重庆大学
硕士学位论文
金属带式无级变速器液压系统功率匹配控制与仿真研究
姓名：吴光登
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程
指导教师：杨阳
20040518
中文摘要
摘要
变速装置的传动效率将影响汽车的经济性和动力性。金属带式无级变速器（ＣＶＴ）虽然具有最佳传动特性，但是其传动效率低于齿轮传动的效率，致使ＣＶＴ车辆的燃油经济性和动力－ｌ生低于手动机械变速器（ＭＴ）车辆，因此提高ＣＶＴ传动效率是当前ＣＶＴ研究课题之一。本文在对ＣＶＴ液压系统功率损失进行全面分析基础上，进行了液压系统的功率匹配控制与仿真研究，对实现ＣＶＴ液压系统节能控制，提高ＣＶＴ传动效率具有重要的理论意义和工程实用价值。具体的研究内容如下：
１．对ＣＶＴ液压系统的压力、流量和功率特性进行了分析，建立了其数学模型，并对液压系统的能量损失进行了分析，提出了对液压系统供油流量和工作压力进行优化控制以提高ＣＶＴ液压系统效率的功率匹配的原则。
２，建立了ｃｖＴ液压系统功率特性的动态仿真模型，并对车辆起车、加速、刹车等典型工况和ＥＣＥ、ＥＵＤＣ循环工况进行了仿真，得到了液压系统压力、流量和功率的特性，为液压系统的功率匹配控制奠定了基础。
３．进行了ＣＶＴ液压系统功率匹配控制的方案设计。在双联泵功率匹配控制系统设计中，分析了控制系统的工作原理，设计了摆线内啮合双联泵的结构，并对ＰＷＭ高速开关阀的特性及其开关机理的进行了分析，结果表明，系统采用ＰＷＭ高速开关阀能够满足双联泵控制系统的控制要求：在电动泵功率匹配控制系统设计中，设计了电机调速系统及其控制器，仿真结果表明，电机的控制精度和动态响应特性都达到良好的效果。
４．建立了双联泵控制系统和电动泵控制系统的动态仿真模型，并分别对车辆ＥＣＥ和ＥＵＤＣ循环行驶工况进行了仿真，结果表明：采用双联泵控制在较大程度上提高了ＣＶＴ液压系统的效率；采用电动泵控制能够较好地实现液压系统的功率匹配，使ｃＶＴ液压系统的效率得到了显著地提高，。
５．对ｃｖＴ液压系统采用双联泵控制和电动泵控制的功率匹配特性进行了比较与分析，结果表明：采用双联泵功率匹配控制，只能实现部分功率匹配，由于其结构及控制简单，易对现有的ＣＶＴ系统进行改造，是一种实用价值较高的节能方案；采用电动泵功率匹配控制，能够较好地实现液压系统功率的匹配控制，是一种较为理想的方案，其具有较大的应用前景。
关键词：无级变速器，液压系统，功率，效率，仿真，匹配
英文摘要
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｇｅａｒｃｈａｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｓｎｅｆｆｅｃｔｔｈｅｅｃｏｎｏｍｙｍｉｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅ．ＡｌｔｈｏｕｇｈＭｅｔａｌｖ—ｂｅｌｔｔｙｐｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｖａｒｉａｂｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（ＣＶＴ）ｈａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｉｔｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｓｔｉｌｌｎｏｔａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｆｕｅｌａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈＣＶＴｄｏｎｏｔａｐｐａｒｅｎｔｌｙｅｘｃｅｅｄｍｕｌｔｉ—ｇｅａｒｅｃｏｎｏｍｙ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｈｏｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＶＴｉｓｏｎｅｏｆｒｅｃｅｎｔｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｉｔｅｍｓｏｆＣＶＴ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｏｆＣＶＴｅｘｉｓｔｓｌａｒｇｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓ，ｓｔｕｄｙｏｎｐｏｗｅｒｍａｔｃｈｉｎｇ—ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅ，ｗｈｉｃｈｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｖａｌｕｅｆｏｒｒｅａｌｉｚｉｎｇＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｅｃｏｎｏｍｉｚｉｎｇ—ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＶＴ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｃｌｕｄｅｓｆｏｌｌｏｗｃｏｎｔｅｎｔ：
１．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｆｌｕｘａｎｄｐｏｗｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｉｔｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｓｉｓａｌｓｏｂｕｉｌｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｏｗｅｒｌｏｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．ｉｔｉｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｔｈａｔｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｆｌｕｘｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｈａｔｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．２．ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｆｌｕｘａｎｄｐｏｗｅｒｏｆＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｖｅｈｉｃｌｅｔｙｐｉｃａｌｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｒｔｕｐ，ｉｎｓｔａｎｔａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｎｔｂｒａｋｅａｎｄｖｅｈｉｃｌｅｒａｎｃｙｃｌｅｏｆＥＣＥａｎｄＥＵＤＣ，ｗｈｉｃｈｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｃｈａｎｇｅｒｕｌｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ．
３．Ｔｈｅｄｏｕｂｌｅ—ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ａ．Ｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ：ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｓｔａｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｏｎ—ｏｆｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＰＷＭｆａｓｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｖａｌｖｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＡｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔＰＷＭｆａｓｔｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｖａｌｖｅｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｄｏｕｂｌｅ—ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．ｂ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ：ｔｈｅＤＣｍｏｔｏｒｄｏｕｂｌｅ?－ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｄｉｇｉｔａｌＰＷＭｓｐｅｅｄ——ａｄｊｕｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｌｓｏｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＣｍｏｔｏｒｈａｖｅｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
４．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅ—ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅ
ＩＩＩ
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ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔ．ＢａｓｅｄＯｎｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ
ＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｆｖｅｈｉｃｌｅｒｕｎｃｙｃｌｅｏｆＥＣＥａｎｄＥＵＤＣ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｏｕｂｌｅ－ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃａｌｌｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｔｏａｃｅｒｔａｉｎｅｘｔｅｎｔ，ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｐｕｍｐｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｔｏａｌａｒｇｅｅｘｔｅｎｔ．
５．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｅａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ
ａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍａｒｅｍａｄｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｏｕｂｌｅ—ｐｕｍｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
ｔｈａｔｉｎｖｉｒｔｕｅｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅ—ｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍｈａｖｉｎｇｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｔｉｓａｒｅｌａｔｉｖｅｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙｐｒｏｊｅｃｔ，ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ—ｐｕｍｐｉｓａｒｅｌａｔｉｖｅｉｄｅａｌａｎｄｇｏｏｄｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄｐｒｏｊｅｃｔｏｗｉｎｇｔｏｉｔｓｒｅａｌｉｚｉｎｇｐｏｗｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＶＴ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ｐｏｗｅｒ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｍａｔｃｈｉｎｇ
１绪论
１绪论
１．１金属带式无级变速传动的技术特点、应用概况及发展趋势金属带式无级自动变速器（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ简称为ＣＶＴ）能根据车辆行驶条件自动连续变化速比，使发动机按最佳燃油经济性曲线或最佳动力性曲线工作。与常规变速传动相比，采用无级变速传动可以显著提高汽车的燃油经济性，改善汽车的动力性和乘坐舒适性，降低发动机的排放污染等优点，
因此，无级变速传动是一种理想的车辆动力传动方式，自汽车诞生以来一直是人们追求的目标“““。近２０年来无级变速传动技术有了很大的提高，各国竞相研制，投入批量生产，成为汽车变速传动发展的主要方向ｎ３。
１．１．１ＣＶＴ基本结构、工作原理及关键部件
ＣＶＴ的基本结构如图１．１所示，其主要是由油泵、前进后退切换机构、输入轴、主动轮（锥盘）、金属带、从动轮（锥盘）、输出轴、主减速器、差速机构和驱动桥等组成。汽车正常行驶时，离合器结合传入动力，主动轮通过金属带驱动从动轮，实现前进行驶；操纵前进后退切换机构，依照前述动力传递路线可实现倒退
图１．２金属带式无级变速传动结构与工作原理
Ｆｉｇ１．２Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｔｎｌｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｅｌｔ—ＣＶＴ
ｌ一发动机飞轮；２一离合器；３一主动工作轮液压控制缸；４一主动工作轮可动部分；４ａ一主动工作轮不动部分；５一油泵：６一从动工作轮可动部分；６ａ一从动工作轮不动部分：７一从动轮液压控制缸；８一中间减速器；卜主减速器与差速器；１０—金属传动带。
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行驶；当离合器切断时发动机空转，实现空档。
ＣＶＴ的］二作原理如图１．２所示。它的核心部件由两组带轮和金属带构成。每组带轮由可动带轮（阴影部分）和不可动带轮组成。控制系统根据发动机节气门
宣菲鸢蓦
ＣＶＴｒａｔｉｏ１＝１ＣＶＴｒａｔｉｏ／＜１ＣＶＴｒａｔｉｏ卢１
图１．２ＣＶＴ的工作原理图
Ｆｉｇ１．２ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｍａｐｏｆＣＶＴ
开度和车速控制主、从动带轮沿轴向移动，在力的作用下，金属带在两带轮构成的Ｖ型槽内沿径向滑动，从而实现速比在设计范围内从最小到最大变化。当主动带轮的可动部分沿轴向向内移动时，而从动带轮的可动部分沿轴向向外移动，速ＬＬＢｌｌ从动带轮的工作半径与主动带轮的工作半径之比将减小，反之速比则增大。在速比的变化过程中，由于工作半径即节圆半径的变化是连续的，因此速比也是连续变化的。
ＣＶＴ的关键部件有金属传动带、工作轮、油泵、起步离合器以及控制系统“１：（１）金属传动带
ＣＶＴ金属带的结构如图１．３所示。ＣＶＴ金属带由３００多个金属片和两组金属环组成，在两侧工作轮挤压力的作用下传递动力“““。每个金属片的厚度约为１．５～
图１．３金属带结构
ＦｉｇＩ．３ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍｅｔａｌｂａｎｄｓ
１绪论
２．２Ⅱｕｎ，每组金属环由数片厚度约为０．１８ｒａｍ的带环叠合而成，在动力传递过程中正确地引导金属片的运动。
（２）５２作轮
主、从动工作轮由可动部分和不可动两部分组成，其工作面大多为直母线锥面体，在液压控制系统的作用下，依靠钢球．滑道结构作轴向移动，可连续地改变传动带的工作半径，实现无级变速传动。
（３）油泵
ＣＶＴ油泵是为系统控制提供足够的液压源，它应具有以下几个的功能：
ａ．对液力变矩器提供冷却补偿油液。
ｂ．满足速比变化时液压系统的流量需求。
ｃ．提供变速箱润滑油，所需油量与变速箱油路系统有关。
ｄ．为离合器控制阀组等提供压力油。
ｅ．补偿系统泄漏。
（４）起步离合器
目前金属带式无级变速器的起步装置主要有三大类：湿式多片离合器、电磁离合器及液力变矩器。迄今为止，液力变矩器仍被公认为是汽车最佳的起步装置，所以在第二代ＶＤＴ—ＣＶＴ传动中广泛采用。用液力变矩器作为金属带式无级变速器的起步装置，可明显改善ＣＶＴ车辆的起步性能、低速爬行性能和加速性能，保证在任何道路条件下起步平顺，发动机不熄火，上坡起步不溜坡，而且控制简单。５）控制系统
控制系统通过控制带轮油缸的压力和流量实现ＣＶＴ传动速比无级自动变化和扭矩的可靠传递，因此控制系统实质上是一个机液伺服系统或电液伺服系统。““，其主要由液压调节阀（速比和金属带夹紧力的调节）、传感器（油门和发动机转速）和主、从动带轮的液压缸及管道组成，实现传动无级变速的调节。
ｖＤＴ—ｃｖＴ的可靠性和寿命主要取决于金属传动带一工作轮组件和控制系统等关键部件。据统计，在１９９３年资料，在６０万套ＶＤＴ—ｃＶＴ中，出现故障的只有１４７套，故障率为Ｏ．０２５％…。４１。可见，该系统质量高，使用可靠，采用高强度优质材料、精密制造技术与无限寿命设计方法而制造的ＣＶＴ可达到与发动机同寿命。１．１．２ＣＶＴ应用概况
由于ｃｖＴ能实现发动机一变速器一道路载荷的最佳匹配，使汽车动力传动系统具有最佳的燃油经济性和动力性，同时，ＣＶＴ速比连续变化，大大减小了换挡冲击，改善了驾驶和乘坐舒适性，是汽车理想的变速器。随着石油资源日益枯竭，城市大气污染加重，各国对汽车的燃油经济性和排放性提出了严格要求，ＣＶＴ以上的优异性能逐步获得了市场的认可，越来越多的汽车生产商开始装用ＣＶＴ，由
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表ｌ－一可以看出，全球ＣＶＴ的产量和市场占有率逐渐增加。
表１．１历年各种自动变速器市场占有率概况
Ｔａｂｌｅ１．１Ｏｃｃｕｐａｎｃｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄｍａｒｋｅｔｉｎ１９９０～２０００
年份三挡ＡＴｆ百万台）四挡ＡＴ五挡ＡＴ无级变速ＣＶＴ总计
１９９０７．０ｆ３６嘲１２．２（６４％）１９．２０００％）
１９９５２６（１２嘲１９．０ｒ８６％１０２５ｎ％、０２５ｆ５％）２２１（１００％）
２０００１４ｆ５％、２２７（８７％１１３ｆ５％）０６（３％）２６Ｉ（１００％）
据统计，截止１９９６底，装配金属带式ＣＶＴ的轿车就己达１２０多万辆，已经有超过十个的主要汽车生产商，超过５０多个汽车品牌装用了ＣＶＴ。ＶＤＴ公司计划到２００５年累计生产达到１０００万套；欧洲Ｆｏｒｄ公司ＣＶＴ的年产量可达到１５多万套；日本富士重Ｉ＿（ＦＨＩ）ＣＶＴ年产量己达２０多万套“１。可见ＣＶＴ系统在汽车中的应用已经具有相当大的规模。
１．１．３ＣＶＴ发展趋势
目前，汽车行业轿车变速器以ＭＴ和ＡＴ为主，金属带式ｃｖＴ占有的市场份额较小。但是随着人们对金属带式ＣＶＴ优越性能的进一步了解和ＣＶＴ技术性能及制造水平的提高，金属带式ＣＶＴ必将成为轿车变速器的主流。汽车制造商们也正在不遗余力地开发该产品，力求作为拳头产品占领世界市场。
轿车用金属带ＣＶＴ遵循汽车发展的节能、安全、环保和舒适的主流，向着传递大功率、大扭矩、高效节能、全电控和舒适性方面发展，特别是在控制方面，新一代金属带ＣＶＴ产品将会有更大的改进，由液压控制系统转为电子控制ｆ即ＥＣＶＴ），包括电子传动控制、电子发动机控制及电子油门控制“１。
我国的汽车要立足于世界汽车制造业诸强之中，也必须迎头赶上，研究、开发金属带式无级变速器这一先进技术，在我国早日实现产业化。ＣＶＴ无级变速传动系统的研究和开发已列为国家“九五”科技攻关项目，通过研制和开发具有自主知识产权的ｃＶＴ必将极大提高我国汽车工业技术水平。
１．２ＯＶＴ液压控制系统的组成、工作原理及性能
１．２．１液压控制系统的基本组成““
一种典型的ＣＶＴ机液控制系统如图１．４所示，它主要是由液压泵、速比控制阀、金属带夹紧力控制阔、起步离合器和倒档制动器控制阀（图中未示出）等组成。发动机直接驱动液压泵，为整个系统提供流量和压力。系统的主压力是由与油泵出口相连接的央紧力控制阀调节的，它直接作用在从动带轮油缸内，在一定速比
４
１绪论
卜，主压力的大小决定着金属带
的转矩传递能力。带传动的速比
是通过速比控制阀调节主动带轮
油缸内的压力，经金属带与从动
带轮油缸内的压力达到新的平衡
状态，从而改变主动轮的轴向位
置来实现的。
１．２．２液压控制系统的工作
原理及性熊“””３
（１）夹紧力控制
夹紧力控制阀的结构如图１．５所示。为了保证传动器工作可靠、传动效率高和工作元件使用
图１．４液压控制系统结构简图
Ｆｉｇ１．４ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＣＶＴｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ１一夹紧力控制阀；２一速比控制阀：３一信号油液；４一滤油器：５一液压泵：６一从动带轮；７一金属传动带；８一主动带轮；９一减压阀；１０一凸轮。
寿命长，要求带的夹紧力的大小必须适当。通常从动带轮油缸的夹紧力是发动机的输入转矩与带传动比的函数，其工作过程为：发动机驱动液压泵为系统提供一定压力和充足流量的液压油，从动带轮油缸压力口２与液压泵压力腔连通，主动带轮油缸的轴向位移通过传动杆ｂ、反馈杠杆ａ传至夹紧力控制阀的左端，压缩左
图１５夹紧力控制阀
Ｆｉｇ１．５ｔｈｅｃｌｍ＇ｎｐｉｎｇｆｏｒｃｅｃｏｎｔｒｏｌｖａｖｌｅ
卜一发动机皮托压力口；２一从动缸压力口：３一起步离合器压力口：４一节气门压力口；５一回油口
图１．６节气门压力控制阀
Ｆｉｇｌ，６Ｔｈｒｏｔｔｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｖａｖｌｅｌ一节气门压力口；２一起步离合器压力口；３一回油口；ａ一油门踏板；６一联动凸轮。
侧的弹簧缸使其产生预紧力且与控制阀芯右侧作用的从动带轮油缸压力、发动机皮托管压力相平衡，使从动带轮油缸的压力与变速器速比按近似线性的关系变化。同时在控制阀的左侧还引入节气门压力（与该油门开度下发动机的最大输入转矩成比例），使从动带轮油缸的压力近似与节气门压力（即与发动机油门在任一位置时的最大输入转矩）成比例。
节气门压力控制阀如图ｌ，６所示，到离合器的压力油进入节气门压力控制阀
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经减压后的压力便是节气门压力。当节气门压力与节气门弹簧的预紧力平衡时，节气门处于稳态，联动凸轮的形状恰好可以使节流阀的输出压力与发动机油门在任一位置时的最大转矩成比例。
在图】．５中央紧力控制阀的最右端引入的是随发动机转速增长的皮托管压力，其目的是为了防止从动油缸的夹紧力随发动机转速的变化而变化，皮托管压力可以得到补偿作用。
（２）速比控制
无级变速传动器的速比特性如图
１，７所示，其工作范围是由直线Ｉ、ＩＩ、
ＩＩＩ、Ⅳ所包围的区域。在这个区域内可实现速比的连续变化，根据油门的开度和汽车的行驶阻力自动达到最佳匹配。
当发动机在某一给定油门下工作时，可以通过调节无级变速器的速比使发动机以最低油耗点或最大功率点的转速工作。在无级变速传动系统中相应地存在两种控制模式一一经济性控制ｔ
＆
∞
皇
．２
专
当
Ｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄ
图１．７速比变化特性图
Ｆｉｇ１．７Ｓｐｅｅｄｒａｔｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ
模式和动力性控制模式。对于机液控制系统，一般控制发动机沿最佳经济线工作，由于节气门位置不变，转速恒定，发动机输出固定功率，可通过调节转速使其在最低油耗点工作，即使发动机具有最低的比油耗量。只有在很大油门开度时，才偏离最小油耗点而提高发动机转速，满足提高车速和加速度所需的发动机功率。
当汽车以给定的油门开度起步时，传动比首先在最大速比线上滑动，直至发动机转速升至目标转速（如Ｐ点），然后调节速比，使汽车在恒定的发动机转速下加速，速比调节线一直垂直上升到图中Ｑ点，如果达到Ｑ点后发动机仍有剩余功率，汽车将以固定速比一直加速到行驶阻力与驱动力相平衡。
当汽车以较大的油门开度起步时，调节速比不在目标转速上，而是从较低的转速开始，以变化的转速调节到目标转速（如图１．７中的ｖ—ｓ段），然后在恒定的转速下调节速比达到功率平衡，这样避免了大油门起步时的冲击，满足动力性、平顺性和低噪声的要求。
上述速比调节过程主要是借助于速比控制阀（图１．８）来进行的。该阀与节气门压力控制阀～样，也有一个与油门踏板联动的凸轮机构。踩下油门踏板，可通过联动凸轮使速比阀的预紧弹簧压缩，当踏板行程较小时，凸轮的升程使速比阀外侧较软的弹簧压缩（内侧的弹簧不起作用），产生的预紧力与主动带轮皮托管压力口３ｇ【入的皮托管压力平衡。此时主动带轮油缸保持较低的压力，对应主动带轮
１绪论
图１．８速比控制阀
ａ一与油门踏板联动的凸轮：ｂ一强制换档控制活塞；１一从动带轮油缸压力口；２一主动带轮油缸压力口：３一主动带轮皮托压力口；４一强制低档控制口。
低工作速度范围，如果皮托压力足够大，使阀芯改变其正常位置，这样可以接通从动带轮油缸压力口１和主动带轮油缸压力口２，同时关闭主动带轮油缸压力口２和回油口５，即打开了初级阀，变速装置的速比处于极限值之间，因而强制发动机达到一定的转速。其调节过程为：当油门踏板不动，如行驶阻力增加使发动机转速下降，则主动带轮皮托管压力下降，弹簧力失去平衡，阀向右运动，使主动带轮油缸压力口２和回油口５相通，主动带轮油缸排油，主动轮可动部分向外移动，夹紧力控制阀通过位置反馈测得当前的位置变化，调节机构控制从动带轮的动作，经过二者协调作用，使传动的速比增加，相当于变速器换入低档。
当发动机的转速升高时，调节过程与上述相反，控制阀芯向左移动，使从动油缸压力口ｌ与主动带轮油缸压力口２连通，主动带轮油缸充油，传动器速比减小，相当于变速器换入高档。当转速恒定不变时，如从动带轮油缸压力口ｌ与主动带轮压力口２相通，则传动器速比垂直向上变化直至到达最小值（如图１．７中的ｒ至凡Ｐ至Ｑ），垂直线随油门的不同位置在ＴＲ线和ＰＱ线之问的区域变化。
在大油门开度时，与油门相连的活塞Ｍ行程较大，使内弹簧０承受一个预紧力。预紧力的大小不仅与活塞Ｍ的行程有关，而且与活塞Ｎ的位鹭有关，因而得到了油门开度与传动比之间的关系。传动比和从动带轮油缸压力愈小，弹簧丁与
活塞Ｎ愈向左移，则弹簧力０愈大，因而调整的主动帝轮转速越高，达到了图中卜ｓ段的调整效果，且调节速比不从预定的转速点开始，而是从较低的发动机转速开始逐渐改变，当发动机转速升至期望值后，传动器在恒定的输入转速下调速。
汽车在行驶时突然加大油门，首先是恒车速调节传动器速比很快至最大传动比，如图１．７中的Ｒ—Ｓ直线。若在行驶过程中突然减小油门，调节过程与此相反，速比将从当前速比沿直线变动到最小速比，在制动或停车时就是这种工况，传动器首先由当前速比向最小速比移动，然后沿Ｒ一丁线使速比由‘。到‘ｎ∥以增加发
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动机的制动阻力矩。强制低档的工作原理是将高压油（进入离合器动作缸的油）引入阀前腔的小活塞，强制驱动速比控制阀芯至最右端位置，使主动带轮油缸与回油路相通，把传动器速比强制变到‘，目的是使汽车在下坡时发动机减速（称之为Ｌ档）。
（３）离合器控制系统
离合器控制阀组如图１．９所示，由手动操纵阀控制接通各油路实现前进、倒车、强制低档、空档及驻车等工况。图中的油源压力是经主压力阀减压后的压力。离
图１．９离合器控制阀组
Ｆｉｇ１．９Ｃｌｕｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅｇｅｔ
合器压力控制阀控制离合器结合所需
压力，该压力是发动机转速的函数，这
是由于在阀的上腔连通发动机皮托压
力。皮托压力越高，则上活塞克服内外弹簧的力向下移动越大，这使油源压力经离合器阀到回油口的压力提高。在较低转速范围内，离合器油缸内的压力较低，图１．１０中的Ａ段。当达到一定转速后回油口逐渐关闭，离合器压力随转速升高急剧增大，图１．１０中的Ｂ段。雪
Ｅｎｇｉｎｅｐｉｔｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｅｎｇｉｎｅｓｐｅｅｄ
图１．１０离合器控制策略Ｆｉｇ１．１０Ｃｌｕｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌｔａｃｔｉｃｓ
在怠速情况下，上活塞保持较靠上位置，它与较软的外弹簧保持平衡（内弹簧不起作用），离合器压力由外弹踩下油门踏板，发动机转矩突然提高使发动机加速。由于离合器传递转矩变化速度比发动机转矩来得快，两条转矩线很快在Ｓ点相交，发动机转矩输入到主动带轮使汽车加速。在此要持续控制离合器压力以减少滑磨直至结合。离合器结合后，离合器和主动带轮保持相同转速共同加速，在速比调节之前，传动器之在短时间内保持在最低档，速比调节过程中，离合器油缸保持一定高压以防止离合器滑磨损失。为了防止在小油门和小发动机转矩时离合器动
１绪论
作缸的压力过高，引起油泵不必要的功率损失，利用阀的上腔接通节气门压力，当进入离合器的油压作用在阀上的力高于节气门油压作用力时，限压阀向上运动，回油口打开，多余的油流回油箱，离合器油路的压力最终与节气门开度有关。
为防止汽车在高速行驶时误换入倒档，控制系统中加了一个倒档禁止阀。在较高的主动带轮皮托压力作用下，阀芯向下运动，把进入倒档制动器动作缸的油路阻断。由于皮托管特殊的安装角度，倒车时没有了主动带轮皮托压力，手动操纵阀和倒档阀之间的油路则不被中断。
分离阀可以防止在驻车和空档时离合器的意外结合。在高发动机转速或高皮托压力下，分离阀芯向上移动将通向离合器压力阀上腔的油路中断，这样离合器压力阀只能建立起图１．１０中的Ａ段内很小的压力。当挂入Ｄ、Ｌ、Ｒ三档之一时，此时的离合器只能传递比较小的转矩，避免了冲车现象的发生。
１．３课题的来源、背景及意义
本文是福特～ＮｓＦｃ中国研究与发展基金资助项目《汽车自动变速系统动态建模及动力性和经济型的匹配研究》（批准号：５０１２２１５１）、自然科学基金资助项目《双状态无级自动变速传动系统匹配控制策略的基础性研究》（批准号：５０２０５０２７）和自然科学基金资助项目《轿车ＣＶＴ无级变速混合动力多能源动力系统的物理模拟及性能优化》（批准号：５０２０５０３７）研究内容的组成部分。
变速装置的传动效率将影响汽车的经济性和动力性。富士重工于１９８８年对装备ＣＶＴ的ＳｕｂａｒｕＪｕｓｔｙ汽车进行效率测定，结果为：ＥＣＶＴ为９０％，５档机械变速器为９３％，３档自动变速器为８２—８５％。据近期试验结果，ｃｖＴ传动效率已在９２—９６％之间，比机械变速器效率略低。ＣＶＴ系统虽然具有最佳传动特性，但是由于它的传动效率还未达到机械传动的水平，致使ＣＶＴ汽车的燃油经济性和动力性未能显著超过多档机械变速器，这是当前ＣＶＴ研究课题之一““”３。
研究表明“……，在ＣＶＴ总的功率损失中，液压系统占６０％左右，金属带摩擦传动占３０％左右，而齿轮传动所占比例很小。ＣＶＴ液压系统的供油泵大多采用由发动机直接驱动的定量泵，供油流量应满足车辆等速时润滑、泄漏和变矩器等的稳态流量需求及ＣＶＴ换档过程中的瞬态流量需求，液压泵的供油流量应按全工况下最大流量需求来确定。１。由于行驶过程中发动机转速变化范围较大，为保证系统正常工作，液压泵排量通常应根据发动机低转速下仍能满足换档时的最大流量需求来确定。在ＣＶＴ液压系统中，不可避免地造成大部分时间内泵供油流量大大超过执行机构需要的流量，使液压系统产生很大的功率损失（溢流损失）。减少液压系统功率损失，是提高ＣＶＴ传动效率的重要措施。ＣＶＴ液压系统由于功率匹配较差而引起的功率损失占ｃＶＴ总损失的大部分，因此本文以ＣＶＴ液压系统为研究对
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象，对车辆典型行驶工况和循环行驶工况下的液压系统的流量特性、压力特性和功率特性进行了建模、仿真和匹配分析。在分析基础ｔ，提出ＣＶＴ液压系统功率匹配控制方法，对提高ＣＶＴ液压系统效率、ｃＶＴ传动效率和车辆燃油经济性具有重要的意义，然而，目前关于ＣＶＴ液压系统功率特性及其节能控制的这方面研究还很少，因此，本研究内容具有一定的理论意义和较大的应用价值。
１．４论文的主要研究内容
本文在福特—ＮｓＦｃ中国研究与发展基金资助项目和自然科学基金资助项目的资助下，进行了金属带式无级变速器液压控制系统的功率匹配控制与仿真研究，具体内容如下：
１）对ＣＶＴ液压系统的压力、流量和功率特性进行分析，并对ＣＶＴ液压系统的能量损失进行分析，提出ＣＶＴ液压系统功率匹配原则。
２）建立ＣＶＴ液压系统功率特性的动态仿真模型，并分别对车辆典型行驶工况和循环行驶工况下ＣＶＴ液压系统功率特性进行仿真。
３）在ＣＶＴ液压系统功率特性仿真的基础上，进行液压系统功率匹配控制方案（双联泵功率匹配控制系统和电动泵功率匹配控制系统）的设计。
４）进行ＣＶＴ液压系统功率匹配控制的建模与仿真分析。ａ．建立双联泵功率匹配控制系统的动态仿真模型，并对车辆ＥＣＥ和ＥＵＤＣ循环行驶工况下双联泵功率匹配特性进行仿真与分析。ｂ．建立电动泵功率匹配控制的动态仿真模型，并对车辆ＥＣＥ和ＥＵＤＣ循环行驶工况下电动泵功率匹配特性进行仿真与分析。
——————————三羔！！塑堑茎堕堕塑：亟量塑垫兰壁丝墨垩堡坚型
２ＣＶＴ液压系统的压力、流量和功率特性及匹配原则
２．１ＣＶＴ液压系统压力特性ｈＴ－２ａ，
ＣＶＴ液压系统的主、从动带轮油缸压力与在带轮和金属带上所受的力密切相关，因此应首先分析带轮与金属带的受力关系。
２．１．１金属带传动力平衡的分析
由于金属带的长度为一定值，当在从动带轮油缸施加的夹紧力为０。。时，则在带轮锥面的楔力作用下，使传动带向外移动，于是在传动带内产生张紧力。在主动带轮上，被张紧的金属带产生向里运动的趋势。为使金属带维持在稳定的节圆位置上，必须在主动缸上作用一个推力Ｑ。，使它与被动缸的推力Ｑ。。通过金属带在主动轮上产生的轴向负荷相平衡，如图２．１所示。
图２．１主、从动轮油缸推力平衡关系
Ｆｉｇ２．１ＰｕｓｈｆｏｒｃｅｂａｌａｎｃｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｄｒｉｖｉｎｇａｎｄｄｒｉｖｅｎｐｕＩｌｅｙｏｉｌｃｙｌｉｎｄｅｒｓ图２．２金属块上的作用力Ｆｉｇ２．２ＦｏｒｃｅＯｉｌｍｅｌｔ．ｂｌｏｃｋ
以金属带上的一个推力块为例，分析推力块滑动时的受力平衡条件（图２．２）。图中Ｐ是金属环张紧力对滑块产生的正压力，在垂直方向的力平衡方程为：
了Ｐ＝Ｎ．ｓｊｎ号±Ｂ．ｃ。ｓ詈（２．１）式中Ⅳ——锥轮对推力块的正压力；
。——带轮槽角；
‘——径向摩擦力：当金属带向外滑动，‘取正号，反之取负号。
径向摩擦力定义为：
ＦＲ２Ｎ
ｐＲ（２．２）
式中ｐ。——径向摩擦系数。
在切向方向的摩擦力定义为：
辱＝Ⅳ。ｐ，（２．３）
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式中Ⅳ，——切向摩擦系数。
径向摩擦系数和切向摩擦系数满足摩擦圆约束条件：
卢＝√ｐ；＋Ⅳ；（２．４）由于总的摩擦力是一定的，所以当ｐ。增大，则，ｕｒ必然减小，反之亦然。２．１．２空载条件下主、从动带轮油缸压力的确定
在空载条件下，金属带内的张紧力处处相等。带对轮的正压力在主、从动带轮上的接触弧上也相等。在接触弧上取一微元
（见图２．３），则张紧力ｓ对正压力Ｐ之间的关Ｓ
系为：
２Ｓｓｉｎ＿ｄＯ＝ＰＲｄＯ（２．５）
式中且——金属带接触半径。
因为ｄ日。ｏ，故ｓｉｎｄｏ，ｚ警，于是（２．５）式可以进一步简化为：
尸＝％
图２．３金属环受力分析
Ｆｉｇ２．３Ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｅｔａｌ—ｒｉｎｇ
（２．６）
由式（２，１）、式（２，２）、式（２．６），主动带轮的推力可以进一步表示为：
联ｃｏｓ导｝ｐ。。ｓｍ罢）
吣石§ｊ蔫‰
由此可得主动带轮油缸的压力为：
ＰＤＲ＝ＱＤＲ／如Ｒ
式中如。——主动带轮油缸作用面积。
同理，得从动带轮的总推力为：
‰＝ｓ（ｃｏｓ要｛ｐｍｓｉｎ２（ｓ访罢｛ⅣⅢｃｏｓ
式中口。——带在从动带轮上的包角；
ｐ。——从动带轮径向摩擦系数。
由此可得从动带轮油缸的压力为：
ＰＤＮ＝ＱＤＮ／ＡＤＮ式中如。——从动带轮油缸作用面积。８Ⅲ
（２．７）
（２．８）
（２．９）
（２．１０）
由式（２．８）和（２．９）可得在空载条件下主、从动带轮油缸压力之比为：堡：坠垒：竺至：竺竺！！！竺竺～ＯＤＲ．垒㈨１）
ＰＤｗＱｗ如＊ｌ－Ｔ－ｐ。。留昙培罢±Ⅳ。８一‰。
２ＣＶＴ液压系统的压力、流量和功率特性及匹配原则
２．１．３载荷条件下主、从动带轮油缸压力的确定
ＣＶＴ传动装置能传递的最大转矩Ｔｍａｘ与从动带轮油缸的轴向夹紧力ＱｎＮ＂之－间的关系为：
‰：ｉＴｉｎ＝善ｃｏｓ（２．１２）ａ‰２《‘２?１２）
式中』广带与带轮之间的摩擦系数；Ｒ。——主动带轮作用半径。
为了提高传动效率，必须合理控制主、从动带轮的夹紧力。如夹紧力过小，则金属带在带轮上滑转，这不仅降低传动效率，还加快金属钢带与带轮的磨损，缩短钢带与带轮的使用寿命：但夹紧力过大会导致液压系统的额外损失和增加金属带不必要的摩擦损失，同样也会降低传动系的效率，同时，还会导致金属钢带的张力过大，加大金属带的疲劳破坏，缩短钢带的使用寿命”“。…。
设发动机转矩为ｔ，传递转矩的储备系数为口，则从动带轮缸的期望工作压力‰由下公式确定：
ｔ卢ｃｏｓ罢ＰＤＮ＝————ｏ（
２．１３）２１。”一—＃ＲＤ—ＲＡｆ，Ｎ
Ｌｚ’ｌ，
式中口——转矩储备系数。为了避免主、从动带轮夹紧力过大而导致液压系统的额外损失和增加金属带不必要的摩擦损失以及夹紧力过小而导致金属带在带轮上滑转，故取口：１．２。
可见，从动带轮缸油缸压力由发动机输入转矩、主动带轮半径Ｒ。及摩擦系数“确定。在相同条件下，提高摩擦系数ｐ可减小带轮夹紧力，从而提高金属带的传动效率。而摩擦系数∥取决于无级变速器的结构及润滑油的品质，一般在０．０６～０．０８之间…：。
当从动带轮的轴向夹紧力确定后，即可计算从动带轮的夹紧力在主动带轮油缸上产生的轴向负荷：‰：堡竽［ｃ＋剖
‰２—ｆ｛ｃ＋意Ｊ鲁：堡掣型ｐｍ音ｃｏｓ
ｃｚ。只４…。２“。。，孝ｈ（爿
Ｐ，＝ｔａｎ。（ｐ，）（ｉ＝Ｉ，２）（２．１４）（２．１５）（２．１６）（２．１７）
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旷｛石ｐ羔（２１８）
旷一．．ｊｓ｛（２．１９）
心。怯ｐ纠坦?¨’式中ｐ——金属钢带与带轮之间的最大摩擦系数；
ｐ，，“：——金属带在带轮上的包角大于Ⅱ时，主、从动轮上的修正摩擦系数；
只——金属带在两带轮之间的张紧力；
ａ一鹳ｆ张一２彘；
ｐ．——摩擦角。
呲２＋ｚ，害寺。啦争一甍训｝Ｆ
＿２２９兰ｆ÷］２（２．２０）
ｐＬ‰Ｊ、
Ｂ＝垦尘２２二Ａ丝（２．２１）式中Ａ＝０。。
…ｚ莘扣畸刊?降一叫
ｃ：：∞三蔓ｆ三］２
芦ＬＲｏ—ｊ
将相关计算参数ｐ。、卢】和只代入公式（２．１４）中，即可计算出主动带轮的轴向夹紧力，从而确定主动带轮油缸的压力为：
ｐｍ２鼍（２２２）通过以上的分析可知，主、从动带轮油缸压力与传递转矩、ＣＶＴ传动比有关。图２．４为主、从动带轮油缸压力随ＣＶＴ速比和输入扭矩变化关系曲面图。
２ＣＶＴ液压系统的压力、流量和功率特性及匹配原则
ｐｒｅ；ｓｕｘｅｑｆ＿ｄＴｌＶｕ瞎ｐ“ｕ吖耐掣１ｎｄ；ｅｒ
图２．４主、从动带轮油缸压力
Ｆｉｇ２．４Ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｄｒｉｖｉｎｇｍｉｄｄｒｉｖｅｎｐｕｌｌｅｙｏｉｌｃｙｌｉｎｄｅｒｓ
２．２ＣＶＴ液压系统流量特性
２．２．１带传动的基本运动关系
在变速过程中，由于金属带的长度可视为定值（弹性变形引起长度变化很小），在任意速比下金属带长度为。”：
（３“－一ｒ）?ＤⅢ＋（冬＋ｙ）?ＤⅢ＋２ｄ－ｃＯＳ）＂＝Ｌ（２．２３）式中Ｄ。、Ｄ。。——主、从动带轮工作直径；
ｄ——主、从动带轮轴间距：
￡——金属带长度；
ｙ——带传动斜向运行角，ｙ：ａｒｃ。ｉｎ旦堡选。
２ｄ
因为ｒ的值很小，故有：
Ｖ２
，
８ｉＩｌｙ４ｙ，。ｏｓ７２１一々（２．２４）将式（２．２４）代入式（２．２３），整理得：
三，（％＋‰）＋２－ｄ＋丁（ＤＤＲ－－ＤｏＮ）‘＝Ｌ（２．２５）
ＣＶＴ传动速比为：
ｉｃｖｒ＝舞（２．２６）将上式代入式（２．２５）可得主动带轮工作直径Ｄ。与ＣＶＴ速比七。之间的关系为：
。。＝兰唑≯（２．２７）式中＾：！！：！￡！！：
Ｂ：兰型！！￡！！！
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Ｃ＝２．ｄ—Ｌ
从动带轮直径Ｄ。与速比ｉＺｌ＇司的关系为可用Ｄ。＝Ｄ。，。来间接表示。
如图２．５所示为是二扛、动带轮工作直径与ＣＶＴ速比的关系曲线图。
带轮形式有直母线带轮和曲
母线带轮两种。由于直母线带轮在动力的传递、工作的可靠性和效率方面要比曲母线带轮来得好，因此在金属带无级变速传动装置中一般采用直母线带轮。“。
图２．６是主、从动带轮位移示意图，对于对称结构的直母线带轮的带式无级变速传动，在任冒
旦
§
号
毒
图２．５主、从动带轮直径与ＣＶＴ传动速比的关系
Ｆｉｇ２．５ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｄｄｖｉａｌｇｐｕｌｌｅｙｄｉａｍｅｔｅｒ，
ｄｒｉｖｅｎｐｕｌｌｅｙｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｉｏ
意速比时，带轮可动部分的轴向位移与带轮工作直径的关系为
一＝（ＤＤＲ—Ｄ叩。删。）－留要
鼍＝（‰一一ＤｏＮ）?留昙
式巾置、五——主、从动带轮可动部分的轴向位移。由此可得，主、从动带轮可动部分的轴向移动速度
分别为：
ＶＤＲ＝粤＝警－ｔｇ詈＝尝．ｔｇ詈等（ｚ?。ｏ）主‰＝鲁一孥畸一粤．ｔｇ詈一孥（２?３ｉ）２．２．２ＯＶＩ液压系统的流量特性
如图２．７所示，ＣＶＴ液压系统结构简图。ＣＶＴ被液压系统主要由液压泵、速比控制部分、金属带夹（２．２８）（２．２９）
变速器结构详解之金属带式无级变速器在现代汽车上常见的变速器种类，如果按照内部结构来分，大概可以分为有级式与无级式两种，有级式的两种在之前的两篇文章中都已经详细介绍过，那么接下来说无级式变速器。所谓无级式变速器就是指变速器并没有固定的档位，它的传动比是连续不断地变化的。而目前最为常见的无级式变速器可数金属带式无级变速器（VDT-CVT），这种变速器在国内车型上搭载的时间并不长，但它可不是什么新产品，因为它早在1490年便在达芬奇的想象力下被绘画出来，而在1889年就申请了CVT的专利。直到20世纪70年代的中后期荷兰的VDT（Van Doorne’s Transmissionb.V）公司研制出了第一台汽车用的CVT，并将这款CVT称为VDT-CVT。而且早在1987年斯巴鲁公司便首次将这款VDT-CVT变速器装备在他们的Justy车型上。直到2005年，荷兰VDT 公司已经累计生产了VDT-CVT变速器超过1000万套，而且它的搭载车型也越来越多，好像上一代的广本飞度（GD），菲亚特的派力奥、奇瑞的旗云、日产的天籁、蓝瑟翼神等都已经可以选配VDT-CVT变速器版本。那么下面就介绍一下这款变速器的结构与原理吧。 图：这款是复合型的金属带式无级变速器，可见除了金属带及工作轮之外，在输入轴前还有一组行星齿轮。 图：这是博世（BOSCH）推出的传动金属带，它由一个个金属环夹着 皮带所组成，
图：利用金属环保护皮带可以让皮带在运行过程中避免皮带被摩擦而 损坏的问题。 先说说CVT变速器的结构吧。金属带式无级变速也就是我们常说的CVT变速器，它的内部结构跟之前说的两种有级变速器也是完全不同，而且不单止是内部结构，就连传动的传动的部件也不一样。之前介绍的两种有级式的变速器虽然使用的齿轮不同，但是它们都是利用齿轮啮合来实现动力的传递，而金属带式无级变速器则是通过表面呈V型主动工作轮、金属带、V型的从动工作轮来实现动力传递。主动工作轮安装于输入轴之上，它在获得动力之后会带动金属带转动，而金属带的另一端则会连接于从动工作轮，而从动工作轮则连接在输出轴上，于是动力就会被这样传递至输出轴，然后通过尾牙等部件将动力传递至车轮上。 图：从上图可以看到，呈V型的是工作轮，它的一边连接着可以使其 活动的液压控制装置， 图：当液压控制装置为其注油或者放油，就可以让工作轮单边进行轴向移动，从而改变架在工作轮之上的金属带的工作半径。 既然说得上是变速器，那么当然不单止是传动那么简单，最起码也需要改变传动比吧。上面也说到，主动工作轮以及从动工作轮它们的表面是呈V型的，这个V型的工作轮不论是主动工作轮还是从动工作轮的两边都配有液压控制装置，这个液压控制装置的作用是让工作轮的一边作轴向移动。而架在V型工作轮中间的金属带也会因工作轮
西南大学 本科生课程论文 论文题目：金属带式无级变速传动变速器的工作原理分析 姓名：孙伟 学院：工程技术学院 班级：2012 机制（2）班 专业：机械设计制造及其自动化 课程名称：汽车设计 学号：222012322220063 指导教师：冀杰
2015 年06 月24 日金属带式无级变速传动变速器工作原理分析 摘要：金属带式无级变速传动变速器（CVT，即Continuously Variable Transmission ），同传统的变速器相比，具有结构紧凑，操作简便，传动效率更高，成本更低，以及节能环保等多方面的优点。此外，它作为轿车发展的一项先进技术适合我国轿车变速器发展的要求，并且越来越受到普遍关注，本文重点介绍，以及分析了金属带式无级变速器的传动原理，并系统的介绍了其发展历史和当前的技术状况，对金属带式变速器与其他类型的变速器的优点，缺点进行比较说明在机械式无级变速传动中，金属带式无级变速器无论是在转矩传递能力还是在传动效率方面均优于其他类型的机械式无级变速器传动。 关键词金属带式无级变速器；无级变速器；机械式变速器；CVT 1.金属带式无级变速器（CVT）概述 1.1无级变速器的发展历史 无极变速技术最早诞生于于一百多年前，一位荷兰工程师设计制造了世界上第一台无级变速传动机构。而无极变速技术应用于汽车行业则可以追溯到1886年，德国奔驰公司将V型橡胶带式无极变速机构安装在该公司生产的汽油机汽车上。由于橡胶带式无级变速机构存在功率有限(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等缺陷，因而没有被汽车行业普遍接受。然而提高传动带性能和无级变速传递功率极限的研究一直在进行，将液力变矩器集成到无级变速系统中，主、从动轮的夹紧力实现电子化控制，在CVT中采用节能泵，传动带用金属带代替
带式无级变速器 机械无级变速器基本上有传递运动和动力的摩擦变速机构；保证摩擦力所需的加压装置；实现变速的调速机构三部分组成。其工作原理是利用刚性原件（或通过中间元件）在接触处产生的摩擦力或润滑油膜牵引力进行传动，并可通过改变其接触处的工作半径进行无级变速。 机械无级变速器转速稳定、传动效率高并且可以很好地适应各种机械的工况要求，已经广泛运用于纺织、化纤、塑料、轻工、机床、冶金、矿山、石油、制药、电子、造纸等领域，并且近些年已经开始应用于汽车的机械无级调速。 带式无级变速器就是机械无级变速器其中的一种，即摩擦变速传动机构，并且由于其结构简单、制造容易、工作平稳、能吸收振动、易损件少、带更换方便，因而也是机械无级变速器广泛应用的一种；其缺点是外形尺寸较大，而变速范围较小。它由主、从动锥（带）轮、紧套在两轮的带、调速操纵机构和加压装置组成。其工作原理为当主动轮转动时，借助带与锥轮间的摩擦力来驱动从动轮并传递动力；通过调速操纵机构改变带在锥轮上的位置，使主、从动轮的工作半径改变，以达到无级变速的目的。其主要类型有： （1）普通V 带无级变速传动，这种类型结构简单、变速范围小，共有双面可动锥盘、单面可动锥盘和多单面可动锥盘带轮三种结构。 （2）V 形宽带无级变速传动，无级变速用的V 形宽带的内周具有齿形，因为具有良好的曲挠性、耐热性和耐测压性。农业机械无级变速传动用V 形半宽带，内周无齿，耐测压性好。 （3）块带式无级变速传动，这种类型的传动主要用于低速、工作条件恶劣的场合。 以金属带式无级变速器为例说明其设计过程 金属带式无级变速器是一种新式的有中间挠性体的机械摩擦式变速器，其结构简单、承载能力强，克服了以往各类无级变速器传递功率小的缺点，其已经在汽车变速器中得到了非常成功的应用。其设计步骤为： （1）确定锥盘安装轴径0d 和锥盘允许的最小工作半径min R 可根据输入转矩和结构的要求作出锥盘的结构设计，先确定安装轴径0d （2）计算要求的最大速比m ax0i 、最小速比m in0i 和变速范围0b R （3）初估中心距A （4）初估钢带环的长度L （5）根据初定的带环长度L 和中心距A ，按所确定的金属片侧边与锥盘母线的共轭关系，确定锥盘的轴向位移 （6）确定主、从动轮外径e1d 和e2d ，验算中心距A 若中心距与初估尺寸不一致，调整中心距从（5）开始重新设计 （7）校核锥盘与金属片的接触强度 （8）校核钢带环的强度 （9）确定锥盘的轴向正压力
变速器结构详解之金属带式无级变速器 在现代汽车上常见的变速器种类，如果按照内部结构来分，大概可以分为有级式与无级式两种，有级式的两种在之前的两篇文章中都已经详细介绍过，那么接下来说无级式变速器。所谓无级式变速器就是指变速器并没有固定的档位，它的传动比是连续不断地变化的。而目前最为常见的无级式变速器可数金属带式无级变速器（VDT-CVT），这种变速器在国内车型上搭载的时间并不长，但它可不是什么新产品，因为它早在1490年便在达芬奇的想象力下被绘画出来，而在1889年就申请了CVT的专利。直到20世纪70年代的中后期荷兰的VDT（Van Doorne’s Transmissionb.V）公司研制出了第一台汽车用的CVT，并将这款CVT 称为VDT-CVT。而且早在1987年斯巴鲁公司便首次将这款VDT-CVT变速器装备在他们的Justy车型上。直到2005年，荷兰VDT公司已经累计生产了VDT-CVT变速器超过1000万套，而且它的搭载车型也越来越多，好像上一代的广本飞度（GD），菲亚特的派力奥、奇瑞的旗云、日产的天籁、蓝瑟翼神等都已经可以选配VDT-CVT变速器版本。那么下面就介绍一下这款变速器的结构与原理吧。 图：这款是复合型的金属带式无级变速器，可见除了金属带及工作轮之外，在输入轴前还有一组行星齿轮。
图：这是博世（BOSCH）推出的传动金属带，它由一个个金属环夹着皮带所组成， 图：利用金属环保护皮带可以让皮带在运行过程中避免皮带被摩擦而损坏的问题。 先说说CVT变速器的结构吧。金属带式无级变速也就是我们常说的CVT变速器，它的内部结构跟之前说的两种有级变速器也是完全不同，而且不单止是内部结构，就连传动的传动的部件也不一样。之前介绍的两种有级式的变速器虽然使用的齿轮不同，但是它们都是利用齿轮啮合来实现动力的传递，而金属带式无级变速器则是通过表面呈V型主动工作轮、金属带、V型的从动工作轮来实现动力传递。主动工作轮安装于输入轴之上，它在获得动力之后会带动金属带转动，而金属带的另一端则会连接于从动工作轮，而从动工作轮则连接在输出轴上，于是动力就会被这样传递至输出轴，然后通过尾牙等部件将动力传递至车轮上。
无级变速器的基本结构和变速原理 沈林江，胥家政 摘要：无级变速技术是目前汽车传动系统中的前沿技术，无级变速器（CVT）与手动变速器（MT）、自动变速器（AT）相比，综合动力性能更佳，能与发动机形成理想的动力匹配，因此，无级变速汽车是当今发展的主要趋势之一。无级变速器中最为重要的一项是电液控制技术，直接影响到汽车变速品质、经济性以及动力性。速比控制、夹紧力控制和起步离合器的控制是无级变速控制系统的关键。 关键词：无级变速；结构；原理；特点 Basic structure and Variable speed principle of the CVT Shen lin-jiang , Xu jia-zheng Abstract: Continuously variable transmission technology is currently in the forefront of automotive technology,continuously variable transmission (CVT) with manual transmission(MT),automatic transmission(AT),an integrated vechicle is the development of the car one of the main trend. CVT is the most important one is the electro-hydraulic control technology.Car speed directly affects the quality and economy, and dynamic.However ratio control, clamping force control and control is the key to starting clutch CVT control system. Key word: I nfinitely variable speeds; structure; principle; characteristic 引言 汽车无级变速器能实现传动比连续变化，在更大范围内控制发动机的工作点，真正实现发动机—变速器—道路载荷的最佳匹配，所以一直以来是汽车制造商和用户追求的理想变速器。无级变速器按作用方式的不同和传动形式的差异，可分为机械式、电气式、液压式三大类。其中机械式无级变速器恒功率特性较好，有较高的传动效率，应用比较广泛，金属带式无级变速器就是典型的一种机械式摩擦无级变速器。由于金属带式无极变速器最为普遍，所以本文主要研究金属带式无级变速器的基本结构和变速原理。 1 汽车无级变速器的类型和特点 无级变速器可分为：液力变矩器，摆销链式无级变速器CVT，金属带式无级变速器CVT，环盘滚轮式无级变速器IVT这4大类。与有级变速器相比，它的优点明显：（1）提高燃油
摘要 在具有广阔的发展前景和市场空间的汽车行业中，车辆技术也得到较快的发展。金属带式无级变速器是一种新型的机械摩擦式无级变速器，具有承载能力强、效率高、平稳性好、环保节能等优良的传动特性，特别适用于需要传递中大功率而又需无级调速的场合。 本设计是基于现代人们对汽车性能的更高要求，鉴于国内外专家对无级变速器的研究与分析，结合金属带式无级变速器的现状和发展趋势、基本结构、传动原理、性能特点，主要以其在轿车中的应用，设计金属带式无级变速器的传动机构，根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计，包括主、从动带轮；主、从动锥盘；中间减速机构，使其与传统的变速器相比，耐用性能、加速性能、燃油性能以及排放性能都得到改善。 关键词：金属带；无级变速器；传动机构；机械摩擦式；主、从动锥盘；中间减速机构
ABSTRACT In a broad development prospects and market space in the auto industry, vehicle technology has also been developed quickly. Metal belt type variator is a new type of mechanical friction type variator, high bearing ability, high efficiency, energy saving and steadiness, good environment protection fine transmission characteristics, especially suitable for high power and in need to pass to stepless speed regulation occasion. This design is based on the modern people to an automobile performance higher request, in view of the fact that the domestic and foreign experts to variator's research and the analysis，combined with the metal belt type continuously variable transmission of the status and development trends, the basic structure, transmission principle, performance characteristics.According to its application in cars, completed the design of metal belt CVT transmission, based on the design variable's analysis, the transmission part at all levels of detail design transmission mode, , including master, driven pulleys; Lord, driven cone-disk; intermediate deceleration institutions and compared with the traditional transmission, durable performance, and accelerating performance, fuel performance and emission performance is improved. Keywords：Metal belt；Contiuously Variable Transmission；transmission；a type of mechanical friction; lord, driven cone-disk; ntermediate deceleration institutions
变速器结构详解之金属带式无级变速器
变速器结构详解之金属带式无级变速器在现代汽车上常见的变速器种类，如果按照内部结构来分，大概可以分为有级式与无级式两种，有级式的两种在之前的两篇文章中都已经详细介绍过，那么接下来说无级式变速器。所谓无级式变速器就是指变速器并没有固定的档位，它的传动比是连续不断地变化的。而目前最为常见的无级式变速器可数金属带式无级变速器（VDT-CVT），这种变速器在国内车型上搭载的时间并不长，但它可不是什么新产品，因为它早在1490年便在达芬奇的想象力下被绘画出来，而在1889年就申请了CVT的专利。直到20世纪70年代的中后期荷兰的VDT（Van Doorne’s Transmission b.V）公司研制出了第一台汽车用的CVT，并将这款CVT称为VDT-CVT。而且早在1987年斯巴鲁公司便首次将这款VDT-CVT变速器装备在他们的Justy车型上。直到2005年，荷兰VDT公司已经累计生产了VDT-CVT变速器超过1000万套，而且它的搭载车型也越来越多，好像上一代的广本飞度（GD），菲亚特的派力奥、奇瑞的旗云、日产的天籁、蓝瑟翼神等都已经可以选配VDT-CVT变速器版本。那么下面就介绍一下这款变速器的结构与原理吧。
图：这款是复合型的金属带式无级变速器，可见除了金属带及工作轮之外， 在输入轴前还有一组行星齿轮。
图：这是博世（BOSCH）推出的传动金属带，它由一个个金属环夹着皮带所 组成， 图：利用金属环保护皮带可以让皮带在运行过程中避免皮带被摩擦而损坏的 问题。 先说说CVT变速器的结构吧。金属带式无级变速也就是我们常说的CVT 变速器，它的内部结构跟之前说的两种有级变速器也是完全不同，而且不单止是内部结构，就连传动的传动的部件也不一样。之前介绍的两种有级式的变速器虽然使用的齿轮不同，但是它们都是利用齿轮啮合来实现动力的传递，而金属带式无级变速器则是通过表面呈V型主动工作轮、金属带、V型的从动工作轮来实现动力传递。主动工作轮安装于输入轴之上，它在获得动力之后会带动金属带转动，而金属带的另一端则会连接于从动工作轮，而从
毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 郭蕾 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程07-11班 指导教师姓名 安永东 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 金属带式汽车无级变速器传动机构设计 一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义 1、研究现状 近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，汽车已经成为现代文明社会重要的组成部分，人们对汽车的各项性能也提出了更高的要求，特别是经济性和动力性方面。现在为了提高汽车的这些性能，人们尝试了多项努力。本文就是在这背景下完成的。坚持以原有的传动系统结构，采用新型的金属带式无级变速器(CVT)替代原有的有级变速装置。金属带式无级变速器(CVT)作为汽车理想的变速传动装置，具有广阔的发展前景和市场空间，与目前应用较广的自动变速器(AT)相比，其性能优良、结构简单、可以实现汽车的无级变速。无级变速传动系统匹配及控制是实现车辆性能的关键技术之一,通过合理地控制无级变速器，可以使汽车按驾驶员的意图在汽车的行驶阻力和发动机输出功率之间自动实现动态最佳匹配，保证发动机在理想的工况下运行, 以便把汽车的经济性、动力性发挥到极限状态。金属带式无级变速器越来越受到人们的重视并且获得了较快的发展，世界上主要的汽车厂商也都在进行无级变速器的研发工作。 ⑴ 国外无级变速器的研究动态 金属带式CVT 的装车使用只有十几年的时间,但是CVT 技术的发展已有100多年的历史，1886年，Daimler Benz 在首辆采用汽油机的汽车上装上了橡胶带CVT 。1906年，美国卡特车装用了简单的金属盘摩擦传动无级变速器。1930年在Austin Sixteen 车上，装用了牵引式CVT 。电子控制技术特别是计算机控制技术的发展，使得无级变速传动得到应用与发展。20世纪60年代后期，荷兰工程师Van Doorne 研究出金属带CVT ，并装备于DAF 公司制造的小型轿车上。但是由于橡胶带式CVT 存在一系列的缺陷，如传递功率需要全套设计qq1537693694有限、传递转矩低、传动带和夹紧机构的能量损失较大、以及使用寿命短等，因而没有被汽车行业普遍接受。1972年H.Van Doorne 博士发明了金属传动带，解决了橡胶带使用寿命低、传递功率小的本质缺陷。1978年，意大利Fiat 公司的汽车开始装用Van Doorne CVT 。1987年，美国Ford 公司的汽车装有这种CVT ，很快引起汽车工业的关注。1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L 汽车上的CVT 。在此基础上，日产公司在1998年开发了一款中型轿车，设计了包含一个手动换档模式的CVT 。新型CVT 采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高效率液压控制系统，这些新技术的应用使CVT 可传递更大SY-025-BY-3
毕业设计（论文）开题报告 学生郭蕾系部汽车与交通工程学 院 专业、班级车辆工程07-11班 指导教师安永东职称副教授从事 专业 车辆工程是否外聘□是■否 题目名称金属带式汽车无级变速器传动机构设计 一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义 1、研究现状 近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，汽车已经成为现代文明社会重要的组成部分，人们对汽车的各项性能也提出了更高的要求，特别是经济性和动力性方面。现在为了提高汽车的这些性能，人们尝试了多项努力。本文就是在这背景下完成的。坚持以原有的传动系统结构，采用新型的金属带式无级变速器(CVT)替代原有的有级变速装置。金属带式无级变速器(CVT)作为汽车理想的变速传动装置，具有广阔的发展前景和市场空间，与目前应用较广的自动变速器(AT)相比，其性能优良、结构简单、可以实现汽车的无级变速。无级变速传动系统匹配及控制是实现车辆性能的关键技术之一,通过合理地控制无级变速器，可以使汽车按驾驶员的意图在汽车的行驶阻力和发动机输出功率之间自动实现动态最佳匹配，保证发动机在理想的工况下运行, 以便把汽车的经济性、动力性发挥到极限状态。金属带式无级变速器越来越受到人们的重视并且获得了较快的发展，世界上主要的汽车厂商也都在进行无级变速器的研发工作。 ⑴国外无级变速器的研究动态 金属带式CVT的装车使用只有十几年的时间,但是CVT技术的发展已有100多年的历史，1886年，Daimler Benz 在首辆采用汽油机的汽车上装上了橡胶带CVT。1906年，美国卡特车装用了简单的金属盘摩擦传动无级变速器。1930年在Austin Sixteen车上，装用了牵引式CVT。电子控制技术特别是计算机控制技术的发展，使得无级变速传动得到应用与发展。20世纪60年代后期，荷兰工程师Van Doorne研究出金属带CVT，并装备于DAF公司制造的小型轿车上。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷，如传递功率需要全套设计qq1537693694有限、传递转矩低、传动带和夹紧机构的能量损失较大、以及使用寿命短等，因而没有被汽车行业普遍接受。1972年H.Van Doorne博士发明了金属传动带，解决了橡胶带使用寿命低、传递功率小的本质缺陷。1978年，意大利Fiat公司的汽车开始装用Van Doorne CVT。1987年，美国Ford公司的汽车装有这种CVT，很快引起汽车工业的关注。1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年开发了一款中型轿车，设计了包含一个手动换档模式的CVT。新型CVT采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高效率液压控制系统，这些新技术的应用使CVT可 SY-025-BY-3
毕业设计（论文）任务书 学生姓名 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 指导教师姓名 职称 副教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 金属带式汽车无级变速器传动机构设计 一、设计（论文）目的、意义 近些年来，汽车技术有了很大发展，汽车的性能不断提高，汽车变速器对汽车的性能有较大的影响。目前，自动变速器技术已经很成熟，但是，现在应用的自动变速器基本上都是有级变速器，对汽车无级变速器还处在研究、实验阶段。在欧洲的发达国家已经有很多大的汽车制造商把无级变速器应用于轿车，节能减排已经成为世界对于汽车的一种追求，在我国汽车无级变速器的研究更是处于起步阶段。 设计一种能够适用于轿车的机械无级变速器已经显得越来越重要。本设计结合金属带式无级变速器，设计金属带式无级变速器的传动机构。根据对设计参数的分析，对整个无级变速器的各级传动部分的传动方式进行详细的设计。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 依据给定参数设计金属带式无级变速器，包括：无级变速机构的设计与校核（金属带、带轮、第一轴）、中间减速机构的设计与校核（两级齿轮传动、第二、三轴）。 主要技术指标 1、额定功率：75/6000（1KW/r min g ）；最大扭矩：135/4500（-1 N m/r min g g ）； 2、无级变速机构传动比为：0.4~2.88；中间减速机构传动比：第一级为1.4，第二级为1.9。 三、设计（论文）完成后应提交的成果 1、设计说明书一份，1.5万字以上； 2、变速器装配图一张、带轮、齿轮及壳体等零件图若干张。折合三张A0图纸。
四、设计（论文）进度安排 1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。并完成开题报告。第1-2周（2月28日～3月11日） 2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对无级变速器的传动机构进行初步设计。第3-6周（3月14日～4月8日） 3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日～4月15日） 4、无级变速机构、中间减速机构的设计，绘制装配图及相应零件图。第8-12周（4月18日～5月20日） 5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日～6月3日） 6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日～6月10日） 7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日～6月17日） 五、主要参考资料 [1] 程乃士.汽车金属带式无级变速器[M].北京:机械工业出版社，2007 [2] 阮忠唐. 机械无级变速器设计与选用指南[M].北京：机械工业出版社，1998：120-218. [3] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通出版社，2002，(08). [4] 王望予.汽车设计[M].北京:机械工业出版社，2005，(07)：78-113. [5] EMERY HENDRIKS. Aspects of a Metal Pushing V-Belt for Automotive Car Application[J]. SAE Paper，1988，881734：4. 1311～4. 1321. [6] SUN D C. Performance Analysis of a Variable Speed-Ratio Metal V-Belt Drive[J]. Transaction of the ASME，1988，110：472～481. 六、备注 指导教师签字： 年月日教研室主任签字： 年月日
毕业设计（论文）开题报告 学生姓名郭蕾系部汽车与交通工程学 院 专业、班级车辆工程07-11班 指导教师姓名安永东职称副教授从事 专业 车辆工程是否外聘□是■否 题目名称金属带式汽车无级变速器传动机构设计 一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义 1、研究现状 近年来，随着车辆技术的进步和道路上车辆密度的加大，汽车已经成为现代文明社会重要的组成部分，人们对汽车的各项性能也提出了更高的要求，特别是经济性和动力性方面。现在为了提高汽车的这些性能，人们尝试了多项努力。本文就是在这背景下完成的。坚持以原有的传动系统结构，采用新型的金属带式无级变速器(CVT)替代原有的有级变速装置。金属带式无级变速器(CVT)作为汽车理想的变速传动装置，具有广阔的发展前景和市场空间，与目前应用较广的自动变速器(AT)相比，其性能优良、结构简单、可以实现汽车的无级变速。无级变速传动系统匹配及控制是实现车辆性能的关键技术之一,通过合理地控制无级变速器，可以使汽车按驾驶员的意图在汽车的行驶阻力和发动机输出功率之间自动实现动态最佳匹配，保证发动机在理想的工况下运行, 以便把汽车的经济性、动力性发挥到极限状态。金属带式无级变速器越来越受到人们的重视并且获得了较快的发展，世界上主要的汽车厂商也都在进行无级变速器的研发工作。 ⑴国外无级变速器的研究动态 金属带式CVT的装车使用只有十几年的时间,但是CVT技术的发展已有100多年的历史，1886年，Daimler Benz 在首辆采用汽油机的汽车上装上了橡胶带CVT。1906年，美国卡特车装用了简单的金属盘摩擦传动无级变速器。1930年在Austin Sixteen车上，装用了牵引式CVT。电子控制技术特别是计算机控制技术的发展，使得无级变速传动得到应用与发展。20世纪60年代后期，荷兰工程师Van Doorne研究出金属带CVT，并装备于DAF公司制造的小型轿车上。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷，如传递功率需要全套设计qq1537693694有限、传递转矩低、传动带和夹紧机构的能量损失较大、以及使用寿命短等，因而没有被汽车行业普遍接受。1972年H.Van Doorne 博士发明了金属传动带，解决了橡胶带使用寿命低、传递功率小的本质缺陷。1978年，意大利Fiat 公司的汽车开始装用Van Doorne CVT。1987年，美国Ford公司的汽车装有这种CVT，很快引起汽车工业的关注。1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年开发了一款中型轿车，设计了包含一个手动换档模式的CVT。新型CVT采用一个最新研制的高强度宽钢带和一个高效率液压控制系统，这些新技术的应用使CVT可传递更大转矩。 SY-025-BY-3
收稿日期:2002-03-13 作者简介:马士泽(1975-),男,山东临沂人,博士生.E -mail :mashize @https://www.doczj.com/doc/ba6506506.html, 金属带式无级变速器速比控制研究 马士泽,雷雨成 (同济大学汽车学院,上海 200092) 摘要:以发动机的速度特性和万有特性为基础阐述了金属带式无级变速器(CV T )速比控制的理论依据,推导了 实用的PID 速比控制方法,建立了CV T 动力学数学模型并进行了数字仿真.分析结果表明变速器的速比变化率 大小对CV T 的加减速性能有着关键性作用,决定了发动机输出功率和汽车行驶阻力功率之间的动态匹配关系. PID 控制方法可以实现速比的合理变化控制. 关键词:金属带式无级变速器;速比控制;PID 控制 中图分类号:U 463.2 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2003)02-0209-03 Research of Ratio Control of Metal Pushing V -belt CVT M A S hi -ze ,L EI Y u -cheng (School of Automobile ,Tongji University ,Shanghai 200092,China ) Abstract :On the basis of the characteristics of motors ,the ration control theory of the CV T is explained.Mathematical model is built and simulated.The analysis makes it clear that the rate of ratio plays a key func 2tion in CV T.The dynamic matching relationship between motor output power and vehicle running resistance depends on it. Key words :metal V -belt continuously variable transmission ;ratio control ;PID control 内燃机是当前汽车的主流动力装置,其功率特性场与理想发动机功率特性场存在着较大的差异.变速器是这种汽车所必备的动力传动装置[1].金属带式无级变速器具有结构简单紧凑、操纵方便、性能优良等特点,是一种理想的汽车动力传动装置.当前节约能源和减少环境污染排放已成为人们关注的重点,因此全世界的主要汽车厂家都将CV T 作为优先开发项目,并且在许多车型开发中逐步普及使用.在日本装备这种变速器汽车已超过100万辆.我国科技部“九五”重点科技攻关项目也将金属带式CV T 作为“汽车电子控制技术”的重要组成部分.CV T 的研究有着重要的理论意义和经济价值. 1 CVT 速比控制理论 速比控制的最基本要求是通过控制变速器的速比,使汽车运行工况与发动机工况合理匹配,即在一定的节气门开度下使发动机始终工作在最佳转速,充分发挥发动机的性能.由发动机速度特性(见图1)可以看出,在一定节气门开度下,燃油消耗率随发动机运行转速不同而变化,存在一个针对燃油经济性的最佳发动机转速,使燃油消耗率最小;同样也存在一个针对动力性的最佳转速,使得发动机功率值最大.根据不同节气门开度下的最佳转速,可以得到针对燃油经济性和动力性的两条最佳工作曲线,反映在图2中分别为曲线E 和曲线D. 在汽车行驶过程中,当道路坡度、节气门开度等条件发生变化时,必须及时改变CV T 的传动速比,使第31卷第2期 2003年2月同 济 大 学 学 报JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY Vol.31No.2 Feb.2003
金属带式无级变速器壳体的强度和刚度分析 孙德志1 郑宏远1 程乃士2 张伟华1 1.东北大学,沈阳,110004 2.重庆工学院,重庆,400050 摘要:通过对一种自行研制的车用金属带式无级变速器(co ntinuously variable t ransmission ,CV T )壳体的应力和变形情况进行ANS YS 有限元分析,表明CV T 壳体结构设计不仅对自身的强度而且对变速器的传动性能都十分重要。解决了由于传统设计时无法估算箱体变形而造成的传动隐患,使曲母线锥盘和摩擦片真正啮合,从而使轴向无偏的金属带传动成为可能,也为实现整个CV T 系统的进一步优化和改进提供了必要的依据。利用Pro/Engineer 平台构筑了复杂的CV T 箱体模型,利用ANS YS 有限元分析软件对该模型进行了较准确的强度和刚度分析。 关键词:CV T 壳体;强度分析;刚度分析;Pro/Engineer ;ANS YS 中图分类号:T H140.1 文章编号:1004—132X (2007)18—2191—04Strength and Rigidity Analysis of Metal B elt Continuously V ariable T ransmission(CVT)Box Sun Dezhi 1 Zheng Hongyuan 1 Cheng Naishi 2 Zhang Weihua 1 1.Nort heastern U niversity ,shenyang ,110004 2.Chongqing Indust ry Instit ute ,chongqing ,400050 Abstract :By carrying on t he stress and t ransform analysis of t he box of a kind of Metal belt CV T which was self -designed and manufact ured for vehicles ,it is shown t hat st ruct ure design of t he Metal belt CV T box is very important for t he intension capability of t he box ,and for t he t ransmission f unc 2tions of CV T.The hidden t rouble of t he CV T transmission due to t he designers was solved ,which couldn ’t estimate t he t ransform of Continuously Variable Transmission box by t raditional design met hod ,and it was po ssible to make t he curved generat rix bevel -disc and friction plate really to match and no excursion for metal belt in t ransmission ,also p rovided t he necessary basis for f urt her op 2timizing and ameliorating t he whole CV T system.We const ructed a complicated model of CV T box by using t he terrace of PRO/Engineer software ,and carried on a series of accurate intension and rigid ana 2lyses for t he model by using ANS YS software. K ey w ords :CV T bo x ;st rengt h analysis ;static rigidity analysis ;Pro/Engineer ;ANS YS 收稿日期:2006—04—24 基金项目:重庆市科委重点攻关项目(2005CC25)0 引言 金属带式无级变速器(continuously variable t ransmission ,CV T )是理想的汽车变速器。它具有传动比变化连续,功率大,效率高,传动平稳,操作简单,使车辆外界行驶条件与发动机负载实现最佳匹配,进而提高整车的燃料经济性能等诸多优点。在当今世界油价上涨的趋势下,其优越的节油性能将会越来越引起世人的青睐,因此可以预见,CV T 将成为今后几十年内车用变速器的主流[1Ο5]。虽然国外已有车用金属带式无级变速器产品,但是,其传动性能并没有达到最佳状态,其金属带在传动变速时的轴向偏移是亟待解决的问题。我国学者首先提出了摩擦传动中的啮合理论,实现了纠偏[6,7],当属国际首创。 在理论上,按照曲母线设计锥盘可以保证摩 擦片与锥盘间良好啮合,进而实现金属带轴向无 偏传动[6],但其没有考虑轴承支撑的位移和变形。而实际上,变速器壳体不是刚体,其受力变形,加之制造和安装的不确定度,很可能造成壳体上的各轴承孔形位误差超差。因此,在确定壳体上各孔的同轴度、轴线平行度的精度等级时,应当充分考虑变速器壳体的刚度。此外,上述壳体变形也会影响齿轮的传动性能。 由于我们所设计的变速器壳体的结构极其复杂,其中汽车传动系集金属带传动、二级齿轮传动、差速器为一体,壳体安装有高压齿轮泵和液压控制系统,摩擦传动、液压控制和润滑的油路铸造在壳体上,壳体内部有驻车机构,造成中间齿轮轴成悬臂布置,加之壳体上必须开设一些工艺孔(削弱了壳体强度),以及铝合金壳体壁厚很薄(通常壁厚度为4～5mm ),所以非常有必要对壳体进行强度校核,包括静强度校核和疲劳强度校核。 本研究采用以特征为主体的三维实体建模系 ? 1912?