【文章內(nèi)容簡介】 性0—100(Km／h) 13．2 S 12．2 S 7．5 最大加速度4．8 m／s2 4．8 m／S2 O (3)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高產(chǎn)品成本與可靠性依賴于產(chǎn)品的技術(shù)含量、材料，制造工藝等因素。金屬帶式無級變速器結(jié)構(gòu)簡單，主要由金屬帶一工作帶輪組和控制系統(tǒng)構(gòu)成，傳動零件數(shù)(約300個)遠少于自動變速器(約500個)，因此變速器的重量輕，體積小。6碩上學(xué)位論文核心部件金屬帶由荷蘭VDT公司生產(chǎn)，以前價格比較昂貴(在1995年約占CVT 成本的30％)。為了提高產(chǎn)品的競爭能力，VDT公司近幾年在金屬帶零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料和加工工藝上都進行了合理改進，產(chǎn)品價格已經(jīng)大幅度降低“““3。簡而言之，由于金屬帶式無級變速器的結(jié)構(gòu)簡單，關(guān)鍵零部件采用高強度優(yōu)質(zhì)材料、精密制造技術(shù)與無限壽命設(shè)計方法進行產(chǎn)品設(shè)計和制造。因此該系統(tǒng)質(zhì)量高，使用可靠，與汽車具有相同的壽命。(4)改善汽車尾氣排放汽車行駛時所排出的有害物質(zhì)含量與發(fā)動機工作狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)發(fā)動機在非穩(wěn)態(tài)工況時，它所排出廢氣中的有害物質(zhì)含量高。而有級式機械傳動，速比變化量由人工操作完成，導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍較大，使發(fā)動機處于非穩(wěn)態(tài)工況。所以，汽車排放中廢氣有害物含量高，污染環(huán)境嚴重。對于CVT變速器，可控制發(fā)動機經(jīng)常處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)，也就是在較小污染排放的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作， 從而降低了排氣污染。據(jù)資料介紹，在裝備有CVT汽車與5檔手動變速箱的汽車道路上作對比試驗時，裝有CVT車的燃油消耗少11．5％，碳氫化合物的排量少33％， CO的排放量少20％““。1．3．2尚待解決的問題盡管CVT有著諸多優(yōu)點，但還有很多值得研究的問題，致使CVT的潛能還沒有充分發(fā)揮出來，限制了它的應(yīng)用。主要是： (1)CVT變速傳動機理問題。國內(nèi)外的學(xué)者在這方面做的研究成果大都是在穩(wěn)態(tài)情況下取得的，而會屬帶絕大多數(shù)情況是工作在瞬態(tài)情況下。這主要包括瞬態(tài)情況下主從動帶輪的受力情況、傳動帶的滑轉(zhuǎn)和傳遞容量及傳遞效率、速比變化率的影響因素等，因為這些問題對改進帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)、延長帶的使用壽命及開發(fā)性能優(yōu)良的變速控制系統(tǒng)都是至關(guān)重要的““。(2)CVT電控液壓系統(tǒng)的研究。在無級變速液壓系統(tǒng)中，作為執(zhí)行機構(gòu)的液壓缸和液壓閥以及作為其動力源的液壓泵的特性對系統(tǒng)的性能及控制品質(zhì)有著重要的影響。因此，這些液壓元件的優(yōu)化設(shè)計以及液壓系統(tǒng)的集成對取得較高的效率、較輕的質(zhì)量及較好的可控性是非常必要的。(3)CVT動力傳動系統(tǒng)的綜合控制策略““。其中，離合器控制和變速控制是CVT控制系統(tǒng)的核心問題。隨著計算機技術(shù)、傳感技術(shù)及電測技術(shù)的發(fā)展，以前看似無法實現(xiàn)的控制策略和控制方法必將重新發(fā)揮其自身的優(yōu)越性，會越來越受到重視。無級變速器電液控制系統(tǒng)研究開發(fā)1．4論文主要研究內(nèi)容及研究意義1．4．1本文主要研究內(nèi)容(1)在參閱了國內(nèi)外大量文獻的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地介紹了金屬帶式無級變速器的發(fā)展歷史、當(dāng)前的技術(shù)狀況以及發(fā)展前景，對金屬帶式無級變速器與其它類型的變速器的優(yōu)、缺點進行了比較。(2)分析了金屬帶式CVT的基本結(jié)構(gòu)和變速原理，詳細闡述了其關(guān)鍵零部件?？刂茊栴}是金屬帶式CVT的主要研究問題，它包括三個方面：夾緊力控制、速比控制和起步離合器的控制。只有這三方面的控制都達到最佳狀態(tài)，才能充分發(fā)揮汽車的各項性能指標(biāo)。(3)針對日益廣泛應(yīng)用的比例控制技術(shù)提出了改進的電液控制系統(tǒng)，從而將數(shù)字比例控制技術(shù)應(yīng)用到CVT中。并且介紹了高速開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)和工作原理。(4)自主研制了步進式數(shù)字式調(diào)壓閥，建立了數(shù)學(xué)調(diào)壓閥的數(shù)學(xué)模型并進行了仿真分析，得到了各種參數(shù)對系統(tǒng)壓力的的影響規(guī)律。(5)對數(shù)字調(diào)壓閥進行了特性試驗，并將數(shù)字調(diào)壓閥應(yīng)用到CVT電液控制系統(tǒng)中，在現(xiàn)有的試驗條件下進行了臺架試驗，試驗結(jié)果表明，該電液控制系統(tǒng)效果良好，具有一定的可行性，但由于試驗條件的限制，未能進行實車試驗。1．4．2課題的意義無級變速傳動技術(shù)在汽車變速傳動裝置發(fā)展史上具有變革意義，無級變速傳動技術(shù)作為21世紀(jì)汽車的主要研究方向之一，在當(dāng)前倍受各國汽車制造廠商的重視。特別是從1997年荷蘭VDT公司和BOSCH公司合并后，CVT傳動技術(shù)正在以更快的速度在歐洲并向世界各國迅速擴展，引起越來越多的汽車制造廠家的關(guān)注。早期的CVT采用液壓伺服控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、對油液污染敏感，使得CVT成本較高。電磁比例閥是模擬量控制，對工作環(huán)境要求極為嚴格， 而且國內(nèi)磁性材料還存在許多問題，因而液壓閥會產(chǎn)生嚴重的非線性特性，直接導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重復(fù)性差，因此很難提高控制精度，確保CVT變速器的傳動效率。隨著IT技術(shù)的高速發(fā)展，采用計算機直接控制變速器是必然趨勢。用數(shù)字閥替代電磁比例閥，不僅簡化了液壓模塊，還克服了液壓系統(tǒng)諸多非線性因素導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定波動的技術(shù)問題““。與比例電磁閥相比，數(shù)字閥的滯環(huán)和重復(fù)精度都有很大程度的提高，開環(huán)控制時也能滿足工程精度的要求。所以研究和開發(fā)能應(yīng)用于CVT電液控制的數(shù)字比例閥有重要的意義。8碩十學(xué)位論文第2章金屬帶式無級變速器工作機理2．1金屬帶式無級變速器結(jié)構(gòu)和傳動原理2．1．1金屬帶式無級變速器的結(jié)構(gòu)組成如圖2．1所示為典型的金屬帶CVT結(jié)構(gòu)組成，發(fā)動機動力由行星機構(gòu)、前進或倒檔離合器傳送到主動輪、金屬帶、從動輪，再由中間過輪或傳動軸輸出到主減速器、差速器、等速萬向節(jié)或半軸，最終到達驅(qū)動輪。一般無級變速傳動所形成的傳動比變化范圍是i=0．445～2．6。為滿足汽車使用的實際需要，在其后面還要配有中間齒輪傳動副，其速比范圍為i=1．3～1．4，與其相配的主傳動器速比范圍為i=3．85～4．35，最后得到無級變速器的總傳動比為i=2．227～15．834。為了提高汽車的起步性能和行使平順性，在CVT前面和發(fā)動機之間通常要加裝液力變矩器等。圖2．1 CVT結(jié)構(gòu)簡圖CVT由以下關(guān)鍵部件組成‘1 5】： (1)起步離合器目前，用作汽車起步離合器的有下列三種： ①濕式多片離合器(Multi—disc wet clutch)：現(xiàn)在人們在多片濕式離合器上采用電子控制技術(shù)來模擬液力變矩器已取得很大進展。鑒于其更高的效率和更低的價格，已漸漸被使用(如Honda Civic)，預(yù)期有較好的前景。②電磁離合器(E1ectromagnetic clutch)：反應(yīng)動作較快，壽命較長。③液力變矩器(Hydraulic torque converter)：液力變矩器與CVT系統(tǒng)的合理匹配， 可使汽車以足夠大的牽引力平順起步，提高駕駛舒適性。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，閉9無級變速器I乜液控制系統(tǒng)研究開發(fā)鎖離合器將泵輪與渦輪鎖住，成為整機傳動，提高了傳動效率。所以，在CVT 中常被采用，但成本較高。為了降低汽車傳動器的生產(chǎn)成本，研究人員一直致力于應(yīng)用電控技術(shù)，在電磁離合器或多片濕式離合器上實現(xiàn)液力變矩器的傳遞特性。(2)行星齒輪機構(gòu)無級變速器的行星齒輪機構(gòu)采用雙行星齒輪機構(gòu)，行星架上固定有內(nèi)、外行星齒輪和右支架，其中右支架是通過螺栓固定在行星架上，外行星齒輪和齒圈嚙合，內(nèi)行星齒輪和太陽輪嚙合，它們可以實現(xiàn)前進和倒檔。(3)無級變速機構(gòu)無級變速機構(gòu)由金屬傳動帶和主、被動工作輪組成。金屬傳動帶由兩百多個金屬片和兩組金屬環(huán)組成，每個金屬片的厚度為1．4mm，在兩側(cè)工作輪擠壓力作用下傳遞動力。每組金屬環(huán)由9或12片厚度為0．1 8mm的帶環(huán)疊合而成，金屬環(huán)的功用是提供預(yù)緊力，在動力傳遞過程中，支撐和弓I導(dǎo)金屬片的運動，有時承擔(dān)部分轉(zhuǎn)矩的傳遞。主、被動工作輪由可動和不動錐盤兩部分組成。金屬帶結(jié)構(gòu)和帶輪結(jié)構(gòu)如圖2．2和圖2．3所示。圖2．2金屬帶結(jié)構(gòu)匿2．3主動軸鋼球滑道結(jié)構(gòu)(4)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是用來實現(xiàn)無級變速器系統(tǒng)傳動比無級自動變化的。在無級變速器系統(tǒng)中，采用機一液控制系統(tǒng)或電一液控制系統(tǒng)。它主要由油泵(齒輪泵和滾子葉片泵)、液壓調(diào)節(jié)閥(速比和帶與輪間壓緊力的調(diào)節(jié))、傳感器(油門和發(fā)動機轉(zhuǎn)速)和主、從工作輪的液壓缸及管道組成，實現(xiàn)傳動無級變速的調(diào)節(jié)。速比控制、夾緊力控制和起步離合器的控制是無級變速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。(5)液壓泵為CVT傳動系提供控制、冷卻和潤滑的液壓油源。常用的液壓油泵有兩種形式，即齒輪泵和葉片泵。為了提高油泵的工作效率，近年來多采用葉片泵。齒10輪泵由于適用轉(zhuǎn)速范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，因而也有廣泛的使用。2．1．2無級變速器的傳動原理無級變速器的變速原理很簡單，但也很巧妙。傳動器的主、被動工作輪的固定和可動兩部分形成V形槽，與金屬傳送帶嚙合。當(dāng)主、被動工作輪可動部分作軸向移動時，改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而改變傳動比?？蓜虞喌妮S向移動是根據(jù)汽車的使用要求，通過液壓控制系統(tǒng)進行連續(xù)地調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級變速傳動。金屬帶式無級變速器的變速原理如圖2．4所示。變速部分由主動帶輪(初級輪)、V型金屬帶和被動帶輪(次級輪)所組成。每個帶輪都由帶有斜面的半個帶輪而組成一體，其中一個半輪是固定的，另一個半輪是可以通過液壓伺服油缸來控制其移動。半輪間的軸向相對位移可以通過控制機構(gòu)來改變；兩個帶輪軸間的距離是固定的，傳動帶的周長是固定不變的，所以形成傳動比為當(dāng)主動輪的半徑rl處于較小半徑時(半輪間的距離較寬)，被動輪的半徑r2處于較大半徑時(半輪間的距離較窄)，傳動系的傳動比較大，相當(dāng)于汽車低檔行使。反之，相當(dāng)于高檔行使。通過控制rl和r2的連續(xù)變化，實現(xiàn)了無級變速。即：通過控制主被動輪的可動部分的軸向移動，來改變傳動帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而得到連續(xù)的傳動比“’。主動帶輪圖2．4無級變速器的變速原理圖2．2無級變速器的控制技術(shù)CVT傳動器的主要任務(wù)是： (1)把發(fā)動機輸出功率可靠的傳遞到驅(qū)動輪，并盡可能減少功率損失。(2)根據(jù)汽車的運行條件，按駕駛員選定的工作模式自動改變傳動比使發(fā)動機維持在理想工作點。(3)根據(jù)駕駛員的要求在不同的使用條件下均能使汽車平穩(wěn)起步，并且能在必要時切斷動力的傳遞。由此決定了CVT控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括三個方面： ①夾緊力控制：為了提高傳動效率，必須合理控制金屬帶的夾緊力。始終把夾緊力控制在目標(biāo)值的小范圍內(nèi)，是CVT傳動系的第一個控制問題。②速比控制：在汽車的所有運行工況條件下，為滿足它的燃油經(jīng)濟性和動力性的要求，應(yīng)使傳動系的速比在汽車的阻力和發(fā)動機輸出功率之間，按駕駛員的意圖自動實現(xiàn)動態(tài)最佳匹配，把汽車經(jīng)濟性、動力性發(fā)揮到最佳狀態(tài)，這就是CVT 傳動系的第二個控制目標(biāo)。③起步離合器控制：起步離合器控制系統(tǒng)應(yīng)能按照駕駛員的意圖來控制離合器的接合方式。前進離合器和倒車離合器可采用脈寬調(diào)制電磁閥來控制其接合和分離。根據(jù)駕駛員的意圖，在不同使用條件下使汽車平穩(wěn)起步，并能充分發(fā)揮汽車起步時的動力性。只有這三個方面的控制都達到最佳狀態(tài)，才能充分發(fā)揮汽車的各項性能指標(biāo)。對汽車電子控制系統(tǒng)，普遍采用的多為PID調(diào)節(jié)器，控制算法都比較簡單?？梢娊鉀QCVT控制問題，首要的不是算法問題，而是相關(guān)系統(tǒng)的動力學(xué)模型問題。由于CVT傳動是一個復(fù)雜而多變的過程，根本找不到一種解析方法可精確描述CVT 的整個工作過程，故現(xiàn)有的CVT變速器產(chǎn)品，都是基于各大公司的產(chǎn)品特點和相應(yīng)的技術(shù)優(yōu)勢，通過大量的試驗研究，來確定夾緊力、速比及起步離合器的控制規(guī)律““。2．2．1目標(biāo)夾緊力控制為了提高傳動效率，必須合理控制對金屬帶的夾緊力。如果夾緊力過小，則金屬帶在輪上滑轉(zhuǎn)，這不僅降低傳動效率，還加快金屬帶與輪的磨損，縮短帶與輪的使用壽命。而夾緊力過大，因為除帶的節(jié)圓層外，帶與輪之間必然存在滑動， 故夾緊力過大也將增加不必要的摩擦損失，同樣也會降低傳動系的效率。同時， 還會導(dǎo)致金屬帶的張力過大，縮短帶的使用壽命。根據(jù)汽車的運行條件，始終把夾緊力控制在目標(biāo)值的最小范圍內(nèi)是CVT傳動系的另一個控制問題““。由于金屬帶的長度為一定值，夾緊力控制和速比控制是相互耦合的，即夾緊力變化必然要引起速比的變化。當(dāng)在從動缸施加的夾緊力為QDⅣ，則在楔面的楔力作用下，使帶向外移動，于是在帶內(nèi)產(chǎn)生張緊力。在主動輪上，被張緊的金屬帶產(chǎn)生向里運動的趨勢。為使金屬帶維持在穩(wěn)定的節(jié)圓位置上，必須在主動缸上作用一個推力，使它與從動缸的推力通過金屬帶在主動輪上產(chǎn)生的軸向負荷相平衡。其受力圖如圖2．5所示。由受力分析可得主動輪的推力為： ‰：筆竺掣業(yè)‰ (2．1) ‘Sill“p∥m COS“ 從動輪的夾緊力為： QDⅣ一S—O c．osa．TPoNn sintr 8刪(2．2) 2sina177。扯ⅫCOSa碩士學(xué)位論文式中： 甌～金屬帶張力； 盯一錐輪錐角； ‰，‰一金屬帶在主、從動輪上的包角； ∥。，∥。一主、從動輪徑向摩擦系數(shù)。從動輪圖2．5主、從動缸推理平衡關(guān)系主、從動輪的符號相反，因為金屬帶長度一定。如會屬帶在主動輪上向外滑動，則它在從動輪上必向里滑動。由上面兩式得金屬帶無負載時，主、從動輪推力之比為： 紐：塑竺圭坐堂!王坐幽塑竺壘QaN 、Tj“ANRtana切na177?！皀味8DN 通過理論分析可以得出，當(dāng)被動輪的夾緊力給定以后， 轉(zhuǎn)矩為： ． (2．3) 金屬帶能傳遞的最大乙+：—2QON／z—oRRoR (2．4) 如果實際傳遞的轉(zhuǎn)矩瓦，它與可能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩L‘之比定義為轉(zhuǎn)矩比： ，一每億印一般地，只要金屬帶傳遞的轉(zhuǎn)矩比滿足，l，金屬帶就不會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)損失。但是過大的傳動余量，會使金屬帶過度張緊，結(jié)果不僅使金屬帶的壽命縮短，也會使CVT變速器的效率降低。精確控制金屬帶傳遞轉(zhuǎn)矩比r，并使，趨近于l， 這就是金屬帶夾緊力控制的基本思想，