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CVT变速箱详解,为何CVT深受日系车企喜爱?

在中国汽车市场,销量最为火爆的汽车品牌乃是日系车和德系车,德系车最近两年由于故障众多,其口碑有所下降,而日系车凭借稳定、可靠的性能,深受中国消费者所信赖,尤其是本田和丰田两大日系车企。中国的本田车型,一直以CVT为主,像型格、凌派、思域、CR-V等车型,均匹配了本田的CVT变速器。
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虽然目前广泛应用于汽车的变速箱是AT自动变速箱,采用液力变矩器和行星齿轮系统组合使用,这种组合方式的传动比并不连续,自动变速器只能在若干段范围内实现无级变速。其次,为增加变速器挡数,扩大传动比的变化范围,必须加入更多的元件来控制动力传动路径,过多的零件数量和结构的复杂性,更容易增加机器产生故障的几率。为此,许多汽车制造厂商开始研究新的自动变速技术,CVT就是其中最有发展前景的一种。

CVT变速箱结构和工作原理

CVT无极变速箱主要由主动锥轮、从动锥轮以及V形金属带组成,,而主动轮和从动轮均为组合结称,由活动锥轮和固定锥轮组成,V形钢带由安装在挠性马氏体时效钢圈上的多片楔形钢片构成。主要工作原理是动力从主动轮输入,经过V形钢带,传递至从动轮输出。

不管是从动轮还是主动轮都是由可以相对滑动的两部分椎轮构成,V型钢带则位于这椎轮间的凹槽内,当两侧椎轮靠紧时,凹槽较窄,V型钢带传动轨迹来到椎轮外缘,而随着这两个椎轮间的相对分开远离,凹槽越来越宽,钢带运动轨迹又逐渐靠近椎轮中心,即工作直径最小的地方。

汽车刚刚起动、车速较低时,需要较大的扭矩,就需要主动轮工作直径小于从动轮工作直径小,从动轮就能获得较大的传动比,使汽车获得足够扭力克服行驶阻力。随着车速的升高,主动轮工作直径逐渐增大,从动轮工作直径越来越小,变速比也相应减小。由于V型钢带在两侧的工作直径可连续变化,因此这种变速器的传动比是连续变化的,就是所谓的无级变速。

活动锥轮的移动量是根据汽车变速的要求,通过调节作附在主、从动锥轮油缸内的液压压力来实现的。通过液压控制方式控制,椎轮两部分之间的相对滑移开合都取决于节气门开度和变速器输出轴转速的综合作用。由于液压压力的调节和V新钢带传动比都是连续变化的,所以可实现无级变速传动。
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CVT发展史,如何一步步突破限制?

你很难想象现在采用9AT和双离合的奔驰会是CVT的鼻祖。在1886年德国奔驰就将V型橡胶带式CVT安装在了公司生产的汽油机汽车上。

早在1958年,沃尔沃公司在沃尔沃343上第一次搭载了来自荷兰达夫(DAF)公司开发出的橡胶带式CVT,但因为橡胶材质的原因,于是整个CVT的寿命和可靠性有待考证。

后来直到1987年,荷兰VDT公司采用金属带式CVT才突破了原来技术障碍而获得飞速发展,第一代CVT正式诞生。采用液压机械控制,CVT传递扭矩为。25Nm,金属钢带宽度为24mm。

通过不断改进,第二代无级变速器采用液力变矩器、电子控制,CVT传递扭矩提升到250Nm,金属钢带宽度可为30mm。

CVT液力变矩器的升级.能让在起动时,其传递效率和传递平顺性可带来极大提升,而且为了改善其传动效率,当车速达到一定值后。锁止离合器使液力变矩器锁止,锁止离合器接合来降低损耗。
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CVT分链条传动和钢带传动,两者结构有何不同?

CVT有两种动力传递方式,一种是钢带,另一种则是链条,总体上看,钢带通常适用于小扭矩的发动机,而链条通常用于大扭矩发动机,从实际的使用表现来看,链条比较抗造、耐用,使用寿命也更长。世界上偏向于性能的CVT变速箱都采用了链条的方案,比如,早期的奥迪Multitronic、现在的斯巴鲁Lineartronic 、日产的8挡CVT 等。

CVT钢带是由两根内嵌的钢带作为基础支撑,金属带上面卡着几百个钢片,采用这种推片结构的钢带,由金属片之间的推力来完成扭矩的传递。利用推片之间材料的硬度形成推力,推片在外力作用下形变小,在动力传递时,主动锥轮紧紧压迫钢带的整个侧面,形成静摩擦力,主动锥轮通过钢带推动轮转动,比如丰田、本田就是采用钢带传动。

而CVT链条从结构上和钢带有比较明显的不同,链条不直接和锥轮产生接触,而是通过压紧中间的摇臂销,实现扭矩传递。这种结构采用“拉”的方式进行动力传递,主动锥轮压紧链条的摇臂销,形成静摩擦力,带动链条传递扭矩。像奥迪的Multitronic CVT和斯巴鲁Lineartronic CVT就是链条传动。
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钢带传统和链条传动的优劣势

目前最新型的无级变速器将传递扭矩早已突破至450N·m,斯巴鲁的森林人、傲虎、力狮等车型上的Lineartronic CVT就可以承受350N·m的最大扭矩,最大扭矩容量达400N·m,而日产的Jatcto 同样采用链条传动的CVT扭矩容量也达到了380N·m。

本田开发的新一代CVT无级变速器应用了“G-Design Shift”控制技术,采用更高强度的钢带传动,虽然承受扭矩不如链条传动,但更轻量化、紧凑化也降低了摩擦,提升了传动效率,在提升燃油经济性的同时,实现了更加灵敏的响应速度,主要搭载在雅阁、奥德赛、艾力绅等车型上,最大承受扭矩怎么也有250N·m。

爱信作为作为丰田控股,专门生产变速箱的公司,不仅在AT上颇有造诣,也一直在为丰田小排量车型提供CVT,例如在RAV4、卡罗拉这样扭矩并不大的车型上都能见到。

可以看出,钢带传动最大扭矩容量比链条传动要大,是因为CVT的锥轮是斜面,锥轮挤压会形成向外的挤压推力,特别是大扭矩输出会产生打滑的情况,,而一旦锥轮发生泄压,整个CVT钢带就会瞬间散开。相对而言,链条采用拉力式传递,在锥轮压紧时,会产生向内的拉力,就会形成越拉越紧的趋势,打滑的几率相对更小,只要链条材料可以承受,那传动扭矩就能增大。

也正因防止钢带打滑,需要椎轮和钢带的钢片进行挤压,产生足够的静摩擦力,才能保证钢带的传动,可产生的静摩擦力越大,传动阻力肯定也会增大,所以传输效率就会受到降低。链条只是摇臂销和锥轮产生局部的接触,接触面要小的多,摩擦和阻力也小得多,因此,传输效率会相对更高。

链条式上百个钢片在进行工作时,产生一定的抖动,也就会产生噪音,所以在很多链条CVT中装都有一个缓冲器来降低抖动和噪音。CVT链条链条更为粗壮,故承受受扭矩也更大,其材料的硬度要远远超过钢带,从磨损和使用寿命角度来看,无疑是更长一些。

但链条更加复杂的结构和更多的钢片,并且摇臂销和接触面积更小,要求更好的材料和更高的零件工艺,那么成本肯定也会更高,这样看来钢带传动对比链条传动根本没有什么优势,但为了获取盈利,对这些车厂来说更低的成本价也能牟取更多的利润,所以市场许多车型仍采用的是钢带传动,不过也不必如此抗拒钢带传动CVT,毕竟CVT本身就具有不错的属性,相对于其他AT、DSG等变速箱是最为顺畅的,也是最为省油的。

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