金屬帶式無級變速器傳動效率分析

谷城 黃仁熠 盧師秋

摘 要：金屬帶式無級變速器（簡稱CVT）具有結構簡單、速比連續變化等特點，為汽車理想的變速裝置，但傳動效率較MT/DCT低，如何提升其傳動效率成為行業內的重點課題。筆者著重分析液壓油泵對傳動效率的影響，采取降低油泵液壓壓力、單雙泵切換的策略，傳動效率能提升1%-7%。

關鍵詞：無級變速器;傳動效率;液壓油泵

1 引言

隨著我國汽車保有量的逐年增加，日益嚴峻的環保形勢對汽車產業的節能減排提出了越來越高的要求[1]。新能源以及混動技術成本相對較高，而進一步挖掘傳統動力的傳動效率，具備較好的效益[2-3]。

在CVT內部，集成了很多部件，其中包括液力變矩器（簡稱TC）、液壓閥體總成、液壓油泵、金屬帶傳動總成、以及前進擋/倒擋換向機構（簡稱DNR）、以及減速齒輪，如圖1所示。

CVT的液壓油泵由發動機曲軸直接驅動，為系統提供高壓油源，用于驅動帶輪、控制夾緊力、控制液力變矩器的鎖止離合器和前進擋/倒擋換向機構離合器并為零部件提供必要的潤滑。由于液壓油泵采用發動機直接驅動，液壓油泵的扭矩并不會傳遞到輪端，該部分扭矩將全部成為損失扭矩，所以液壓油泵排量設計、液壓壓力水平是影響CVT傳動效率的關鍵。

2 液壓油泵對CVT傳動效率的影響分析

CVT的總扭矩損失由TC、液壓油泵、金屬帶傳動總成、DNR、以及齒軸等部件的扭矩損失之和，其中液壓油泵、金屬帶傳動總成的扭矩損失占CVT總扭矩損失的70-80%。博世一直致力于金屬帶傳動總成傳動效率的提升，筆者主要從液壓油泵方面研究、分析提升CVT的傳動效率。

以某型號250Nm的CVT進行分析，選擇不同速比、不同扭矩下根據公式（1-3）計算得到各個工況下液壓油泵扭矩損失百分比值，如下圖2所示。

由于受液壓壓力的最小值影響，液壓油泵的扭矩損失，不能隨著輸入扭矩的減小而繼續減小，所以低扭段液壓油泵扭矩損失百分比值較大，呈現輸入扭矩升高而降低的現象;速比由2.631-0.631變化時，相同的輸入扭矩下，液壓壓力在不斷降低，所以液壓壓油泵扭矩損失百分比值呈現速比減小而降低的現象。

3 油泵壓力控制對CVT傳動效率的影響分析

油泵壓力為所有功能壓力的壓力源，所以油泵壓力是所有功能壓力的最大值，同時油泵壓力為開環控制，考慮到油泵壓力的控制散差，以及油泵壓力經減壓閥后到功能壓力的壓力降，所以油泵壓力的控制在所有功能壓力最大值加一定的差值。

以某型號250Nm的CVT進行分析，考慮控制散差以及壓降后給定壓力差值為5bar進行油泵壓力控制，在滿足其余控制均已經是最低水平的情況下，后期控制軟件增加油泵壓力控制的自學習策略，將油泵壓力的控制散差自學習處理，將壓力差值降低到2bar，傳動效率的提升，如下圖3所示。

油泵壓力差由5bar降為2bar后，油泵的扭矩損失能降低1Nm，所以不同輸入扭矩，傳動效率的提升隨扭矩的提升而降低;當速比較小時，且輸入扭矩較小的工況下，需求的壓力很低，受到液壓壓力的最小值影響，傳動效率的提升隨速比的減小而降低。

4 單雙泵控制對CVT傳動效率的影響分析

目前主流的CVT的液壓油泵為雙作用轉子葉片泵，即同一個泵殼內集成兩個獨立的油腔，并聯工作。CVT油泵排量的設計是根據特殊工況下，能滿足整個CVT的最大流量需求時的油泵排量，所以CVT油泵排量在大部分工況下均是過大的，降低了CVT的傳動效率。連續可變排量泵是理想的CVT油泵，但考慮技術成熟度及成本，目前沒有CVT應用[4]。

單雙泵的控制指利用目前的雙作用轉子葉片泵，通過液壓閥板的設計使雙泵的其中一個工作在高壓區，另外一個根據高壓流量需求在低壓/高壓切換工作。目的在于流量需求大的特殊工況處于雙泵高壓工作，滿足了CVT的流量需求;常用工況下處于單泵高壓工作，另一個低壓工作，能降低液壓油泵的扭矩損失，提升CVT的傳動效率。

以某型號250Nm的CVT進行分析，相同工況下，改為單雙泵控制后，傳動效率的提升，如下圖4所示。

結合液壓油泵的扭矩損失百分比（圖2）分析，相同扭矩的工況下，速比減小后，扭矩損失百分比降低，所以單雙泵控制策略提升的傳動效率同步降低;輸入扭矩較低時，且速比處于小速比狀態時，單雙泵控制的高壓/低壓壓力一致，與雙泵控制的液壓油泵扭矩損失一致，所以傳動效率沒有提升。

5 結論

本文某型號250Nm的CVT為平臺，通過增加TCU自學習策略，降低油泵液壓壓力，以及單雙泵控制策略，不增加硬件成本的前提下，到達傳動效率提升，節能減排的目的，傳動效率能提升1%-7%。傳動效率提升，如下圖5所示。

參考文獻：

[1]陳康達，趙福全，劉宗巍，等.滿足未來中國燃油消耗量法規的行業技術路線選擇[J].汽車技術，2019，522（03）：1-6.

[2]傅兵，周云山，張飛鐵，等.考慮滑移的CVT變速系統綜合效率特性試驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2019，46（2）：1-9.

[3]張鵬飛，張伯俊，董小偉，等.汽車無級變速器功耗特性與節能潛力研究[J].機械傳動，2016，40（7）：47-52.

[4]王琦瑋，倪計民，李鏘，等.葉片式可變排量機油泵的研發與試驗研究[J].內燃機工程，2016，37（1）：130-134.