0027-轎車用無級自動變速器速比變速器的設(shè)計【全套32張CAD圖+SW三維模型+文獻(xiàn)翻譯+說明書】
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本部分內(nèi)容以奧迪Multitronic CVT為例進(jìn)行介紹，該無級變速器的內(nèi)部編號為01J。
1．奧迪01J CVT的基本組成
奧迪01J CVT主要由飛輪減振裝置、前進(jìn)檔離合器/倒檔制動器及行星齒輪裝置、速比變換器、液壓控制單元和電控單元組成，如圖4-91所示。
圖4-91 奧迪01J CVT的基本組成
1-飛輪減振裝置 2-倒檔制動器 3-輔助減速齒輪 4-速比變換器
5-電子控制系統(tǒng) 6-液壓控制系統(tǒng) 7-前進(jìn)檔離合器 8-行星齒輪機(jī)構(gòu)
發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩通過飛輪減振裝置或雙質(zhì)量飛輪傳遞給變速器，前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器都是濕式摩擦元件，兩者均為起動裝置。倒檔的旋轉(zhuǎn)方向是通過行星齒輪機(jī)構(gòu)改變的。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過輔助減速齒輪傳到速比變換器，并由此傳到主減速器、差速器。液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)集成一體，位于變速器內(nèi)部。
2．前進(jìn)檔離合器/倒檔制動器及行星齒輪機(jī)構(gòu)
1) 前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器
奧迪01J CVT的起動裝置是前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器，并與行星齒輪機(jī)構(gòu)一起實現(xiàn)前進(jìn)檔和倒檔。它們只做起動裝置，并不改變傳動比，這與在自動變速器中的離合器和制動器的功用是不同的。
奧迪01J CVT的前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器均是采用濕式多片式結(jié)構(gòu)，這與前述的自動變速器中的離合器和制動器的結(jié)構(gòu)是相同的，這里不過多敘述。
2) 行星齒輪機(jī)構(gòu)
行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖4-92所示，由齒圈、兩個行星輪、行星架、太陽輪組成。當(dāng)太陽輪順時針主動時，驅(qū)動行星輪1逆時針轉(zhuǎn)動，再驅(qū)動行星輪2順時針轉(zhuǎn)動，最后驅(qū)動齒圈也順時針轉(zhuǎn)動。
圖4-93 行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
1-行星架 2-行星輪1 3-行星輪2 4-齒圈 5-太陽輪
做為輸入元件的太陽輪與輸入軸和前進(jìn)檔離合器鋼片相連接，做為輸出元件的行星架與輔助減速齒輪的主動齒輪和前進(jìn)檔離合器的摩擦片相連接，齒圈和倒檔制動器摩擦片相連接，倒檔制動器鋼片和變速器殼體相連接。行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡圖4-93如圖所示。
圖4-93 行星齒輪機(jī)構(gòu)的簡圖
a．P/N檔的動力傳動路線
選檔桿處于P或N位時，前進(jìn)檔離合器和倒檔制動器都不工作。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過輸入軸相連接的太陽輪傳到行星齒輪機(jī)構(gòu)并驅(qū)動行星輪1，行星輪1再驅(qū)動行星輪2，行星輪2與齒圈相嚙合。車輛尚未行駛時，做為輔助減速齒輪輸入部分的行星架(行星齒輪機(jī)構(gòu)的輸出部分)的阻力很大，處于靜止?fàn)顟B(tài)，齒圈以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一半的速度怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與發(fā)動機(jī)相同。
b．前進(jìn)檔的動力傳動路線
選檔桿處于D位時，前進(jìn)檔離合器工作。由于前進(jìn)檔離合器鋼片與太陽輪連接，摩擦片與行星架相連接，此時，太陽輪(變速器輸入軸)與行星架(輸出部分)連接，行星齒輪機(jī)構(gòu)被鎖死成為一體，并與發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向相同，傳動比為1：1。
c．倒檔的動力傳動路線
選檔桿處于R位時，倒檔制動器工作。由于倒檔制動器摩擦片與齒圈相連接，鋼片與變速器殼體相連接此時，齒圈被固定，太陽輪(輸入軸)主動，轉(zhuǎn)矩傳遞到行星架，由于是雙行星齒輪(其中一個為惰輪)，所以行星架就會以與發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的方向運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛向后行駛。
由行星架輸出的動力輔助減速齒輪傳遞到速比變換器，如圖4-94所示。
圖4-94 輔助減速齒輪
1-行星齒輪機(jī)構(gòu) 2-輔助減速齒輪 3-鏈輪裝置1
3．速比變換器
速比變換器是CVT最重要的裝置，其功用是實現(xiàn)無級變速傳動。
速比變換器由2組滑動錐面鏈輪和專用鏈條組成，如圖4-95所示。主動鏈輪由發(fā)動機(jī)通過輔助減速齒輪驅(qū)動，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩由傳動鏈傳遞到從動鏈輪裝置，并由此傳給主減速器。每組鏈輪裝置中的其中一個鏈輪可沿軸向移動，來調(diào)整傳動鏈的跨度尺寸，從而連續(xù)地改變傳動比。2組鏈輪裝置必須同步進(jìn)行，這樣才能保證傳動鏈?zhǔn)冀K處于張緊狀態(tài)，并且具有足夠的傳動鏈和鏈輪之間的接觸壓力。
圖4-95 速比變換器的基本組成和原理
(a) 低速（傳動比大） (b) 高速（傳動比?。?
1-主動鏈輪裝置 2-從動鏈輪裝置 3-動力輸出 4-動力輸入 5-傳動鏈條
速比變換器的組成如圖4-96所示。該速比變換器的工作模式是基于雙活塞工作原理。其特點是利用少量的壓力油就可以很快地進(jìn)行換擋，這可以保證在相對低壓時，錐面鏈輪與傳動鏈之間有足夠的接觸壓力。在鏈輪裝置1和鏈輪裝置2上各有一個保證傳動鏈輪和傳動鏈之間正常接觸壓力的壓力缸和用于調(diào)整變速比的分離缸。為了有效地傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，錐面鏈輪和傳動鏈之間需要很高的接觸壓力，接觸壓力通過調(diào)節(jié)壓力缸內(nèi)的油壓產(chǎn)生。壓力缸表面積很大，能夠在低壓時提供所需的接觸壓力。液壓系統(tǒng)泄壓時，主動鏈輪膜片彈簧和從動鏈輪的螺旋彈簧產(chǎn)生一個額定的傳動鏈條基礎(chǔ)張緊力(接觸壓力)。在卸壓狀態(tài)下，速比變換器起動傳動比由從動鏈輪的螺旋彈簧彈力調(diào)整。
圖4-96 速比變換器的組成
1-轉(zhuǎn)矩傳感器 2、8-壓力缸 3-膜片彈簧 4-錐面鏈輪1 5-鏈輪裝置1
6、11-分離缸 7-螺旋彈簧 9-錐面鏈輪2 10-鏈輪裝置2
1) 換檔控制
a．電子控制部分
奧迪01J CVT的電子控制單元有一動態(tài)控制程序(DRP)，用于計算額定的變速器輸入轉(zhuǎn)速。為了在每個駕駛狀態(tài)下獲得最佳傳動比，駕駛員輸入信息和車輛實際工作狀態(tài)要被計算在內(nèi)。根據(jù)邊界條件動態(tài)控制程序(DRP)計算出變速器額定輸入轉(zhuǎn)速。變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器G182監(jiān)測主動鏈輪1處的實際轉(zhuǎn)速。電子控制單元會根據(jù)實際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并計算出壓力調(diào)節(jié)電磁閥N216的控制電流，這樣N216就會產(chǎn)生液壓換擋閥的控制壓力，該壓力與控制電流幾乎是成正比的?？刂茊卧ㄟ^檢查來自變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器G182和變速器輸出轉(zhuǎn)速傳感器G195及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號來實現(xiàn)對換擋的監(jiān)控。
b．液力換擋控制(增速與降速)
液壓控制單元中的輸導(dǎo)控制閥(VSTV)向換擋壓力調(diào)節(jié)電磁閥N216提供一個約0．5MPa的常壓。N216根據(jù)電子控制單元計算的控制電流產(chǎn)生控制壓力，該壓力的大小會影響減壓閥UV的位置。
根據(jù)控制壓力，減壓閥UV將調(diào)節(jié)出來的壓力傳遞到主動鏈輪和從動鏈輪的分離缸。當(dāng)調(diào)節(jié)壓力在0.18~0.2MPa之間時，減壓閥UV處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)控制壓力低于0.18MPa時，調(diào)節(jié)壓力通過減壓閥UV傳遞到主動鏈輪1的分離缸，同時從動鏈輪的分離缸與油底殼接通，速比變換器朝增速的方向進(jìn)行變速，如圖4-97所示。
圖4-97 速比變換器增速的控制
當(dāng)調(diào)節(jié)壓力高于0.22MPa時，調(diào)節(jié)壓力通過減壓閥傳遞到從動鏈輪2的分離缸，同時主動鏈輪1的分離缸與油底殼相通，速比變換器朝減速的方向變速，如圖4-98所示。
圖4-98 速比變換器減速的控制
2) 接觸壓力控制
壓力缸中合適的油壓最終產(chǎn)生錐面鏈輪與鏈條之間的接觸壓力，若接觸壓力過高會降低傳動效率；相反，若接觸壓力過低，傳動鏈會打滑，這將損壞傳動鏈和鏈輪。轉(zhuǎn)矩傳感器的目的就是根據(jù)要求建立起盡可能精確、安全的接觸壓力。
轉(zhuǎn)矩傳感器集成于主動鏈輪1內(nèi)，靜態(tài)和動態(tài)高精確度地監(jiān)控傳遞到壓力缸的實際轉(zhuǎn)矩，并建立壓力缸的正確油壓。轉(zhuǎn)矩傳感器主要部件為2個滑軌架，每個支架有7個滑軌，滑軌中裝有7個滾子，如圖4-99所示。
圖4-99 轉(zhuǎn)矩傳感器的組成
滑軌架1裝在主動鏈輪1的輸出齒輪中(輔助減速輸出齒輪)，滑軌架2通過內(nèi)花鍵與主動鏈輪1連接，并可以軸向移動且由轉(zhuǎn)矩傳感器活塞支撐。轉(zhuǎn)矩傳感器活塞調(diào)整接觸壓力，并形成2個壓力腔：轉(zhuǎn)矩傳感器腔1和腔2。轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)生的軸向力作為控制力，與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比，壓力缸中建立起來的壓力與控制力成正比。轉(zhuǎn)矩傳感器支架彼此間可徑向旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為軸向力(因滾子和滑軌的幾何關(guān)系)，此軸向力施加于滑軌支架2，并移動轉(zhuǎn)矩傳感器控制凸緣關(guān)閉或打開轉(zhuǎn)矩傳感器腔輸出端，如圖4-100所示。
圖4-100 轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理
a．輸入轉(zhuǎn)矩低時
轉(zhuǎn)矩傳感器腔1直接與壓力缸相通。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的軸向力與壓力缸內(nèi)的壓力達(dá)到平衡。在汽車穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，出油孔只部分關(guān)閉，打開排油孔(轉(zhuǎn)矩傳感器)后壓力下降，出油孔進(jìn)油壓力降低，直至恢復(fù)壓力平衡，如圖4-101所示。
圖4-101 低轉(zhuǎn)矩時的控制
b．輸入轉(zhuǎn)矩高時
轉(zhuǎn)矩達(dá)到峰值時，控制凸緣完全關(guān)閉出油孔。若轉(zhuǎn)矩傳感器進(jìn)一步移動，將會起到油泵作用，此時被排出的油使壓力缸內(nèi)的壓力迅速上升，這樣就會毫無延遲地調(diào)整接觸壓力。錐面鏈輪產(chǎn)生的接觸壓力不僅取決于輸入扭矩，還取決于傳動鏈跨度半徑，此二者確定了速比變換器的實際傳動比，如圖4-102所示。
圖4-102 高轉(zhuǎn)矩時的控制
4．液壓控制系統(tǒng)
CVT的液壓控制系統(tǒng)也像自動變速器的液壓控制系統(tǒng)一樣，擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)油壓的控制、油路的轉(zhuǎn)換控制、用油元件的供油以及冷卻控制等。
1) 供油裝置
奧迪01J CVT的供油裝置采用的是帶月牙形密封的內(nèi)嚙合齒輪泵，直接裝在液壓控制單元上，形成一個整體，減少了壓力損失。
2) 液壓控制單元
液壓控制單元由手動換檔閥、9個液壓閥和3個電磁控制閥組成。液壓控制單元和電子控制單元直接插接在一起，液壓控制單元應(yīng)完成下述功能：
a．前進(jìn)檔離合器/倒檔制動器；
b．調(diào)節(jié)離合器壓力；
c．冷卻離合器；
d．為接觸壓力控制提供壓力油；
e．傳動控制；
f．為飛濺潤滑油罩蓋供油。
液壓控制系統(tǒng)的油路圖如圖4-103所示。為防止系統(tǒng)工作壓力過高，限壓閥將油泵產(chǎn)生的最高壓力限制在0.82MPa，并通過輸導(dǎo)控制閥向三個壓力調(diào)節(jié)電磁閥提供一個恒定的0.5MPa的輸導(dǎo)控制壓力。壓力閥防止起動時油泵吸入空氣，當(dāng)油泵輸出功率高時，壓力閥打開，允許ATF油從回油管流到油泵吸入廁，提高油泵效率。施壓閥控制系統(tǒng)壓力，在各種工況下都始終能夠提供足夠的油壓。電磁閥N88、N215和N216在設(shè)計上稱為壓力控制閥，它們將控制電流轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的液壓控制壓力。
圖4-103 液壓控制系統(tǒng)的油路圖
5．電子控制系統(tǒng)
奧迪01J CVT的電子控制系統(tǒng)由電子控制單元、輸入裝置（傳感器、開關(guān)）和輸出裝置（電磁閥）三部分組成。其特點是電子控制單元集成在速比變換器內(nèi)，控制單元直接用螺栓緊固在液壓控制單元上。3個壓力調(diào)節(jié)閥與控制單元間直接通過堅固的插頭連接(S形接頭)，沒有連接線?？刂茊卧靡粋€25針腳的小型插頭與汽車相連。電控系統(tǒng)更具特點的是集成在控制單元內(nèi)的傳感器技術(shù)：電器部件的底座為一個堅硬的鋁板，殼體材料為塑料，并用鉚釘緊固到底座上。殼體容納全部的傳感器，因此不再需要線束和插頭。這種結(jié)構(gòu)大大提高了工作效率和可靠性。另外將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和多功能開關(guān)設(shè)計成霍爾傳感器，霍爾傳感器沒有機(jī)械磨損，信號不受電磁干擾，這使其可靠性進(jìn)一步提高。傳感器為控制單元的集成部件，若某個傳感器損壞，必須更換電子控制單元。如圖4-104所示為電子控制系統(tǒng)的組成。
圖4-104 電子控制系統(tǒng)的組成
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