无级变速器的发展历史

CVT技术的发展已经有一百多年的历史。德国奔驰公司是汽车采用CVT技术的鼻祖。早在1886,公司生产的汽油发动机上就安装了V型橡胶带式无级变速器。1958年,荷兰DAF公司的H.Van Doorne博士成功开发了一款名为Variomatic的双V型橡胶带CVT,安装在DAF公司制造的水仙牌轿车上,销量突破1万辆。但是,橡胶带式无级变速器存在功率有限(扭矩限制在135Nm以下)、离合器工作不稳定、液压泵、传动带和夹紧机构能量损失大等一系列缺陷,因此没有被汽车行业普遍接受。但是,提高传动带性能和CVT传动功率极限的研究一直在进行。液力变矩器集成到CVT系统中,驱动轮和从动轮夹紧力电控,CVT使用节能泵,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,导致了扭矩传递能力更大、性能更好的第二代CVT的出现。

自20世纪90年代以来,CVT技术的研究和发展越来越受到汽车行业的重视,尤其是在微型汽车中,CVT被认为是关键技术。随着全球科学技术的快速发展,新的电子技术和自动控制技术不断被采用在CVT中。1997上半年,日本日产公司开发了2.0L轿车用的CVT。在此基础上,日产开发了1998中型车用手动换挡模式的CVT。新的CVT采用了新开发的高强度宽钢带和高液压控制系统。通过采用这些先进技术来获得更大的扭矩能力,日产公司研究和开发了CVT的电子控制技术。传动比的变化由全速电子控制控制。汽车下坡时,总能根据车速控制发动机制动,在湿滑路面上能平稳提高速比,防止打滑。日产计划将其CVT的应用范围从1.0 L扩大到3.0L轿车。

日本三菱公司选择了CVT,将直喷发动机的动力平稳传递,没有能量损失来驱动汽车。v带/传动轮机构可以保证发动机动力在各种速度下平稳不间断的传递。CVT根除了传统自动变速器换挡时的打齿现象,从而获得更满意的响应和控制。三菱公司准备采用直喷发动机(1.5L以下)和CVT的组合。日本富士重工也有15年开发CVT的经验。1997年5月,富士重工为其Vistro微型车装配了全电脑控制的E-CVT (CVT带六速手动换挡模式)。驾驶员可以在不操作离合器的情况下进行六速换档。富士重工在Pleo微型车上采用了带锁止变矩器的电控CVT。变矩器的滑动可以通过小范围的锁止保持在最小,行星齿轮用于切换前进/倒档。传动比范围为1: 10-5.5: 1。

1999上半年,美国福特公司与德国ZF公司合作,为福特公司的轿车和轻型卡车生产无级变速器。巴达维亚和俄亥俄州的新合资公司将从2001开始生产为福特设计的带电子管理功能的CFT23 CVT。ZF公司设计的CVT是一种变矩器传动,它使用为安装装有横向发动机的前轮驱动汽车而生产的钢带。ZF还可以为前轮驱动车辆和后轮驱动车辆生产CVT系列纵向发动机。ZF表示:与四速自动变速器相比,CVT系统可提升加速性能10%,燃油经济性10%-15%。与锁止式变矩器相比,CVT系统效率更高,不会漏油。福特正在设计一款牵引驱动CVT,匹配公司所有轻型卡车,包括后轮驱动和全轮驱动卡车。牵引传动用一个沿特殊滑动流体移动的滑块代替传动带和传动轮。滑动部分的相对位置决定了传动比,动力是通过零件之间很薄的一层液体油来传递的。

德国ZF公司从199中期开始为罗孚216提供钢带驱动VT1 CVT。该CVT包括螺旋齿轮或传动装置、合适的液压系统和湿式离合器。集成在系统中的ECU可以进一步结合机械、液压和电子系统,从而更好地利用各种系统的独特优势。德国Bosch公司的电子CVT控制系统是基于由传感器和执行器单元控制的电子/液压模块。博世将独立的部件、执行器、传感器和变速器换挡ECU集成到一个模块中,变速器制造商只需增加一个集成控制单元。

无级变速器的应用

1987年,日本斯巴鲁将搭载CVT变速器的汽车投放市场,并取得成功。欧洲的福特和菲亚特也在1.1L到1.6L排量的汽车上配备了VDT-CVT,随着技术的发展,全球节能环保意识被能源危机所提升。在第一代无级变速器的经验基础上,开发了一种性能更好、扭矩能力更大的无级变速器。目前,为了提高产品的竞争力,世界各大汽车制造商都在大力发展CVT。日产、丰田、福特、通用、奥迪等著名汽车品牌都销售配备CVT变速器的汽车,全球CVT汽车年产量已近50万辆。值得注意的是,搭载CVT的汽车市场最早是从日本和欧洲渗透到北美市场,所以CVT是当今汽车发展的主要趋势。

我国拥有巨大的汽车销售市场,汽车工业是我国的民族产业之一。而我国汽车工业所需要的自动变速器(AT)都是进口的,这使得装备AT的国产车成本大增,而设备本身研发生产的CVT变速器成本增加不多,说明CVT的市场前景看好。目前,中国正在考虑开发汽车自动变速器。“九五”以来,汽车用金属带式无级变速器的研发被列入国家重大科技攻关计划,以跟踪世界技术发展,开发适合我国国情的汽车。2010 4月17日,我国自主研发的首款CVT在奇瑞汽车有限公司顺利下线..相比国外,奇瑞的CVT变速器可以降低50%的成本。

最近十年,CVT技术向前迈进了一大步,使得CVT比有着100多年历史的机械变速器MT和有着50多年历史的自动变速器AT更具竞争力。CVT技术正处于其生命周期的开始,CVT的特性将进一步提高。