CVT(Continuously VariableTransmission),连续可变变速器,或称无级变速器。我们对其应该不陌生,目前很多车型都装备了CVT变速器,平顺的驾驶使其备受好评。但物有两面,毫无激情的驾驶感觉和品质的质疑,也让CVT备受指责。今天的文章里面,我们就来了解一下CVT的结构,并分析它的优缺点。
CVT并不是什么先进的设计。相传最早是由大画家达·芬奇发明的。这种变速机构在纺织机、机床等工业机械上普遍使用,有很多种形式的设计。而且锥轮和皮带组合的CVT形式,从几十年前直至现在,一直出现在轻型摩托车上,并成了现代车用CVT变速器的主流形式。
不过用在汽车上的CVT要求零件稳定耐用,可以承担更大扭矩,廉价的摩托车配件肯定不行。于是诸如博世、采埃孚等汽车零件供应商,以及各汽车厂商自身,都在努力研发用于汽车的CVT变速器。在确定锥轮和皮带是目前最好的CVT形式之后,亟待解决的便是橡胶皮带耐用性差,传动效率不高等问题,于是金属链带诞生了。(博世公司对CVT的研发非常深刻,很多CVT方案都是博世设计的,不过博世公司并不批量出售变速器整体,只卖技术以及核心部件:金属链带,世界上大部分CVT变速器的链带都是博世提供的。)
结构分析
虽然CVT的锥轮和链带的形式与MT、AMT、DCT的齿轮组,以及AT的行星齿轮组大相径庭,但变速的原理是一样的。MT、DCT每个挡位都有一对相应的齿轮作用,其中低挡位为小直径的主动轮带动大直径从动轮,随挡位提升,主动轮变大,从动轮变小(AT虽然没有这种直观的变化,但齿轮作用原理一样如此),而CVT以两对锥轮组代替MT、DCT上复杂的齿轮组,根据扭矩和输出功率的变化,锥轮组也在按照预定的模式在电脑及其液压油缸的控制下相对变化:负荷大,需要大减速比时,主动锥轮组向两边分开,形成较小的工作圆,从动轮向中间挤压,工作圆较大;而负荷变小时,则反之。并以其中的链带作为动力传递。这样的运动形式,和其他变速器的变速原理完全一样,殊途同归而已。而根据动力需求制造出任意齿比的“挡位”,在速比变化时,没有了换挡的冲击,这便是无级变速的原理和意义。
一个常规CVT变速箱的结构稍显复杂,但实际零部件数量,以及工艺水平并不比AT更高端。现代车用钢带式CVT其结构是这样的:一个与AT结构一样的液力变矩器、用以调节运转方向的单排行星齿轮(AT上则是多个多排行星齿轮组)及其离合器、以及“灵魂部件”CVT锥轮组和金属链带。这种设计让CVT变速器在个体上可以更紧凑一些。
目前车用CVT的变速元件基本上都是锥轮和钢带的形式,但前端部件则因不同厂商的设计理念,有着不同形式。例如大多数CVT匹配的动力缓冲部件都以带锁止离合器的液力变矩器为主,但奥迪的multitronicCVT则使用多片离合器代替变矩器。原因有二:1、发动机扭矩足够大,无需变矩器增矩,而且CVT不太注重扭矩的作用;2、多片离合器在效率上要高于液力变矩器。日产的最新的xtronic也有非同寻常一面,其行星齿轮增加一组离合器之后,可以实现2前进挡+1后退挡的工作形式,这样的话可以提高速比范围,让锥轮和钢带在稍微小一些的范围内,更高效的工作,而这样看来整个变速箱就相当于AT和CVT的组合。
动态分析
在这种区别下,变速器对发动机的动力需求也有了些许变化。通常有挡位的变速器,对扭矩这一数据的需求较多,在加速过程中,因为挡位的变化,发动机转速也在波动,并一次次向高转速的高功率区域冲刺,而扭矩的作用,就是让发动机更有力地从低功率冲向高功率,扭矩越大(尤其是低速扭矩),这一过程越短,我们强调扭矩对加速的影响是针对有挡位的变速器而言,并且挡位越少,这一效应越明显。
而CVT在加速的过程中对扭矩的要求则不是那么明显,驾驶者完全可以通过控制油门踏板的位置,让发动机达到某一转速(或最大功率转速),此时扭矩和功率的输出基本恒定,变化的只是锥轮组的变速比,以及车速。由于不需要发动机转速的波动,我们就可以精确的控制发动机在经济工况、既定加速工况、最大输出功率工况下工作,发动机也就会理想状态下全心全意地工作。这种模式是有挡位发动机无论如何也无法做到的,就算档位再多,也只能逐渐接近这种工况。所以,CVT从理论上讲是传递动力的最好方式,前提是CVT能够消除其致命弱点:“打滑”。
『链条传递方式在锥轮呈小圆时,传递效率要好于钢带,但接触面积较小』
“打滑”是CVT无法回避的现象,这种现象又归罪于其结构设计。其他形式的变速器在动力传递上,是以离合器和齿轮连接,虽然离合器之间是以摩擦力结合,但结合之牢固,可以将其视为刚性连接,就算是液力变矩器会有相对转速差,但其间仍有离合器可以相连,况且就算是因转速差而引起的“滑动”,这种“滑动”也可以产生“增矩”的作用,而非失速。而CVT变速器中,变速机构锥轮和链带的链接的接触面积比较小,又是时刻变化的,与刚性连接相差甚远。虽然可以通过锥轮压紧来提升张力,增加摩擦力,但这仍然无法治本。
『钢带传递效率更高,不易打滑,但不能过度弯曲,不太适应半径大幅度变化』
当然,这一现状可以通过一系列技术来改善,例如博世的新式链带以“推动”的方式替代了传统链带“拉动”的动力传递效果,日产的两级变速结构使锥轮和钢带能在较为稳定和高效的范围工作,匹配了CVT的新骐达1.6T在加速方面也超过了竞争对手,甚至开发了可以适配3.5L发动机的CVT。所以随着研发的进程,CVT天生的缺陷在逐渐改观。
效率分析
针对前文对CVT的特点分析得出,CVT的动力传递会因“打滑”而降低效率,单从此处而言,CVT在油耗方面不会有什么好作为。但从发动机角度来看,因为CVT连续变速的特点,使发动机一直处于一种“舒服”的状态工作,这样看来,CVT还算是一个很理想的机械。综合起来就是,CVT的传动效率较低,但可以让发动机在经济转速下连续工作,达到节油的目的,前提是你不要过分要求它的性能,也就是说,尽量避免激烈驾驶和高速行驶。
仍以骐达举例,我们在轮上功率的环节中测出,装备CVT的骐达在效率上要落后装备AT的英朗不少,但性能相差不大,而且油耗方面骐达以微弱优势胜出,事实也证明了上面的理论。
综合分析
在本世纪初期,CVT还是个稀罕物的时候,这玩意确实不便宜,但在目前阶段,很多技术问题都逐渐解决,产能相对扩大,成本也大幅降低,一些用于小排量车型的CVT变速器的造价甚至低于人民币5000元,这样的价格足以对抗技术落后但成熟的4AT,所以很多国产车型都将CVT装车,并将其作为卖点,毕竟舒适性和燃油经济性要高出4AT一截。
但目前CVT的发展似乎到了一个“坎”,从结构上看,AT似乎是仍然是最合理的自动变速方式,而8速甚至更多挡位的设计,让其平顺性和经济性都趋于CVT。当然CVT仍有一大批拥趸者,例如日产,丰田反而在最近几年开始努力推广。所以在目前看来并不能过多的评论CVT的趋势,或者在不久的将来,两者会有“联姻”的可能。
CVT手自一体操作规范和安全事项:
1.新车进家后的第一件事:仔细看你的使用说明书——一切以厂家手册为准!。别过度相信驾校教练或老驾驶员,他们都是手动挡的行家里手,但也许并不知道新的CVT怎么磨合,如何开!
2. 离开汽车,必须熄火,入P档+手刹。我经常看到很多朋友不熄火离开车,把孩子放在车里,很危险。
3. 冬季磨合期,发动机不要原地怠速预热太久。慢速小跑预热是最佳方案,让CVT油也跟着热起来。
友情提醒一下北方朋友们:冬季早晨开车,CVT的油温也非常低,变速箱的油液需要达到一定的温度才能发挥出状态。,因此,有的车型CVT设计有低温自动保护功能(这个温度大约在零下10几度),有的车型还有低温加热装置(看你的说明书有没有提到)。所以,冬季早晨,发动机适当热车后,小油门慢跑,让CVT油也一起热起来,达到工作状态。
4.你刚启动就大脚加油想快跑,CVT控制器不会给足泵压。所以,您可能会感觉到发动机转速提高,车子走的慢,不升速比(你可以理解成:不升档),这是低温自保的作用。慢速小跑预热是最佳方案,养成习惯!
5. 不是特别需要极速的时候,开CVT不要猛踩油门。
前面我们已经说过,CVT是靠钢带的摩擦推动来传递动力。既然是摩擦传动就存在打滑的可能,即使不打滑,汽车电脑在检测到你的大油门后,要供给更强的泵压使钢片和锥轮的压力更紧,此时您别忘了,当“轮-带”转过了亲密接触段,分手的时候,径向摩擦力也很大,这样,钢片的磨损就同步增大!长此以往,对钢带的寿命有没有影响?问你自己。爱的越深,分手的时候就越难!
6. 如果不是遇到紧急情况,尽量不要猛踩刹车!冲击次数的累积是造成变速箱寿命缩短的重要因素,尤其对CVT。每一次急刹车都是对CVT钢带的严重摧残--钢带也许能抗10万公里,但您不希望钢带能用15万20万公里吗?万一5万公里就摧残坏了,打滑了,你的车也过保修期了?怎么办,自己掏钱整体更换变速箱吧(目前CVT还不能单独换钢带)。所以,平时跟车的时候,要保持一定的距离,给自己留足安全空间和处理时间,就能有效避免急刹。这是一个好习惯,必须养成,绝对要养成!
7. CVT新车磨合期D档起步,缓慢加油。D档自动变速,让汽车电脑优化控制吧。换挡要踩刹车踏板。从D档到手动模式,不需要踩刹车踏板,直接拨过去。熟悉手动档后也可手动1档起步。手动和自动相结合是完成磨合的最佳方案!
8. 开CVT车必须注意看仪表,万一仪表盘上有什么灯跳个不停,要及时发现,搞清楚再开。把4S的服务电话号码帖子你的遮阳板上,万一需要时,你不会找不到电话。CVT内传感器太多了,任何一个问题都能导致故障灯跳闪,请注意。
9. 下面这条新车主要牢记,也许能遇到,但愿你永远遇不到——“CVT的高温保护”。
液力变矩器的涡轮和泵轮搅动,湿式离合器的分离结合,钢片和锥轮的摩擦时时刻刻产生热量,这需要油来冷却。如果油温过高,可能导致钢带的异常磨损。所以,现在的CVT变速箱对油温的监控都非常严格。当ECU检测到CVT油温过高后。会自动进入保护模式运行。在保护模式下,发动机限制转速(就是你猛踩油门,发动机的转速也只有2000多转),此时泵压,功率和车速都会自动被限制,同时故障灯闪烁。
车主遇此情况,应当立即将车辆行驶至安全区域,关闭发动机,等待车辆降温后看看能否恢复,能否解除警报。如果能恢复,请时速100公里以内速度继续行驶到目的地。泊车后立刻给4S打电话反应情况。如果故障灯还是闪烁不能消除,请立刻停车给4S电话说明情况,获得指导。如果未获得许可而继续行驶可能会造成CVT的损坏。
10. CVT新车磨合期必须掌握手动模式的使用。如果经常市区运转,可适当使用手动模式。保持发动机转速达到1800-2200为佳,也不要让锥轮推来推去的增加钢带滑动摩擦。低转速长期行驶是发动机积碳的重要根源,对新发动机的磨合不利。
每个车系的档位设计都不同,目的都是一样。D档是根据车速自由升档减挡(钢带的变速是随时的)。手动模式的(1-6或更多)(钢带变速比对于指定档位是锁定的);L档;2档(钢带在1-2档小范围变速)等等档位都是限制档,限制什么?升档转速。运动模式S档对于D档来说,转速比变化滞后,这样可以获得更高的升档转速。
德系车基本上都取消了L档,2档等,全部用手动模式挡和S档取代。其他车系还可能会有L,1,2档等限制档,具体使用方法,大家看自己的使用说明书。
对于CVT车,D档上坡和限制档上坡从升档控制原理的角度,我来说明一下。我们以手动模式为例:D档上坡,大油门,发动机电脑ECU通知变速箱电脑TCU降速比(降档)开始爬坡,爬坡过程中,ECU会根据车速和扭矩的情况,指挥钢带变径,你跑的快一点,慢一点钢带速比都会不停的变,CVT液压控制阀也在不停的操作。而用限制档上坡,TCU接到驾驶档位模式信号后会直接把档位变到指定转速比(不需要ECU的通知),此过程中,钢带运行在相对静止接触弧状态,没有径向滑动,扭矩输出相当的稳定。在没达到发动机的最大转速(比如5000-6000)时,不会强制升档。当然,如果驾驶员有手动升档指示,TCU会立刻升档。(我的这个论点,大家可以发微博找专业的写CVT控制软件的编程人员鉴定一下,看是不是准确。)车主完全可以按照这个方法试试上坡。D档和限制档都试试,感受一下真实的区别。对于普通CVT车辆重载上长坡禁止D档,因为这样变速箱会产生较多热量,容易引发高温保护程序启动!
11.关于新车磨合期最大车速的限制。我的观点是:磨合期100码都无妨。新车磨合怕的是冲击和低转速长期行驶。轻载100码的速度行驶完全可以,对新车也没有任何的损害。关于新车最高车速的限制,请以您的使用手册为准。
12. 上长坡或陡坡可用手动模式低速挡!前面例子已经说了:CVT手动模式,主从动锥轮转速比锁定,泵压锁定,减少钢带变径时的相对滑动可能,使其处于相对静止的传动状态,扭矩输出平稳,最大限度了保护了钢带寿命。减少对钢带,泵体和发动机的冲击,手动模式是每个新车主在新车磨合期必须掌握的基本操作。有的车型,CVT电脑会自动检测汽车的行驶状态,会采取类似锁定变速比的安全措施。
13.下长坡或陡坡用手动模式或L档等限制档(比如:您到超市的地下车库)。此时,手动模式1,2档(或者L档)来操作,能充分利用发动机制动来稳定车速,安全操控,减少刹车系统负担,同时也减少您频繁刹车减速对钢带的冲击(假如您是D档下坡,车速会越来越快,你会不停的踩刹车减速,每踩一次都是一次冲击,日积月累呢?冲击累积有多少?)。
下坡用发动机制动,您不必担心钢带的承受能力,我告诉你,100%足够!钢带的寿命和冲击累积以及非正常磨损有关。正常发动机制动时的摩擦扭矩还能会高于变速箱的最大传动扭矩吗!
下坡不用发动机制动,刹车系统有过热失效的危险。记住,人命比车子值钱!
14.过弯道多的时候也请用手动模式,目的也是稳定车速,这样可以增加操纵的安全性,减少刹车。弯道少或慢速时,D档+少量刹车当然也可以。
15. 从泥泞的路况起步:手动模式2档先尝试。雪地用手动模式2档起步或者用雪地模式,此时有ESP的车请关闭ESP。
16. 新手进入弯道,时速不要超过60,有ESP(电子稳定程序)的也不行。ESP是救命的,不是您天天拿来体验的。40码是新手开始学习入弯的最佳速度。
17. 遇到前面有红灯减速滑行,禁止N档。N档时,发动机怠速,变速箱油泵供油压力减弱,没有足够油液的润滑和冷却时磨损非常大,甚至可能立刻损毁部件。您完全可以放在D档滑行。
18.行驶中也绝对不能挂入N档滑行,因为CVT变速箱内需要润滑,当行驶中把档位放在N档时,油泵是无法正常地供油进行润滑的,会使变速箱内部件温度升高,造成彻底损坏。CVT的油温是重要控制指标!而且,空挡滑行切断了发动机制动力,非常危险。
高速D档收油门滑行时ECU有停止喷油控制指令,会自动帮你省油,这个不用您操心,等发动机转速下降到一定程度再恢复供油。40岁以上的老司机要彻底忘掉化油器时代空挡滑行省油的概念!
19.临时停车如果短时,没有开窗伸出手臂的操作,可以D档+踩刹车。上高架路在匝道上遇堵车,请D挡+脚刹车,时间长了必须拉手刹。
20.由于液力变矩器的蠕动功能,D档踩刹车时,动力并没有切断。一旦制动踏板松开,车子会自动前行。所以,临时停车时,如果有伸出手刷卡等动作(比如:收费站拿卡;进入公司大门、小区大门需要刷卡操作时)必须N档+手刹,禁止D档踩刹车模式。如果是下地下车库,这点尤其重要。切记,安全第一!
21. CVT自动挡在行驶中切不可推入P档,这样会产生严重机械冲击,可能会立刻导致变速箱损坏。在行驶方向180°改变时(前进改后退或者后退改前进)就是从倒档挂入前进档或前进挂入倒档时,一定要等车辆完全彻底停稳后再做操作。减少钢带冲击磨损和泵体的液压冲击!遇到红灯等候绝对不能挂P档,万一遇到追尾,钢爪和变速箱壳体将产生破坏性冲击!可N档+手刹车!
22.行驶结束需要泊车时,平路情况:必须等车辆完全停稳,松开刹车踏板等,10-20秒后,在N档熄火,先拉紧手刹再挂入P档,抽出钥匙。很多人习惯停下来直接推到P档再熄火,拉手刹。而如果路面不平车体前后会微小挪动,而这个微小挪动也会对锁止钢爪,变速箱壳体造成冲击。尽量避免为上策。
23.坡道泊车,必须完全停稳,手刹拉满格稍后再入P档,此目的是让后轮制动鼓内刹车片(月牙型的)承受更多的力。太陡的坡,后轮还要垫砖块。(注:四轮碟刹的车,在后轮有两套刹车装置,一个是你能看到的刹车碟-行车制动;另一个是在里面的手刹车鼓,你看不到,配置了两个月牙型的刹车蹄,做驻车制动。记住:后轮驻车制动应为CVT车的第一驻车制动,而变速箱内钢爪制动前轮的为第二)。
24. 坡道起步,用手刹车辅助,减轻钢带负担,延长钢带使用寿命。坡道起步不要狠踩油门,狠踩油门钢带有打滑的可能。
25.跑了一段长路(比如20公里以上时)停下来泊车后,必须等发动机原地怠速30秒到1分钟后再熄火,不要立刻熄火,让燃烧室残留的混合气烧完,减少发动机积碳。
26.新车每500公里,打开引擎盖,自己检查一下油标尺,看看有没有异常情况,油液面有无下降情况;其他液面(刹车油、水箱等液面,都有MAX和MIN标志线)能看的也看一下。
27. 转向时,如遇方向盘打死,要赶紧回一下,这对保护转向助力系统非常有效!长时间死角运行,异响随之产生,助力泵寿命大大缩减。
28. 车动转向动,禁止原地打转向,伤胎伤转向系统。(备注:原地打转向,转向系统拉杆球头,助力泵和轮胎的受力是车动转向的数倍)。
29.新车每1000公里用滤纸观察机油颜色。此法是为了更早发现新车新发动机的一些异常情况。5000公里后,一切正常可取消此操作。
备注:哪些是早期异常情况:比如缸体砂眼,缸垫密封失效等造成水进入油道乳化,发动机和变速箱之间的连接密封失效,造成发动机机油(亮黄色)和自动变速箱动力液(红色)相互串门。。这些情况虽然极为少见,但也不能保证完全不发生。制造厂百万分之一的缺陷对于车主来说就是100%的问题。
通过滤纸发可以很容易的发现发动机的早期问题。没有滤纸用餐巾纸看看也可!
30.万一遇到故障,需要拖车,必须把前轮离地才能拖行!否则,容易损坏CVT变速箱。还是那个原因,如果发动机熄火后,N档拖行,CVT变速箱没有泵压润滑,容易损坏。