CVT車型駕駛性提升方法研究

任強　謝麗萍

摘 要：本文主要研究了搭載無級自動變速器（CVT）車型駕駛性提升的方法。從優化CVT速比控制，提升換擋響應的核心機理出發，分別從驅動力設計、硬件和軟件控制方法、最優駕駛性的換擋設計、運動模式開發等方面優化和提升CVT車型的駕駛性，為駕駛員提供動力充足、平順的駕駛體驗，提高CVT車型的駕駛性認可度。

關鍵詞：CVT變速箱 速比 換擋 加速

1 引言

無級自動變速器（Continuously Variable Transmission），省去了復雜而又笨重的齒輪組合變速傳動，只用兩組帶輪進行變速傳動，通過改變主動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑進行變速。隨著國家節能減排法規要求日益嚴格及雙積分法規的實施，燃油經濟性更好、油耗更低的汽車需求日益增加。具有更大傳動比范圍，且能夠使發動機始終工作在最佳經濟區的CVT變速器備受主機廠青睞，市場應用逐漸增加。CVT車型在駕駛性方面的核心優勢是不需要離合器的結合與分離即可改變傳動速比，帶給用戶平順、無動力間斷的平滑駕駛感受。但對于習慣駕駛AT、DCT的駕駛員而言，依然存在不適應、生疏的感覺，稱CVT車型為僵尸車。為了提升CVT車型的駕駛性，本文從驅動力設計、硬件和軟件控制方法、最優駕駛性的換擋設計、運動模式開發等方面進行了分析和研究，給出了提升駕駛性的具體方法，提升換擋響應滿足用戶駕駛性需求。

2 方法研究及分析

2.1 驅動力設計方法研究

CVT變速箱可以連續改變速比和發動機轉速，這樣就可以改變車輛驅動力。這種驅動力方法的設計基于車輛加速度的變化，源于加速踏板行程的改變和車速的改變。驅動力是否滿足用戶駕駛性要求，可以通過加速踏板開度和加速度（驅動力）、車速的關系進行識別，加速踏板開度是駕駛員加速意圖的指向，車速是車輛實際加速行為的體現。同時，發動機轉速的需求也需要關注和定義，這也是加速感覺傳遞的一個因素。

1）驅動力與加速踏板位置的關系

驅動力（加速度）的變化通過ΔG/G來衡量，驅動力需要設計為當加速踏板踩下后駕駛員能夠明顯感知到車速的變化，通俗說就是加速踏板往下踩，加速度要明顯地增加。

2）驅動力與車速的關系

驅動力需要設計為能夠持續加速，隨著車速增加，駕駛員應感覺不到驅動力（加速度）的減少。通過測試發現，目前市場上很多CVT車型隨著油門開度的增加，駕駛員很難感知ΔG/G的變化，車輛動力響應遲滯，無法滿足駕駛員的加速需求，主觀駕駛感受為加速踏板不跟腳，車輛操控感差。

CVT變速箱控制單元應確保驅動力和發動機轉速都同時在合理的目標區間內，允許發動機在基于加速踏板和驅動力關系的情景下開展獨立的pedal map設計（即發動機轉速與扭矩的特性設計），如圖1：

2.2 硬件和軟件控制方法研究

2.2.1 提高降檔響應

2.2.1.1 硬件相關

CVT速比的控制是通過液壓平衡的方法來實現，通過改變液壓適應新的平衡來實現換擋。為了提高降檔響應速度，必須提高主傳動輪的引流性能，這就需要修改排油道，以降低油液阻力，如圖2：

2.2.1.2 換擋壓力限制

CVT變速箱每個鋼帶元件的傳動比變化量是固定的，如果超過此限制，鋼帶會產生換檔噪音。提升換檔速度，需要根據轉速和傳動比控制換檔時的壓差，從而防止噪音。需要綜合應用這些因素，設定鋼帶元件移動速度的上限。

此限制按照以下兩點進行定義：

1）每個皮帶輪的液壓需求等于換檔平衡壓力加上換檔壓力。

2）換檔壓差小于可用壓差上限（與CVT轉速和齒輪比成比例）

2.2.1.3 換擋控制

基于壓力進行換擋控制，能夠精確控制每個皮帶輪，同時基于模型進行換檔控制，利用換檔時的前饋控制縮短換檔開始時的延遲，如圖4：

2.2.1.4 換擋收斂控制

通過改善換檔結束時的換檔收斂性，實現降檔所需的速率。簡單來說就是提升CVT變速箱轉速的扭矩通過在短時間內停止轉速上升可用來修改換檔結束時的加速度。

除了常規的前饋和反饋控制外，開發換檔推力控制，以提高換檔收斂性。通過在與換檔相反的方向上施加比正常值大的液壓壓力來改善換檔收斂性，從而使轉速穩定。

2.2.2 提高升檔響應

在升檔過程中，CVT控制單元可以使用節氣門控制來減小輸入扭矩，以抵消CVT變速箱轉速變化帶來的扭矩變化。這種扭矩減小策略通過在換檔結束時有意改變縱向加速度來改善響應感覺。

2.3 換擋設計方法研究

2.3.1 瞬態換擋特性

CVT控制單元需關注如下三個要點：

1）清晰分明的加速感覺，由加速踏板踩下后降檔實現;

2）根據發動機轉速和車速的關系創造線性加速感覺;

3）升檔時具備線性加速的感覺。

瞬態換擋策略如圖7，圖中（1）和（3）包含了瞬態的換擋特性。

2.3.2 換擋速度和速率變化

CVT變速器的開發主要集中于換擋速度（速比改變的快慢）的提升，以及由此對加速響應的影響。

研究表明，提升換擋速度到一定水平后可以顯著改善主觀加速響應，在這個水平已經達到一種飽和的狀態，再繼續提升換擋速度就沒有實際的意義。為了在這個飽和區域產生加速的感覺，開發應該集中在換擋速度和加速率的變化，所有時候維持在絕對充足的加速水平，通過對加速率整體改善來滿足駕駛員的升檔和降檔意圖。

2.4 運動模式研究

運動模式（S模式）是為提高車輛駕駛性能而開發的動力模式，與普通模式相比，運動模式更加注重加速響應和動力提升。運動模式的目的是通過保持比正常模式更高的CVT轉速和創建不需要換檔的區域來提高駕駛員踩下油門踏板時的驅動力響應。

運動模式可以通過抑制CVT轉速的變化（即使在駕駛員逐漸降低油門以控制驅動力的情況下）來產生提高發動機扭矩的感覺，類似AT換擋，俗稱AT feeling。如果駕駛員用力踩下油門踏板，由于驅動力不足，CVT將通過后續步驟降檔，從而在下一步啟用驅動力控制，如圖8：

3 結論

1、傳統匹配CVT變速箱的車型加速過程比較麻木，車速與引擎聲浪不匹配，欠缺愉悅感在急加速的時候，有橡皮筋效應，光聽到轉速在爬升，卻還要等到速比變換完成車輛才能提速，光吼不走。本文從一種新的驅動力設計方法、主從動帶輪排液回路最大響應設計、一種新的液壓控制邏輯、S擋運動模式的換擋設計四個方面有效的解決了CVT變速箱本身固有的問題，提供了更直接的加速響應，提升了CVT車型的駕駛性。

參考文獻：

[1]薛慶文 王力田. 汽車無級變速器（CVT）結構原理與維修精華，北京：機械工業出版社2006.

[2]徐向陽.自動變速箱電控系統及其應用軟件開發技術，北京：機械工業出版社 2018

[3]唐德修 . 汽車自動變速器原理與結構，北京：北京理工大學出版社 2018.

[4]史文庫.姚為民 . 汽車構造 第六版，北京：人民交通出版社.2016.

[5] 國家環境保護總局.GB18352.6-2016? 《輕型汽車污染物排放限值及測量方法）》[S].2016.