无级变速论文

无级变速论文（精选9篇）

无级变速论文 篇1

一、机动车技术现状

1. 交通事故隐患的根源与解决方案

机动车制动踏板与加速踏板都由司机右脚来操作, 用一只脚来操作两个可能造成重大错误的、而外形及位置极其相似的矛盾踏板, 这本身是造成事故的关键前提, 重大隐患。我们业已成熟的设计思想与规范标准是对两个矛盾的事件给以相互矛盾、对立的提示或标志、对多个相互对立的事件给以区别明显的对立的提示或标志, 以示区别以避免发生误操作, 如交通指示灯的停与行, 用区别最明显的红灯与绿灯区别, 电力线的A、B、C三相电缆用黄、绿、红颜色来区别, 敌对的两军的标志也尽量做得不同, 以防误伤, 而想让对方发生误伤或执行特工等特殊任务以达“珠混鱼目”之目的时才采用与对方一样的标志与形象用以混淆视听, 当我们想做任何提示、标志或告示时都要把标的物做得尽量与环境不同而与之区别开, 以示警醒, 以免遗漏、发生事故。如果将电缆三相用饱和度很接近的颜色区分、停与行指示灯用颜色很接近的信号灯指示, 显然, 其人身、财产交通事故将不计其数。

而我们的制动踏板与加速踏板正是犯的这种低级错误。制动与加速这两个逻辑、动作相反的踏板紧邻, 且都由右脚操作, 在紧急情况, 尤其对于新手, 常常“慌不择路”, 非常容易误操作, 造成矛盾对立的动作, 从而引发交通事故, 造成生命、财产的损失, 害人害己。且这样的踏板负荷分配不均, 尤其自动挡, 左脚处于闲置状态, 从生物工程学分析, 不利于人体健康, 而右脚负荷过重, 尤其关键关头, 由油门踏板变更为制动踏板的反应灵敏度远远迟滞于左脚操作制动踏板, 而大脑指令对制动的操作由多任务的右脚执行的错误率远远高于由专职任务的左脚执行的。

而这个制动任务也不能由手来完成, 手的解放使人类的诞生成为可能, 从此告别了茹毛饮血, 风餐露宿的洪荒远古, 从此地球生物开创了暂新的文明时代并将继往开来, 重新将手束缚于没有意义的工作是错误的指导思想, 没有生产资料的相对过剩与部落稳定就没有文明, 同样没有阶级分化、专业分工也不会有文明。

目前踏板的布置完全是历史原因及传统习惯势力的沿袭, Kart Friendrich Benz的制动与油门不能同时踩踏的逻辑思想, 从机动车安全运行出发, 植根工业革命时代, 传承至今。我们还应以人为本, 并非都由右脚操作具有不可比拟的优势, 而由于踏板的误操作和迟滞操作造成的交通事故自动挡甚至更多。

由此解决方案水到渠成, 制动与离合踏板布置在司机左侧 (或者二合一) , 油门踏板在司机右侧, 尤其对于自动挡机动车, 左脚制动、右脚油门, 分工明确, 动作清晰, 易学易操作, 根绝误动作即事故隐患, 同时提高发动机、制动片性能、寿命, 节油环保不冒黑烟、永不熄火。具体实施方案可参见发明专利《丽莎系统机动车制动装置201110094877.8》。

2. 齿轮变速器的卓越动力性能与遗憾

传统的手动挡机动车, 齿轮变速, 动力性好, 无动能流失, 是其它变速装置无以匹敌的, 但因为是有级变速, 换挡时速度阶跃变化, 有顿挫感, 不适合高级轿车, 即具优良的动力传输性能, 又具有无级变速特性的变速装置, 一百多年来一直是世界众多汽车厂商追求的梦想, 也因此开发出了众多的变速装置:机械式自动变速器AMT, 液力耦合变速器AT、双离合变速器DCT/DSG、皮带式及金属链条式无级变速器CVT等, 但或多或少存在着不尽人意的缺陷, 不是变速不够平顺, 就是动力显得不足, 也正是这样的缺陷、矛盾与追求才是事物发展的真正动力, 促使汽车变速装置不断地向前发展, 在遭遇诸多困境后, 人们又掉过头来顾望机械式齿轮变速装置, 迷惑于它的优良动力特性, 竞相开发齿轮式无级变速装置。上世纪60年代首先出现了ASG变速器, 接着相继出现有电动式、液力式、气动式, 根据机动车所具有的资源优势, 选择动力方案, 但不足之处仍然是换挡不平顺问题, 鉴于此, 齿轮式变速装置即使自动化了, 也被列入低挡行列, 久久沉冤于地下, 不登大雅之堂。

齿轮变速器速度的阶跃变化主要来自于以下几个方面, 换挡时车速与新挡位等效车速之差带来的车速的突然变化, 换挡后自动控制节气门的供油量与踏板控制节气门的行程开度对应的供油量之间的差异带来的发动机供油量的突然变化, 崎岖坎坷路况带来的踏板难以控制、失控带来的发动机供油量的变化。制动、事故等带来的顿挫感不在本文论述、讨论范围。

基于上述原因分析, 本文提出了针对性的解决方案、控制程序, 先进的人机对话HMI任意设置界面, 以及为了保留轿车手动拨干的真实感、可操控感与动力感而设计的手自一体式变速杆。

二、齿轮箱无级变速等解决方案

因为上述前后两个速度阶跃扰动量比较容易理解, 计算机程序也比较容易实现, 本文重点介绍中间一个扰动量以及部分主控逻辑程序, 其它2、3挡及任意挡起车等功能详细分析及计算机程序请参见发明专利《手自一体机械式变速装置201210014010.1》。

1. 部分主控逻辑

图1为PLC内部逻辑, 实现制动踏板与油门踏板对机动车的起、停及低速运行的操作。

当有啮合命令Q0.3时, 使POS0_RUN有效, 在上升沿脉冲P起动下, 存有motion profiles的POS0_RUN读取VB228中的包络表, 该表可以包含两步运动曲线:离合片接触前以最快速度运动, 开始接触后以一个合适的速度运动直至完全啮合, 此速度主要保证动力的传输及离合片的寿命。

在符合条件时Q0.3命令通过Aclth实数寄存器输出实数控制离合伺服电机运动到位, 啮合到位信号END2结束POS0_RUN对电机的控制, 伺服电机应具有具有断信号、断电保位功能。

本段Aclth寄存器与下述两个Aclth公用一个寄存器, 通过D/A转换模块输出4～20mA、1～5VDC、pulse等标准工程量控制离合伺服电机。

本段主要用于非起车阶段及车速大于X0.1的换挡动作。

本段用于起车及低速时的离合器啮合速度曲线的控制。VB388存储的包络表主要包括啮合速度较快而时间较短的第一段、速度较慢而时间较长的第二段, 以及速度较快而时间较短的第三段, 总的啮合时间约2～8s, 根据车辆起动时及低速 (

较长时间的半联动产生液力耦合效应, 使起车平稳, 不易熄火。

通过变量QXBLD用户可选择半联动或全联动起车。

通过变量DSRD用户可选择低速蠕动或低速全联动。

2.3回路PID控制方案及计算机程序

在自动、手动模式调节, loop2用于克服踏板给油与loop1-PID调节输出给油切换衔接时的偏差, 从而克服人为的顿挫感, 即在换挡完并不马上将油门切换为“脚动”, 而是用PID调节节气门使供油量跟踪并平稳尽快地与油门踏板行程对应的供油量相同, 在达到误差限值后将节气门控制权交由手动, 注意此PID参数设置应该取消微分调节, 比例带设定1, 积分时间适中, 尽量使节气门开度按单值斜率曲线尽快接近油门踏板行程对应的节气门开度, 避免供油震荡, 以使换挡平顺, 这个调节时间主要取决于司机对油门的操控程度, 如果换挡后油门踏板抖动比较激烈, 这个时间就会比较长, 但这个没关系, 因为已经换挡完毕, 不存在动力不足问题, 这个环路PID的存在相当于滤波器 (稳压器) , 平滑、优化了踏板供油的阶跃、抖动等的扰动, 不存在换挡延时与动力流失的概念。

图2为换挡后油门PID控制回路, 该回路设定值为油门踏板行程电阻值Rfuel对应的供油量Ls, 过程量PV为实际供油量Lp, 通过测量得到, 在loop1调节完毕马上介入, 其输出M2用于调节节气门。

当然变速比的变化同样的油门车速将发生变化, 发动机转速与供油量单值递增关系, 某些段落的特性曲线接近线性, 所以在向高挡位换挡时应当收点油, 在向低挡位换挡时应该加点油, 低挡位多点、高挡位少点 (变速比落差大小不同) , 无论自动手动换挡, 都不应该怠速, 与没换挡时的加减速一样操作油门即可, 性能可直逼AT、CVT, 换挡将相当平顺, 实际无论自动手动模式, 换挡时油门是由PID控制的, 保持加油姿势并非真加油, 只是感觉并保持供油量以减少顿挫感。实际即使纯手动挡MT按此操作油门, 如果把握得好, 同样可以克服换挡顿挫感。

3. 人机对话HMI设计理念

本装置设有用户维护 (参数设置) 人机接口HMI子程序, 在驾驶室设置触摸屏, 或与导航仪等设备共用, 在任何时候可输入密码对以下参数进行设置:密码修改, 起车半联动与全联动选择, 低速制动强制分断离合车速设值, 低速蠕动功能选择, 起车选挡及起车后挡位强制在4、5挡使能及其强制锁定时间设定, 换挡车速及其确认时间设置, 换挡车速同步PID使能, 啮合跟踪PID使能, 供油稳压滤波PID使能, 自动跳挡选择及其加速度阈值以及供油加速度阈值设定, 跳高挡或跳低挡后挡位锁定时间设置, 停车挂空挡时间设置, 手动开关起车选择, 恢复出厂值;即时生效即时运行, 重新启动微机将读取上次设置参量。

4. 手自一体的手动变速杆

图3为本装置的莲花换挡手柄, 端部3-4个莲花瓣式微动电气离合开关形成半封闭壳体覆盖手柄上端, 调节微动开关的动作力度, 使之适手、不误动、不惰动;此开关用于换挡和模式切换, 在计算机程序中使用其逻辑“或”信号, 具有脉冲保持功能, 直到分断或啮合到位为止, 并可相互闭锁, 在无低速强制分断离合信号时手动模式下按下开关离合分断, 松开离合啮合, 在换挡过程中离合器将无法啮合, 自动状态下可换挡但不能操纵离合;

该变速杆形态、功能及其手动状态下的操作与手动挡一样, 在自动状态失去换挡功能, 手柄以硬质弹簧与变速叉连接, 以防快速换挡时伤人, 此功能由电磁铁、卡铁等构成, 并由计算机完成操控。

三、重大意义

全新的设计思想, 突破传统思想束缚与习惯势力影响, 在继承了齿轮变速器的优越动力性能基础上, 保障了生命财产的安全, 实现了无级变速, 一辆车, 等于多辆各挡次车, 任意设置其动力性能, 使驾驶成为一种乐趣, 一种体育项目, 一种时尚, 一种人生设计, 不再是一种风险, 一种劳动, 一种颠簸, 一种烦躁。实现了汽车设计的概念性突破, 具有高端制造的划时代意义, 是当代创新型汽车制造、计算机软件设计的典型代表。

无级变速论文 篇2

三菱欧兰德无级变速器特殊故障

故障现象 一辆进口三菱欧兰德SUV,装备2.4L发动机,同时配备日本Jatco公司生产的无级变速器.该车为事故车(变速器壳体有破损、节气门体损坏及左前车身有伤害),重修后大概使用了2-3个月,出现变速器挂挡后起步无力、发动机、ABS/ASC及变速器故障指示灯点亮、原地空加油门发动机无法达到最高转速,只能维持在r/min左右等故障现象.

作 者：薛庆文 作者单位：北京陆兵汽车技术服务有限公司刊 名：汽车维修与保养英文刊名：MOTOR CHINA年，卷(期)：“”(8)分类号：关键词：

无级变速论文 篇3

检查分析：维修人员接车后进行路试，发现该车明显加速无力，无法正常行驶。检测发动机及变速器控制单元，均未见故障码。检查变速器油量，油量正常且色泽清澈透亮。考虑到车辆的行驶里程，推测变速器出现机械故障的可能性较小。

由于对该款变速器的维修经验较少，因此维修人员在制定维修方案前，先仔细查阅了相关资料。该款变速器与大众的无级变速器相比，多出了一个带有锁止离合器的液力变矩器。通过失速试验，确认该车发动机扭矩输出正常，变矩器和前进挡离合器也工作正常。

在正常情况下，变速器控制单元是根据发动机转速及负荷率的变化情况，自动连续地改变变速器的转速比，从而使发动机的负荷率始终保持在较低的水平。转速比的改变由主、被动带轮有效直径的变化来实现(图1)。带轮有效直径的改变又是通过液压系统来实现的(图2)，其中主动带轮的有效直径决定了变速器的转速比，而被动带轮有效直径保证了传动钢带的张紧力。

由于主动带轮有效直径的改变决定着变速器的转速比，因此对该轮的控制必须满足一定的控制精度。为此，液压系统由步进电机、换挡控制阀和主动带轮构成了一个闭环控制系统(图3)。

当步进电机的控制杆伸出时，电机带动换挡控制阀的阀孔向下移动，使主动带轮油缸与工作油压接通充油。膨胀的油缸使主动带轮的有效直径增大，同时由阀芯控制杆带动换挡控制阀的柱塞下移。当换挡控制阀柱塞的位移量与在此之前阀孔的位移量相等时，主动带轮油缸的油道关闭，油缸容积保持不变。反之，当步进电机的控制杆缩回时，电机带动换挡控制阀的阀孔向上移动，使主动带轮油缸与泄压油道接通泄压。收缩的油缸使主动带轮的有效直径减小，同时阀芯控制杆带动换挡控制阀的柱塞上移。当换挡控制阀柱塞的位移量与在此之前阀孔的位移量相等时，主动带轮油缸的油道关闭，油缸体积保持不变。由此可见，正是由于柱塞控制杆的存在，才使得主动带轮的位移量反馈给了换挡控制阀。这使得主动带轮的移动量能够精确地与步进电机的移动量按比例随动。

通过对该车变速器工作原理的了解，明确了一点，这就是转速比是可以通过观察步进电机的步进数来掌握的。于是再次试车，同时注意观察步进电机的数据变化。发现步进电机的步进数刚开始变化，很快就复位了。这说明变速器的控制系统是工作正常的，只不过是变速器控制单元停止了变速指令的输出。再观察发动机转速，发现尽管加速踏板已经踩到底，但发动机转速并未明显升高。变速器始终维持在低挡，发动机转速又无法升高。这种现象令维修人员想到了动态稳定控制系统对车辆牵引力的限制，这在车辆行驶状态出现异常时并不鲜见。

动态稳定控制系统是根据轮速、加速度、横摆率和转向角度等传感器信号来判断车辆是否处于不稳定的行驶状态。首先检查轮速传感器信号。打开点火开关，然后将车辆举升。转动车轮，用示波器观察轮速传感器的信号波形。观察发现左后轮的信号波形有缺损现象(图4)，这会使由此得到的轮速数据出现偏低锚差。

车速是由4个车轮的轮速平均值得到的，由于左后轮速传感器的信号将车速数据拉低，所以其他车轮的轮速数据有高于车速数据的趋势。该车为前轮驱动车型，当前轮的轮速高于车速时，动态稳定控制系统判断前轮出现了驱动打滑现象，于是控制系统限制车辆的牵引力和车速，以防止这种情况的继续恶化。这便是产生上述奇怪故障的真正原因。

故障排除：由于左后轮轮速传感器的信号波形缺陷是有规律的，所以可以判断是信号发生器出了问题。更换左后轮轮轴总成(图5)，故障排除。

汽车无级变速传动系统控制研究 篇4

1 无级变速传动介绍

目前, 汽车行业已经使用的自动变速技术分为三种, 包括电子控制机械自动变速器 (Automatic Mechanical Transmission, ATM) 、液力自动变速器 (Automatic Tran smission, AT) 以及无级变速器 (Continuously Variable Transmission, CVT) 。ATM技术与AT技术实质上属于自动有级变速, 并非真正意义的无级变速技术。无级变速传动才是汽车行业所追求的目标。目前, 发达国家无级变速传动系统比较完善, 很多技术已经应用于汽车产品。2002年以前, 我国主要引进了VDT式金属带无级变速器的专利, 给国产汽车行业带来了巨大的负担。因此, 开发具有完全自主知识产权的无级变速汽车是现阶段我国汽车行业的主要任务与目标。

1.1 无级变速传动

无级变速传动系统是指可以在变速范围内连续变速的传动系统。无级变速传动系统变化速度时没有顿挫感, 且噪音小, 可以为乘客营造舒适的乘车环境, 同时可以简化驾驶操作, 降低汽车驾驶难度。除此之外, 无级变速传动系统通过改善汽车的动力性, 提高了汽车能量传递效率和汽车经济性, 有效减少汽车尾气排放, 符合绿色发展的趋势。因此, 无级变速传动系统具有巨大的市场潜力。

1.2 无级变速传动分类

按照无级变速传动系统的结构形式, 无级变速传动主要包括机械式、电动式和流体式三种。

机械式无级变速传动系统已经有较长的历史, 主要特点是传动比变化连续、变速范围宽、传递功率稳定性高。现有的机械式无级变速传动系统包括橡胶带式无级变速传动系统、金属链式无级变速传动系统以及金属带式无级变速传动系统。它们的共同特点是通过改变带轮工作半径调节传动比。其中, 金属带式无级变速传动系统应用最广, 也是本文的主要研究对象。

电动式无级变速传动系统又可以分为液力式与液压式。液力式无级变速传动系统以液力为介质的叶片传动, 主要特点是加速迅速, 减震性能好;液压式无级变速传动系统则是通过液压能传递动力。

电动式无级变速传动系统属于纯电动汽车, 依靠电机的输入功率、电压、电流等改变转速与转矩, 其最显著的缺陷就是电池。电动汽车的电池续航能力较差。

1.3 无级变速传动现状与趋势

最早的无级变速传动系统是由美国人H.G.Spanlding在1896年提出的。20世纪50年代, 荷兰人H.Van.Doorne成功开发出双V胶带式无级变速传动系统。20世纪60年代, 荷兰研制出金属带式无级变速传动系统。1982年, 荷兰VDT公司将金属带式无级变速传动系统装配到汽车上。随后几十年间, 无级变速传动系统开始广泛应用于汽车制造行业。我国关于金属带式无级变速传动系统的研究起步较晚。20世纪90年代, 北京理工大学、吉林工业大学等研究机构开始着手研究无级变速传动系统, 但现有的研究成果仍然处于初级阶段。金属带式无级变速传动系统的仍然是汽车领域的主要发展趋势, 通过电控方式控制无级变速传动系统已经成为控制领域的重要课题。

2 金属带式无级变速传动的传动特性

2.1 金属带式无级变速传动结构与原理

金属带式无级变速传动系统的结构主要包括主动轮组、从动轮组、金属带以及液压泵部件。主动轮组与从动轮组包括可动盘与固定盘。可动盘与固定盘都是锥形结构, 锥面上的V形槽可以与V型金属带啮合。靠近油缸的可动盘可以沿轴滑动, 金属带主要由两束金属环与上百个金属片组成。发动机输出轴与无级变速器的主动轮相连, 发动机输出的动力经过主动轮由V型金属带传递给从动轮, 从动轮输出转速与转矩。汽车工作时, 通过可动盘的轴向移动调节主动轮与从动轮的工作半径, 从而改变传动比。汽车传动比需要根据汽车的工况进行调节, 从动能处于主动轮组的工作半径连续变化实现汽车的无级变速。金属带式无级传动系统的结构如图1所示。

2.2 无级变速传动速比分析

主动带轮与从动带轮的工作直径直接确定了无级变速传动系统的传动比, i=D2/D1。公式中, D1与D2分别表示主动带轮与从动带轮的工作直径。而主动带轮与从动带轮的工作直径是可以变化的, 因此传动比i具有一定范围。传动比i的范围直接受机械结构限制, 一般范围为2.6~0.45。带传动的斜向运行角γ和包角β的关系为β=π±2γ。在变速工作过程中, 金属带的长度可以当做定值, 从而可以得出v传动比下的带轮工作半径与金属带长度之间的关系:

整理后, 可以得到

3 金属带夹紧力分析

金属带式无级变速传动系统的主要任务有两个:一是将发动机的功率传递给驱动轮, 同时减少传动中的功率消耗;二是根据汽车的工况, 自动调整汽车传动比, 促使汽车冲处于最佳状态。可以通过控制金属带夹紧力提高传动系统的传动效率。如果金属带夹紧力过小, 则金属带与带轮之间产生滑动, 易造成较大的功率损失, 同时加快了金属带与带轮之间的磨损, 缩短了汽车的整体使用寿命。通过调整汽车变速传动系统的传动比, 可以有效改善汽车的经济性与动力性。金属带式无级变速传动系统的传动比与夹紧力具有耦合效应, 因此不能按照传统带传动原理进行分析。

4 传动比控制分析

金属带式无级变速传动系统的传动比控制目标主要包括三个方面:一是通过控制传动比调整离合器的接合过程, 以保证汽车在各种工作情况下均能平稳启动, 降低启动冲击对离合器的磨损与功耗, 从而延长离合器的工作年限;二是通过控制传动比使发动机达到最经济工作点, 保证汽车在动态调整过程中趋近于最经济工作点, 提高汽车燃油利用率, 减少汽车尾气的排放;三是通过控制传动比使汽车行驶更加平顺, 以保证良好动力性。为了保证无级变速传动系统可以实现上述目标, 必须充分考虑各种工况下的控制策略。

(1) 起步工作状态的传动比控制目标:

加速工作状态的传动比控制目标:

加速工作状态的传动比控制目标:

5 无级变速传动综合控制模型构建

金属带式无级变速传动系统的最大优势, 就是可以根据汽车的工作状况调整传动比, 从而保证发动机处于最佳动能性与经济性工作状态。非综合控制的无级变速汽车直接通过控制脚踏板调整油门开闭程度。当汽车处于起步状态时, 发动机转速不能随油门迅速改变, 导致发动机工作点偏离最佳工作线。当汽车处于加速工作情况下, 车体与转动部件的惯性导致发动机出现转矩余量, 严重影响汽车的加速性能。为了使金属带式无级变速传动系统达到最佳的经济性与动态性, 可以采用控制加速踏板等方式调整油门与传动比参数, 从而实现传动比模糊控制的综合控制模型。金属带式无级变速传动综合控制模型如图3所示。

由框架图可以看出, 通过控制汽车加速踏板可以调整汽车速度。实质上, 这是对汽车功率的调整。简单地说, 汽车踏板量与汽车目标功率具有相关性。在理想理论模型下, 汽车发动机的经济性与动力性取决于油门的开闭程度, 直接与目标功率相关。目标功率和油门的开闭程度可以按照工作模式与工作线的关系进行调整。但实际应用中, 系统处于动态变化中, 需要将发动机转速对目标油门的影响纳入考虑范围。油门模糊控制器可以根据目标值与理论值之间的差量进行控制。通过驱动步进电机控制油门开闭程度, 当目标功率可以达到调整范围时, 油门开闭程度最大, 直到发动机特性功率达到目标功率, 最后通过控制幽门开闭程度以及变速器传动比, 使目标功率曲线趋近于最佳工作线。金属带式无级变速传动综合控制模型实际上属于双闭环控制模型。

6 总结

无级变速传动系统具备传统齿轮变速系统无法比拟的优势, 为乘客提供了更加舒适的出行环境。本文重点分析了金属带式无级变速传动系统的结构与工作原理, 并根据汽车的实际工况提出了可行的综合控制策略, 构建了无级变速传动系统控制模型。具体的研究内容包括金属带传动的特性, 并分析了负载状态下带轮的力平衡, 同时在已有的数据基础上探讨了最佳经济性控制策略以及最佳动力性控制策略, 从而有效解决了无级变速传动系统经济性与动力性协调关系。

摘要：无级变速传动系统提速过程平缓, 没有齿轮换挡的顿挫感, 已经成为汽车发展的主要趋势之一。虽然无级变速传动系统已在汽车领域得到广泛应用, 但在实际应用中还存在较多缺陷。本文将深入分析金属带式无级变速传动系统控制策略, 并根据实际工况进行建模, 以构建汽车无级变速传动系统的控制模型。

关键词：汽车,无级变速,传动系统,控制策略,综合控制

参考文献

[1]胡建军.汽车无级变速传动系统建模、仿真及其匹配控制策略研究[D].重庆:重庆大学, 2001.

[2]汪新国.金属带式无级变速传动液压控制系统设计方法研究[D].重庆:重庆大学, 2005.

[3]谢先平.汽车无级变速传动系统建模与控制策略仿真研究[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2005.

[4]曹建国.汽车无级变速传动系统起步控制研究及仿真[D].重庆:重庆大学, 2002.

[5]王巍巍.汽车无级变速传动系统建模信综合控制特性的仿真研究[D].太原:太原理工大学, 2003.

[6]廖建.效率补偿后的金属带无级变速传动系统匹配控制策略[D].重庆:重庆大学, 2003.

[7]罗勇.金属带式无级变速传动系统匹配控制研究[D].重庆:重庆大学, 2010.

[8]胡建军, 秦大同, 舒红.金属带式无级变速传动系统速比匹配控制策略[J].重庆大学学报:自然科学版, 2001, (6) :12-17.

[9]侯智新.油门动态变化时无级变速传动系统速比控制策略[D].重庆:重庆大学, 2007.

金属带式无级变速器带轮变形研究 篇5

金属带式无级变速器 (continuously variable transmission, CVT) 是迄今为止应用最成功的车辆无级变速器之一。大量实践表明, 装有金属带式无级变速器汽车的动力性、舒适性及排放比装液力自动变速器和手动机械变速器的汽车更佳。金属带不同于橡胶带, 它是组合带, 其弹性变形小, 一般与带轮弹性变形相比较可以忽略不计。本文分析了带轮弯曲变形并假定其纵向和横向为无限刚性。Gerbert[1]认为带轮变形有三种型式, 即局部变形、平面变形和挠曲变形。局部变形是带轮曲面和带侧面之间的局部弹性变形;平面变形与带轮特性有关, 它产生的面变形与局部作用力无关;带轮挠曲变形是由于两个半片带轮的制造公差以及它们相互间移动所造成的。由于在变速箱寿命内公差可能是变化的, 并且带轮开始安装时仅存在较小挠曲, 到寿命的后期则存在较大挠曲, 所以模拟带轮挠曲变形是比较困难的。Satter[2]考虑了带轮的轴向变形和挠曲变形及纵向和横向刚度、金属带的偏斜等因素对带轮变形的影响, 采用有限元分析方法对带轮变形进行了类似的研究。Akehurst等[3]采用金属带变速器试验台[4]测量带轮变形, 试验结果包含金属带弹性变形和安装造成的挠曲变形两部分。Akehurst等[3]用一个度盘测量仪来测量最大半径时带轮的轴向变形, 其试验结果表明:带轮变形和轴向推力有一定的关系, 且带轮外侧的变形较明显。由于试验条件有限, 本文借助ANSYS软件对带轮变形进行分析, 结果表明, 带轮变形具有一定的规律性。该结论为带轮的结构优化设计等提供了理论依据。

1 带轮模型

金属带式无级变速器的主从动轮在形状和尺寸上一致, 由于变速器在工作过程中力矩有损失, 故主动轮轴向推力较从动轮轴向推力大[5]。对于本文中所研究的CVT模型, 主动轮上作用有恒定的角速度和驱动力矩, 从动轮上作用有恒定的负载。此模型可以很好地研究金属带组件从进入带轮到离开带轮过程中带与带轮间的相互作用关系。基于以下假设建立模型并对其进行分析:①金属带组件是连续的;②金属带长度恒定不变;③忽略带的抗弯刚度和抗扭刚度;④带与带轮间的线接触与带轮轴线平行。

文献[6]认为带轮弹性变形严重影响了金属带CVT传动比的改变和组件间的滑动问题, 进而影响到效率。图1所示为带轮变形模型, 用三角函数描述的带轮槽角度和带轮轴向宽度的变化如下:

b=2rtanθ+d=2r′tanθ0+d+2u (1)

u=rtanθ-r′tanθ0 (2)

$\theta {}_0=\theta +\frac{\Delta }{2}\sin (\alpha -S+\frac{\text{π}}{2})(3)$

式中, θ为未变形的带轮槽角度;θ0为变形后的带轮槽角度;Δ为带轮槽角度变化幅度;α为角坐标;S为带轮楔热膨胀角;u为带轮轴向宽度变化量;r为未变形时主动轮上带的工作半径;r′为未变形时从动轮上带的工作半径。

Δ是一个微小的量, 但是它却影响了变速过程中带轮轴向推力的大小, 在传动比变化过程中它不能被认为是恒定不变的[2,7]。参考文献[6, 8]建议采用如下公式对其进行确定:

Δ=4.5×10-5M1/ (r/r′) 0.55 (4)

$S=1.05\frac{r}{r^{\prime }}+0.4(5)$

$\alpha =\frac{L}{r}\cos \theta (6)$

式中, M1为主动轮输入力矩;L为金属带长度。

2 算例分析及讨论

图2是VDT公司生产的P811型CVT的基本结构[9], 主从动轮各包括一个固定半片带轮和一个移动半片带轮, 由于移动半片带轮受到均布的液压力及较好的约束条件, 其受力工况较固定半片带轮要好。本文对固定半片带轮进行研究, 即以下提到的主从动轮均指主从动轮固定轮部分。确定整个CVT的结构尺寸如下:主从动轮工作半径r=31.5～74mm, 传动比i=0.42～2.35, 最大输入扭矩M1=160N·m, 最大输入转速n=6000r/min, 额定功率P=70kW。

用Solidworks软件建立带轮三维模型并进行相应简化, 将其导入ANSYS软件进行有限元分析。为了提高计算精度, 减小计算规模, 本文采用映射网格方式对模型进行划分。图3是单元类型为六面体的带轮模型。对带轮内圆柱面实施全约束, 内侧受力面上作用力F=24.93kN, 外侧受力面上作用力F=27.56kN[9], 图4、图5分别表示NDIV No. of element division等于10、20和30时, 带轮内外侧变形和应力的计算结果。

由图4所示可以看出:带轮在工作区域发生了变形, 由于工作半径较小, 所以工作区域在整个圆周方向上占2.86rad;在带轮内侧, 变形量h始终保持在3～4μm (3.3μm, 4.04μm, 3.86μm) 之间, 因为整个模型的约束在带轮内圆柱面上, 带轮内侧距此约束面较近, 又因为带轮内侧的实体较外侧大得多, 所以导致带轮内侧的变形较小;而应力σ却是不断增大的 (81.9MPa, 131MPa, 218MPa) , 造成此结果的主要原因是当网格不断细化时, 每个网格所从属的受力面积不断减小, 因此导致应力的不断增大。由图5所示可以看出:带轮工作半径较大, 所以工作区域在整个圆周方向上占3.42rad;在带轮外侧, 变形量则始终保持在一个较大的数值上 (136μm, 140μm, 136μm) , 即140μm左右, 与内侧带轮变形相反, 由于距离约束面较远, 可以将其近似理解为变截面悬臂梁的受力状态, 所以外侧变形较大;其应力的变化和带轮内侧应力变化趋势是一致的, 只是应力增长的速度较内侧缓慢 (155MPa, 214MPa, 228MPa) , 其主要原因是内侧作用面积较外侧小, 当网格不断细化时, 内侧网格从属的受力面积较外侧减小的更剧烈, 造成了此种现象。由以上分析可以得出:对于本文用规则六面体划分的网格模型, 当受力面上的作用力和模型约束不变时, 网格细化对变形的结果没有影响。

参照以上结论, 以下对带轮在各个工作半径时的变形和应力进行分析, 其仍采用规则六面体划分的网格模型, NDIV No. of element division选择20。图6和图7所示分别为在传动比由小到大的变化过程中, 主从动轮在相应传动比时, 其各自所受的轴向推力及工作半径的变化规律[9]。由于带轮在各个工作半径时的变形和应力云图与图4、图5类似, 因此不再展示云图, 只将计算结果提取出来, 根据其与传动比的关系绘出图8和图9。

由图8所示可以得出:由于主动轮工作半径随着传动比的增大而减小, 致使实体增多和约束效应增强, 所以主动轮变形量随之减小。尽管最小半径处主动轮轴向推力27.56kN比从动轮轴向推力10.5kN大一倍多, 但其4μm的变形量比从动轮的1.54μm相差无几, 两者都可以忽略。由此足以说明约束对变形的影响很大, 尤其在带轮工作半径较小时起决定性作用。而从动轮变形则是随着传动比的增大而增大的。主从动轮最大工作半径为74mm时, 主动轮轴向推力为15.5kN, 变形量为87.2μm;从动轮轴向推力为24.93kN, 变形量为140μm。主动轮变形量小于从动轮的变形量, 所以当作用力远离约束面时, 变形量的大小很大程度上取决于作用力的大小。由图9所示可以看出:从动轮应力随着作用力的增大而增大;主动轮前半部分应力的递减则是主要由悬臂梁效应造成的, 后半部分则是由作用力的急剧增加和受力面的快速减小造成的, 在此过程中, 主动轮工作半径44.3mm处为转折点。

Akehurst等[3]采用金属带变速器试验台[4]测量带轮变形, 由于考虑了金属带弹性变形和安装造成的挠曲变形两部分, 其试验数值较本文的计算数值大一些, 但在趋势上是一致的, 本文得出的带轮外侧变形较大的结论与其试验结论相一致。

3 结论

(1) 当受力面上的作用力和模型约束不变时, 网格细化对变形的结果没有影响。

(2) 主动轮变形量随着工作半径的减小而减小, 应力则是先减小后增加;从动轮变形量和应力都随着工作半径的增大而增大。

(3) 当传动比i=1.46, 即主动轮工作半径为44.3mm时, 主动轮上产生最小应力71.8MPa。

摘要：带轮变形是影响金属带式无级变速器传动效率的众多因素之一。它会导致金属带的偏斜, 加剧变速器各部件间的磨损, 缩短变速器使用寿命。采用ANSYS软件对带轮变形进行分析, 确定NDIV编号为20时的网格划分模式, 分析结果表明, 随着传动比的增大, 主动轮变形减小、应力则是先减小后增大, 从动轮变形和应力增大。分析结果在一定程度上与其他学者的试验结果相一致, 说明所建立的有限元模型合理, 分析结果可靠。

关键词：金属带,无级变速器,带轮,变形

参考文献

[1]Gerbert G.Skew V-belt pulleys[C]//International Conference on Continuously Variable Transmis-sions, CVT’96.Yokohama, 1996:11212.

[2]Sattler H.Efficiency of Metal Chain and V-belt CVT[C]//Proceeding of CVT’99.Congress.Eind-hoven, 1999:99-104.

[3]Akehurst S, Vaughan N D, Parker D A, et al.Mod-eling of Loss Mechanisms in a Pushing Metal V-belt Continuously Variable Transmission.Part1:Torque Losses due to Band Friction[J].Part D:Journal of Automobile Engineering, 2004, 218 (11) :1269-1281.

[4]Akehurst S, Vaughan N D, Parker D A.The Effect of Lubricant Temperature on the Loss Mechanisms Associated with an Automotive Metal V-belt CVT[C]//2000CEC/SAE International Spring Fuels and Lubricants Meeting and Exposition.Paris, 2000:20121872.

[5]阮忠唐.机械无级变速器设计与选用指南[M].北京:化学工业出版社, 1999.

[6]Sferra D, Pennestri E, Valentini P, et al.Dynamic Si mulation of a Metal-Belt CVT Under Transient Conditions[C]//Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference.Montreal, 2002:261-268.

[7]Carbone G, Mangialardi L, Mantriota G.The Influ-ence of Pulley Deformations on the Shifting Mecha-nism of Metal Belt CVT[J].Journal of Mechanical Design, 2005, 127 (1) :103-113.

[8]Srivastava N, Haque I.Transient Dynamics of the Metal V-belt CVT:Effects of Pulley Flexibility and Friction Characteristics[J].Journal of Computa-tional and Nonlinear Dynamics, 2007, 2 (1) :86-97.

无级变速器工作原理及制造工艺 篇6

工作原理

无级变速器 (C V T) 的结构 (见附图) 主要由主动工作轮组、从动工作轮组和金属带构成。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。在主动工作轮组和从动工作轮组中, 与液压缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动, 另一侧则固定。

C V T传动系统里, 传统的齿轮被一对滑轮和一条钢带所取代, 每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构, 引擎轴连接小滑轮, 透过钢制皮带带动大滑轮。C V T的传动滑轮构造分成活动的左右两半, 可以相对接近或分离。主、从动锥盘均可在电脑程序和液压系统的控制下收紧或张开, 挤压钢带以此来连续调节V形槽的宽度。发动机输出轴输出的动力首先传递到C V T的主动工作轮 (又称主动锥盘) , 然后通过V形传动带传递到从动工作轮 (又称从动锥盘) , 最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。

工作时, 通过主动工作轮与从动工作轮的可动部分作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V形传动带啮合的工作半径, 从而改变传动比。可动锥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、从动轮液压泵液压缸压力来实现的。由于主动工作轮和从动工作轮的工作半径可以实现连续调节, 传动比也就发生了变化, 即改变主动轮和从动轮的有效工作直径, 实现传动系统和发动机动态工况最佳匹配。

在金属带式无级变速器的液压系统中, 从动液压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、可靠地传递。主动液压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形槽移动, 由于金属带的长度不变, 在从动轮组上金属带沿V形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, 从而保证驱动桥有足够的转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, C V T的传动比下降, 使得汽车能够以更高的速度行驶。

技术参数

C V T变速器技术参数根据型号不同而不同, 以洛阳联合变速器有限责任公司C V T018系列产品为例, 其技术参数见附表。

主要零部件及制造工艺

1.CVT主要零部件

主要零部件有主动轴固定锥盘、从动轴固定锥盘、主动轴可动锥盘、从动轴可动锥盘、变速器壳体、后壳体、主小液压缸、主小活塞、主大液压缸、主大活塞, 毛坯材质除壳体为铝件外, 其他都为钢件。

2.主要零部件的制造工艺

(1) 主、从动轴固定锥盘毛坯→铣端面、钻中心孔 (铣钻组合机床) →粗车各级外圆、锥面 (数控车床) →半精车各级外圆、锥面 (数控车床) →铣R槽 (六个, 花键铣床) →冷挤花键、螺纹 (花键冷挤机床) →渗碳 (热处理) →精车各级外圆、锥面 (数控车床) →铣螺母锁紧缺口 (卧式铣床) →钻主油孔 (立式钻床) →钻小油孔 (立式钻床) →淬火 (热处理) →校直 (校直机) →研中心孔 (中心孔研磨机床) →磨油孔密封处 (内圆磨床) →磨各级外圆、锥面 (数控端面外圆磨床) →套铰螺纹 (套铰专机) →探伤 (磁粉探伤机) →清洗→检验。

(2) 主、从动轴可动锥盘毛坯→探伤 (磁粉探伤机) →粗车外圆及锥面 (数控车床) →半精车外圆及锥面 (数控车床) →钻孔 (立式钻床) →铣缺口 (卧式铣床) →磨端面 (平面磨床) →粗精车卡环槽 (数控车床) →精车外圆、锥面 (数控车床) →淬火 (热处理) →磨内孔 (内圆磨齿) →磨外圆、锥面 (数控端面外圆磨床) →磨R槽 (三个滚珠槽, 专机) →清洗→检验。

(3) 变速器壳体铸坯→飞轮壳面粗加工铣面、钻铰孔、镗孔 (立式加工中心) →后壳体面粗铣→周边面孔加工 (卧式加工中心) →飞轮壳面精铣、钻铰孔、镗孔 (立式加工中心) →后壳体面精铣、钻铰孔、镗孔 (立式加工中心) →清洗→检验。

(4) 后壳体铸坯→铣变速器壳面→铣端面、钻铰孔、镗孔 (立式加工中心) →钻螺纹孔、攻螺纹 (钻攻专机) →清洗→检验。

(5) 主小液压缸毛坯→粗车外圆、内孔 (数控车床) →铣扁 (卧式铣床) →精车外圆、内孔 (数控车床) →热处理→磨端面 (平面磨床) →磨内孔 (内圆磨床) →清洗→检验。

结语

我国的能源和环境问题日趋严峻, 汽车尾气排放是城市大气污染的主要原因, 特别是中心城市的环境污染急需得到解决。C V T产品的推广使用, 能有效降低汽车尾气排放10%~20%, 对降低城市污染有显著作用。今后环保型的混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车将是汽车发展的方向, 而混合动力汽车、电动汽车同样面临节能和调速问题, CVT也是它们传递动力的首选。

根据国内外对该产品的市场需求及其良好的性能, 按目前市场分析的百分率计算, C V T产品一旦国内产业化, 将会以其性能、价格、成本和服务等优势迅速占领国内整车配套市场, 跻身国际市场, 树立中国汽车核心技术产品的民族品牌。

摘要：如今的汽车已不再是一件奢侈品, 已经进入到了寻常百姓家, 随着汽车的大众化普及, 人们对汽车的操控性、舒适性和燃油经济性都提出了越来越高的要求。小排量车中, 无疑, CVT是一种很好的选择。

浅谈汽车CVT无级变速器技术 篇7

汽车变速器常见的有五种型式:分别是手动变速器 (MT) 、液力自动变速器 (AT) 、机械无级自动变速器 (CVT) 、电控机械自动变速器 (AMT) 、双离合器变速器 (DSG) 。

CVT (Continuously Variable Transmission) , 直接翻译就是连续可变传动, 也就是我们常说的无级变速箱, 顾名思义就是没有明确具体的档位, 操作上类似自动变速箱, 但是速比的变化却不同于自动变速箱的跳挡过程, 而是连续的, 因此动力传输持续而顺畅。CVT可以说是最理想的汽车变速器, 因为从原始的橡胶带无级变速器开始, 到有级的齿轮变速器过度, 再到现代的钢带无级变速器, 百年大回转说明只有无级变速器才是汽车变速器的终极目标, 下面将主要针对CVT的结构、工作原理和优点几个方面进行研究和阐述。

1 CVT的结构和工作原理

CVT系统的主要零部件包括:主、从动轮组、金属带以及液压泵等, 具体结构和工作原理可见图1。

金属带的主要结构是数百金属片还有2束金属环, 主、从动轮组的主要构件全部是固定盘和可动盘, 距离油缸较近的一侧的带轮能够在轴上顺畅滑动, 另一侧是固定不动的。固定和可动盘的几何结构都是锥面V形槽状, 可与同是V型的金属传动带进行啮合。汽车发动机输出的动力最先传给主动轮, 再通过主动轮V型传动带传送给从动轮, 最后的一步是, 通过减速器和差速器装置, 把动力传给车轮并进而驱动汽车运行。汽车发动机工作时, 通过主、从动轮的可动盘的轴向移动, 进而改变主、从动轮锥面和V型传动带啮合的工作半径, 最后达到对传动比的改变。主、从动轮的轴向移动量的改变取决于驾驶者的意图, 驾驶者按照实际需要通过控制系统对主、从动轮液压泵的油缸压力进行调节实现。因为主、从动轮的工作半径能实现持续性的连续调节, 从而实现了无级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。

汽车在刚开始起步的时候, CVT主动轮的工作半径是很小的, 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。但慢慢伴随着汽车车速的不断增加, 主动轮的工作半径开始逐渐增大, 于此同时, 从动轮的工作半径开始减小, CVT的传动比下降, 从而保证汽车以更高的速度前进运行。

2 CVT的优点

2.1燃油经济性好。CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速, 可获得传动系与发动机工况的佳匹配, 依靠变速器无级调速来适应汽车的各种速度, 使发动机长时间工作在最佳工况, 因此可以提高发动机燃烧效率, 燃油经济性相应地得到提高。

2.2动力性好。CVT能与发动机实现闭环控制, 充分调动发动机的最大扭矩, 其减速增扭的性能明显优于MT和AT, 所以装配在需要强调扭力的SUV车型, CVT汽车的加速性能 (0~100km/h) 比AT汽车提高7.5%~11.5%, 高速状态加速性优于MT汽车。CVT的特性使动力性能明显优于手动变速器 (MT) 和自动变速器 (AT) 。

2.3舒适性好。CVT没有档位, 变速过程连续而线性, 提速无换挡冲击, 急加速时没有AT的退档顿挫现象, CVT系统有很宽的传动比, 一般在2.400- 0.395, 高速行驶时发动机转速低、噪音小, 使驾驶员及乘客能够享受旅途安静轻松的舒适感觉。

2.4操控性好。CVT变速器与液力变矩器匹配, 液力变矩器可以放大发动机扭矩, 所以起步快, 加速更加顺畅。驾驶员超车时深踩油门不会有AT退档的感觉, 而是改变速比放大扭矩。在高速过弯时, 松开油门没有AT的升档现象, 可保持扭矩高速出弯。CVT具有比AT更优异的发动机制动效果, CVT在上下坡时能自动探测坡度, 在上坡时自动调整速比增加扭力输出;在下坡时能加大发动机制动力矩, 以降低下长坡时的滑行速度, 提升了安全性与操控性。

2.5有害气体排放少。由于CVT可以实现与发动机的闭环控制, 可使发动机经常处于经济转速区域内运转, 改善燃烧过程, 从而降低了有害气体排放, 同时可以延长三元催化器、氧传感器的使用寿命。德国ZF公司将自己生产的CVT装车测试, 其有害气体排放物比装备4档自动变速器的汽车减少约10%, 大大减少了对环境的污染。

2.6制造成本低。CVT系统结构简单, 零部件数目比AT少很多, 对于大规模生产而言, CVT的成本比AT小, 随着大规模生产以及系统、材料的革新, CVT的生产成本将进一步降低, 组装与维修成本随之下降。

近十年来, CVT技术又向前飞速发展了很大一步。我们知道, 机械变速器MT有着百余年的历史, 自动变速器AT也有着五十多年的历史, 而CVT技术将赶超机械变速器MT和自动变速器AT, 较之前两者更具市场竞争力。目前, 从整个CVT技术的寿命周期来看, CVT技术正处在起始阶段, 在未来很长一段时间里, CVT技术的特性将会取得更大的进步和发展。我国是人口大国, 汽车工业作为我国的基础产业, 有着广阔的汽车销售前景。但是, 不尽如人意的一点是, 目前我国汽车工业生产所需要的配件, 如汽车自动变速器 (AT) 却全都有赖于从外国进口, 从而造成了我国汽车生产的成本大大增加, 如能自行研发出代表较先进技术的CVT变速器, 并用于汽车生产的配件, 将会大大降低汽车的生产成本, 这就说明CVT技术在我国有着广阔的市场前景, 需要相关人士进一步创新研发, 早日开发出符合我国汽车生产需要的CVT技术。

摘要：针对目前的汽车CVT无级变速器技术的结构原理、优点和发展前景作以简要介绍和分析。

无级变速论文 篇8

与目前汽车普遍采用的、以液力变矩器为起步装置的金属带式无级变速传动系统相比,回流式无级自动变速传动系统具有传动效率高,速比变化范围宽,燃油经济好等特点。但与以往汽车变速传动系统布置不同,回流式无级变速传动系统的起步离合器并不是处于发动机与变速器之间的位置,而是位于金属带主动带轮与定速比齿轮之间,其传递的功率不仅包括发动机功率,还包括由行星排功率分流、经太阳轮和金属带传递的回流调速功率,从而导致了回流式无级变速传动系统与其它汽车自动变速传动系统在离合器起步控制方面的不同[1]。笔者以长安小羚羊SC7130为例,开展了新型回流式无级变速传动系统的离合器起步控制策略研究,旨在为开发新一代高效、节能和具有自主知识产权的军用无级变速汽车奠定基础。

1 回流式无级变速传动系统的传动原理

1.1 传动系统基本构成

回流式无级变速传动系统由四个关键部件构成:金属带无级变速装置,定速比齿轮传动装置,行星齿轮传动装置,由三个湿式多片离合器(L1,L2,L3)及一个单向离合器(L4)组成的离合器系统组成,其结构如图1所示。

回流式无级变速传动的速比变化主要分为回流调速区段和纯无级调速区段。

1.2 传动系统起步原理

整个传动系统的所有离合器均处于分离状态,此时传动系统处于空档状态,当通过控制离合器L1,使车辆起步,此时起步离合器L1需进行精确控制。

2 离合器起步控制策略

为了实现对车体冲击度和滑磨功的综合控制,采用了离合器局部恒转速自动接合控制策略。

离合器控制原则的总体思想:根据发动机节气门开度确定一个目标转速,目标转速定为各油门开度下发动机最大扭矩时的转速。在离合器接合过程中,通过控制离合器接合量、接合速度以及节气门开度,保持发动机转速尽可能在目标转速附近保持恒定,实现发动机恒转速起步控制。当离合器从动盘转速上升至与目标转速的差值小于某一设定值时,加快离合器的结合速度,以实现离合器局部恒转速接合控制,其控制原则主要有接合速度控制与目标接合量控制[2]。

2.1 离合器接合速度的控制

2.1.1 根据油门开度进行控制

汽车起步时的车体冲击度j的大小主要取决于离合器的接合情况,可表示为:

式中,δ为旋转质量换算系数,Mα为汽车空载质量,rd为轮胎工作半径,it为变速器速比,io为主减速器速比,Mc为离合器扭矩,d Mc/dt为离合器扭矩变化率,η为传动系统的传动效率。

设汽车当量质量倒数并取离合器主、从动盘的压力与活塞的位移x为线性关系,则:

式中,n为摩擦面数,μ为离合器摩擦材料摩擦系数,rc为离合器工作半径,Kc为膜片弹簧刚度,dx/dt为线性化后的离合器接合速度。

由此可见,要保证最大车体冲击度jmax小于10 m/s3,必须控制好离合器接合速度:

以长安小羚羊SC7130为例,样车参数见表1,可求出最大离合器接合速度(dx/dt)max:

根据驾驶员的起步意图,通过对不同油门开度β的最大接合速度进行插值,求得离合器的接合速度。不同油门开度下的最大接合速度见表2。

2.1.2 根据主、从动盘转速差控制

对于离合器主、从动盘转速差,当其差值较大时,离合器接合速度较慢。当其值小到一定范围时,快速接合离合器。

2.2 离合器目标接合量控制

回流传动工况下,行星齿轮传动的扭矩特性方程及回流无级变速传动的传递关系:

式中,Mt,Mq,Mj分别为太阳轮扭矩、齿圈扭矩、行星架扭矩,if为齿轮定速比,α为行星排结构参数。

当通过控制离合器L1进行起步时,回流无级变速传动的传递关系为:

式中,Mc为离合器传递扭矩,i为金属带速比,Cc为离合器空行程。

3 系统建模与仿真

利用发动机试验数据,采用三次样条插值的拟合方法构造出发动机稳态输出转矩与节气门开度和发动机转速关系见图2。

发动机油耗gi与发动机转速及发动机扭矩的关系见图3。

为了检验回流式无级变速传动系统的起步控制策略,笔者建立了基于图1汽车起步时的动力学仿真方程及模型,见图4。

状态方程为:

式中,Ii为发动机输入惯量,Io为系统输出转动惯量,Mh为回流扭矩,Mq为外齿圈扭矩,fi为坡度阻力矩,fj为加速阻力矩,fw为空气阻力矩,ff为滚动阻力矩,为系统输入转速变化率,为系统输出转速变化率。

动力学方程为:

运动学关系为:

式中,ni为发动机转速,nt为太阳轮转速,nq为外齿圈转速,no为主减速器转速,nj为行星架转速。

通过对图4进行计算机仿真分析,得出ECE(Economic Commission for Europe)工况下、定油门开度为25%时的仿真结果,仿真结果如图5所示。

由图3可知,离合器开度x1代表离合器的接合程度,当它等于100%时,表示离合器彻底分离。当离合器接合开度为0时,表示离合器完全接合,接合过程符合离合器“快-慢-快”的接合原则。当目标油门开度为25%时,如果离合器从动盘转速低于800 r/min,则遵循恒转速控制原则,此时发动机的转速变化范围较小,只有1 000～1 800 r/min,可有效地改善发动机的工作条件,减少离合器接合过程中的滑磨与滑磨功,延长离合器的使用寿命。当从动盘转速高于800 r/min时,应根据主、从动盘转速差的大小,不同程度地加快离合器接合速度,以实现局部恒转速控制设计思想。

在起步过程中,CVT(Continuously Variable Transmission)速比始终保持在2.3左右,可满足车辆起步时的动力性要求。同时在离合器接合过程中,车体冲击度要小于或接近于8 m/s3,符合国际汽车通用标准(小于10 m/s3)的要求。由此可见,本系统的离合器起步控制策略是正确的,达到了预期的目的。

4 结语

a.充分利用低速区段高效的定速比传递装置、无级调速部件的高效区间,实现回流式无级自动变速传动系统的多段化设计,提高了传动系统的总体传动效率。

b.离合器局部恒转速控制策略减少了离合器起步时的滑磨和滑磨功,延长离合器的使用寿命,并能进一步减少汽车起步时的车体冲击度,提高汽车起步平稳性,从而为新型军用无级自动变速汽车的研制、开发、设计提供理论依据,具有较大的应用价值。

参考文献

[1]孙冬野,秦大同.金属带-行星齿轮无级变速传动系统动力学仿真[J].农业机械学报,2000,31(3):69-76.

[2]Keiiu Abo,Masavuki Kobayashi,Minoru Kurosawa of a mental belt-drive CVT incorporating a torque converter for use with2-liter class engines.SAE Paper1998-08-23,1998.

无级变速论文 篇9

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PUMA 225 CVT拖拉机是“美洲狮”系列中采用CVT无级变速的一款机型, 该变速箱秉承了凯斯在无级变速箱领域10年的优势和专业技术, 与发动机的匹配性能好, 更省油, 速度更流畅。在各种作业条件下, 可实现不停车换挡, 湿地作业的适应性更好, 在极端条件下比普通半动力换挡拖拉机可多下地工作1~2天。机械使用寿命更长, 可靠性更高。

采用FPT品牌发动机, 6.75 L排量, 高达18 k W (25hp) 的功率提升, 动力强劲, 有助于用户应对难处理的作物和陡坡上的运输作业, 不会额外损失速度和生产率。达到欧Ⅲ标准的尾气排放, 涡轮增压的进气方式, 效率更高, 尾气更清洁环保。标配的机械前轮驱动车轴及可选悬挂系统为机械工作提供出色的牵引力。无级变速可以自动为您选择所需速度的齿轮比, 不必使用离合器或换挡并能降低11%以上的燃油消耗。自动燃油效率管理系统 (APM) 可在不需要动力的时候自动降低发动机转速和燃油的使用, 为用户节省更多燃油, 提高燃油利用率。高压共轨燃油系统, 电子控制喷油器, 使发动机喷油精准, 工效更高。360°全景驾驶室, 超低噪声隔绝, 符合人体工程学的驾驶室环境, 使操作环境更舒适。

凯斯CVT系列无级变速机型配有1 000、1 000E两种动力输出轴模式, 对于要求不高的作业, 用户可以选择1 000E, 该模式下在1 700 r/min的发动机转速下运转动力输出轴;对于重型作业, 则可以选用1 000, 该模式下在1 900 r/min的发动机转速下使用动力输出轴, 提高燃油利用率, 更省油。