无级变速器 传动钢带

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1、汽车之家 技术讲堂 CVT（ Continuously Variable Transmission），连续可变变速器，或称无级变速器。我们对其应该不陌生，目前很多车型都装备了 CVT 变速器，平顺的驾驶使其备受好评。但物有两面，毫无激情的驾驶感觉和品质的质疑，也让 CVT 备受指责。今天的文章里面，我们就来了解一下 CVT 的结构，并分析它的优缺点。 CVT 并不是什么先进的设计。相传最早是由大画家达芬奇发明的。这种变速机构在纺织机 、机床等工业机械上普遍使用，有很多种形式的设计。而且锥轮和皮带组合的 CVT 形式，从几十年前直至现在，一直出现在轻型摩托车上，并成了 现代 车用 CVT 变速器

2、的主流形式。 不过用在汽车上的 CVT 要求零件稳定耐用，可以承担更大 扭矩 ，廉价的摩托车配件肯定不行。于是诸如博世、采埃孚等汽车零件供应商，以及各汽车 厂商 自身，都在努力研发用于汽车的 CVT 变速器。在确定锥轮和皮带是目前最好的 CVT 形式之后，亟待解决的便是橡胶皮带耐用性差，传动效率不高等问题，于是金属链带诞生了。（博世公司对 CVT 的研发非常深刻，很多 CVT 方案都是博世设计的，不过博世公司并不批量出售变速器整体，只卖技术以及核心部件：金属链带，世界上大部分 CVT 变速器的链带都是博世提供的。） 结构分析 虽然 CVT 的锥轮和链带的形式与 MT、 AMT、 DCT 的齿轮

3、组，以及 AT 的行星齿轮组大相径庭，但变速的原理是一样的。 MT、 DCT 每个挡位都有一对相应的齿轮作用，其中低挡位为小直径的主动轮带动大直径从动轮，随挡位提升，主动轮变大，从动轮变小（ AT 虽然没有这种直观的变化，但齿轮作用原理一样如此），而 CVT 以两对锥轮组代替 MT、 DCT 上复杂的齿轮组，根据 扭矩 和输出 功率 的变化，锥轮组也在按照预定的模式在电脑及其液压油缸的控制下相对变化：负荷大，需要大减速比时，主动锥轮组向两边分开，形成较小的工作圆，从动轮向中间挤压，工作圆较大；而负荷变小时，则反之。并以其中的链带作为动力传递。这样的运动形式，和其他变速器的变速原理完全一样，殊途

4、同归而已。而根据动力需求制造出任意齿比的“挡位”，在速比变化时，没有了换挡的冲击，这便是无级变速的原理和意义。 一个常规 CVT 变速箱的结构稍显复杂，但实际零部件数量，以及工艺水平并不比 AT 更高端。 现代 车用钢带式 CVT 其结构是这样的：一个与 AT 结构一样的 液力变矩器 、用以调节运转方向的单排行星齿轮（ AT 上则是多个多排行星齿轮组）及其 离合器 、以及“灵魂部件” CVT 锥轮组和金属链带。这种设计让 CVT 变速器在个体上可以更紧凑一些。 目前车用 CVT 的变速元件基本上都是锥轮和钢带的形式，但前端部件 则因不同 厂商 的设计 理念 ，有着不同形式。例如大多数 CVT

5、匹配的动力缓冲部件都以带锁止 离合器 的 液力变矩器 为主，但 奥迪 的 multitronic CVT 则使用多片 离合器 代替变矩器。原因有二： 1、 发动机 扭矩 足够大，无需变矩器增矩，而且 CVT 不太注重 扭矩 的作用； 2、多片 离合器 在效率上要高于 液力变矩器 。 日产 的最新的xtronic 也有非同寻常一面，其行星齿轮增加一组 离合器 之后，可以实现 2 前进挡 +1 后退挡的工作形式，这样的话可以提高速比范围，让锥轮和钢带在稍微小一些的范围内，更高效的工作，而这样看来整个变速箱就相当于 AT 和 CVT 的组合。 动态分析 在这种区别下，变速器对 发动机 的动力需求也有

6、了些许变化。通常有挡位的变速器，对 扭矩这一数据的需求较多，在加速过程中，因为挡位的变化， 发动机 转速也在波动，并一次次向高转速的高 功率 区域冲刺，而 扭矩 的作用，就是让 发动机 更有力地从低 功率 冲向高 功率 ， 扭矩 越大（尤其是低速 扭矩 ），这一过程越短，我们强调 扭矩 对加速的影响是针对有挡位的变速器而言，并且挡位越少，这一效应越明显。 而 CVT 在加速的过程中对 扭矩 的要求则不是那么明显，驾驶者完全可以通过控制油门踏板的位置，让 发动机 达到某一转速（或最大 功率 转速），此时 扭矩 和 功率 的输出基本恒定，变化的只是锥轮组的变速比，以及车速。由于不需要 发动机 转速

7、的波动，我们就可以精确的控制 发动机 在经济工况、既定加速工 况、最大输出 功率 工况下工作， 发动机 也就会理想状态下全心全意地工作。这种模式是有挡位 发动机 无论如何也无法做到的，就算档位再多，也只能逐渐接近这种工况。所以， CVT 从理论上讲是传递动力的最好方式，前提是 CVT 能够消除其致命弱点：“打滑”。 链条传递方式在锥轮呈小圆时，传递效率要好于钢带，但接触面积较小 “打滑”是 CVT 无法回避的现象，这种现象又归罪于其结构设计。其他形式的变速器在动力传递上，是以 离合器 和齿轮连接，虽然 离合器 之间是以摩擦力结合，但结合之牢固，可以将其视为刚性连接，就算是 液力变矩器 会有相对

8、转速差，但其间仍有 离合器 可以相连，况且就算是因转速差而引起的“滑动”，这种“滑动”也可以产生“增矩”的作用，而非失速。而 CVT 变速 器中，变速机构 锥轮和链带的链接的接触面积比较小，又是时刻变化的，与刚性连接相差甚远。虽然可以通过锥轮压紧来提升张力，增加摩擦力，但这仍然无法治本。 钢带传递效率更高，不易打滑，但不能过度弯曲，不太适应半径大幅度变化 当然，这一现状可以通过一系列技术来改善，例如博世的新式链带以“推动”的方式替代了传统链带“拉动”的动力传递效果， 日产 的两级变速结构 使锥轮和钢带能在较为稳定和高效的范围工作，匹配了 CVT 的新 骐达 1.6T 在加速方面也超过了竞争对手，甚至开发了可以适配 3.5L 发动机 的CVT。所以随着研发的进程， CVT 天生的缺陷在逐渐改观。 效率分析 针对前文对 CVT 的特点分析得出， CVT 的动力传递会因“打滑”而 降低效率 ，单从此处而言，CVT 在油耗方面不会有什么好作为。但从 发动机 角度来看，因为 CVT 连续变速的特点，使 发动机 一直处于一种“舒服”的状态工作，这样看来， CVT 还算是一个很理想的机械。 综合起来就是， CVT 的传动效率较低，但可以让 发动机 在经济转速下连续工作，达到节油的目的 ，前提是你不要过分要求它的性能，也就是说，尽量避免激烈驾驶和高速行驶。