機械式無級自動變速器(CVT：ContinuouslyVariableTrans-mission)，顧名思義其速比可以以一系列連續(xù)的值變化，主要靠主、從動輪和金屬帶配合工作來實現(xiàn)。CVT可以在比較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，從而獲得傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配，因此燃油經(jīng)濟性好，沒有傳統(tǒng)變速器換檔時那種“停頓”的感覺，因此駕駛平順性較佳;另CVT結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)手動變速器MT以及其他自動變速器(AT、AMT、DCT)簡單，體積更小，重量更輕，對整備質(zhì)量的減小也有很大的幫助;其缺點也是突出的，由于傳動鋼帶存在摩擦打滑，因此CVT傳遞扭矩值有限，運動性能欠佳。另外，CVT變速器制造難度和技術(shù)要求高，生產(chǎn)成本也相對較高。目前，CVT 技術(shù)主要掌握在日本 JATCO，比利時的PUNCH 和德國 BOSCH 公司。
CVT金屬帶主要有舍弗勒的鋼鏈式鋼帶和博世的鋼片式鋼帶兩種對應(yīng)于圖2和圖3，圖3中鋼帶是由非常多的三角形鋼片組成。博世目前占有非常大的CVT變速箱鋼帶的市場份額。傳動鏈條與推力鋼帶相比較，可以傳遞的扭矩容量大、鏈條在旋轉(zhuǎn)半徑縮小時沒有金屬帶存在的摩擦問題，因此傳動效率高;但是缺點也十分明顯，噪聲大、結(jié)構(gòu)緊湊型不好。
1. CVT工作原理
CVT的結(jié)構(gòu)包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，可動盤與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，與油缸靠近的一側(cè)錐盤可以在軸上滑動，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。通過可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與傳動帶的嚙合半徑，從而改變傳動比?？蓜颖P的軸向移動是通過控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓泵油缸壓力來實現(xiàn)的，由于可動盤的移動可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，主動輪和從動輪的工作半徑便可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了無級變速。
汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，從而驅(qū)動輪獲得較大的扭矩保證汽車克服阻力起步。隨著車速的增加，主動輪的工作半徑逐漸變大，CVT的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。在無級變速器的液壓系統(tǒng)中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，主動油缸控制主動錐輪的軸向移動量。由于金屬帶的長度不變，金屬帶在主從動輪組中沿V型槽移動方向相反，實現(xiàn)無級變速。
2. CVT機械結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)
一種CVT機械結(jié)構(gòu)如上圖5所示，通過工作原理的介紹不難分析出其實現(xiàn)無級變速的過程。接下來重點介紹其液壓系統(tǒng)。
圖6是一種CVT液壓控制系統(tǒng)原理圖，從圖中可以看出其主動輪組和從動輪組由同一組液壓油泵、液壓控制閥進行主動盤位移的控制，而起步離合器以及發(fā)動機變速器主離合器的控制則通過另一套液壓控制閥來實現(xiàn)。圖7是CVT速比控制閥工作原理圖，從圖中可以看出液壓油流動路徑以及主動輪組主動盤移動過程。
本田汽車公司裝備于飛度轎車的CVT采用雙壓力回路電液控制系統(tǒng)。該無級變速器主要由行星排、主動帶輪、從動帶輪以及金屬傳動帶等部件組成，其機械結(jié)構(gòu)如圖8。飛度金屬傳動帶由兩組環(huán)形帶以及大量鋼制構(gòu)件組成，在傳動過程中鋼制構(gòu)件因承受載荷被擠壓在一起以產(chǎn)生推力傳遞動力。
由圖可知，發(fā)動機動力經(jīng)過飛輪、傳動盤、輸入軸傳遞到行星排太陽輪部分，另外行星架連接倒擋制動器，內(nèi)齒圈連接主動帶輪，前進擋離合器布置在太陽輪和內(nèi)齒圈之間。
車輛前進，前進擋離合器結(jié)合，驅(qū)動主動帶輪同向轉(zhuǎn)動;車輛后退，倒擋制動器制動，行星架被固定不動，因此齒圈與太陽輪反向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動主動帶輪反向轉(zhuǎn)動。最后，動力經(jīng)過從動帶輪，主減速器、差速器和半軸輸出驅(qū)動車輪前進。
圖9是飛度CVT液壓系統(tǒng)控制原理圖，當自動變速器油泵被發(fā)動機驅(qū)動，油泵發(fā)出的液壓油先通過高壓調(diào)節(jié)閥(PH)，經(jīng)主動帶輪壓力控制閥(DRC)進入主動帶輪可動油缸，通過控制主動帶輪壓力控制閥(DRC)的占空比，由脈寬調(diào)制器來控制通過電磁閥的壓力油流量;由控制主動缸液壓油的流量改變主動缸的壓力，實現(xiàn)調(diào)節(jié)速比;或者經(jīng)過從動帶輪壓力控制閥進入從動帶輪可動油缸，實現(xiàn)改變從動缸夾緊力的控制。
而圖中離合器減壓閥的作用，是將通過高壓調(diào)節(jié)閥(PH)的液壓油減壓后進入前進離合器以及倒檔離合器，或者經(jīng)過起步離合器壓力控制閥進入起步離合器實現(xiàn)起步、前進和倒檔。
對于不同工況下各檔位速比的調(diào)節(jié)過程如下：車載傳感器接收當前車輛行駛狀況，EPROM中的程序模仿人的大腦作出判斷發(fā)出換檔指令，當TCU接收到換擋指令后，各換擋控制閥控制相應(yīng)油路開閉完成主動盤移動的命令，實現(xiàn)換擋。
3. CVT速比的計算
因為：
由圖知：
則傳動帶長度可以通過如下公式計算：
又因為當角度較小時通常滿足如下關(guān)系：
根據(jù)上面的四個公式便可得出
通過上式便可得到傳動比：
圖1 機械式無級變速器
圖2 一種CVT傳動鏈條
圖3 一種CVT傳動推力鋼帶
CVT金屬帶主要有舍弗勒的鋼鏈式鋼帶和博世的鋼片式鋼帶兩種對應(yīng)于圖2和圖3，圖3中鋼帶是由非常多的三角形鋼片組成。博世目前占有非常大的CVT變速箱鋼帶的市場份額。傳動鏈條與推力鋼帶相比較，可以傳遞的扭矩容量大、鏈條在旋轉(zhuǎn)半徑縮小時沒有金屬帶存在的摩擦問題，因此傳動效率高;但是缺點也十分明顯，噪聲大、結(jié)構(gòu)緊湊型不好。
1. CVT工作原理
CVT的結(jié)構(gòu)包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，可動盤與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，與油缸靠近的一側(cè)錐盤可以在軸上滑動，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。通過可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與傳動帶的嚙合半徑，從而改變傳動比?？蓜颖P的軸向移動是通過控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓泵油缸壓力來實現(xiàn)的，由于可動盤的移動可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，主動輪和從動輪的工作半徑便可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了無級變速。
汽車開始起步時，主動輪的工作半徑較小，變速器可以獲得較大的傳動比，從而驅(qū)動輪獲得較大的扭矩保證汽車克服阻力起步。隨著車速的增加，主動輪的工作半徑逐漸變大，CVT的傳動比下降，使得汽車能夠以更高的速度行駛。在無級變速器的液壓系統(tǒng)中，從動油缸的作用是控制金屬帶的張緊力，主動油缸控制主動錐輪的軸向移動量。由于金屬帶的長度不變，金屬帶在主從動輪組中沿V型槽移動方向相反，實現(xiàn)無級變速。
圖4 CVT低速起步工作原理
2. CVT機械結(jié)構(gòu)與液壓系統(tǒng)
圖5 一種CVT機械結(jié)構(gòu)
一種CVT機械結(jié)構(gòu)如上圖5所示，通過工作原理的介紹不難分析出其實現(xiàn)無級變速的過程。接下來重點介紹其液壓系統(tǒng)。
圖6一種CVT液壓控制系統(tǒng)
圖6是一種CVT液壓控制系統(tǒng)原理圖，從圖中可以看出其主動輪組和從動輪組由同一組液壓油泵、液壓控制閥進行主動盤位移的控制，而起步離合器以及發(fā)動機變速器主離合器的控制則通過另一套液壓控制閥來實現(xiàn)。圖7是CVT速比控制閥工作原理圖，從圖中可以看出液壓油流動路徑以及主動輪組主動盤移動過程。
圖7 CVT速比控制閥工作原理
本田汽車公司裝備于飛度轎車的CVT采用雙壓力回路電液控制系統(tǒng)。該無級變速器主要由行星排、主動帶輪、從動帶輪以及金屬傳動帶等部件組成，其機械結(jié)構(gòu)如圖8。飛度金屬傳動帶由兩組環(huán)形帶以及大量鋼制構(gòu)件組成，在傳動過程中鋼制構(gòu)件因承受載荷被擠壓在一起以產(chǎn)生推力傳遞動力。
由圖可知，發(fā)動機動力經(jīng)過飛輪、傳動盤、輸入軸傳遞到行星排太陽輪部分，另外行星架連接倒擋制動器，內(nèi)齒圈連接主動帶輪，前進擋離合器布置在太陽輪和內(nèi)齒圈之間。
車輛前進，前進擋離合器結(jié)合，驅(qū)動主動帶輪同向轉(zhuǎn)動;車輛后退，倒擋制動器制動，行星架被固定不動，因此齒圈與太陽輪反向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動主動帶輪反向轉(zhuǎn)動。最后，動力經(jīng)過從動帶輪，主減速器、差速器和半軸輸出驅(qū)動車輪前進。
圖8本田飛度CVT剖面圖
圖9是飛度CVT液壓系統(tǒng)控制原理圖，當自動變速器油泵被發(fā)動機驅(qū)動，油泵發(fā)出的液壓油先通過高壓調(diào)節(jié)閥(PH)，經(jīng)主動帶輪壓力控制閥(DRC)進入主動帶輪可動油缸，通過控制主動帶輪壓力控制閥(DRC)的占空比，由脈寬調(diào)制器來控制通過電磁閥的壓力油流量;由控制主動缸液壓油的流量改變主動缸的壓力，實現(xiàn)調(diào)節(jié)速比;或者經(jīng)過從動帶輪壓力控制閥進入從動帶輪可動油缸，實現(xiàn)改變從動缸夾緊力的控制。
圖9飛度CVT液壓系統(tǒng)控制原理
而圖中離合器減壓閥的作用，是將通過高壓調(diào)節(jié)閥(PH)的液壓油減壓后進入前進離合器以及倒檔離合器，或者經(jīng)過起步離合器壓力控制閥進入起步離合器實現(xiàn)起步、前進和倒檔。
對于不同工況下各檔位速比的調(diào)節(jié)過程如下：車載傳感器接收當前車輛行駛狀況，EPROM中的程序模仿人的大腦作出判斷發(fā)出換檔指令，當TCU接收到換擋指令后，各換擋控制閥控制相應(yīng)油路開閉完成主動盤移動的命令，實現(xiàn)換擋。
3. CVT速比的計算
圖10 CVT速比計算原理圖
因為：
由圖知：
則傳動帶長度可以通過如下公式計算：
又因為當角度較小時通常滿足如下關(guān)系：
根據(jù)上面的四個公式便可得出
通過上式便可得到傳動比：