无级变速器的构成和工作原理_底盘知识_九三车网
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本部分内容以奥迪Multitronic CVT为例进行介绍，该无级变速器的内部编号为01J。 1．奥迪01J CVT的基本组成 |
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发动机输出转矩通过飞轮减振装置或双质量飞轮传递给变速器，前进档离合器和倒档制动器都是湿式摩擦元件，两者均为起动装置。倒档的旋转方向是通过行星齿轮机构改变的。发动机的转矩通过辅助减速齿轮传到速比变换器，并由此传到主减速器、差速器。液压控制系统和电子控制系统集成一体，位于变速器内部。 2．前进档离合器/倒档制动器及行星齿轮机构 |
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图4-93 行星齿轮机构的结构 |
| 做为输入元件的太阳轮与输入轴和前进档离合器钢片相连接，做为输出元件的行星架与辅助减速齿轮的主动齿轮和前进档离合器的摩擦片相连接，齿圈和倒档制动器摩擦片相连接，倒档制动器钢片和变速器壳体相连接。行星齿轮机构的简图4-93如图所示。 |
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图4-93 行星齿轮机构的简图 |
| a．P/N档的动力传动路线 选档杆处于P或N位时，前进档离合器和倒档制动器都不工作。发动机的转矩通过输入轴相连接的太阳轮传到行星齿轮机构并驱动行星轮1，行星轮1再驱动行星轮2，行星轮2与齿圈相啮合。车辆尚未行驶时，做为辅助减速齿轮输入部分的行星架(行星齿轮机构的输出部分)的阻力很大，处于静止状态，齿圈以发动机转速一半的速度怠速运转，旋转方向与发动机相同。 b．前进档的动力传动路线 选档杆处于D位时，前进档离合器工作。由于前进档离合器钢片与太阳轮连接，摩擦片与行星架相连接，此时，太阳轮(变速器输入轴)与行星架(输出部分)连接，行星齿轮机构被锁死成为一体，并与发动机运转方向相同，传动比为1：1。 c．倒档的动力传动路线 选档杆处于R位时，倒档制动器工作。由于倒档制动器摩擦片与齿圈相连接，钢片与变速器壳体相连接此时，齿圈被固定，太阳轮(输入轴)主动，转矩传递到行星架，由于是双行星齿轮(其中一个为惰轮)，所以行星架就会以与发动机旋转方向相反的方向运转，车辆向后行驶。 由行星架输出的动力辅助减速齿轮传递到速比变换器，如图4-94所示。 |
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图4-94 辅助减速齿轮 |
| 3．速比变换器 速比变换器是CVT最重要的装置，其功用是实现无级变速传动。 速比变换器由2组滑动锥面链轮和专用链条组成，如图4-95所示。主动链轮由发动机通过辅助减速齿轮驱动，发动机转矩由传动链传递到从动链轮装置，并由此传给主减速器。每组链轮装置中的其中一个链轮可沿轴向移动，来调整传动链的跨度尺寸，从而连续地改变传动比。2组链轮装置必须同步进行，这样才能保证传动链始终处于张紧状态，并且具有足够的传动链和链轮之间的接触压力。 |
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图4-95 速比变换器的基本组成和原理 |
| 速比变换器的组成如图4-96所示。该速比变换器的工作模式是基于双活塞工作原理。其特点是利用少量的压力油就可以很快地进行换挡，这可以保证在相对低压时，锥面链轮与传动链之间有足够的接触压力。在链轮装置1和链轮装置2上各有一个保证传动链轮和传动链之间正常接触压力的压力缸和用于调整变速比的分离缸。为了有效地传递发动机转矩，锥面链轮和传动链之间需要很高的接触压力，接触压力通过调节压力缸内的油压产生。压力缸表面积很大，能够在低压时提供所需的接触压力。液压系统泄压时，主动链轮膜片弹簧和从动链轮的螺旋弹簧产生一个额定的传动链条基础张紧力(接触压力)。在卸压状态下，速比变换器起动传动比由从动链轮的螺旋弹簧弹力调整。 |
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图4-96 速比变换器的组成 |
| 1) 换档控制 a．电子控制部分 奥迪01J CVT的电子控制单元有一动态控制程序(DRP)，用于计算额定的变速器输入转速。为了在每个驾驶状态下获得{zj0}传动比，驾驶员输入信息和车辆实际工作状态要被计算在内。根据边界条件动态控制程序(DRP)计算出变速器额定输入转速。变速器输入转速传感器G182监测主动链轮1处的实际转速。电子控制单元会根据实际值与设定值进行比较，并计算出压力调节电磁阀N216的控制电流，这样N216就会产生液压换挡阀的控制压力，该压力与控制电流几乎是成正比的。控制单元通过检查来自变速器输入转速传感器G182和变速器输出转速传感器G195及发动机转速信号来实现对换挡的监控。 b．液力换挡控制(增速与降速) 液压控制单元中的输导控制阀(VSTV)向换挡压力调节电磁阀N216提供一个约0．5MPa的常压。N216根据电子控制单元计算的控制电流产生控制压力，该压力的大小会影响减压阀UV的位置。 根据控制压力，减压阀UV将调节出来的压力传递到主动链轮和从动链轮的分离缸。当调节压力在0.18~0.2MPa之间时，减压阀UV处于关闭状态。当控制压力低于0.18MPa时，调节压力通过减压阀UV传递到主动链轮1的分离缸，同时从动链轮的分离缸与油底壳接通，速比变换器朝增速的方向进行变速，如图4-97所示。 |
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图4-97 速比变换器增速的控制 |
| 当调节压力高于0.22MPa时，调节压力通过减压阀传递到从动链轮2的分离缸，同时主动链轮1的分离缸与油底壳相通，速比变换器朝减速的方向变速，如图4-98所示。 |
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图4-98 速比变换器减速的控制 |
| 2) 接触压力控制 压力缸中合适的油压最终产生锥面链轮与链条之间的接触压力，若接触压力过高会降低传动效率；相反，若接触压力过低，传动链会打滑，这将损坏传动链和链轮。转矩传感器的目的就是根据要求建立起尽可能xx、安全的接触压力。 转矩传感器集成于主动链轮1内，静态和动态高xx度地监控传递到压力缸的实际转矩，并建立压力缸的正确油压。转矩传感器主要部件为2个滑轨架，每个支架有7个滑轨，滑轨中装有7个滚子，如图4-99所示。 |
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图4-99 转矩传感器的组成 |
| 滑轨架1装在主动链轮1的输出齿轮中(辅助减速输出齿轮)，滑轨架2通过内花键与主动链轮1连接，并可以轴向移动且由转矩传感器活塞支撑。转矩传感器活塞调整接触压力，并形成2个压力腔：转矩传感器腔1和腔2。转矩传感器产生的轴向力作为控制力，与发动机转矩成正比，压力缸中建立起来的压力与控制力成正比。转矩传感器支架彼此间可径向旋转，将转矩转化为轴向力(因滚子和滑轨的几何关系)，此轴向力施加于滑轨支架2，并移动转矩传感器控制凸缘关闭或打开转矩传感器腔输出端，如图4-100所示。 |
 图4-100 转矩传感器的工作原理 |
| a．输入转矩低时 转矩传感器腔1直接与压力缸相通。发动机转矩产生的轴向力与压力缸内的压力达到平衡。在汽车稳定运行的情况下，出油孔只部分关闭，打开排油孔(转矩传感器)后压力下降，出油孔进油压力降低，直至恢复压力平衡，如图4-101所示。 |
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图4-101 低转矩时的控制 |
| b．输入转矩高时 转矩达到峰值时，控制凸缘xx关闭出油孔。若转矩传感器进一步移动，将会起到油泵作用，此时被排出的油使压力缸内的压力迅速上升，这样就会毫无延迟地调整接触压力。锥面链轮产生的接触压力不仅取决于输入扭矩，还取决于传动链跨度半径，此二者确定了速比变换器的实际传动比，如图4-102所示。 |
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图4-102 高转矩时的控制 |
| 4．液压控制系统 CVT的液压控制系统也像自动变速器的液压控制系统一样，担负着系统油压的控制、油路的转换控制、用油元件的供油以及冷却控制等。 1) 供油装置 奥迪01J CVT的供油装置采用的是带月牙形密封的内啮合齿轮泵，直接装在液压控制单元上，形成一个整体，减少了压力损失。 2) 液压控制单元 液压控制单元由手动换档阀、9个液压阀和3个电磁控制阀组成。液压控制单元和电子控制单元直接插接在一起，液压控制单元应完成下述功能： a．前进档离合器/倒档制动器； b．调节离合器压力； c．冷却离合器； d．为接触压力控制提供压力油； e．传动控制； f．为飞溅润滑油罩盖供油。 液压控制系统的油路图如图4-103所示。为防止系统工作压力过高，限压阀将油泵产生的{zg}压力限制在0.82MPa，并通过输导控制阀向三个压力调节电磁阀提供一个恒定的0.5MPa的输导控制压力。压力阀防止起动时油泵吸入空气，当油泵输出功率高时，压力阀打开，允许ATF油从回油管流到油泵吸入厕，提高油泵效率。施压阀控制系统压力，在各种工况下都始终能够提供足够的油压。电磁阀N88、N215和N216在设计上称为压力控制阀，它们将控制电流转变为相应的液压控制压力。 |
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图4-103 液压控制系统的油路图 |
| 5．电子控制系统 奥迪01J CVT的电子控制系统由电子控制单元、输入装置（传感器、开关）和输出装置（电磁阀）三部分组成。其特点是电子控制单元集成在速比变换器内，控制单元直接用螺栓紧固在液压控制单元上。3个压力调节阀与控制单元间直接通过坚固的插头连接(S形接头)，没有连接线。控制单元用一个25针脚的小型插头与汽车相连。电控系统更具特点的是集成在控制单元内的传感器技术：电器部件的底座为一个坚硬的铝板，壳体材料为塑料，并用铆钉紧固到底座上。壳体容纳全部的传感器，因此不再需要线束和插头。这种结构大大提高了工作效率和可靠性。另外将发动机转速传感器和多功能开关设计成霍尔传感器，霍尔传感器没有机械磨损，信号不受电磁干扰，这使其可靠性进一步提高。传感器为控制单元的集成部件，若某个传感器损坏，必须更换电子控制单元。如图4-104所示为电子控制系统的组成。 |
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图4-104 电子控制系统的组成 |
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