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故为了实现汽车的前进与倒退行驶
作者:365app    发布日期:2021-01-29 03:17


  目前,国内CVT无级变速器的装车量与日俱增,自主品牌的CVT正在兴起。双状态CVT传动是轿车发展的一项先进技术。本文主要对其本结构系统进行了理论分析,给出了总体构成示意图,然后按功能将其分为四大部分,分别进行了结构和工作原理分析,为后续工作奠定了基础。

  金属带式CVT无级变速器作为理想的汽车变速传动装置,具有广阔的发展前景和市场空间,其优良的变速性能,容易实现的控制特征得到越来越多人的认可。通过合理的算法控制,可以使汽车能恰如其分地配合驾驶员的操作,将CVT优良的传动性能发挥得淋漓至尽。本文以双状态无级变速器传动系统为研究对象,详细分析了其基本结构,为深入研究CVT打好了坚实基础。

  本文研究的是双状态CVT电液控制系统。双状态CVT主要由液力变矩器、前进/倒退切换机构、金属带式变速机构及齿轮传动机构等组成(如图1所示)。

  金属带式CVT变速机构可使CVT在低速和高速之间进行无级变换。它由主动带轮、V型金属带和被动带轮组成(如图2所示)。其中,每个带轮都由两个带有直线锥面体的半轮而组成一体,其中一个半轮是固定的,另一个半轮通过液压伺服油缸控制,依靠钢球-滑道结构作轴向移动;金属带由大约400个金属片和两组金属环组成。每个金属片厚度大约1.8mm,在两侧工作轮挤压力的作用下传递动力。每组金属环由9~12层厚度为0.14mm的柔性环带叠合而成,在动力传递工程中,主要用来把金属片约束在一起,并正确地引导金属片运动。

  变速机构的变速原理是:控制系统根据发动机节气门开度和车速控制主、从动带轮沿轴向移动(如图3所示)。两个带轮轴间的距离是固定的,传动带的周长是固定不变的,所以,在力的作用下,当主动带轮的可动部分向内移动,而从动带轮的可动部分沿轴向向外移动时,速比(从动带轮的工作半径与主动带轮的工作半径之比)将减小,反之速比则增大。在速比变化工程中,由于带轮工作半径是连续的,因此速比也是连续的。

  目前用作CVT起步装置的主要有电磁离合器、湿式多片离合器和液力变矩器等。而液力变矩器具有自动适应性,可自动增矩变速、减振隔振以及无机械磨损等优点,迄今为止仍被公认为是汽车最佳的起步装置,因此在第二代CVT传动中广泛采用。用液力变矩器作起步装置,可明显改善CVT车辆的起步性能、低速行驶性能和加速性能,保证在任何道路条件下起步平顺,发动机不熄火,上坡起步不溜坡,可按驾驶员的意图随意控制起步速度。同时由于液力变矩器的增矩变速作用,扩大了传动系统总传动比变化范围,减低了CVT自身的速比变化范围,使得通过对CVT的速比控制保证发动机按最佳经济性工作线运行更加可行,提高了燃料经济性,起步装置的控制也变得简单。

  本系统的液力变矩器采用带锁止离合器的三元件液力变矩器,其三元件包括泵轮、涡轮和导轮(如图4所示)。变矩器内充满油液,发动机带动变矩器泵轮旋转,旋转的泵轮带动工作液随之旋转,旋转的工作液同时受到离心力作用,流向泵轮外缘,经固定不动的导轮(给涡轮一个反作用力矩,使涡轮输出的转矩不同于泵轮输出的转矩,即实现“变矩”),冲向涡轮,并由涡轮内缘通过导轮流回泵轮。如此循环,工作液即推动涡轮旋转,将动力传动给涡轮。

  由于液力变矩器存在传动效率偏低的问题,为了提高其传动效率,在车辆起步及低速行驶工况时,液力变矩器工作在液力传动工况。当车速提高到一定值后,在锁止离合器作用下变矩器泵轮与涡轮锁止,成为直接机械传动,其效率接近100%。

  由于发动机不能反转,CVT的金属钢带只能同方向传递动力,也不具备换向功能。故为了实现汽车的前进与倒退行驶,需要一个前进/倒退切换机构(如图5所示)。本系统采用双行星齿轮系,它由太阳轮、内行星齿轮、外行星齿轮、齿圈、前进离合器、倒挡制动器和活塞缸等部分构成。双行星齿轮系具有结构紧凑、传递功率及扭矩大、承载能力高、传动平稳可靠以及抗冲击和振动能力强等特点。在CVT系统中,行星架与输入轴合件始终通过牙形齿固联在一起,太阳轮通过花键与CVT主动轴相联,这样,双行星齿轮系便能够方便地将发动机转速在正转和反转之间切换,很好地实现汽车的前进与倒退。

  当汽车要运行于前进工况时,活塞缸2进入适当压力的液压油,推动液压缸活塞向左运动,使前进离合器进入接合状态(倒挡制动器分离)。此时,太阳轮、行星架和输入轴合件固联为一体,无相对转动,从而达到动力从换向机构的输入轴到CVT主动轴的1:1的传动的目的。

  当汽车要运行于后退工况时,活塞缸1进入适当压力的液压油,推动液压缸活塞向右运动,使倒挡制动器进入接合状态(前进离合器分离)。此时,齿圈被制动。根据双行星齿轮系特性方程知,传动比(行星架转速与太阳轮转速之比)为负值,即实现了太阳轮(CVT输入轴)的逆转。

  当汽车要运行于空挡工况时,活塞缸1和2都不进液压油,前进离合器和倒挡制动器均处于分离状态。此时,齿圈和行星轮空转动,太阳轮不转动,与太阳轮相联的CVT主动轴亦不转动,故发动机的扭矩传递被切断。

  齿轮传动机构由减速齿轮、中间惰轮、主减速齿轮及差速齿轮机构等组成(如图1所示)。该齿轮传动机构为二级减速:第一级减速是通过从动轴上的齿轮与中间惰轮的啮合传动,把从动轴输出的运动和动力传递到中间轴上;第二级减速是通过中间轴上的另外一个惰轮,将运动和动力传到主减速齿轮的主动轮。主减速器接受中间减速器传来的动力,经差速器差速把动力按汽车的行驶要求分配到左右驱动半轴。

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