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东风日产悄然声息的变换解读CVT无级变速器
时间:2014年07月22日 | 来源:车讯网 | 浏览:次 | 【字体:

CVT(ContinuouslyVariableTransmission),连续可变变速器,或称无级变速器。我们对其应该不陌生,目前很多车型都装备了CVT变速器,平顺的驾驶使其备受好评。但物有两面,毫无激情的驾驶感觉和品质的质疑,也让CVT备受指责。今天的文章里面,我们就来了解一下CVT的结构,并分析它的优缺点。

CVT并不是什么先进的设计。相传最早是由大画家达•芬奇发明的。这种变速机构在纺织机、机床等工业机械上普遍使用,有很多种形式的设计。而且锥轮和皮带组合的CVT形式,从几十年前直至现在,一直出现在轻型摩托车上,并成了现代车用CVT变速器的主流形式。

不过用在汽车上的CVT要求零件稳定耐用,可以承担更大扭矩,廉价的摩托车配件肯定不行。于是诸如博世、采埃孚等汽车零件供应商,以及各汽车厂商自身,都在努力研发用于汽车的CVT变速器。在确定锥轮和皮带是目前最好的CVT形式之后,亟待解决的便是橡胶皮带耐用性差,传动效率不高等问题,于是金属链带诞生了。(博世公司对CVT的研发非常深刻,很多CVT方案都是博世设计的,不过博世公司并不批量出售变速器整体,只卖技术以及核心部件:金属链带,世界上大部分CVT变速器的链带都是博世提供的。)

结构分析

虽然CVT的锥轮和链带的形式与MT、AMT、DCT的齿轮组,以及AT的行星齿轮组大相径庭,但变速的原理是一样的。MT、DCT每个挡位都有一对相应的齿轮作用,其中低挡位为小直径的主动轮带动大直径从动轮,随挡位提升,主动轮变大,从动轮变小(AT虽然没有这种直观的变化,但齿轮作用原理一样如此),而CVT以两对锥轮组代替MT、DCT上复杂的齿轮组,根据扭矩和输出功率的变化,锥轮组也在按照预定的模式在电脑及其液压油缸的控制下相对变化:负荷大,需要大减速比时,主动锥轮组向两边分开,形成较小的工作圆,从动轮向中间挤压,工作圆较大;而负荷变小时,则反之。并以其中的链带作为动力传递。这样的运动形式,和其他变速器的变速原理完全一样,殊途同归而已。而根据动力需求制造出任意齿比的“挡位”,在速比变化时,没有了换挡的冲击,这便是无级变速的原理和意义。

一个常规CVT变速箱的结构稍显复杂,但实际零部件数量,以及工艺水平并不比AT更高端。现代车用钢带式CVT其结构是这样的:一个与AT结构一样的液力变矩器、用以调节运转方向的单排行星齿轮(AT上则是多个多排行星齿轮组)及其离合器、以及“灵魂部件”CVT锥轮组和金属链带。这种设计让CVT变速器在个体上可以更紧凑一些。

目前车用CVT的变速元件基本上都是锥轮和钢带的形式,但前端部件则因不同厂商的设计理念,有着不同形式。例如大多数CVT匹配的动力缓冲部件都以带锁止离合器的液力变矩器为主,但奥迪的multitronicCVT则使用多片离合器代替变矩器。原因有二:1、发动机扭矩足够大,无需变矩器增矩,而且CVT不太注重扭矩的作用;2、多片离合器在效率上要高于液力变矩器。日产的最新的xtronic也有非同寻常一面,其行星齿轮增加一组离合器之后,可以实现2前进挡+1后退挡的工作形式,这样的话可以提高速比范围,让锥轮和钢带在稍微小一些的范围内,更高效的工作,而这样看来整个变速箱就相当于AT和CVT的组合。

动态分析

在这种区别下,变速器对发动机的动力需求也有了些许变化。通常有挡位的变速器,对扭矩这一数据的需求较多,在加速过程中,因为挡位的变化,发动机转速也在波动,并一次次向高转速的高功率区域冲刺,而扭矩的作用,就是让发动机更有力地从低功率冲向高功率,扭矩越大(尤其是低速扭矩),这一过程越短,我们强调扭矩对加速的影响是针对有挡位的变速器而言,并且挡位越少,这一效应越明显。

而CVT在加速的过程中对扭矩的要求则不是那么明显,驾驶者完全可以通过控制油门踏板的位置,让发动机达到某一转速(或最大功率转速),此时扭矩和功率的输出基本恒定,变化的只是锥轮组的变速比,以及车速。由于不需要发动机转速的波动,我们就可以精确的控制发动机在经济工况、既定加速工况、最大输出功率工况下工作,发动机也就会理想状态下全心全意地工作。这种模式是有挡位发动机无论如何也无法做到的,就算档位再多,也只能逐渐接近这种工况。所以,CVT从理论上讲是传递动力的最好方式,前提是CVT能够消除其致命弱点:“打滑”。

“打滑”是CVT无法回避的现象,这种现象又归罪于其结构设计。其他形式的变速器在动力传递上,是以离合器和齿轮连接,虽然离合器之间是以摩擦力结合,但结合之牢固,可以将其视为刚性连接,就算是液力变矩器会有相对转速差,但其间仍有离合器可以相连,况且就算是因转速差而引起的“滑动”,这种“滑动”也可以产生“增矩”的作用,而非失速。而CVT变速器中,变速机构——锥轮和链带的链接的接触面积比较小,又是时刻变化的,与刚性连接相差甚远。虽然可以通过锥轮压紧来提升张力,增加摩擦力,但这仍然无法治本。

当然,这一现状可以通过一系列技术来改善,例如博世的新式链带以“推动”的方式替代了传统链带“拉动”的动力传递效果,日产的两级变速结构使锥轮和钢带能在较为稳定和高效的范围工作,匹配了CVT的新骐达1.6T在加速方面也超过了竞争对手,甚至开发了可以适配3.5L发动机的CVT。所以随着研发的进程,CVT天生的缺陷在逐渐改观。

效率分析

针对前文对CVT的特点分析得出,CVT的动力传递会因“打滑”而降低效率,单从此处而言,CVT在油耗方面不会有什么好作为。但从发动机角度来看,因为CVT连续变速的特点,使发动机一直处于一种“舒服”的状态工作,这样看来,CVT还算是一个很理想的机械。综合起来就是,CVT的传动效率较低,但可以让发动机在经济转速下连续工作,达到节油的目的,前提是你不要过分要求它的性能,也就是说,尽量避免激烈驾驶和高速行驶。

综合分析

在本世纪初期,CVT还是个稀罕物的时候,这玩意确实不便宜,但在目前阶段,很多技术问题都逐渐解决,产能相对扩大,成本也大幅降低,一些用于小排量车型的CVT变速器的造价甚至低于人民币5000元,这样的价格足以对抗技术落后但成熟的4AT,所以很多国产车型都将CVT装车,并将其作为卖点,毕竟舒适性和燃油经济性要高出4AT一截。

但目前CVT的发展似乎到了一个“坎”,从结构上看,AT似乎是仍然是最合理的自动变速方式,而8速甚至更多挡位的设计,让其平顺性和经济性都趋于CVT。当然CVT仍有一大批拥趸者,例如日产,丰田反而在最近几年开始努力推广。所以在目前看来并不能过多的评论CVT的趋势,或者在不久的将来,两者会有“联姻”的可能。

(作者:黎世; 编辑:zhongxing)


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