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cvt发展的历史  

2009-06-30 10:08:15|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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金属带式无级变速器是荷兰VDT公司的工程师Vab Doorne 发明的,用金属带代替了胶带,大幅度提高了传动效率、可靠性、功率和寿命,经过40年左右的研究,开发已经成熟,并在汽车传动领域占有重要的地位。

早在1886年,德国的Daimlar Benz公司就已经将其应用在该公司生产的汽油机汽车上了,只是它是V型橡胶带式CVT。1958年,荷兰的DAF公司H.Van Doorne博士研制成功了名为Varionmatic的双V型橡胶带式CVT,并装备于DAF公司制造的Daffodil轿车上,销量超过100万辆。但是由于橡胶带式CVT功率有限(转矩局限于135Nm以下),离合器工作不稳定,液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大,因而没有被汽车行业普遍接受〔44〕。

然而提高传动带性能和CVT传递功率极限的研究一直在进行。H.Van Doorne博士于60年代末又成功研制出了传递容量大、效率高、结构紧凑的金属带式CVT,称之为“Transmatic”,1972年,H.Van Doorne博士与DAF公司脱离,成立了自己的公司,即“Van Doorne’s Transmissie B.V.公司(简称VDT公司),专门生产CVT,所生产的CVT通称为VDT-CVT,传动带用金属带代替了传统的橡胶带。以后后人又将液力变矩器集成到CVT系统中,主、从动轮的夹紧力实现电子化控制,将CVT中采用节能泵。新的技术进步克服了CVT系统原有的技术缺陷,导致了传递转矩容量更大、性能更优良的第二代CVT的面世。

金属带式CVT首次装车并投放市场是1987年。当时,富士重工(FHI: Fuji Heavy Industries Ltd.)从VDT公司购买了金属带,并得到了VDT公司的技术指导,生产了面向1.0L轿车的CVT,并装在Subaru Justy轿车上(排量1.0升,1984年上市)。该CVT的夹紧力和换挡控制仍然是采用VDT全液压控制,不同之处是采用了电磁离合器作为起步装置,从而起步离合器实现了电子控制,因而称之为ECVT,ECVT大约生产了100万台以上。

1992年,铃木公司(Suzuki Motor Corp.)首次开发出了湿式离合器、夹紧力和速比变化都采用电子控制的全电控CVT,并成功地装在了1.3L Suzuki Cultus轿车上,一般称之为SCVT。它主要由Borg Warner生产的推力型金属链和电液控制系统组成,通过控制电磁线圈来实现起步、夹紧和变化速比。

本田汽车(Honda)也是世界上较早开发生产CVT的著名公司之一。1995年9月,Honda公司开发了新一代金属带式CVT即Honda Multi Matic,它与SCVT一样,也实现了离合器、速比变化和夹紧力的全电子控制,所不同的是将起步离合器装在了从动轴上,这不仅能够在紧急制动时使金属带回到最低档,而且还可最有效地保护金属带。该变速器装在了带有1.6升稀燃发动机96款的 Honda Civic系列轿车上,并取得了成功。

ZF公司最早开发的用于轿车的CVT产品是KWG15,它的转矩容量为130Nm,采用PIV传动链作为变速装置,并靠电液控制系统实现不同工作模式。稍后,又分别采用Borg Warner传动链和VDT传动带作为变速装置开发了几种不同的样机,如用于发动机前置前驱(FF)轿车的ZFCFT13等系列CVT,以及用于发动机前置后驱(FR)轿车的ZFCRT20和用于发动机纵向前置前驱的ZFCTT25,其中ZFCFT20是为1.5~2.5L中排量轿车设计的,传递转矩最大可达210Nm。1994年4月,ZF又开发了更大容量的CFT25 CVT,它的最大传递转矩可达270Nm。

1999年上半年,美国的福特公司和德国ZF公司合作为福特公司的轿车和轻型载货车生产无级变速器。在巴达维亚和俄亥俄州新建的合资企业将从2001年生产为福特公司设计的、带有电子管理功能的CFT23型无级变速器。ZF公司设计的无级变速器是一种变矩器式变速器,使用为安装横向发动机前轮驱动汽车和后轮驱动汽车生产无级变速器系列。ZF公司称:与四档自动变速器相比,无级变速器系统能够将加速性能提高10%,燃油经济性将提高10%~15%。与锁止式变矩器相比,无级变速器系统在不漏油的前提下效率更高。福特公司正在设计一种与公司内所有轻型载货车相匹配的牵引驱动无级变速器,包括后轮驱动和全轮驱动载货车。牵引驱动使用沿特殊滑液的可移动滑件代替传动带和传动轮。滑动部分的相对位置决定传动比,由一层部件间非常薄的液油来传递动力。

1999年德国奥迪公司联合LUK公司和Temic公司,开发完成了FF纵置式CVT-Multitronic,成功地装在输出转矩310Nm、排量2.8L的奥迪A6/A4和保时捷跑车上,并于2002年11月投放到中国市场。该变速器以金属链取代金属带,融合了当今CVT的最新技术,与现有金属带式CVT相比,除结构做了重大改进外,电液控制系统和控制策略也有了很大改变,

德国博世的电子式无级变速器控制系统是基于用传感器和执行器单元控制基础上的电子/液力模块。博世公司已经将独立部件、执行器、传感器和变速器换档ECU组成一个单独的模块,变速器制造商只需增加一个集成控制单元〔50〕。

以前,人们把发动机和变速器分开来研究,变速器是以适应发动机和整车参数要求来设计的。CVT的出现使人们必须把发动机和CVT作为一个完整的动力总成来看待,用控制器把二者有机地联系起来(按发动机最佳工作区域,调节CVT的速比,甚至可以进一步调节供油量),实现最优工作状态。

对无级变速器的研究包括多个方面:传动机理、结构改进、电控系统和控制理论等。这些研究正在构建无级变速器的理论体系,并直接指导产品研发。

在国外CVT产品的研发已相当成熟,并且在产品的控制精度和性能上在不断提高。美国福特公司在1997年有了历史性的突破,生产出可用于大转矩、排放量高达3.8L(转矩为305 N· m)V6发动机的 CVT,并成功安装于Winstar minivan汽车上。这就结束了CVT只能应用于中型汽车上的历史,为CVT大规模应用于汽车上开辟了道路。1999年德国奥迪公司联合LUK公司和Temic公司,开发完成了FF纵置式CVT-Multitronic,成功地装在输出转矩310Nm、排量2.8L的奥迪A6/A4和保时捷跑车上。Multitronic的控制系统中,电控单元装配在变速器内,与液压控制器集成在一起,兼备手动变速器和传统自动变速器的优点。这种集成结构可以明显的减少连接插头和线束,既减轻质量、降低成本,又可增加电气系统的可靠性。日本的JATCO Trans Technology (JTT)公司已经研制出扭矩容量达350Nm的金属带,且还在不断提高。

在我国,CVT的研究工作起步较晚,且主要集中在大专院校,尚处在研究开发阶段,并多以理论研究为主,在以下几个方面取得了一些成果:

1) 稳态状况下,带在传动过程中夹紧力、速比与转矩比的关系基本得到了定性的确定。有一些经验公式可以用来指导实际工作。

2) 离合器控制、速比控制和夹紧力控制等三方面的控制原理和方法已经基本清楚,基本上可以达到指导生产的目的。

3) 研究的控制理论多样化,PID控制、模糊控制、神经网络控制以及最优控制等都有不同程度的研究与开发。模糊控制主要应用在离合器的控制,而PID控制因其易用性仍然得到广泛运用。

4) 控制策略细分。如对于离合器控制,就有根据不同工况实施的不同控制算法。在速比控制和夹紧力控制中也是一样。控制算法得到试验的支持,愈加贴近实际要求。

随着国内汽车厂家自主研发力度的加强,在无级变速器的研究方向上将日益偏重实用性,这包括电液集成控制系统、动力性匹配、变速控制策略、起步控制以及带轮组的结构优化等方面的研究。这对于无级变速器的发展将是很大的促进。虽然通过各方努力,国内无级变速器水平不断提高,但产业化还需要一定时间。

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