CVT车型驾驶性提升方法研究

任强　谢丽萍

摘 要：本文主要研究了搭载无级自动变速器（CVT）车型驾驶性提升的方法。从优化CVT速比控制，提升换挡响应的核心机理出发，分别从驱动力设计、硬件和软件控制方法、最优驾驶性的换挡设计、运动模式开发等方面优化和提升CVT车型的驾驶性，为驾驶员提供动力充足、平顺的驾驶体验，提高CVT车型的驾驶性认可度。

关键词：CVT变速箱 速比 换挡 加速

1 引言

无级自动变速器（Continuously Variable Transmission），省去了复杂而又笨重的齿轮组合变速传动，只用两组带轮进行变速传动，通过改变主动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速。随着国家节能减排法规要求日益严格及双积分法规的实施，燃油经济性更好、油耗更低的汽车需求日益增加。具有更大传动比范围，且能够使发动机始终工作在最佳经济区的CVT变速器备受主机厂青睐，市场应用逐渐增加。CVT车型在驾驶性方面的核心优势是不需要离合器的结合与分离即可改变传动速比，带给用户平顺、无动力间断的平滑驾驶感受。但对于习惯驾驶AT、DCT的驾驶员而言，依然存在不适应、生疏的感觉，称CVT车型为僵尸车。为了提升CVT车型的驾驶性，本文从驱动力设计、硬件和软件控制方法、最优驾驶性的换挡设计、运动模式开发等方面进行了分析和研究，给出了提升驾驶性的具体方法，提升换挡响应满足用户驾驶性需求。

2 方法研究及分析

2.1 驱动力设计方法研究

CVT变速箱可以连续改变速比和发动机转速，这样就可以改变车辆驱动力。这种驱动力方法的设计基于车辆加速度的变化，源于加速踏板行程的改变和车速的改变。驱动力是否满足用户驾驶性要求，可以通过加速踏板开度和加速度（驱动力）、车速的关系进行识别，加速踏板开度是驾驶员加速意图的指向，车速是车辆实际加速行为的体现。同时，发动机转速的需求也需要关注和定义，这也是加速感觉传递的一个因素。

1）驱动力与加速踏板位置的关系

驱动力（加速度）的变化通过ΔG/G来衡量，驱动力需要设计为当加速踏板踩下后驾驶员能够明显感知到车速的变化，通俗说就是加速踏板往下踩，加速度要明显地增加。

2）驱动力与车速的关系

驱动力需要设计为能够持续加速，随着车速增加，驾驶员应感觉不到驱动力（加速度）的减少。通过测试发现，目前市场上很多CVT车型随着油门开度的增加，驾驶员很难感知ΔG/G的变化，车辆动力响应迟滞，无法满足驾驶员的加速需求，主观驾驶感受为加速踏板不跟脚，车辆操控感差。

CVT变速箱控制单元应确保驱动力和发动机转速都同时在合理的目标区间内，允许发动机在基于加速踏板和驱动力关系的情景下开展独立的pedal map设计（即发动机转速与扭矩的特性设计），如图1：

2.2 硬件和软件控制方法研究

2.2.1 提高降档响应

2.2.1.1 硬件相关

CVT速比的控制是通过液压平衡的方法来实现，通过改变液压适应新的平衡来实现换挡。为了提高降档响应速度，必须提高主传动轮的引流性能，这就需要修改排油道，以降低油液阻力，如图2：

2.2.1.2 换挡压力限制

CVT变速箱每个钢带元件的传动比变化量是固定的，如果超过此限制，钢带会产生换档噪音。提升换档速度，需要根据转速和传动比控制换档时的压差，从而防止噪音。需要综合应用这些因素，设定钢带元件移动速度的上限。

此限制按照以下两点进行定义：

1）每个皮带轮的液压需求等于换档平衡压力加上换档压力。

2）换档压差小于可用压差上限（与CVT转速和齿轮比成比例）

2.2.1.3 换挡控制

基于压力进行换挡控制，能够精确控制每个皮带轮，同时基于模型进行换档控制，利用换档时的前馈控制缩短换档开始时的延迟，如图4：

2.2.1.4 换挡收敛控制

通过改善换档结束时的换档收敛性，实现降档所需的速率。简单来说就是提升CVT变速箱转速的扭矩通过在短时间内停止转速上升可用来修改换档结束时的加速度。

除了常规的前馈和反馈控制外，开发换档推力控制，以提高换档收敛性。通过在与换档相反的方向上施加比正常值大的液压压力来改善换档收敛性，从而使转速稳定。

2.2.2 提高升档响应

在升档过程中，CVT控制单元可以使用节气门控制来减小输入扭矩，以抵消CVT变速箱转速变化带来的扭矩变化。这种扭矩减小策略通过在换档结束时有意改变纵向加速度来改善响应感觉。

2.3 换挡设计方法研究

2.3.1 瞬态换挡特性

CVT控制单元需关注如下三个要点：

1）清晰分明的加速感觉，由加速踏板踩下后降档实现;

2）根据发动机转速和车速的关系创造线性加速感觉;

3）升档时具备线性加速的感觉。

瞬态换挡策略如图7，图中（1）和（3）包含了瞬态的换挡特性。

2.3.2 换挡速度和速率变化

CVT变速器的开发主要集中于换挡速度（速比改变的快慢）的提升，以及由此对加速响应的影响。

研究表明，提升换挡速度到一定水平后可以显著改善主观加速响应，在这个水平已经达到一种饱和的状态，再继续提升换挡速度就没有实际的意义。为了在这个饱和区域产生加速的感觉，开发应该集中在换挡速度和加速率的变化，所有时候维持在绝对充足的加速水平，通过对加速率整体改善来满足驾驶员的升档和降档意图。

2.4 运动模式研究

运动模式（S模式）是为提高车辆驾驶性能而开發的动力模式，与普通模式相比，运动模式更加注重加速响应和动力提升。运动模式的目的是通过保持比正常模式更高的CVT转速和创建不需要换档的区域来提高驾驶员踩下油门踏板时的驱动力响应。

运动模式可以通过抑制CVT转速的变化（即使在驾驶员逐渐降低油门以控制驱动力的情况下）来产生提高发动机扭矩的感觉，类似AT换挡，俗称AT feeling。如果驾驶员用力踩下油门踏板，由于驱动力不足，CVT将通过后续步骤降档，从而在下一步启用驱动力控制，如图8：

3 结论

1、传统匹配CVT变速箱的车型加速过程比较麻木，车速与引擎声浪不匹配，欠缺愉悦感在急加速的时候，有橡皮筋效应，光听到转速在爬升，却还要等到速比变换完成车辆才能提速，光吼不走。本文从一种新的驱动力设计方法、主从动带轮排液回路最大响应设计、一种新的液压控制逻辑、S挡运动模式的换挡设计四个方面有效的解决了CVT变速箱本身固有的问题，提供了更直接的加速响应，提升了CVT车型的驾驶性。

参考文献：

[1]薛庆文 王力田. 汽车无级变速器（CVT）结构原理与维修精华，北京：机械工业出版社2006.

[2]徐向阳.自动变速箱电控系统及其应用软件开发技术，北京：机械工业出版社 2018

[3]唐德修 . 汽车自动变速器原理与结构，北京：北京理工大学出版社 2018.

[4]史文库.姚为民 . 汽车构造 第六版，北京：人民交通出版社.2016.

[5] 国家环境保护总局.GB18352.6-2016  《轻型汽车污染物排放限值及测量方法）》[S].2016.