创新的CVT技术助车辆满足新燃效标准

作者：David E. Cole

欢迎访问e展厅 展厅 3 传动/转向/制动系统展厅 变速箱, 离合器, 制动系统... 计划于2025年实施的54.5mpg美国新燃油经济性标准（距今大约两个多产品周期远）将汽车制造商置于一种两难的境地——如何在达到燃油经济性要求的同时还要提升发动机的性能呢？ 一直以来，这是一种“非此即彼”的问题：提升发动机燃效性就会牺牲性能，反过来也一样。不过，这个看似矛盾的问题并不是没有解决的途径，需要做的是要将车辆的动力系看成一个整体的系统，而不是一些单独部件的结合体。 其中一个解决方案就是通过采用连续可变传动技术（CVT）将其他零部件或系统与发动机分离，比如空调压缩机、交流发电机、机械增压器及其他装置，让这些系统按照驾驶员的需求以最优的速度独立运转，而不受发动机运转状态的限制。 此外，通过这种方式还可以在不影响或降低性能的情况下采用一些较小的附属零部件或系统。同时也不需要对这些系统的耗能功率进行严格地界定，从而让它们在发动机怠速状态下便可以提供足够的功率。 改变附属系统的输出功率同样要涉及车型整个前端设计的改变。整个附属系统可以变得更小，同时对各种热交换器内工作液体流动速度的不断优化也可以让系统的尺寸得到优化。 由美国Fallbrook Technologies公司开发的一种新型CVT技术可以让汽车动力总成工程师达到以上这些目标。NuVinci CVP是第一款与辅助驱动联合使用或用于大型及小型车辆中的CVT传动技术。该技术采用传统的行星齿轮驱动方式可以很平滑且连续地改变速率比。 与传统变速器中齿轮和离合器这种组合方式不同的是，NuVinci技术采用一组旋转的“行星”球体，这些球体分布在一个中心“太阳”球体周围，太阳球体会在这两个“环形圈”之间传输扭矩。改变行星球体的倾斜角度就可以改变它们接触环形圈的直径，从而让速率比以无穷级数的形式发生改变。因此，该级数可以在其范围内提供任何比率的无缝连续传输，大大提高整个动力系统的效率以及附属系统的性能。该技术具有的好处还包括：与其他CVT技术相比更高的转矩密度，与齿轮和离合器结构相比NVH性能更好，此外还可以像传统固定行星齿轮那样可以汇总和分流转矩。 该系统还允许更加灵活的驱动结构，包括同轴共面输入和输出，这种结构与其他CVT技术相比占据的空间较小。 NuVinci CVP的速率比比较稳定，可以沿着变速器的中心线启动，方式与行星类自动变速器相似。这种设计通过其无缝的变速方式减少了能量的损耗，可以在驱动装置和被驱动装置间对速率比进行连续地优化，从而让这些装置在效率最高的速度范围内运转。 从整体上说，变速器的机械和制造特性提升了系统的性能和可靠性，与传统CVT相比还降低了成本。零部件的形状非常简单，而且相对来说比较容易加工，而且取消了耗能的高压液压设备的使用。 Fallbrook并不是第一家想到采用不同运转速度辅助驱动方式的公司，但是其开发的产品可以让传动比连续可变。根据第三方调研显示，这种方式可以带来可观的经济效益和燃油效率的提升。 举例来说，一家知名的第三方调研公司模拟了采用和不采用NuVinci DeltaSeries CVP传动装置的Dynasys辅助动力单元（APU）的运转情况。该公司将Dynasys APU搭配在Class 8卡车上，用于减弱怠速耗能，最后发现车辆的燃油效率得到了大大的提升。 CVP被放置于Dynasys 0.5-L柴油发动机及其6kW发电机之间，这样在APU的“循环工况”内发动机的效率便可以根据不同的电力需求得到连续不断的优化。效果非常明显——在不采用CVP的基本型Dynasys系统下，燃油效率提高了24%。 在另外一个独立测试中，研究人员在一辆Class 8卡车的空调系统上安装了NuVinci DeltaSeries CVP传动装置，希望可以缩短空调制冷时间（从较热的环境温度到空调出风口温度下降到一定水平所需的时间）。通过提高发动机怠速下压缩机的运转速度，制冷时间缩短了39%。 在标准的循环工况下，通过CVP对压缩机驱动速度进行平稳连续且按实际需求进行的调节可以提高系统的性能，但是不会给整车燃油经济性带来太大的影响。如果对系统进行进一步的优化，整车的燃油效率也有可能得到提高。 今年年初，Fallbrook公司与天合公司签署了一份谅解备忘录，双方计划对NuVinci系统展开进一步的开发，将其应用到商用车驱动系统中。 皮带驱动附件作为整个系统的一部分，在提升整车效率时常常被忽略掉。将附属装置速度与发动机速度分离，进而采用CVP装置，可以简化系统设计师的工作，同时帮助汽车制造商满足越来越严格的企业油耗标准。（本文由美国汽车研究中心名誉主席及Fallbrook公司顾问委员会成员David E. Cole撰写。）(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/31/2012)