VT1——一种适用于中国的无级变速器

[摘要]本文介绍了ZFST的VT1型,-ggt变速器及与常规自动变速器相比所具有的优点。并介绍了电控型VT1和进一步开发的过程。[Abstract]This paper describes ZFST’s continuously variable transmission，called VT1，and the advantage of this transmission over a conventional automatic transmission．Also the development，in two stages，of an electronically controlled version of VT1 and the future development steps are discussed．关键词：金属V型带CVT 电控 操纵性能 燃油消耗KeY words：M etal V—Belt CVT electronic control driveability fuel consumption1 前言 ZF集团在比利时的N．V．Sint—Truiden公司（简称为ZFS，r）是ZF乘用车部门的一员。作为一个国际性的公司，ZF正在开发和生产各种变速器、转向器、车桥、底盘零部件，并为乘用车、商用车和非公路车辆提供全套系统。在ZF公司，乘用车部门负责为乘用车开发和生产自动变速器和手动变速器 ，目前，ZF推出了3种自动变速器：常规自动变速器、无级变速器（CVT）和双离合器变速器（DCT）。ZFST则关注于前轮驱动的CVT。 作为一个从著名的橡胶带变速器发展起来的公司。ZFST于1988年开始开发CVT，并在1992年开始生产CVT。从一开始，ZFST 不仅推出了从125Nm到210Nm涵盖所有尺寸的CVT，而且开发了电控型的VT1[sup][1-4][/sup] 。 本文对最近十年的发展作了一个综述，表明CVT和4档自动变速器相比具有明显的优势，并描述了从VT1H到VT2的发展阶段，其油耗可与手动变速器相媲美。CVT技术的基本原理在今天已是常规知识故不再重复。2 VT1的技术描述 这里仅对CVT的两个主要内容一变速器和控制系统作一简单的叙述。 VT1变速器由以下主要部件组成（见图1）： ·带多片湿式离合器的行星轮机构，可实现前进和倒车 · 由主动轮和从动轮及V型金属带组成的无级变速装置 · 2级齿轮减速 · 差速器 · 油泵 · 液压控制 · 变速器电控单元（TCU） ·VT1的技术参数见表1。 变速器控制系统由3个主要控制系统组成（见图2） · 带轮速比控制，用于控制变速器速比 · 离合器控制，用于控制多片湿式离合器 · 夹紧力控制，用于控制钢带的夹紧力以防止其打滑3 液压控制的VT1H 本公司第一种CVT被称为VT1H，于1992年投人生产，是一种全液压控制的无级变速器。在当时VT1H证明CVT技术具有光明的未来和巨大的潜力。 在当时ZFST在欧洲进行了市场调研，不同的驾驶员驾驶安装手动、4档自动和VT1H 变速器和相同发动机的同型轿车（结果见图3）。 CVT的优点是你能以更舒适和更具动力性的方式驾驶车辆，仅需轻轻或较快踩下节气门。较低的节气门开度获得较低的发动机转速可获得平稳和舒适的驾驶感觉，而较大的节气门开度对应较高的发动机转速，可获得明显的加速感觉。由于CVT的特点，你不会有换档冲击。这使得CVT不仅容易驾驶，而且驾驶时更有乐趣。在燃油消耗方面，VT1H 比4档自动变速器更佳，因为CVT可使发动机工作在低油耗点上。然而，这并不能完全补偿在油泵和金属V型带方面的损失，这是手动变速器所没有的。 合计以上各项，CVT的总评分和手动变速器持平，而较4档自动变速器更佳。 更多的研究被实车试验所证实，这里采用相同的车辆和发动机，安装4档自动变速器及VT1H。两方面的研究结果惊人的相似。 你能在表2中发现这些测量结果。4 电控型VT1F 电控型VT1的发展经历了两个阶段：首先是仅带电子带轮速比控制的VT1V，然后是在VT1V基础上增加了电子离合器控制和电子夹紧力控制的VT1F，实现了全电控的VT1。半电控的VT1V于1999年开始生产，全电控的VT1F则在2001年开始投产。 电子带轮速比控制使得cVT能根据需要编写换档策略。同样不同的CVT模式（经济性模式、运动型模式等等）、带固定速比的手动模式（通常称为TIP模式）、自动模式都成为可能。当然必须在车辆性能、驾驶特性和燃油经济性方面达到平衡。 电子带轮速比控制也使得cVT非常精确的方法控制升档速度，将最低升档速度从1800rpm降至1400rpm，这导致更好的燃油经济性。电子夹紧力控制使得CVT能调节夹紧力，不仅像VT1H那样与变速器速比有关，也你根据发动机转矩加以调节。因此作用在钢带上的夹紧力在低发动机转矩时也较小，这导致较低的钢带和油泵损失，即改善了燃油经济性。 电子离合器控制使得cVT能根据发动机和主动带轮速度控制离合器，获得更平滑的离合器性能。该系统能补偿温度影响和防止离合器被滥用。为了进一步优化燃油消耗，将制动信号也作为变速器的输入信号，当实施制动而发动机处于怠速时，在D档下降低离合器压力。这也在停车过程中改善了怠速振动和“爬行”感觉。与VT1H相比，VT1F由于以上各方面的改进其油耗降低了12 ，显然比常规自动变速器更好，甚至是5档自动变速器，仅略逊于手动变速器。5 推力极限 ：VT1+ 两年后ZFST开发了高转矩型的VTlF——VT1+。该变速器能传递210Nm（120kW）但外形尺寸相同，即你能在相同的车辆上使用VT1F或VT1+而无须改变任何东西。高的转矩能力是通过采用更宽和更坚固的钢带而获得的。带宽从24mm增至30mm。当然某些内部零件必须作相应的变化以适应这种宽带和更高的转矩。 表3给出了VT1+的加速参数。6 进一步发展：VT2 除了上述巨大的优点外，进一步改进的结果是产生了第二代CVT，即VT2。 VT2的主要特点是： · 与手动变速器相同的燃油消耗率 · 既适用于常规传动也可用于混合动力 · 更低的成本 · 安装便捷 · 和VT1相同的尺寸 为实现上述这些目的，必须开发一个全新的控制系统（液压、电子和TCU）并在变速器硬件方面作出某些改动。而与混合动力的兼容性则是一个巨大的挑战。混合动力的停止／起动功能需要变速器具有非常快速和精确的控制。 同时大量试验证明了VT2的可行性，甚至已有一个客户利用VT2样机开展试验。VT2将在2006年投产作为一个亚洲客户混合动力装置的一部分。7 结论 CVT与常规自动变速器相比在驾驶舒适性、油耗和驾驶乐趣等方面具有明显的优势。采用电子控制可使性能进一步提升，其燃油消耗能与手动变速器相竞争并能应用在混合动力上。 综观中国汽车市场，发动机转矩为200Nm的前轮驱动车辆正在被制造和销售，对中国汽车商和用户来说VT1和VT2确实是一种感兴趣的产品。