【正文】 特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 喪牝日期：叼年3月膀日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電予版，允許論文被查閱和借閱。本人授權湖南大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于保密口，在年解密后適用本授權書。不保密口。(請在以上相應方框內打“√”) 作者簽名： 導師簽名： 日期： 日期： 月月陽角叩7碩士學位論文1．1前言第1章緒論隨著工業(yè)技術的進步，人類生活節(jié)奏的加快，活動空間的迅速增加，汽車已經深入到人類社會的各個方面，成為現(xiàn)代化文明社會不可缺少的東西。汽車工業(yè)歷經百余年取得了巨大的發(fā)展，究其原因，主要有兩點：首先是科學技術的不斷進步，給汽車工業(yè)的發(fā)展提供了必要的物質條件；其次是汽車工業(yè)本身為了不斷適應各個時期的社會背景(能源危機和環(huán)境污染等)，滿足人們對汽車使用性能的更高要求，在技術上不斷改革、創(chuàng)新。因此汽車的發(fā)展歷史，間接的記錄了科學技術的發(fā)展，社會背景的改變和人類不斷實現(xiàn)完美追求的歷史。汽車是人類文明發(fā)展的標志，它的發(fā)展必須符合人類社會的發(fā)展要求。節(jié)約能源，保護環(huán)境已經成為人類發(fā)展的主題。而全球數(shù)以千萬計的汽車已經成為能源消耗和環(huán)境污染的一個主要的因素。迫于能源危機和環(huán)境污染的壓力， 世界許多國家或地區(qū)都制定了嚴格的法規(guī)，力圖降低汽車的排放和提高燃油經濟性。如歐洲早已提出了限制排放的歐III標準。我國政府也正式頒布了控制汽車排放的標準，自2001年9月1同起全面停止了化油器汽車的銷售，2002年出廠車輛排放須達歐I標準，2003年車輛排放須達歐II標準。這些來自國家政府機構以及社會各個方面的壓力，迫使汽車生產商采取措施以滿足這些法規(guī)的要求.。因此采取措施，應用新技術，降低汽車能源消耗和減少廢氣排放已成為汽車的發(fā)展方向之一。汽車傳動系設計性能的好壞直接關系到整車主要的性能指標， 所以，為了達到節(jié)能與降低排放的目的，研究與改進汽車傳動系統(tǒng)，大力發(fā)展和應用速比能夠連續(xù)變化且具有等功率供應特性的無級變速傳動系統(tǒng)(CVT)將不失為一種理想的選擇。無級變速技術采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合傳遞動力。由于CVT可以實現(xiàn)傳動比的連續(xù)改變，從而得到傳動系與發(fā)動機工況的最佳匹配， 提高整車的燃油經濟性和動力性，改善駕駛員的操縱方便性和乘員的乘坐舒適性， 所以它是理想的汽車傳動裝置。隨著科學技術的發(fā)展，過去困擾無級變速傳動系統(tǒng)推廣和應用的關鍵技術相繼得到解決，無級變速傳動系統(tǒng)最近得到了迅速發(fā)展。世界上很多汽車制造商都加大了對無級變速傳動系統(tǒng)的開發(fā)力度，相繼推出了自己的產品。由此可見，無級變速汽車是當今汽車發(fā)展的主要趨勢”‘.。無級變速器電液控制系統(tǒng)研究開發(fā)1．2金屬帶式無級變速器發(fā)展和現(xiàn)狀1．2．1無級變速器發(fā)展歷史簡述無級變速的發(fā)展已經有很長的歷史，早在1886年，德國的Daimlar Benz公司就已經將其應用在汽車上了，只是它是摩擦式無級變速器，是靠皮革或纖維制的圓盤和金屬圓盤的摩擦力來工作的，因而磨損十分嚴重，壽命很低，但其原理為后來所采用，這就是帶傳動式(Belt Drive)或鏈傳動式(chainDrive)cVT的前身。1935年，GM Buick發(fā)明了一種被稱為全圓環(huán)型(Full Toroidal)CVT，人們稱這種變速器為牽引傳動式(Traction Drive)CVT，它的變速原理如圖1．1所示“1。當可移動的圓環(huán)面沿軸向移動時，兩環(huán)面問的輥子沿曲面滑動，改變與傳動軸的夾角，實現(xiàn)速比的變化。由于在技術上要開發(fā)能夠承受這樣大滾壓力的軸承及能C2’磐薅扶荔(b)升這技杰圖I．1 ToroidaI OVT的工作原理夠承受這樣大面壓的材料和特殊液體，包括通用在內的許多公司最終放棄了這種CVT的開發(fā)。但在這同時，帶傳動式CVT也取得了很大的發(fā)展，包括金屬鏈式CVT如圖1．2和金屬帶式CVT如圖1．3。V型橡膠帶式CVT最早出現(xiàn)在德國Daimlar Benz公司的汽油機汽車上。1958年，荷蘭DAF公司H．Van Doorne博士成功開發(fā)出了雙v型橡膠帶CVT(Variomatic)，并裝備在DAF公司的小型轎車上面。由于橡膠帶的傳遞容量小、效率低、壽命短，H．Van Doorne博士于60年代圖1．2金屬鏈式CVT 2 圖1．3金屬帶式CVT末又成功研制出了傳遞容量大、效率高、結構緊湊的金屬帶式CVT，稱之為“Transmatic”。1972年，H，Van Doorne博士與DAF公司脫離，成立了自己的公司，即“Van Doorne’S Transmissie B．V”公司(簡稱VDT公司)，專門生產CVT， 所生產的CVT通稱為VDTCVT，從而開始了CVT的新時代。VDTCVT主要有P8ll、P82l、P88P901等四種類型，其中P811和P821是第一代產品，P884 和P901是第二代產品。P811是以濕式多片離合器作為起步裝置，采用機液控制系統(tǒng)，而P821是以電磁離合器作為起步裝置，采用電液控制系統(tǒng)，兩者都是以外嚙合齒輪泵作為液壓源，并采用單回路液壓系統(tǒng)。第二代產品主要做了如下改迸：采用了新型金屬帶，以液力變矩器作為起步裝置，用雙級滾子葉片泵代替了齒輪泵，采用全電子控制系統(tǒng)，因而它們的性能指標超過了液力機械自動變速器(AT)㈨。CVT首次裝車并投放市場是1987年。當時，日本富士重工公司(FHI：Fuji Heavy Industries Lid．)從VDT公司購買了金屬帶，并得到了VDT公司的技術指導，生產了面向1．OL轎車的CVT(與P821相當)，并裝在Subaru Justy轎車上(排量1．0升，1984年上市)。該CVT的夾緊力和換擋控制仍然是采用VDT全液壓控制，不同之處是采用了電磁離合器作為起步裝置，從而起步離合器實現(xiàn)了電子控制，因而稱之為ECVT。日本本田汽車公司(Honda)也是世界上較早開發(fā)生產CVT的著名公司之一。1995年9月，Honda公司開發(fā)了新一代金屬帶式CVT即Honda Multi Matic，它實現(xiàn)了離合器、換擋和夾緊力的全電子控制“1。所不同的是將起步離合器裝在了從動軸上，這不僅能夠在急剎車時使金屬帶回到最低檔， 而且還可最大效地保護金屬帶，如圖1．4所示。該變速器裝在了帶有1．6升發(fā)動機96款的Honda Civic系列轎車上，并取得了成功。與此同時，歐美的通用(GM)、福特(Ford)、菲亞特(Fiat)、大眾(VW)、圖1．4裝在Honda Ci ViC轎車上的MuItiMati C CVT無級變速器電液控制系統(tǒng)研，Z開發(fā)奧迪及ZF等公司也在致力于CVT的開發(fā)。繼Subaru后，歐洲的Ford和Fiat也將VDTCVT(P811型1裝備于排量1．1～1．6L轎車上，并投入市場。早在七十年代， ZF公司就潛心從事CVT的開發(fā)。最早開發(fā)的用于轎車的CVT產品是KWGl5， 它的轉矩容量為130Nm；稍后又開發(fā)了幾種不同的樣機，如用于發(fā)動機前置前驅(FF)轎車的ZFCFTl3等系列CVT，以及用于發(fā)動機前置后驅(FR)轎車的ZFCRT20 和用于發(fā)動機縱向前置前驅的ZFCTT25。1994年4月，ZF又開發(fā)了更大容量的CFT25 CVT，它的最大傳遞轉矩可達270Nm。1999年德國奧迪公司聯(lián)合LUK公司和Temie公司，開發(fā)完成了FF縱置式CVTMultitronie，成功地裝在輸出轉矩310Nm、排量2．8L的奧迪A6／A4和保時捷跑車上，并于2002年11月投放到中國市場。該變速器以金屬鏈取代金屬帶，融合了當今CVT的最新技術，與現(xiàn)有金屬帶式CVT相比，除結構做了重大改進外，電液控制系統(tǒng)和控制策略也有了很大改變，如圖1．5所示”1。近年來，混和動力汽車在日本取得了很大的發(fā)展。而由于無級變速技術允許發(fā)動機處于某一恒定理想工作點，這樣在動力的轉換和儲備中可以最大限度地降低動力損耗、減少排放和提高效率。據有關試驗研究，采用CVT的混和動力汽車的燃油經濟性可以提高30％，排放可以降低50％左右。圖1．5奧迪MuItitronic鏈式0VT 在我國，CVT的研究工作起步較晚，且主要集中在大專院校，尚處在研究開發(fā)階段，并多以理論研究為主。其中東北大學在金屬帶的設計研究方面卓有成效。吉林大學汽車系的CVT課題組對無級變速器進行了深入的研究與實驗，取得了很大成效。課題組基于引進樣品P81l無級變速器，設計了集成液壓控制模塊、電子控制裝置及發(fā)動機與無級自動變速器動態(tài)匹配的工程化軟件，成功地把原P81l 機械無級自動變速器改造成電子控制的無級自動變速器。結合Jetta轎車，對其連接裝置進行了改進設計，最后裝備了無級自動變速器的試驗車Jetta轎車一輛。臺架與路面試驗進一步證實，所設計的電子控制系統(tǒng)、液壓模塊及工程化軟件完全滿足汽車的各項使用性能要求”1。雖然通過各方努力，國內無級變速器水平不斷4碩士學位論文提高，但產業(yè)化還需要一定時間。1．2．2無級變速器的發(fā)展前景隨著電子技術、材料及加工技術的發(fā)展，CvT正朝著以下幾個方面發(fā)展： (1)向3升以上排量的汽車上發(fā)展，以實現(xiàn)更廣泛的應用； (2)更加優(yōu)越的控制及快捷的反應； (3)更低廉的價格。由于采用CVT可以達到傳動系與發(fā)動機工況的最好匹配，提高整車的燃油經濟型和動力性，并可以提高操縱方便性和舒適性，有效地降低了排放污染，且綜合性能優(yōu)于AT、AMT系統(tǒng)。一些主要的汽車廠開始從液力機械自動變速器過渡到CVT系統(tǒng)，或者直接發(fā)展CVT系統(tǒng)，或兩者兼有之。近幾年來，隨著高科技的發(fā)展及市場需要，CVT的機一液式控制系統(tǒng)己逐步被電一液式控制系統(tǒng)所取代，從而實現(xiàn)無級變速傳動裝置與發(fā)動機的靈活匹配， 以滿足多種控制模式的要求。對各種工況的控制策略也正在作更加深入的研究， 以使CVT的優(yōu)越性更大限度的發(fā)揮出來。目前，CVT的電子控制又進一步向智能化方向發(fā)展，如對濕式離合器的結合采用模糊控制柬改善汽車的起動性能等。同時無級變速器的結構也越來越小巧和緊湊，加上對前輪驅動的無級變速器進行結構上的修改，使其可用于后輪驅動的汽車上，進一步增強了CVT的應用范圍”1。1．3無級變速器的優(yōu)點及尚待解決的問題13．1無級變速器的優(yōu)點金屬帶式無級變速器的速比是在設計范圍內連續(xù)變化的，從而使駕駛員在駕駛汽車時避免了有級式變速器換檔沖擊的困擾。在理論上，由于在換檔過程中不會引起發(fā)動機速度波動，并且發(fā)動機始終工作在理想的工作區(qū)域，因此，無級變速傳動能夠延長發(fā)動機的使用壽命，改善汽車的燃油經濟性和動力性。無級變速傳動的優(yōu)點可歸納為： (1)整車具有更好的駕駛性駕駛員無需考慮換檔，消除了人為換檔技術的影響，使汽車駕駛平順、舒適。同時簡化了汽車行駛過程中的操作，減輕駕駛員的勞動強度，提高行車的安全性。使汽車易于駕駛，有利于汽車的普遍使用。(2)提高燃油經濟性和動力性首先看下面兩個表，表1．1所示為一個典型的5檔自動變速器AT在各個檔位時的傳動效率，表1．2為幾種不同的無級變速器傳動效率的變化范圍。AT的平均效率為86％，與MT的97％的傳動效率相去甚遠。在幾種無級變速器中，金屬帶式無級變速器效率最高，平均效率達到了90％以上，略低于MT，但是由于采用無級變速器的汽車能夠控制發(fā)動機始終在最經濟工作區(qū)工作，因此燃油經濟性方面有了很大的提高。1，比同類型的AT汽車可提高10～15％。表1．1不同檔位^T的傳動效率表1．2不同類型OVT的傳動效率檔位傳動效率1 60～85％ 2 60～90％ 3 85～95％ 4 90～95％ 5 85～94％ CVT類型傳動效率Rubber Belts 85～95％ Steel Belts 90～97％ Toroidal Traction 70～94％ Nutating Traction 75～96％ Variable Geometry 85～93％ 在動力性方面，CVT汽車加速性能(0100 Km／h)比AT汽車的加速性能最少提高7．5～11．5％，速度較高時加速性優(yōu)于MT汽車。幾年前，zF公司進行了對比試驗，結果表明：在美國環(huán)境保護局城市和公路循環(huán)工況下，裝備CVT的汽車比4 檔AT汽車燃油經濟性提高10％；O～60 mph加速試驗中，裝備CVT的汽車比AT 汽車少用1秒多。HONDA公司Civic型汽車的對比試驗也驗證了以上結論：裝備傳統(tǒng)AT的Civic平均燃油消耗率為28／35mpg(城市／公路循環(huán)工況)，同一型號的汽車在裝CVT后為34／38mpg(城市／公路循環(huán)工況)。表1．3為Chrysler Voyager 裝備不同的變速器時的經濟性、動力性試驗數(shù)據比較。表1．3 Chrysler Voyager裝用不同變速器經濟性、動力性試驗改善工況4AT P884型CVT (％) 市區(qū)15．8(L／100 Km) 13．1(L／100 Km) 17 郊區(qū)公路12．7(L／100 Km) 11．1(L／100 Km) 13 經濟性90(Km／h)等速9．9(L／100 Km) 9．3(L／100 Km) 6 120(Km／h)等速13．0(L／100 Km) 13．5(L／100 Km) —4 0—30(Km／h) 2．5 S 2．5 S 0 動力