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摘要：本文介绍了金属带式无级变速系统的基本构造和工作原理，介绍了其常用的电子控制系统，分析了速比变化率对汽车的加速性能和平顺性能的影响，指出了必须精确控制速比变化率以实现加速性能和平顺性能的兼顾。
关键词：金属带式无级变速系统 电子控制系统 加速性能 平顺性能
【分类号】：U463.212
1. 前言
无级变速器（CVT）是一种可以实现传动比连续变化的变速器，按照结构形式可以分为流体式、电动式和机械式。流体式无级变速器包括液力变矩器和液压变矩器两种。液力变矩器优点是减震性能良好和良好的自调节性和自适应性，缺点是结构过于复杂、成本高、效率低。电动无级变速器一般应用于矿用自卸车、轮式装载机等重型机械上。机械式无级变速器的特点则是传动比变化连续、范围宽、操作方便等，其工作原理是通过改变主、被动轮的工作半径来实现传动比的连续变化。机械式无级变速传动经过多年的发展，先后出现了橡胶带式、金属链式和金属带式等类型。最新出现的金属带式无级传动相较于橡胶带式和金属链式两种方式，在寿命、可靠性、噪声和工作范围方面具有明显优势，可以实现实现与发动机工作状态的匹配，从而提高工作效率，降低油耗，同时传动比更大，可以获得更好的动力性能，也可以实现更柔顺的换挡，使得运行更加平稳，舒适性更高。
2. 金属带式CVT的工作原理和控制技术
2.1 金属带式CVT的构造和工作原理
金屬带式CVT包括主动轮、从动轮、液压泵和金属带等部件，其中主动轮组件又包括可动盘和被动盘，从动轮组件同样包括从动轮可动盘和从动轮不可动盘。不管式主动轮还是从动轮，其可动盘和不可动盘上面均有V型槽结构，用以实现与金属带上的V型槽啮合。其工作原理是通过改变主动轮和从动轮上面的可动盘的轴向位移来实现主从动轮工作半径的改变，实现金属带式无级变速器的传动比的平滑改变。增大或者减小传速比是通过改变主动轮上的可动盘承受的液压力实现的。当要减小CVT传速比时，要增大作用在主动轮上的可动盘上的液压力，由于液压力增大，打破了原来的主动轮可动盘的受力平衡状态，可动盘就会向左有一段位移，导致金属带受到主动轮可动盘上的凹槽的挤压作用而向主动带轮的外边缘一定，从而实现主动轮的工作半径的增大调节，而在这个过程中由于金属带的弹性刚度很大，不容易发生变形，也就是基本保持长度不变，金属带会对被动轮上的可动盘产生一个向左的侧向力，导致被动轮的可动盘也向左移动，使得被动轮的工作半径减小，最终实现CVT传速比的减小。同样地，当要实现CVT传速比增大时，减小施加在主动轮可动盘上的液压力，可动盘就会向右移动，进而减小了主动轮的工作半径，而被动轮上的可动盘在金属带施加的侧向力作用下也向右移动，导致被动轮可动盘的工作半径的增大，由于主动轮工作半径减小而被动轮工作半径增大，金属带式CVT的传速比就会增大。在改变施加在主动轮可动盘上的液压力过程中，主、被动轮的工作半径是连续变化的，因此可以实现CVT速比的平滑调节。
金属带作为改变被动轮工作半径的施力物体，其构造对CVT的无级变速实现质量具有重要意义。金属带一般是由诸多金属片和两组金属环组成，金属片的厚度一般在1.4mm左右，而金属环是由多条厚度为0.18mm的薄环带组成的。将金属片固定于金属带上，金属片之间构成V型槽用来与主、被动轮可动盘上的V型槽啮合。在改变传速比时，金属带依靠上面的金属片来传递给被从轮可动盘的移动力，实现主、被动轮工作半径的改变。
2.2 金属带式CVT控制技术
为了提高金属带式CVT的传动性能，必须对其控制系统进行深入的研究和设计。在金属带式CVT初期，对其采用的是液压控制方式。液压控制系统一般由主阀、控制阀、手动阀、油道和ATF油泵等组成。主阀上的油道与控制阀、主阀组成了一个液压回路。汽车运行时，油泵开始工作，为调节阀提供油液，油液在调节阀内部形成压力，此压力控制带轮的控制阀，进而使得带轮转动。这种液压控制方法控制体系过于复杂，缺乏灵活性。随着技术的进步，电子控制方式逐渐成为金属带式CVT控制主流。电子控制方系统采用多种传感器技术，实时采集传动系统的各个运行状态信号，并根据采集到的信号采取不同的动作指令，实现动力传动系统的理想工作状态，实现了动力特性和解决特性的最佳组合。在电子控制系统中，发动机整个油泵，作为动力系统的液压油来源。压力控制阀门通过对从动轮油缸内的液压油压力进行控制，来实现系统主压力的控制。而主压力的大小和速比同时决定这系统的传递转矩大小。CVT的速比则是通过位于主动轮油缸内的速比控制阀实现的。由此可见，在速比一定时，可以通过调节主压力来实现转矩大小的调整，而在主压力一定的情况下，可以调整速比来调整转矩。在从动轮油缸内的主压力发生变化时，金属带的受力状态就会发生改变，为了达到新的受力平衡，主动轮油缸内的压力就必须调整，进而实现传动速比的改变。
由于采用了传感器技术，主动轮油缸的压力和从动轮的主压力都可以通过压力传感器采集上传到控制器中。主动轮的转速和从动轮的转速则是通过速度传感器采集的，而发动机转速和油门开合度的大小分别通过速度传感器和位移传感器采集的。采集的系统实时运行状态信息被传送到控制器中，控制器中则根据其内部固化的控制算法对信号进行运算，得到控制数信号，然后通过控制器的DA输出驱动压力控制阀和速比控制阀，实现期望工作状态。
3. 金属带式CVT的速比变化率
速比变化率对汽车的加速性能和平顺性能有着重要的影响，这是由于它决定了发动机的输出功率和路面阻力之间的动态匹配关系。本节详细讨论速比变化率对汽车加速性能和平顺性的影响。
若分别在速比变化率过大、适中和过小三种情况下，汽车由静止突然加速，得到汽车实验加速性能曲线。从得到实验数据可以以下结论，当速比变化率比较大时，在汽车突然加速时，汽车会立即出现减速，然后汽车的加速度才会逐渐增大，但是在增大过程中，加速度的波动比较大；而速比变化率较小时汽车的加速度变化很慢，只有在速比变化率适中时，汽车的加速度能够及时响应并变化比较平稳，也没有出现较大的波动。
由试验曲线可以看到，当速比变化率过大时，加速度响应迅速，但是加速的平顺性很差，而且加速度容易出现波动，当速比变化率过小时，加速度的平顺性较好，但是响应较慢。由此可见，要兼顾加速的平顺性和响应及时性，必须选择一个适中的速比变化率。为此，可以采取以下的控制策略。当汽车突然加速时，可以让速比变化率先由小到大，然后在由大到小，这样可以保证刚启动时汽车的平顺性，随着汽车速度的增加，速比变化率也在增加，保证了速度变化率的及时性，在速度达到某个值时，速比变化率在逐渐较小，以保证汽车的平顺性能。
4. 总结
本文对金属带式CVT的构造和工作原理进行分析，介绍了电子控制系统的基本原理。由于速比变化率性决定着发动机的输出功率和汽车阻力之间的关系，对汽车加速时的加速性能和平顺性能有着重要影响，因此必须精确控制CVT的速比变化率。
参考文献
[1] 孙冬野.金属带式无级变速传动的运动学和动力学分析[期刊论文]-重庆大学学报（自然科学版） 1998（4）
[2] 杨亚联.秦大同.孙冬野.杨为.李培军.胡敏.张劲松.杨志斌 金属带无级变速器传动性能的试验研究[期刊论文]-机械工程学报 2002（5）
[3] 孙德志.谭振江.郭大忠.程乃士 金属带式无级变速器传动效率的分析[期刊论文]-东北大学学报（自然科学版）， 2002（1）
关键词：金属带式无级变速系统 电子控制系统 加速性能 平顺性能
【分类号】：U463.212
1. 前言
无级变速器（CVT）是一种可以实现传动比连续变化的变速器，按照结构形式可以分为流体式、电动式和机械式。流体式无级变速器包括液力变矩器和液压变矩器两种。液力变矩器优点是减震性能良好和良好的自调节性和自适应性，缺点是结构过于复杂、成本高、效率低。电动无级变速器一般应用于矿用自卸车、轮式装载机等重型机械上。机械式无级变速器的特点则是传动比变化连续、范围宽、操作方便等，其工作原理是通过改变主、被动轮的工作半径来实现传动比的连续变化。机械式无级变速传动经过多年的发展，先后出现了橡胶带式、金属链式和金属带式等类型。最新出现的金属带式无级传动相较于橡胶带式和金属链式两种方式，在寿命、可靠性、噪声和工作范围方面具有明显优势，可以实现实现与发动机工作状态的匹配，从而提高工作效率，降低油耗，同时传动比更大，可以获得更好的动力性能，也可以实现更柔顺的换挡，使得运行更加平稳，舒适性更高。
2. 金属带式CVT的工作原理和控制技术
2.1 金属带式CVT的构造和工作原理
金屬带式CVT包括主动轮、从动轮、液压泵和金属带等部件，其中主动轮组件又包括可动盘和被动盘，从动轮组件同样包括从动轮可动盘和从动轮不可动盘。不管式主动轮还是从动轮，其可动盘和不可动盘上面均有V型槽结构，用以实现与金属带上的V型槽啮合。其工作原理是通过改变主动轮和从动轮上面的可动盘的轴向位移来实现主从动轮工作半径的改变，实现金属带式无级变速器的传动比的平滑改变。增大或者减小传速比是通过改变主动轮上的可动盘承受的液压力实现的。当要减小CVT传速比时，要增大作用在主动轮上的可动盘上的液压力，由于液压力增大，打破了原来的主动轮可动盘的受力平衡状态，可动盘就会向左有一段位移，导致金属带受到主动轮可动盘上的凹槽的挤压作用而向主动带轮的外边缘一定，从而实现主动轮的工作半径的增大调节，而在这个过程中由于金属带的弹性刚度很大，不容易发生变形，也就是基本保持长度不变，金属带会对被动轮上的可动盘产生一个向左的侧向力，导致被动轮的可动盘也向左移动，使得被动轮的工作半径减小，最终实现CVT传速比的减小。同样地，当要实现CVT传速比增大时，减小施加在主动轮可动盘上的液压力，可动盘就会向右移动，进而减小了主动轮的工作半径，而被动轮上的可动盘在金属带施加的侧向力作用下也向右移动，导致被动轮可动盘的工作半径的增大，由于主动轮工作半径减小而被动轮工作半径增大，金属带式CVT的传速比就会增大。在改变施加在主动轮可动盘上的液压力过程中，主、被动轮的工作半径是连续变化的，因此可以实现CVT速比的平滑调节。
金属带作为改变被动轮工作半径的施力物体，其构造对CVT的无级变速实现质量具有重要意义。金属带一般是由诸多金属片和两组金属环组成，金属片的厚度一般在1.4mm左右，而金属环是由多条厚度为0.18mm的薄环带组成的。将金属片固定于金属带上，金属片之间构成V型槽用来与主、被动轮可动盘上的V型槽啮合。在改变传速比时，金属带依靠上面的金属片来传递给被从轮可动盘的移动力，实现主、被动轮工作半径的改变。
2.2 金属带式CVT控制技术
为了提高金属带式CVT的传动性能，必须对其控制系统进行深入的研究和设计。在金属带式CVT初期，对其采用的是液压控制方式。液压控制系统一般由主阀、控制阀、手动阀、油道和ATF油泵等组成。主阀上的油道与控制阀、主阀组成了一个液压回路。汽车运行时，油泵开始工作，为调节阀提供油液，油液在调节阀内部形成压力，此压力控制带轮的控制阀，进而使得带轮转动。这种液压控制方法控制体系过于复杂，缺乏灵活性。随着技术的进步，电子控制方式逐渐成为金属带式CVT控制主流。电子控制方系统采用多种传感器技术，实时采集传动系统的各个运行状态信号，并根据采集到的信号采取不同的动作指令，实现动力传动系统的理想工作状态，实现了动力特性和解决特性的最佳组合。在电子控制系统中，发动机整个油泵，作为动力系统的液压油来源。压力控制阀门通过对从动轮油缸内的液压油压力进行控制，来实现系统主压力的控制。而主压力的大小和速比同时决定这系统的传递转矩大小。CVT的速比则是通过位于主动轮油缸内的速比控制阀实现的。由此可见，在速比一定时，可以通过调节主压力来实现转矩大小的调整，而在主压力一定的情况下，可以调整速比来调整转矩。在从动轮油缸内的主压力发生变化时，金属带的受力状态就会发生改变，为了达到新的受力平衡，主动轮油缸内的压力就必须调整，进而实现传动速比的改变。
由于采用了传感器技术，主动轮油缸的压力和从动轮的主压力都可以通过压力传感器采集上传到控制器中。主动轮的转速和从动轮的转速则是通过速度传感器采集的，而发动机转速和油门开合度的大小分别通过速度传感器和位移传感器采集的。采集的系统实时运行状态信息被传送到控制器中，控制器中则根据其内部固化的控制算法对信号进行运算，得到控制数信号，然后通过控制器的DA输出驱动压力控制阀和速比控制阀，实现期望工作状态。
3. 金属带式CVT的速比变化率
速比变化率对汽车的加速性能和平顺性能有着重要的影响，这是由于它决定了发动机的输出功率和路面阻力之间的动态匹配关系。本节详细讨论速比变化率对汽车加速性能和平顺性的影响。
若分别在速比变化率过大、适中和过小三种情况下，汽车由静止突然加速，得到汽车实验加速性能曲线。从得到实验数据可以以下结论，当速比变化率比较大时，在汽车突然加速时，汽车会立即出现减速，然后汽车的加速度才会逐渐增大，但是在增大过程中，加速度的波动比较大；而速比变化率较小时汽车的加速度变化很慢，只有在速比变化率适中时，汽车的加速度能够及时响应并变化比较平稳，也没有出现较大的波动。
由试验曲线可以看到，当速比变化率过大时，加速度响应迅速，但是加速的平顺性很差，而且加速度容易出现波动，当速比变化率过小时，加速度的平顺性较好，但是响应较慢。由此可见，要兼顾加速的平顺性和响应及时性，必须选择一个适中的速比变化率。为此，可以采取以下的控制策略。当汽车突然加速时，可以让速比变化率先由小到大，然后在由大到小，这样可以保证刚启动时汽车的平顺性，随着汽车速度的增加，速比变化率也在增加，保证了速度变化率的及时性，在速度达到某个值时，速比变化率在逐渐较小，以保证汽车的平顺性能。
4. 总结
本文对金属带式CVT的构造和工作原理进行分析，介绍了电子控制系统的基本原理。由于速比变化率性决定着发动机的输出功率和汽车阻力之间的关系，对汽车加速时的加速性能和平顺性能有着重要影响，因此必须精确控制CVT的速比变化率。
参考文献
[1] 孙冬野.金属带式无级变速传动的运动学和动力学分析[期刊论文]-重庆大学学报（自然科学版） 1998（4）
[2] 杨亚联.秦大同.孙冬野.杨为.李培军.胡敏.张劲松.杨志斌 金属带无级变速器传动性能的试验研究[期刊论文]-机械工程学报 2002（5）
[3] 孙德志.谭振江.郭大忠.程乃士 金属带式无级变速器传动效率的分析[期刊论文]-东北大学学报（自然科学版）， 2002（1）