无级变速系统
概述无级变速系统(CVT--continuously variable transmission)。
它的内部并没有传统变速箱的齿轮传动结构，而是以两个可改变直径的传动轮，中间套上传动带来传动。基本原理是将传动带两端绕在一个锥形带轮上，带轮的外径大小靠油压大小进行无级的变化。起步时，主动带轮直径变为最大直径，而被动带轮变为最小，实现较高的传动比。随着车速的增加和各个传感器信号的变化，电脑控制系统来断定控制两个带轮的控制油压，最终改变带轮直径的连续变化，从而在整个变速过程中达到无级变速。
而锥形带轮之间的传动带，在过去的一段时间，由于材质的原因，所受的拉力有限，所能承受的扭矩有限，只能用在摩托车式小排量车上。近些年来，随着材料技术、加工工艺的不断提高，生产出特殊材料制造的刚制传动带和锥型带轮。彻底实现了大功率、大扭矩轿车的要求。
CVT最大的特点是无级控制输出的速比，在行驶中达到行云流水的感觉，从而没有了换档的感觉。乘员感觉不到换档冲击，动力衔接连贯。这样CVT在行驶时增加了舒适性，加速也会比自动变速器快。
CVT与传统变速器的区别大家经常都有看汽车杂志或者是汽车广告的宣传片，其中说到汽车参数的时候，会碰到一个术语－－CVT，普通人经常把自动档变速器和无级变速器(CVT)两个概念混为一谈。实际上这两种变速器工作原理完全不同。CVT结构比传统的变速器简单、体积更小，它既没有手动变速器的众多齿轮，也没有自动变速器复杂的行星齿轮组。旧款的CVT多用橡胶皮带制成，但它的缺点是受力有限，容易打滑因此只能用在一些摩托车和微型车上，由于制造工艺技术的改良，现在也应用于中型汽车了，在这方面比较领先的是奥迪和日产，以奥迪为例，厂方就针对传统的CVT在斜坡上容易后溜以及行驶中的橡皮筋现象进行了改良，在1999年底正式推出Multitronic，除了以油冷式多片离合器代替扭力转换器以减少动力流失以外，还有两方面底改进，包括采用金属片链和宽齿比的滑轮组。这条金属片链由1025块金属片和75对串针组成，最大可以承受300牛·米的峰值扭力，而传统的V型钢带只可承受200牛·米的扭力，真是一个天一个地。
另外，Multitronic还有很宽地传动比，介于2.400到0.395之间，相对于传统的变速箱，甚至是手动变速箱，有较高的灵活性，令加速更加顺畅。而且，在增加和删除手动变速模式的时候，工作变得轻松简单得多，因为只需要更改电脑程序，即可更改齿轮的比例和半径，根本不需要大动刀枪来更换齿轮。所以，一款CVT变速箱可以和多台不同类型不同输出特性的引擎配合使用。
Multitronic的还有一项特点就是装置了扭力感应器，确保滑轮夹以适当的力量夹住金属片链，因为过大的夹力会抵消一部分动力，白白的浪费掉，而且也会加速金属片链的磨损。一般来说，CVT变速箱的动力传输快，流失较少，所以具有起步快，最高车速较普通自动变速箱的汽车快，并且转波的过程相当顺滑，连贯性非常好，没有什么突兀感。驾驶这款车你会发现，引挚的转速表与速度表指针几乎是同步变化的，不会出现普通自动变速箱升档的时候转速迅速下跌的现象。
使用无级变速系统CVT的注意事项对于正确使用CVT应注意以下几点：
1、行驶时，不要将变速杆拉到“N”档。
2、从前进变后退，从后退变前进档时，要完全停住车，在踩住制动踏板的同时操作变速杆，否则有可能使变速箱损坏。
3、下坡时，应使用“S”档或手动模式的低档，利用发动机制动作用，避免长时间制动时使制动蹄片产生热衰退性，使制动性能变差。
4、由于CVT的结构和工作原理，所有的控制都是靠内部油压来进行完成的。所以应按照生产厂家指定的期限检查CVT的油质、油量，并定期进行更换符合厂家规定的油品。
5、为了最大限度的提高其燃油经济性，行驶中最好使用CVT变速箱的自动模式。这样可以使发动机和变速器全程保持达到最佳匹配的状态，最大限度利用发动机的扭矩和功率输出，达到经济的车速，从而提高燃油的经济性。
6、由于CVT的结构，假如对其相关的零部件或电路进行检修或断电之后，都要对内部进行一种特殊的设定程序才能使CVT发挥正常的状态。所以，相对于CVT变速箱的维修应去专业的修理单位进行维修。
CVT技术的发展概况CVT技术的发展，已经有了一百多年的历史。德国奔驰公司是在汽车上采用CVT技术的鼻祖，早在1886年就将V型橡胶带式CVT安装在该公司生产的汽油机汽车上。1958年，荷兰的DAF公司H.VanDoorne博士研制成功了名为Variomatic的双V型橡胶带式CVT，并装备于DAF公司制造的Daffodil轿车上，其销量超过了100万辆。但是由于橡胶带式CVT存在一系列的缺陷：功率有限(转矩局限于135Nm以下)，离合器工作不稳定，液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大，因而没有被汽车行业普遍接受。
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。
进入20世纪90年代，汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，特别是在微型车中，CVT被认为是关键技术。全球科技的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到CVT中。
1997年上半年，日本日产公司开发了使用在2.0L汽车上的CVT。在此基础上，日产公司在1998年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。日产公司计划将它的CVT的应用范围从1.0L扩大到3.0L的轿车。
日本三菱公司已选择了CVT平顺无能量损失地传递直喷式发动机的动力来驱动汽车。V型带/传动轮机构可以保证在所有速率下发动机动力平顺无间断地传递。CVT根除了传统的自动变速器通过齿轮换档时的打齿现象，从而获得更满意的响应和控制。三菱公司准备采用直喷式发动机(1.5L或更小)与CVT组合。
日本富士重工同时拥有15年开发CVT的经验。1997年5月，富士重工将它的Vistro微型车装配了全计算机控制式E-CVT(含有六档手动换档模式的CVT)。驾驶员无须操作离合器就可以进行六档变速。富士重工在Pleo微型车上采用一种有锁止式变矩器的电控式CVT、通过小范围锁止可以使液力变矩器的滑动保持在最小值，行星齿轮用来切换前进档/倒退档。传动比范围从1：10-5.5：1。
1999年上半年，美国的福特公司和德国ZF公司合作为福特公司的轿车和轻型载货车生产CVT。在巴达维亚和俄亥俄州新建的合资企业将从2001年生产为福特公司设计的、带有电子管理功能的CFT23型CVT。ZF公司设计的CVT是一种变矩器式变速器，使用为安装横向发动机前轮驱动汽车生产的钢带。ZF公司也能为安装纵向发动机的前轮驱动汽车和后轮驱动汽车生产CVT系列。ZF公司称：与四档自动变速器相比，CVT系统能够将加速性能提高10%，燃油经济性提高10%-15%。与锁止式变矩器相比，CVT系统在不漏油的前提下效率更高。福特公司正在设计一种与公司内所有轻型载货车匹配的牵引驱动CVT，包括后轮驱动和全轮驱动载货车。牵引驱动使用沿特殊滑液的可移动滑件代替传动带和传动轮。滑动部分的相对位置决定传动比，由一层部件间非常薄的液油来传递动力。
德国ZF公司从1999年中期开始为Rover216型汽车提供钢带驱动的VT1型CVT。这种CVT包括螺旋齿轮或变速器、合适的液压系统、湿式离合器。在系统中集成的ECU可以允许机械、液力和电子系统进一步组合，这就更好地利用了各种系统的独特优点。
德国博世的电子式CVT控制系统是基于用传感器和执行器单元控制基础上的电子/液力模块。博世公司已经将独立部件、执行器、传感器和变速器换档ECU组成一个单独的模块，变速器制造商只需增加一个集成控制单元。
CVT的工作原理CVT系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。
在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。
汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐减小，从动轮的工作半径相应增大，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。
CVT的技术特性4.1经济性
CVT可以在相当宽的范围内实现无级变速，从而获得传动系与发动机工况的最佳匹配，提高整车的燃油经济性。德国的大众公司在自己的GolfVR6轿车上分别安装了4-AT和CVT进行ECE市区循环和ECE郊区循环测试，证明CVT能够有效节约燃油(如表1)
表1安装4-AT和CVT的大众公司的GolfVR6汽车的燃油消耗对比
试验油耗4-ATCVT
ECE市区循环，L/100km14.413.2
ECE郊区/远程循环，L/100km10.89.8
90km/h匀速，L/100km8.37.0
120km/h，L/100km10.39.2
4.2动力性
汽车的后备功率决定了汽车的爬坡能力和加速能力。汽车的后备功率愈大，汽车的动力性愈好。由于CVT的无级变速特性，能够获得后备功率最大的传动比，所以CVT的动力性能明显优于机械变速器(MT)和自动变速器(AT)。表2为分别安装4-AT和CVT的克莱斯勒的Voyager轿车的动力性比较，安装CVT的汽车拥有更佳的动力性能。
表2安装4-AT和CVT的克来斯勒Voyager轿车动力性对比
项目4-ATCVT
加速时间(s)
0-30km/h2.52.5
0-100km/h13.212.2
4.3排放
CVT的速比工作范围宽，能够使发动机以最佳工况工作，从而改善了燃烧过程，降低了废气的排放量。ZF公司将自己生产的CVT装车进行测试，其废气排放量比安装4-AT的汽车减少了大约10%。
4.4成本
CVT系统结构简单，零部件数目比AT(约500个)少(约300个)，一旦汽车制造商开始大规模生产，CVT的成本将会比AT小。由于采用该系统可以节约燃油，随着大规模生产以及系统、材料的革新，CVT零部件(如传动带或传动链、主动轮、从动轮和液压泵)的生产成本，将降低20%-30%。
CVT技术未来发展趋势CVT技术未来的发展可以从以下四个方面进行分析。
5.1CVT部件
推式传动带和传动链将在转矩传递容量和专用性上进一步加强。由于产品数量的迅速增加，伴随产品过程的进一步自动化，成本会大幅降低。
CVT专用的液压泵将被推广。用于自动跳合和紧急制动的小型电子驱动泵，和用于正常工况的发动机驱动泵协同工作，将进一步改善整个变速器的效率。
滑轮优化设计将不仅减小系统的质量和降低成本，而且保证在主、从动轮和传动带之间的最大传递转矩。不同部件、微处理器和测试设备的电子控制差异，导致非常高的研究和制造成本，这将通过电液控制模块化设计和大规模生产而减小，从而将柔性的功能和低廉的成本有机组合。
因为越来越多的CVT进入市场，制造商已经开始研究开发CVT专用变速器工作液，这将给CVT工作特性进一步优化。
5.2CVT变速器
大量不同的布置有可能出现，不仅由于汽车驱动差异和要求(FWD、RWD、AWD)，而且也由于增加传动比覆盖范围的持续要求。
电子化将带来传动比、速度、压力和转矩的更快的、更精确的控制，保证发动机和变速器更好的调节，提供了不同的行驶模式，例如运动型、舒适型和巡航控制，从而使用户获得全方位的“行驶乐趣”。
5.3发动机与CVT集成控制
更精确、更快的CVT控制，将与发动机控制一起集成到整个传动系管理系统中，使得油耗和排放的进一步降低。带有集成发动机管理单元的第一个CVT传动系原型已经进行了行驶循环测试。
5.4混合动力CVT传动系
CVT将承担带有飞轮储能装置的混合动力传动系设计中的重要角色。采用CVT传动系的混合动力汽车的油耗有可能减少30%，排放有可能降低50%。
CVT关键技术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。
毋庸置疑，CVT变速器的技术含量和制造难度都要比MT变速器高，与AT变速器相仿，由于金属带式CVT的结构简单，所含的零件数量比AT变速器少40%左右，整车的质量因而也有所减轻。
CVT变速器的应用1987年，日本Subaru把装备CVT变速器的汽车投放市场，获得成功。欧洲的Ford和Fiat也将VDT-CVT装备于排量为1.1L到1.6L的轿车上。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代的CVT的经验基础上，开发出了性能更佳，转矩容量更大的CVT。当前，全世界各大汽车厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行CVT的研发工作。现在NISSAN、TOYOTA、FORD、GM、AUDI等著名汽车品牌中，都有配备CVT变速器的轿车销售，全世界CVT轿车的年产量已达到近50万辆。有一点值得注意的是，装备有CVT的汽车市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此无级变速汽车是当今汽车发展的主要趋势。
我们国家有巨大的汽车销售市场，汽车工业是我国的民族工业之一。然而我国汽车业所需的自动变速器（AT）全部依赖进口，这使得国产汽车配备AT后，成本增加很大，而装备自行开发生产CVT变速器，其成本提高不大，说明CVT的市场前景令人乐观。
目前我国正在考虑发展轿车自动变速器的问题。自“九·五”期间轿车金属带式无级自动变速器的开发和研制已经被列入国家的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合我国国情的汽车。
CVT在踏板车的应用1.1、无级变速机构简介
无级变速动力传递机构主要由前传动和后传动两大部分组成。前传动由前带轮、后带轮、V带3大件组成；后传动由后齿轮箱内的末级齿轮轴、双联齿轮、动力输入轴组成。在前传动与后传动之间，由重锤式干式自动离心式离合器来联接或切断动力。
前传动机构既是动力传递机构，又是无级自动变速机构。前带轮由主动盘、强制冷却风扇、空心轴套、离心滚柱、定位板、移动盘组成。后带轮由固定盘、移动盘以及离心力控制弹簧组成。传动带内侧有齿牙（不属于同步带），传动带在前、后带轮之间，既是动力传递件，又是无级变速件。
后传动是一个二级减速传动箱，它是将前传动输入的转速在此进行二级减速增矩后，把动力传递给后轮轴。
V带无级变速系统（ContinuouslyVariableTransmission以下简称CVT）目前广泛用于踏板车的传动系统中。该系统与我们常见的有挡变速系统相比主要有以下优点：a）操作简单、平稳舒适。CVT系统传动比的变化只需由油门控制曲轴转速就可以达到，并可实现传动比的连续变化，没有有挡变速系统所必需的离合、变挡等操作和传动比突变造成的冲击。
CVT系统在设计范围内减速比可连续变化，使摩托车在使用时，发动机转速保持在比较理想的范围内，有利于降低油耗，减少排放污染。
1.2、CVT与动力系统的分析
传动系统与动力系统的匹配是摩托车取得良好性能的重要途径。CVT系统具有连续的动力输出和无级变速的动力特性，相比有挡式变速系统更容易达到比较理想的综合性能，但考虑到摩托车使用时各种工况的复杂性，CVT系统与动力系统的匹配也是一个必须考虑油耗、排放、加速性、最高车速等多种因素并折衷取舍的复杂问题。这就必须仔细设定CVT系统的主要规格：最大减速比（imax）、最小减速比（imin）、二次减速比（i2）以及CVT主动轮上的离心式转速感应调控机构和从动带轮上的转矩感应机构。
车辆在稳定行驶时，CVT从动轮上的转矩感应机构对传动带的轴向控制功能相当于车辆负荷转矩的比例放大器，其比例系数取决于转矩感应机构转矩斜槽的升角和工作半径。比例系数的大小可是定量，也可随斜槽升角的改变而改变，以更好地适应运行工况要求，提高系统效率。CVT主动带轮上的离心式转速感应调控机构是发动机输入转速和输出的主动轮轴向力的比例控制器，其比例系数由离心滚子滑道轨迹和离心滚子运转半径来决定。在设计以上参数时，必须考虑在各种不同的转速、转矩工况下主从动带轮作用力的平衡关系，以及由此给整车油耗、排放、动力性带来的影响。
可以看出当摩托车在加速初期CVT处于接近最大减速比状态，到了最高车速时则处于最小减速比状态，但二者都需要再经过二次减速才能将发动机输出的动力传输到后轮。所以3者必须互相匹配才可能得到最佳性能。下面我们来分析CVT系统减速比的设定与整车动力性能的关系。
a）加速性摩托车行驶时受力情况如图3所示。
发动机输出转矩克服行车阻力后剩余的用于加速。发动机加速之初CVT处于最大减速比状态，而发动机的输出转矩被最大减速比和二次减速比之积所放大（imax．i2），为了取得较大加速度应尽量加大imax．i2之值。
近年来由于人们对加速感的追求，各车型均尽量放大imax．i2之值，但受CVT系统本身尺寸限制（如传动带宽度、曲轴箱体积等），imax通常不会超过3，但i2太大又会影响到最高车速，因此必须加以取舍。
b）最高车速当发动机的驱动力经过传动系统后，在后轮的输出等于当时的定速行车阻力时，该车就无余力加速而保持这个速度。当油门全开，摩托车输出的最大后轮驱动力与行驶阻力相等时，摩托车的车速称为最高车速。
当imax．i2改变时会改变后轮驱动力，最高车速会随之改变。当imax．i2大时，后轮驱动力较大，发动机转速超过最大扭力点使驱动力下降，车速降低；当imax．i2太小时，驱动力不够大，不能得到高车速；只有当imax．i2居中而匹配适当时，才可能得到较高的车速。
当摩托车在平路行驶达到最高车速时，驱动力T为最高车速的Vmax的二次函数，故并非imax．i2最大才可得到最大的Vmax。
imax．i2之值50mL比125mL大得多，一个原因是日本法规限制50mL摩托车的最高车速为60km/h；另一个原因则是由于转矩不同，50mL摩托车为了取得较好的加速性而将i2放大；imax由于受CVT系统尺寸的限制而不能太小，故imax．i2之值小不下来，不然50mL的最高车速可进一步提高。
c）油耗污染进行动力系统匹配的目的，除了要达到良好的加速性和最高车速性能外，最重要的就是要取得良好的油耗污染指数。包括发动机性能曲线、油耗曲轴、排放物（CO、HC)曲线等，还有就是摩托车实际使用时的行走曲线（包括加速和定速行驶）。由于目前油耗测试中定速行驶所占比例相当大，所以通常先考虑定速行驶工况。