解讀CVT無極變速器資料

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解讀CVT無級(jí)變速器文來源：汽車之家CVTCVT（ContinuouslyVariableTransmission），連續(xù)可變變速器，或稱無級(jí)變速器。我們對(duì)其應(yīng)當(dāng)不生疏，目前很多車型都裝備了CVT變速器，平順的駕駛使其備受好評(píng)。但物有兩面，毫無激情的駕駛感覺和品質(zhì)的質(zhì)疑，也讓CVT備受指責(zé)。今日的文章里面，我們就來了解一下CVT的結(jié)構(gòu)，并分析它的優(yōu)缺點(diǎn)。CVT并不是什么先進(jìn)的設(shè)計(jì)。相傳最早是由大畫家達(dá)?芬奇獨(dú)創(chuàng)的。這種變速機(jī)構(gòu)在紡織機(jī)、機(jī)床等工業(yè)機(jī)械上普遍運(yùn)用，有很多種形式的設(shè)計(jì)。而且錐輪和皮帶組合的CVT形式，從幾十年前直至現(xiàn)在，始終出現(xiàn)在輕型摩托車上，并成了現(xiàn)代車用CVT變速器的主流形式。不過用在汽車上的CVT要求零件穩(wěn)定耐用，可以擔(dān)當(dāng)更大扭矩，廉價(jià)的摩托車配件確定不行。于是諸如博世、采埃孚等汽車零件供應(yīng)商，以及各汽車廠商自身，都在努力研發(fā)用于汽車的CVT變速器。在確定錐輪和皮帶是目前最好的CVT形式之后，亟待解決的便是橡膠皮帶耐用性差，傳動(dòng)效率不高等問題，于是金屬鏈帶誕生了。（博世公司對(duì)CVT的研發(fā)特別深刻，很多CVT方案都是博世設(shè)計(jì)的，不過博世公司并不批量出售變速器整體，只賣技術(shù)以及核心部件：金屬鏈帶，世界上大部分CVT變速器的鏈帶都是博世供應(yīng)的。）結(jié)構(gòu)分析雖然CVT的錐輪和鏈帶的形式與MT、AMT、DCT的齒輪組，以及AT的行星齒輪組大相徑庭，但變速的原理是一樣的。MT、DCT每個(gè)擋位都有一對(duì)相應(yīng)的齒輪作用，其中低擋位為小直徑的主動(dòng)輪帶動(dòng)大直徑從動(dòng)輪，隨擋位提升，主動(dòng)輪變大，從動(dòng)輪變小（AT雖然沒有這種直觀的變更，但齒輪作用原理一樣如此），而CVT以兩對(duì)錐輪組代替MT、DCT上困難的齒輪組，依據(jù)扭矩和輸出功率的變更，錐輪組也在依據(jù)預(yù)定的模式在電腦及其液壓油缸的限制下相對(duì)變更：負(fù)荷大，須要大減速比時(shí)，主動(dòng)錐輪組向兩邊分開，形成較小的工作圓，從動(dòng)輪向中間擠壓，工作圓較大；而負(fù)荷變小時(shí)，則反之。并以其中的鏈帶作為動(dòng)力傳遞。這樣的運(yùn)動(dòng)形式，和其他變速器的變速原理完全一樣，殊途同歸而已。而依據(jù)動(dòng)力需求制造出隨意齒比的“擋位”，在速比變更時(shí)，沒有了換擋的沖擊，這便是無級(jí)變速的原理和意義。一個(gè)常規(guī)CVT變速箱的結(jié)構(gòu)稍顯困難，但實(shí)際零部件數(shù)量，以及工藝水平并不比AT更高端?，F(xiàn)代車用鋼帶式CVT其結(jié)構(gòu)是這樣的：一個(gè)與AT結(jié)構(gòu)一樣的液力變矩器、用以調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)方向的單排行星齒輪（AT上則是多個(gè)多排行星齒輪組）及其離合器、以及“靈魂部件”CVT錐輪組和金屬鏈帶。這種設(shè)計(jì)讓CVT變速器在個(gè)體上可以更緊湊一些。目前車用CVT的變速元件基本上都是錐輪和鋼帶的形式，但前端部件則因不同廠商的設(shè)計(jì)理念，有著不同形式。例如大多數(shù)CVT匹配的動(dòng)力緩沖部件都以帶鎖止離合器的液力變矩器為主，但奧迪的multitronic

CVT則運(yùn)用多片離合器代替變矩器。緣由有二：1、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩足夠大，無需變矩器增矩，而且CVT不太留意扭矩的作用；2、多片離合器在效率上要高于液力變矩器。日產(chǎn)的最新的xtronic也有非同尋常一面，其行星齒輪增加一組離合器之后，可以實(shí)現(xiàn)2前進(jìn)擋+1后退擋的工作形式，這樣的話可以提高速比范圍，讓錐輪和鋼帶在略微小一些的范圍內(nèi)，更高效的工作，而這樣看來整個(gè)變速箱就相當(dāng)于AT和CVT的組合。動(dòng)態(tài)分析在這種區(qū)分下，變速器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力需求也有了些許變更。通常有擋位的變速器，對(duì)扭矩這一數(shù)據(jù)的需求較多，在加速過程中，因?yàn)閾跷坏淖兏l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也在波動(dòng)，并一次次向高轉(zhuǎn)速的高功率區(qū)域沖刺，而扭矩的作用，就是讓發(fā)動(dòng)機(jī)更有力地從低功率沖向高功率，扭矩越大（尤其是低速扭矩），這一過程越短，我們強(qiáng)調(diào)扭矩對(duì)加速的影響是針對(duì)有擋位的變速器而言，并且擋位越少，這一效應(yīng)越明顯。而CVT在加速的過程中對(duì)扭矩的要求則不是那么明顯，駕駛者完全可以通過限制油門踏板的位置，讓發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速（或最大功率轉(zhuǎn)速），此時(shí)扭矩和功率的輸出基本恒定，變更的只是錐輪組的變速比，以及車速。由于不須要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，我們就可以精確的限制發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)工況、既定加速工況、最大輸出功率工況下工作，發(fā)動(dòng)機(jī)也就會(huì)志向狀態(tài)下一心一意地工作。這種模式是有擋位變速箱無論如何也無法做到的，就算檔位再多，也只能漸漸接近這種工況。所以，CVT從理論上講是傳遞動(dòng)力的最好方式，前提是CVT能夠消退其致命弱點(diǎn)：“打滑”。“打滑”是CVT無法回避的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象又歸罪于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其他形式的變速器在動(dòng)力傳遞上，是以離合器和齒輪連接，雖然離合器之間是以摩擦力結(jié)合，但結(jié)合之堅(jiān)固，可以將其視為剛性連接，就算是液力變矩器會(huì)有相對(duì)轉(zhuǎn)速差，但其間仍有離合器可以相連，況且就算是因轉(zhuǎn)速差而引起的“滑動(dòng)”，這種“滑動(dòng)”也可以產(chǎn)生“增矩”的作用，而非失速。而CVT變速器中，變速機(jī)構(gòu)——錐輪和鏈帶的鏈接的接觸面積比較小，又是時(shí)刻變更的，與剛性連接相差甚遠(yuǎn)。雖然可以通過錐輪壓緊來提升張力，增加摩擦力，但這仍舊無法治本?！轰搸鬟f效率更高，不易打滑，但不能過度彎曲，不太適應(yīng)半徑大幅度變更』當(dāng)然，這一現(xiàn)狀可以通過一系列技術(shù)來改善，例如博世的新式鏈帶以“推動(dòng)”的方式替代了傳統(tǒng)鏈帶“拉動(dòng)”的動(dòng)力傳遞效果，日產(chǎn)的兩級(jí)變速結(jié)構(gòu)使錐輪和鋼帶能在較為穩(wěn)定和高效的范圍工作，匹配了CVT的新騏達(dá)1.6T在加速方面也超過了競爭對(duì)手，甚至開發(fā)了可以適配3.5L發(fā)動(dòng)機(jī)的CVT。所以隨著研發(fā)的進(jìn)程，CVT天生的缺陷在漸漸改觀。效率分析針對(duì)前文對(duì)CVT的特點(diǎn)分析得出，CVT的動(dòng)力傳遞會(huì)因“打滑”而降低效率，單從今處而言，CVT在油耗方面不會(huì)有什么好作為。但從發(fā)動(dòng)機(jī)角度來看，因?yàn)镃VT連續(xù)變速的特點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于一種“舒適”的狀態(tài)工作，這樣看來，CVT還算是一個(gè)很志向的機(jī)械。綜合起來就是，CVT的傳動(dòng)效率較低，但可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下連續(xù)工作，達(dá)到節(jié)油的目的，前提是你不要過分要求它的性能，也就是說，盡量避開激烈駕駛和高速行駛。綜合分析在本世紀(jì)初期，CVT還是個(gè)希奇物的時(shí)候，這玩意的確不便宜，但在目前階段，很多技術(shù)問題都漸漸解決，產(chǎn)能相對(duì)擴(kuò)大，成本也大幅降低，一些用于小排量車型的CVT變速器的造價(jià)甚至低于人民幣5000元，這樣的價(jià)格足以對(duì)抗技術(shù)落后但成熟的4AT，所以很多國產(chǎn)車型都將CVT裝車，并將其作為賣點(diǎn)，終歸舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性要高出4AT一截