金属带式无级变速器传动效率分析

谷城 黄仁熠 卢师秋

摘 要：金属带式无级变速器（简称CVT）具有结构简单、速比连续变化等特点，为汽车理想的变速装置，但传动效率较MT/DCT低，如何提升其传动效率成为行业内的重点课题。笔者着重分析液压油泵对传动效率的影响，采取降低油泵液压压力、单双泵切换的策略，传动效率能提升1%-7%。

关键词：无级变速器;传动效率;液压油泵

1 引言

随着我国汽车保有量的逐年增加，日益严峻的环保形势对汽车产业的节能减排提出了越来越高的要求[1]。新能源以及混动技术成本相对较高，而进一步挖掘传统动力的传动效率，具备较好的效益[2-3]。

在CVT内部，集成了很多部件，其中包括液力变矩器（简称TC）、液压阀体总成、液压油泵、金属带传动总成、以及前进挡/倒挡换向机构（简称DNR）、以及减速齿轮，如图1所示。

CVT的液压油泵由发动机曲轴直接驱动，为系统提供高压油源，用于驅动带轮、控制夹紧力、控制液力变矩器的锁止离合器和前进挡/倒挡换向机构离合器并为零部件提供必要的润滑。由于液压油泵采用发动机直接驱动，液压油泵的扭矩并不会传递到轮端，该部分扭矩将全部成为损失扭矩，所以液压油泵排量设计、液压压力水平是影响CVT传动效率的关键。

2 液压油泵对CVT传动效率的影响分析

CVT的总扭矩损失由TC、液压油泵、金属带传动总成、DNR、以及齿轴等部件的扭矩损失之和，其中液压油泵、金属带传动总成的扭矩损失占CVT总扭矩损失的70-80%。博世一直致力于金属带传动总成传动效率的提升，笔者主要从液压油泵方面研究、分析提升CVT的传动效率。

以某型号250Nm的CVT进行分析，选择不同速比、不同扭矩下根据公式（1-3）计算得到各个工况下液压油泵扭矩损失百分比值，如下图2所示。

由于受液压压力的最小值影响，液压油泵的扭矩损失，不能随着输入扭矩的减小而继续减小，所以低扭段液压油泵扭矩损失百分比值较大，呈现输入扭矩升高而降低的现象;速比由2.631-0.631变化时，相同的输入扭矩下，液压压力在不断降低，所以液压压油泵扭矩损失百分比值呈现速比减小而降低的现象。

3 油泵压力控制对CVT传动效率的影响分析

油泵压力为所有功能压力的压力源，所以油泵压力是所有功能压力的最大值，同时油泵压力为开环控制，考虑到油泵压力的控制散差，以及油泵压力经减压阀后到功能压力的压力降，所以油泵压力的控制在所有功能压力最大值加一定的差值。

以某型号250Nm的CVT进行分析，考虑控制散差以及压降后给定压力差值为5bar进行油泵压力控制，在满足其余控制均已经是最低水平的情况下，后期控制软件增加油泵压力控制的自学习策略，将油泵压力的控制散差自学习处理，将压力差值降低到2bar，传动效率的提升，如下图3所示。

油泵压力差由5bar降为2bar后，油泵的扭矩损失能降低1Nm，所以不同输入扭矩，传动效率的提升随扭矩的提升而降低;当速比较小时，且输入扭矩较小的工况下，需求的压力很低，受到液压压力的最小值影响，传动效率的提升随速比的减小而降低。

4 单双泵控制对CVT传动效率的影响分析

目前主流的CVT的液压油泵为双作用转子叶片泵，即同一个泵壳内集成两个独立的油腔，并联工作。CVT油泵排量的设计是根据特殊工况下，能满足整个CVT的最大流量需求时的油泵排量，所以CVT油泵排量在大部分工况下均是过大的，降低了CVT的传动效率。连续可变排量泵是理想的CVT油泵，但考虑技术成熟度及成本，目前没有CVT应用[4]。

单双泵的控制指利用目前的双作用转子叶片泵，通过液压阀板的设计使双泵的其中一个工作在高压区，另外一个根据高压流量需求在低压/高压切换工作。目的在于流量需求大的特殊工况处于双泵高压工作，满足了CVT的流量需求;常用工况下处于单泵高压工作，另一个低压工作，能降低液压油泵的扭矩损失，提升CVT的传动效率。

以某型号250Nm的CVT进行分析，相同工况下，改为单双泵控制后，传动效率的提升，如下图4所示。

结合液压油泵的扭矩损失百分比（图2）分析，相同扭矩的工况下，速比减小后，扭矩损失百分比降低，所以单双泵控制策略提升的传动效率同步降低;输入扭矩较低时，且速比处于小速比状态时，单双泵控制的高压/低压压力一致，与双泵控制的液压油泵扭矩损失一致，所以传动效率没有提升。

5 结论

本文某型号250Nm的CVT为平台，通过增加TCU自学习策略，降低油泵液压压力，以及单双泵控制策略，不增加硬件成本的前提下，到达传动效率提升，节能减排的目的，传动效率能提升1%-7%。传动效率提升，如下图5所示。

参考文献：

[1]陈康达，赵福全，刘宗巍，等.满足未来中国燃油消耗量法规的行业技术路线选择[J].汽车技术，2019，522（03）：1-6.

[2]傅兵，周云山，张飞铁，等.考虑滑移的CVT变速系统综合效率特性试验研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2019，46（2）：1-9.

[3]张鹏飞，张伯俊，董小伟，等.汽车无级变速器功耗特性与节能潜力研究[J].机械传动，2016，40（7）：47-52.

[4]王琦玮，倪计民，李锵，等.叶片式可变排量机油泵的研发与试验研究[J].内燃机工程，2016，37（1）：130-134.