汽车无级自动变速器CVT液压控制系统综述

汽车无级自动变速器CVT液压控制系统综述 汽车无级自动 变速 器 CVT 液压 控 制系统综述 汽车无级自动变速器(CVT)液压控制系统综述 allthelife发表于2008年12月12日16:25阅读(51)评论(0)分类:个人日记 举报 汽车无级自动变速器(CVT)液压控制系统综述 TheOverviewofHydraulicControlSystemforAutomotiveCVT 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。无级变速传动是一种理想的传动 方式,自汽车诞生以来一直是人们追求的目标1。它 与常规变速传动相比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。20年来,尤其是近年CVT作为传动 技术正在以更快的速度在欧洲并向世界各国扩展,引 起越来越多的汽车制造厂家的关注并已被投入批量生 产,有着广阔的发展空间2。 2CVT的基本结构、工作原理及关键技术 CVT的基本结构如图1所示,其主要是由液压 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行 驶;当离合器切断时发动机空转,实现空档。 1.发动机飞轮2.离合器3.主动工作轮液压控制缸 4.主动工作轮可动部分4a.主动工作轮不动部分5.液压泵 6.从动工作轮可动部分6a.从动工作轮不动部分7.从动轮液压控制缸 8.中间减速器9.主减速器与差速器10.金属传动带 CVT的工作原理:它的核心部件由 主、从带轮和金属带构成。每组带轮由可动锥轮(阴影 部分)和固定锥轮组成。控制系统根据发动机节气门开 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。在力的作用 下,当主动带轮的可动部分沿轴向向内移动,而从动带 轮的可动部分沿轴向向外移动时,速比即从动带轮的工 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,由于工作半径变化是连续 的,因此速比也是连续的。而这一连续变化过程中是通 过调整液压系统主、从动轮液压缸中的压力和油量带轮 可动端的移动量和移动速度来实现的。 。 CVT变速器的关键技术包括:发动机与CVT变 速器之间的匹配关系;带轮夹紧力的控制策略;液压系 统的集成化设计等。而液压系统在CVT系统工作时 主要功能是保证发动机转矩高效可靠地传递,同时实 现速比按照一定的规律连续变化。所以,无级变速传 动的液压控制系统是无级变速传动系统众关键技术的 重中之重。 3CVT液压控制系统的形式 金属带式无级变速器包括离合器(或液力变矩 器)、无级变速传动机构以及前进或倒车切换机构。其 中无级变速传动机构是其核心部分,它的功能是依靠 液压控制系统来实现的。早期无级变速传动系统的液 压控制部分多采用机液控制方式。后来随着电子技术 的快速发展及应用和人们对汽车性能要求的提高,使 机械式液压伺服控制系统在CVT控制领域逐渐消 失,当前控制系统均采用电子液压控制方式。 4机液控制系统的组成和工作原理3~6CVT机液控制系统如图3所示,发动 机直接驱动 液压泵向系统提供压力油。液压泵输出的压力油一部 分直接进入从动带轮液压缸,其压力由夹紧力控制阀 调节,以控制对金属带的张紧力;另一部分压力油经速 比控制阀后进入主动带轮液压缸,以控制无级变速器 传动速比无级变化。发动机转速信号压力由皮托管从 与液压泵及主动带轮一起旋转的集油圆槽中的旋转油 液中引出,并作用在速比控制阀和夹紧力控制阀阀芯 上。由皮托管构成的发动机转速信号压力发生器所产 生的信号压力与发动机转速的平方成正比。 1.液压泵2.加速踏板3.节气门4.柔性钢线5.节气门控制凸轮 6.主动轮液压缸7.从动轮液压缸8.皮托管9.主动轮可动端位置传感器 速比控制阀的动作是通过加速踏板带动节气门控 制凸轮对速比控制阀阀芯一端施加的作用力,和作用 在另一端代表发动机转速信号的皮托压力相平衡的结 果。设计上保证了阀芯位移与节气门的开度对应,代 表了在一定节气门开度下的目标转速,因此速比的控 制过程相当于一种闭环反馈控制过程。改变节气门的 开度变速时,阀芯位移发生变化,通过改变速比控制阀 开口面积改变速比变化率,实现速比控制。主动带轮 可动端的轴向移动通过反馈杆和中间机构反馈到夹紧 力控制阀上,并通过弹簧转变为力信号作用在夹紧力 控制阀阀芯上,实现力伺服控制。从图3中可以看出, 当速比减小时,主动带轮的可动端沿着轴向左移,通过 反馈杆使夹紧力控制阀调压弹簧负载减小,夹紧力控 制阀的开启压力也就是系统的主压力减小,也就是说, 当系统加速时,系统压力减小。这样有利于CVT装 置的寿命。 5电液控制系统的组成和工作原理7~9 图4是电液式控制系统的结构简图,液压泵也是 由发动机直接驱动向系统提供液压油,夹紧力控制阀 采用的是比例溢流阀,速比控制阀采用电磁换向阀。 作为电子控制单元的输入信号,可以加入发动机转速 传感器和扭矩传感器、主动轮的位移传感器、从动带轮 的压力传感器,也可以加入主动带轮转速传感器、从动 带轮转速传感器、车速传感器来作为后备信号9。驾 驶员的意图通过油门信号以及换挡信号,输入到电子 控制系统,并可以选择动力型(S)或者经济型(E)的最 佳换挡规律。根据反馈信号确定施加到系统的主压 力,并由发动机转速(相当于主动带轮的转速)构成转 速反馈控制,根据转速的偏差信号决定速比的控制。 6机、电、液控制系统的比较 从前面的结构以及原理的分析中我们看到,在电 液控制系统中各个参数都是经传感器反馈给电子控制 单元,通过电子控制单元来实现目标压力和目标速比 的控制,而机液控制系统中则是通过机械连杆机构进 行反馈,而液压系统的动力元件---控制阀在电液控 制系统中采用也不是机械式控制阀,而是比例阀和电 磁阀。机液控制系统的控制比较简单,不能很好 地适应各种行驶路况,功率不足,平滑性差;电液控制 系统的控制方案在目标控制的响应速度上明显优于机 液控制系统的反应速度,这可以使动力传动系统实现 最理想的工作状态,达到动力性、经济性和排放之间的 最佳折衷8。同时,采用电液控制系统后,还可以降 低不必要的损失提高传动系统的工作效率。 7CVT液压控制系统的研究现状 吉林大学(原吉林工业大学)对无级变速传动的液 压控制系统进行了研究10~11,从实时控制的角度出 发,建立了汽车无级变速传动的夹紧力控制、速比控制 及整车动态模型,并基于这一动态模型,仿真计算了汽 车在起步与行驶变速时的动态调节过程,为进一步研 究无级变速传动控制规律和进行电控系统设计提供了 必要的前提工作研究。 东北大学对金属带式无级变速传动的摩擦系数进 行了实验研究,同时对金属带式无级变速器液压控制 系统原理及其数学模型进行了研究,给出了键合图表 示的液压控制模型,并以状态方程的形式推导出液压 控制系统的数学表达式,为进一步对无级变速传动的 液压控制系统进行动态仿真研究及了解金属带式无级 变速器的动态特性奠定了基础12~13。 重庆大学对金属带式无级变速传动进行了深入的 研究并且进行了一系列的仿真14;分析了机液控制系 统的结构、控制原理和对所要求性能的控制实现过程, 为金属带式无级变速器控制系统的开发奠定了基 础4。 通过阅读发现,文献一般都集中在液压系统工作 特性的分析以及结构原理的角度,对于从CVT液压 控制系统角度论述的较少,而且一般都以机液式控制 系统为例,对于电液式控制系统的分析一般都集中在 控制方法和试验研究上,更少见有对CVT液压控制 系统的设计和研究。