电控机械无级自动变速器课件

电控机械无级自动变速器基本内容基本内容l l1、CVT 技术的发展概况l l2、无级变速传动的分类l l3、金属传动带式无级变速传动（CVT）的技术特点l l4、CVT的控制目标l l5、CVT控制系统l l6、CVT的控制技术一、CVT 技术的发展概况l l汽车之所以需要变速箱，是因为内燃机的工作特性，或者说是由内燃机的缺点决定的。在汽车行驶时，最需要扭力的时刻是加速，尤其是静止情况下的加速时。但是引擎在怠速阶段又偏偏最缺乏扭力，如果没有变速箱，别说加速，汽车就算正常行驶恐怕也十分的困难。l l 普通的变速箱，无论是手动的或者是自动的，都必须将引擎转速以一定数目的比例来分段，慢速行驶时，变速箱以低档将引擎所发出的扭力增倍输出，但是问题在于车速的升降仍然和引擎本身的转速挂钩。只不过比例的常数不同而已。因此引擎要被设计成有一定的宽度的扭力范围，从而影响了输出效率。因此，如果我们可以反其道而行之，制造一个可以转变扭力和转速的装置，将引擎锁定在一个很窄的转速范围下工作，这样引擎的扭力，马力和输出效率都能够设计的极出色。为此工程师设计了CVT.l l CVT发展至今，其基本工作原理大致不变。都是利用两个或者两个以上的摩擦面传递动力，而速度的改变是透过摩擦面接触的半径来进行的，即引擎转速保持不变，仍可以通过改变半径来改变车轮的转速，从而达到改变车轮转速的目的。l l 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，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，在CVT中采用节能泵，传动带用金属带代替传统的橡胶带。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。l l日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司开发了一种为中型轿车设计的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液压控制系统。通过采用这些先进的技术来获得较大的转矩能力，日产公司研究开发CVT的电子控制技术，传动比的改变实行全档电子控制，汽车在下坡时可以一直根据车速控制发动机制动，而且在湿滑路面上能够平顺地增加速比来防止打滑。奥迪奥迪A6无级变速器无级变速器 二、无级变速传动的分类l l1）变节圆传动 如:带式、链式传动；l l2）摩擦传动 如:锥、盘、环及球面传动；三、金属传动带式无级变速传动（三、金属传动带式无级变速传动（三、金属传动带式无级变速传动（三、金属传动带式无级变速传动（CVTCVT）的技术特点的技术特点的技术特点的技术特点1.1.基本结构与工作原理基本结构与工作原理基本结构与工作原理基本结构与工作原理2.2.关键部件关键部件关键部件关键部件3.3.主要技术参数主要技术参数主要技术参数主要技术参数4 4.性能指标性能指标性能指标性能指标1）金属传动带）金属传动带2）工作轮）工作轮 3）液压泵）液压泵工作轮 （讲解）1主动缸主动缸2主动锥轮主动锥轮3从动锥轮从动锥轮4金属带金属带5从动缸从动缸6传动钢球传动钢球工作轮的锥轮总成工作轮的锥轮总成l l主、从动轮由可动和不可动两部分组成，其工作面大多为直线锥面体。在液压控制系统的作用下，依靠钢球滑道结构作轴向移动，可连续地改变行动带工作半径，实现无级变速传动。液压泵l l液压泵为CVT 传动系提供控制、冷却和润滑的液压油源。l l常用的液压泵有两种形式：齿轮泵和叶片泵。(为提高液压泵的工作效率，常采用滚子式叶片泵)起步离合器l l1、湿式多片离合器l l2、电磁离合器l l3、液力变矩器主要技术参数为为满足汽车的使用要求满足汽车的使用要求1 1、中间齿轮传递副：、中间齿轮传递副：i ic c=1.31.4=1.31.42 2、与其匹配的主传动装置速比、与其匹配的主传动装置速比:i:i0 0=3.854.35=3.854.353 3、CVTCVT的传动比：的传动比：i icvtcvt=0.4452.6=0.4452.64 4、最后的、最后的CVTCVT的传动装置总传动比：的传动装置总传动比：l li=2.22715.834性能指标l l1)1)经济性经济性经济性经济性 装装装装CVTCVT的汽车比装自动变速器的汽车提高约的汽车比装自动变速器的汽车提高约的汽车比装自动变速器的汽车提高约的汽车比装自动变速器的汽车提高约8%12%8%12%，与机械变速汽车相当。，与机械变速汽车相当。，与机械变速汽车相当。，与机械变速汽车相当。l l2)2)动力性动力性动力性动力性 装装装装CVTCVT的汽车加速性能比装自动变速器的汽的汽车加速性能比装自动变速器的汽的汽车加速性能比装自动变速器的汽的汽车加速性能比装自动变速器的汽车提高约车提高约车提高约车提高约7.5%11.5%7.5%11.5%，在较高速时还略优于机械变速，在较高速时还略优于机械变速，在较高速时还略优于机械变速，在较高速时还略优于机械变速汽车。汽车。汽车。汽车。l l3)3)传动效率传动效率传动效率传动效率 CVTCVT传动装置除机械传动外，因液压控制传动装置除机械传动外，因液压控制传动装置除机械传动外，因液压控制传动装置除机械传动外，因液压控制系统金属传动带的摩擦等要消耗能量，它的传动效率一系统金属传动带的摩擦等要消耗能量，它的传动效率一系统金属传动带的摩擦等要消耗能量，它的传动效率一系统金属传动带的摩擦等要消耗能量，它的传动效率一定低于机械变速器的效率，最多只能接近机械变速器的定低于机械变速器的效率，最多只能接近机械变速器的定低于机械变速器的效率，最多只能接近机械变速器的定低于机械变速器的效率，最多只能接近机械变速器的效率。效率。效率。效率。l l4)4)排放排放排放排放 CVTCVT系统因其有较宽的速比变化范围，并能根系统因其有较宽的速比变化范围，并能根系统因其有较宽的速比变化范围，并能根系统因其有较宽的速比变化范围，并能根据汽车行驶阻力和驾驶员选定的工作模式连续地改变速据汽车行驶阻力和驾驶员选定的工作模式连续地改变速据汽车行驶阻力和驾驶员选定的工作模式连续地改变速据汽车行驶阻力和驾驶员选定的工作模式连续地改变速比，使发动机输出功率和汽车行驶阻力达到最佳匹配，比，使发动机输出功率和汽车行驶阻力达到最佳匹配，比，使发动机输出功率和汽车行驶阻力达到最佳匹配，比，使发动机输出功率和汽车行驶阻力达到最佳匹配，保证发动机始终平稳地处在最佳工况下工作，从而改善保证发动机始终平稳地处在最佳工况下工作，从而改善保证发动机始终平稳地处在最佳工况下工作，从而改善保证发动机始终平稳地处在最佳工况下工作，从而改善汽车燃料经济性和发动机的排放。汽车燃料经济性和发动机的排放。汽车燃料经济性和发动机的排放。汽车燃料经济性和发动机的排放。例如例如例如例如:图图图图5AT与CVT综合性能比较蜘蛛图四、CVT控制目标CVTCVT传动系的主要任务传动系的主要任务1 1）把发动机输出功率可靠地传递到驱动轮，并尽可）把发动机输出功率可靠地传递到驱动轮，并尽可能减小功率损失。能减小功率损失。2 2）根据汽车的运行条件，按驾驶员选定的工作模式）根据汽车的运行条件，按驾驶员选定的工作模式自动改变速比，使发动机维持在理想的工作点。自动改变速比，使发动机维持在理想的工作点。CVTCVT控制问题的目标控制问题的目标1 1）金属带夹紧力控制）金属带夹紧力控制2 2）速比控制）速比控制 目标金属带夹紧力主从动轮的推力比主从动轮的推力比Tin*=2FDNuDNRDNCOSr=TinT*in最大转矩最大转矩转矩比转矩比目标速比l l1 1、主动轮的转速、主动轮的转速与从动轮的转速之与从动轮的转速之比比l l2 2、主从动轮的节、主从动轮的节圆半径之比圆半径之比l l3 3、目标速比、目标速比金属传动带l l金属传动带由多个金属传动带由多个金属片和两组金属金属片和两组金属环组成，金属片在环组成，金属片在两侧工作轮的挤压两侧工作轮的挤压作用下传递动力，作用下传递动力，金属环在动力传递金属环在动力传递过程中主要用来将过程中主要用来将金属片约束在一起，金属片约束在一起，并正确地引导金属并正确地引导金属片运动。片运动。基本工作原理图基本工作原理图 （讲解）l l图为图为发动机前置前驱动汽车金属传动带式无级变速发动机前置前驱动汽车金属传动带式无级变速传动装置结构与工作原理。形式上与传动装置结构与工作原理。形式上与V V形橡胶带式形橡胶带式无级变速传动相类似。传动装置的主、从动工作轮无级变速传动相类似。传动装置的主、从动工作轮由固定和可动的两部分组成，形成由固定和可动的两部分组成，形成V V形槽与金属传形槽与金属传动带啮合。当主、从动工作轮可动部分作轴向移动动带啮合。当主、从动工作轮可动部分作轴向移动时，改变了传动带的回转半径，从而改变了传动比。时，改变了传动带的回转半径，从而改变了传动比。可动轮的轴向移动是根据汽车使用要求，通过液压可动轮的轴向移动是根据汽车使用要求，通过液压控制系统进行连续的调节，从而实现无级变速传动。控制系统进行连续的调节，从而实现无级变速传动。基本工作原理基本工作原理五、CVT控制系统l l1、机液控制系统l l2、电液控制系统l l3、控制液压缸的动压补偿l l4、双压力液压控制系统机液控制系统 缺陷缺陷l l1 1、不能对主从动缸、不能对主从动缸的压力进行独立控制的压力进行独立控制l l2 2、皮托管不能准确、皮托管不能准确监测发动机转速变化监测发动机转速变化l l3 3、不能适用别的车、不能适用别的车型型l l4 4、金属带停留的位、金属带停留的位置不确定，影响下次置不确定，影响下次起动的平稳起动的平稳性性电液控制系统l l采用电液控制系统可以克采用电液控制系统可以克服机液控制的固有缺陷，服机液控制的固有缺陷，如主、从动缸的压力可以如主、从动缸的压力可以独立控制，因而可以使传独立控制，因而可以使传动装置按驾驶员的操作意动装置按驾驶员的操作意图达到最佳匹配。利用精图达到最佳匹配。利用精确测定的发动机与从动轮确测定的发动机与从动轮的转速信号，可实现对的转速信号，可实现对CVTCVT传动装置速比和夹紧传动装置速比和夹紧力的精确控制。另外，增力的精确控制。另外，增加了制动开关信号，可使加了制动开关信号，可使汽车在制动过程中，传动汽车在制动过程中，传动装置速比自动回到最大速装置速比自动回到最大速比状态，为下一次平顺起比状态，为下一次平顺起步作准备。步作准备。控制液压缸的动态补偿 当主、从动缸高速当主、从动缸高速旋转时，主、从动旋转时，主、从动缸的液体由于离心缸的液体由于离心力的作用产生动压力的作用产生动压力。该动压将影响力。该动压将影响对夹紧力和速比的对夹紧力和速比的精确控制，因此，精确控制，因此，为了解决高速时流为了解决高速时流体产生的动压对控体产生的动压对控制精度的影响、制精度的影响、CVTCVT主、从动缸通主、从动缸通常采用右图的动压常采用右图的动压补偿来抵消离心力补偿来抵消离心力的作用。的作用。主从动缸动压油室补偿主动缸无油室动态补偿双双压力液压控制系统压力液压控制系统l l右图右图所示的所示的CVTCVT液压控制液压控制系统包括夹紧系统包括夹紧力控制、速比力控制、速比控制、前进倒控制、前进倒退控制、起步退控制、起步离合器、总回离合器、总回路工作压力调路工作压力调节、润滑压力节、润滑压力调节及电路故调节及电路故障备用系统等障备用系统等部分。部分。六、CVT的控制技术 CVT控制系统的关键技术 1、夹紧力控制 2、速比控制 3、起步离合器控制夹紧力控制 在实际应用中，在实际应用中，由于所采用的控制阀的不由于所采用的控制阀的不同，其实现也有所不同。同，其实现也有所不同。如比例压力控制阀为连续如比例压力控制阀为连续的模拟量控制；对开关阀的模拟量控制；对开关阀可采用调制脉宽方式或调可采用调制脉宽方式或调制脉冲方式。制脉冲方式。用调制脉宽方式用调制脉宽方式 ，采用开关阀实现比例控制采用开关阀实现比例控制的原理是改变液压阀参与的原理是改变液压阀参与工作的比例。工作的比例。脉宽调方式制脉冲调制方式脉冲调制与脉宽调制驱动信号的区别l l系统引入了对测系统引入了对测量信号的前置滤量信号的前置滤波处理，以抑制波处理，以抑制测量噪声的影响；测量噪声的影响；另外，由于压力另外，由于压力控制阀的非线性控制阀的非线性特性，在方案中特性，在方案中加入了控制阀特加入了控制阀特性补偿环节性补偿环节。Subaru E2CVT夹紧力控制l lHondaHonda液压控液压控制系统和夹紧制系统和夹紧力控制方案采力控制方案采用用了与了与SubaruSubaru不同不同的双压力回路，的双压力回路，夹紧力控制、夹紧力控制、速比控制都与速比控制都与SubaruSubaru有所有所不同。不同。Honda Civic夹紧力控制速比控制l l当当驾驶员猛踩油门时驾驶员猛踩油门时,会会导致目标速比突然变化，导致目标速比突然变化，为了满足汽车行驶平顺性为了满足汽车行驶平顺性的要求，必须对实际最大的要求，必须对实际最大变化率加以限制，确保最变化率加以限制，确保最大变化率在给定的范围内。大变化率在给定的范围内。同时，该系统还测量控制同时，该系统还测量控制阀芯的位置，一方面可限阀芯的位置，一方面可限制控制阀芯的工作区间，制控制阀芯的工作区间，保证控制阀在稳定的区间保证控制阀在稳定的区间工作；另一方面可根据阀工作；另一方面可根据阀芯的位移对它的非线性特芯的位移对它的非线性特性进行补偿，保证对主动性进行补偿，保证对主动缸动态压力变化率的精确缸动态压力变化率的精确控制。控制。起步离合器控制起步离合器控制l l 起步离合器的功能起步离合器的功能起步离合器的功能起步离合器的功能l l1 1、接合动力平顺，分离动力彻、接合动力平顺，分离动力彻底。底。l l2 2、接合时发动机不停车、不空、接合时发动机不停车、不空转。转。l l3 3、接合速度能随驾驶员意图变、接合速度能随驾驶员意图变化，并给乘员的感觉保持不变。化，并给乘员的感觉保持不变。l l4 4、上坡起步不溜坡，发动机不、上坡起步不溜坡，发动机不熄火。熄火。l l5 5、具有可靠的低速爬行功能，、具有可靠的低速爬行功能，帮助汽车平稳越障。帮助汽车平稳越障。l l6 6、限制传递最大的转矩。、限制传递最大的转矩。l l 控制策略控制策略控制策略控制策略l l1 1、比例控制策略、比例控制策略l l2 2、模糊控制、模糊控制比例控制策略比例控制策略l l当当驾驶员踩下加速踏板，根驾驶员踩下加速踏板，根据加速踏板的位移与位移据加速踏板的位移与位移变化率信号，变化率信号，CVTCVT的的ECUECU判断出汽车起步动作，于判断出汽车起步动作，于是使离合器压紧缸的压力是使离合器压紧缸的压力立即升高到初始起步压力立即升高到初始起步压力（固定值），以改善起步（固定值），以改善起步的快速性。在接合的过程的快速性。在接合的过程中，为使汽车平顺起步，中，为使汽车平顺起步，压紧缸的压力与发动机的压紧缸的压力与发动机的转速按比例增加。待离合转速按比例增加。待离合器主从动部分滑转消失后，器主从动部分滑转消失后，把离合器的压力迅速升高把离合器的压力迅速升高到额定工作压力，保证离到额定工作压力，保证离合器可靠传递发动机的转合器可靠传递发动机的转矩。矩。PSPMAX0PMAX模糊控制l l阶段阶段1 1、模糊控、模糊控制器根据节气门制器根据节气门开度、发动机转开度、发动机转速以及离合器输速以及离合器输出轴转速，即根出轴转速，即根据驾驶员的意图据驾驶员的意图和汽车的起步条和汽车的起步条件估计初始起步件估计初始起步压力。压力。l l阶段阶段2 2、离合器、离合器接合压力变化率接合压力变化率根据加速踏板位根据加速踏板位移（小、中、大移（小、中、大三种情况）和发三种情况）和发动机转速估算。动机转速估算。高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大10000r/min 以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到2530m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008 0.01mm，重复定位精度0.004 0.005mm。落地式铣镗床铣刀 由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。当今，落地式铣镗床发展的最大特点是向高速铣削发展，均为滑枕式(无镗轴)结构，并配备各种不同工艺性能的铣头附件。该结构的优点是滑枕的截面大，刚性好，行程长，移动速度快，便于安装各种功能附件，主要是高速镗、铣头、两坐标双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺性能及加工范围达到极致，大大提高了加工速度与效率。传统的铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，其优点不仅是铣削的速度、效率高，更主要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产滑枕式(无镗轴)高速加工中心，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同型式的高精密铣头附件作技术保障，对其要求也很高。高速铣削给落地式铣镗床带来了结构上的变化，主轴箱居中的结构较为普遍，其刚性高，适合高速运行。滑枕驱动结构采用线性导轨，直线电机驱动，这种结构是高速切削所必需的，国外厂家在落地式铣镗床上都已采用，国内同类产品还不多见，仅在中小规格机床上采用线性导轨。高速加工还对环境、安全提出了更高的要求，这又产生了宜人化生产的概念，各厂家都非常重视机床高速运行状态下，对人的安全保护与可操作性，将操作台、立柱实行全封闭式结构，既安全又美观。工艺特点精品课件文档，欢迎下载，下载后可以复制编辑。更多精品文档，欢迎浏览。