广泛的应用。

1．发动机控制发动机技术决定和影响着整车基本技术的发展。

由于激烈的市场竞争和新的燃油排放标准的制定和实施，发动机技术己从单纯追求功率和可靠性转移到追求良好的燃油经济性和降低废气排放。

发动机的控制包括：

燃油喷射控制、点火时刻控制、爆震控制、怠速转速控制、废气再循环控制和空燃比闭环控制等。

90年代初，菲亚特公司成功地实现了发动机怠速的模糊控制。

随后，三菱公司也不甘落后，提出了相关计划。

90年代中期，Martinez和Jamshidi将模糊控制运用到发动机中，控制发动机怠速转速和空燃比，其结构原理如图5所示

图5发动机模糊控制的结构原理图

该模糊控制器输人速度和加速度的误差，经模糊运算得出一个合适油门开度值u