汽车无级变速器技术和应用的发展

姜 勇

大连海洋大学职业技术学院，辽宁 大连 116300

近年来，随着人们对汽车舒适度和环保节能要求的提高。虽然无级变速器和自动变速器在操作模式上都可以叫做“自动档”，自动变速器也已经被广泛使用，但是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。无极变速器是由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成的一种传动装置，它可以显著提高汽车的经济性，改善汽车的动力性，使汽车发动机始终运行在最佳目标运行区，以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求，这样就既可减少汽车的换挡冲击，也可减轻驾驶员的劳动强度。目前汽车无级变速器是汽车最理想的传动系统，具有很大发展空间，必将成为当前的研究热点[1]。

1 国内外无级变速器的发展

CVT技术的发展，可以追溯到19世纪末，德国Daimle-Benz公司在1896年就将V型橡胶带式无级变技术用于该公司生产的汽车上，但材料较差、传递力矩小，没有什么实用价值。而后，荷兰的一位博士发明了Variomatic双V型橡胶带式无级变速器，并将其应用于389公司的小型轿车，后来他又发明了金属带式无级变速器[2]。1987年，日本的一家汽车厂首次将电子控制的金属带式无级变速器应用于大规模的汽车生产中，发动机可以工作在传动比有效范围内的任意工况下，使得无级变速器在经济性、尾气排放和动力性等方面都不逊于普遍使用的手动变速器或自动变速器。但是金属带的价格比较高，加工工艺要求也很高，这就使得人们开始考虑使用金属链条来代替金属带完成动力传递工作。目前汽车无级变速器的代表产品是使用德国大众公司研发金属链条的Multitronic，最大功率可达142kW，另外它在耗油、加速等动力性能方面都优于手动和自动变速器。

我国在CVT方面的研究尚处于起步阶段，到80年代中期以后，随着工业生产现代化及自动流水线的迅速发展，对无级变速器的需求大幅度增加，为此我们引进了大量的国外先进设备对其研究，自“九·五”期间开始，轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列人国家的重大科技攻关计划，取得了一些宝贵的实验数据和开发经验。我们成功研制出了国内的无极变速器，对其进行了台架和道路试验，并开始建立并进行规模化生产。经过十几年发展，无极变速器已成为我国机械领域中一个新兴行业，形成了从研制、生产、到情报信息各方面已组成一较完整的体系[3]。

2 无级变速器的基本原理

无级变速器是由变速传动机构、调速机构以及加压装置或输出机构三部分组成的一种传动装置，也称为非行星齿轮自动变速器。无级变速器并没有使用液力变矩器，而是采用传动带和工作直径可变的带轮与普通齿轮式变速器配合传递动力。主动锥轮的活动锥轮和固定锥轮形成的V形槽与V形金属带啮合，实现动力传递，下面简单介绍几种常见的无极变速器：

1）传动带式无级变速器

这种变速器的驱动轮与从动轮的活动部分位于相反的两侧，在高速时可以通过减小驱动滑轮的宽度，增大从动滑轮的宽度，从而改变两个滑轮的工作半径，减小传动比。低速时，增大驱动轮的宽度[4]，减小从动轮的宽度，从而增大传动比。

2）无限变速式机械无级变速器

它是通过改变动力转子的倾斜角度，使其与动力转子接触的传动盘的有效半径发生变化，从而改变传动比，实现变速。

3）圆盘式无级变速器

这种变速器是1905年首先由美国人提出的，是比较早期的一种无级变速传动装置，它通过两个相互垂直放置的摩擦圆盘进行动力传递，主动盘的工作半径的改变是通过从动盘沿主动盘的径向移动实现，从而改变传动比。

3 无极变速器的发展趋势

随着电子材料及加工技术的进步以及用户对汽车操纵性能、舒适、安全等要求的不断提高，现在汽车变速器向着自动变速器和无级变速器方向发展，考虑到无极变速器结构简单、节油功能等优势，必将成为变速器发展路上的新宠儿，各大汽车公司也投入大量的物力、财力加大对无级变速器的研究，它未来的发展趋势可能有以下几个方面：

1）与发动机控制一起集成控制单元，使控制更优越、反应更快捷；

2）小型化，应用新材料优化设计各个部件，力争结构简单紧凑，缩短动力传递路线，并提高电子化的精确控制；

3）实现大功率、恒功率或者高速，使之能够成为混合动力汽车的传动装置；

4）电子控制无级变速器。由于微机控制技术和大规模集成电路技术的不断发展，适当变速器的自动换挡成了可能，因此各种电子传感器也必将在变速器上得到应用[5]。

4 结论

随着世界汽车市场竞争的激烈化，汽车产品的更新换代的周期也在加快。由于当前普遍使用的汽车发动机存在着明显的缺陷，汽车变速器的最理想形式只有能够连续改变传动比的无级变速器。无极变速器技术是轿车传动系统的核心和重要技术，与传动的变速器相比，无级变速器能够通过连续调节传动比，减少燃油消耗和尾气排放，它必将在汽车上获得越来越广泛的应用，成为国内外汽车研究的热点，同时也将成为汽车变速器新的发展方向。

[1]彭明涛.汽车带式无级变速器的发展现状[J].重庆工商大学学报，2006(4).

[2]臧发业，吴芷红.金属带式无级变速传动钢带跑偏控制研究[J].机械设计与研究，2005(2)：63-97.

[3]Bin Yang.et Nonlinear dynamic modeling and control of low speed heavy-duty vehiele[J].Automatiea，2007，33(3)：265-272.

[4]守本佳郎.无段变速器CVT入门[M].日本Kufinbuli出版，2004.12：162-197.

[5]黄宏成，何维廉，郭毅超.金属带式CVT的钢带轴向偏移分析[J].传动技术，2001(4)：1253-1254.