【正文】 特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 喪牝日期：叼年3月膀日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電予版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。不保密口。(請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”) 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 日期： 月月陽角叩7碩士學(xué)位論文1．1前言第1章緒論隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，人類生活節(jié)奏的加快，活動空間的迅速增加，汽車已經(jīng)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(jīng)百余年取得了巨大的發(fā)展，究其原因，主要有兩點(diǎn)：首先是科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，給汽車工業(yè)的發(fā)展提供了必要的物質(zhì)條件；其次是汽車工業(yè)本身為了不斷適應(yīng)各個時期的社會背景(能源危機(jī)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(shù)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(xué)技術(shù)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(biāo)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(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類發(fā)展的主題。而全球數(shù)以千萬計的汽車已經(jīng)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(jī)和環(huán)境污染的壓力， 世界許多國家或地區(qū)都制定了嚴(yán)格的法規(guī)，力圖降低汽車的排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。如歐洲早已提出了限制排放的歐III標(biāo)準(zhǔn)。我國政府也正式頒布了控制汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)歐I標(biāo)準(zhǔn)，2003年車輛排放須達(dá)歐II標(biāo)準(zhǔn)。這些來自國家政府機(jī)構(gòu)以及社會各個方面的壓力，迫使汽車生產(chǎn)商采取措施以滿足這些法規(guī)的要求.。因此采取措施，應(yīng)用新技術(shù)，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(shè)計性能的好壞直接關(guān)系到整車主要的性能指標(biāo)， 所以，為了達(dá)到節(jié)能與降低排放的目的，研究與改進(jìn)汽車傳動系統(tǒng)，大力發(fā)展和應(yīng)用速比能夠連續(xù)變化且具有等功率供應(yīng)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(shù)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(jī)工況的最佳匹配， 提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，過去困擾無級變速傳動系統(tǒng)推廣和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)品。由此可見，無級變速汽車是當(dāng)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(jīng)有很長的歷史，早在1886年，德國的Daimlar Benz公司就已經(jīng)將其應(yīng)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(yán)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(dāng)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(shù)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(nèi)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?zhǔn)紺VT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(jī)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?zhǔn)紺VT 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(jié)構(gòu)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(chǎn)CVT， 所生產(chǎn)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(chǎn)品，P884 和P901是第二代產(chǎn)品。P811是以濕式多片離合器作為起步裝置，采用機(jī)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(chǎn)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(biāo)超過了液力機(jī)械自動變速器(AT)㈨。CVT首次裝車并投放市場是1987年。當(dāng)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(shù)指導(dǎo)，生產(chǎn)了面向1．OL轎車的CVT(與P821相當(dāng))，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(chǎn)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(hù)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(jī)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(chǎn)品是KWGl5， 它的轉(zhuǎn)矩容量為130Nm；稍后又開發(fā)了幾種不同的樣機(jī)，如用于發(fā)動機(jī)前置前驅(qū)(FF)轎車的ZFCFTl3等系列CVT，以及用于發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)(FR)轎車的ZFCRT20 和用于發(fā)動機(jī)縱向前置前驅(qū)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(zhuǎn)矩可達(dá)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(zhuǎn)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(dāng)今CVT的最新技術(shù)，與現(xiàn)有金屬帶式CVT相比，除結(jié)構(gòu)做了重大改進(jìn)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(shù)允許發(fā)動機(jī)處于某一恒定理想工作點(diǎn)，這樣在動力的轉(zhuǎn)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(jù)有關(guān)試驗研究，采用CVT的混和動力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性可以提高30％，排放可以降低50％左右。圖1．5奧迪MuItitronic鏈?zhǔn)?VT 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(xué)在金屬帶的設(shè)計研究方面卓有成效。吉林大學(xué)汽車系的CVT課題組對無級變速器進(jìn)行了深入的研究與實驗，取得了很大成效。課題組基于引進(jìn)樣品P81l無級變速器，設(shè)計了集成液壓控制模塊、電子控制裝置及發(fā)動機(jī)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(jī)械無級自動變速器改造成電子控制的無級自動變速器。結(jié)合Jetta轎車，對其連接裝置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)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(jìn)一步證實，所設(shè)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(nèi)無級變速器水平不斷4碩士學(xué)位論文提高，但產(chǎn)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(shù)、材料及加工技術(shù)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(yīng)用； (2)更加優(yōu)越的控制及快捷的反應(yīng)； (3)更低廉的價格。由于采用CVT可以達(dá)到傳動系與發(fā)動機(jī)工況的最好匹配，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)一步向智能化方向發(fā)展，如對濕式離合器的結(jié)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(jié)構(gòu)也越來越小巧和緊湊，加上對前輪驅(qū)動的無級變速器進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改，使其可用于后輪驅(qū)動的汽車上，進(jìn)一步增強(qiáng)了CVT的應(yīng)用范圍”1。1．3無級變速器的優(yōu)點(diǎn)及尚待解決的問題13．1無級變速器的優(yōu)點(diǎn)金屬帶式無級變速器的速比是在設(shè)計范圍內(nèi)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(jī)速度波動，并且發(fā)動機(jī)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(jī)的使用壽命，改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。無級變速傳動的優(yōu)點(diǎn)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(shù)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(qiáng)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(jīng)濟(jì)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(yuǎn)。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(dá)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(jī)始終在最經(jīng)濟(jì)工作區(qū)工作，因此燃油經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了對比試驗，結(jié)果表明：在美國環(huán)境保護(hù)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(jīng)濟(jì)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(jié)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(jīng)濟(jì)性、動力性試驗數(shù)據(jù)比較。表1．3 Chrysler Voyager裝用不同變速器經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)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