CVT技術的發展已歷經100多年,早在1886年,德國奔馳公司就將V型橡膠帶式CVT安裝在汽油機汽車上。然而,一個多世紀過去,我國在無級變速器領域的發展仍步履維艱。
五六年前,一項“HN-CVT滑片活齒輪型機械無級變速器”(簡稱“活齒無級變速器”)技術橫空出世,在網上被炒得沸沸揚揚。據說,這種中國自主知識產權無級變速器可以繞開我國始終未能突破的CVT鋼帶技術,從而打破國外對無級變速器技術的壟斷。
前不久,我國在CVT方面終于有所突破,奇瑞發布了首款自主研發的CVT無級變速器。我們不由得又想起那項幾年前曾被眾人捧上天,卻漸漸淡出人們視線的活齒無級變速器技術。如今它進展如何呢?
自動變速器成發展短板
目前的國產車中,有很大一部分使用的自動變速箱依賴進口,或使用外商獨資與在華合資企業的產品。自動變速箱的技術難題,嚴重阻礙著自主品牌車型產銷量的增加,更有一些自主品牌因受制于自動變速箱而無法推出自動擋車型,從而失去了很大一片市場。
“汽車用自動變速器不能做到自力更生,已經成為自主品牌汽車向上突破的最大一塊短板。這一點,從汽車業內人士到國家政府,再到消費者都已經很清晰地明白。”汽車行業評論員王華平表示。
記者還了解到,自動變速器技術甚至比發動機技術還難攻克。眾多的自主品牌企業感覺研發生產汽車發動機還不是太難,但對于自動變速器研發卻一直一籌莫展。某知名自主品牌由于發現自動變速器技術含量太高,而且絕大部分技術專利掌握在跨國企業手中,研發這項技術簡直是個無底洞,因而已經停止了AT和雙離合自動變速器的研發。而且,某個研發傳統CVT變速器的自主品牌進展也不太順利。
然而,就在眾多自主品牌對自動變速器的研發幾乎停滯不前時,一項中國自主知識產權“HN-CVT活齒無級變速器”風風火火地出現在人們的視野里,并立志用“活齒無級變速器”實現汽車變速器全球換代。
若成功,活齒CVT將震撼世界
“HN-CVT活齒無級變速器”是北京維艾迪(VIT)汽車科技有限公司的一項核心專有技術,具有世界原創性和完全獨立自主的知識產權。發明方在宣傳資料上稱,這項發明成果實現了真正意義上“齒嚙合式無級變速”,可謂是一場技術革命。
當年,這一成果得到有關專家的高度評價。中國機械工程學會無級變速委員會主任周有強教授認為,該傳動機理消除了傳統“點、線接觸摩擦傳動”這一實現高效大功率無級變速的根本缺陷,并在結構上實現了特有的“非摩擦滑片齒嚙合式高效大功率”無級變速,是對傳統變速理論的新突破,從根本上解決了目前無級變速器所存在的諸多共性缺陷。
汽車行業評論員王華平也在近期的新浪微博上評價:“它在傳統CVT的基礎上,突破性改良了傳統CVT的先天性技術缺陷,不但成本更低、可靠性更高,而且在技術上做了很多突破創新。從技術原理來說,這款活齒無級變速CVT的技術先進性遠遠超過當前最時髦的雙離合變速器;從成本來說,活齒CVT更具有明顯優勢;從做功扭矩來說,這款活齒CVT連6升以上排量的卡車都能用。”
傳統CVT存先天缺陷
要想了解活齒CVT的神奇之處,先得從了解傳統CVT的工作原理和其先天性的技術缺陷開始。為了把傳統CVT的工作原理形象地展現給讀者,王華平拿自行車的工作原理來作解釋。自行車有前后兩個鏈輪盤和一根鏈條,和腳踏在一起的鏈輪盤大,而后面的鏈輪盤小。騎自行車時要想更省力且速度更快,在起步階段,最好前面的鏈輪盤能很小,后面的鏈輪盤能很大。隨著速度加快,最好前面的鏈輪盤能逐漸變大而后面的鏈輪盤逐漸變小。在賽車用自行車和某些高檔自行車上所安裝的變速裝置,前面一般有大小兩個鏈輪盤,后面有五六個逐級變小的鏈輪盤,通過手動切換來達到變速的目的。
傳統CVT也是這個道理,兩個前后錐輪盤叫做主從動V槽型輪盤,鏈條就嵌在兩個輪子的V槽中。通過用液壓設備對前后兩個V型槽做壓小和張大的調整,改變做功半徑和扭矩輸出的大小。在起步低速時,前面的主動盤被張開了,所以鏈條就滑到了V型槽的底部,做功半徑很小。
然而,自行車用的是鏈輪盤,鏈條與鏈輪呈齒嚙合關系,是有級變速,不可以實現無級變速,而傳統CVT前后兩個可變槽寬的V型輪盤和鏈條的結合方式不是自行車那樣的鏈輪帶動,而是加壓摩擦傳動。問題因而產生,傳統CVT工作時,必須通過極大的壓力,讓可變槽寬的V型輪盤緊緊夾住鏈條。首先,摩擦傳動難以提供足夠大的扭矩;其次,液壓系統的精密控制及其可靠性、安全性、壽命及額外能耗等導致產生一系列技術難題及負面問題。為維持足夠大的摩擦牽引力,壓力鋼帶在工作過程中需承受非常大的壓力及張力,這也是傳統CVT的重要安全隱患。而活齒CVT對傳統CVT進行了突破性創新改良。
汽車無級變速器發展至今這一百多年來,所有無級變速器均采用錐盤加壓摩擦牽引傳動。這種傳動方式功率小,效率低。圍繞這一難題,全世界幾乎所有的技術改革都是以改變摩擦傳動件結構形狀和擴大加壓范圍來提高功率,但可謂治標不治本。為提高功率,有的廠家不惜花費高額代價在材料選用上做文章,于是就導致了成本猛增。而“活齒無級變速器” 正可以避開錐盤加壓摩擦牽引這種傳動方式,并可將功率提高幾倍甚至幾十倍。
不過,活齒CVT的工作原理卻非常簡單,也是兩個主從動V型槽輪盤,兩個輪盤上均勻分布8個活齒單元,每個活齒單元上有通過離心力復位的活齒。通過電驅改變前后V型槽輪盤的軸向位移,就可改變活齒單元在輪盤上的工作半徑,這就很簡單地做到了前后輪盤的無級可變半徑;鏈條內壁上有向內突出的鋼齒,在CVT工作狀態中,活齒單元上的活齒由于離心力的作用都是向外伸展開的,鏈條上的眾多鋼齒就很容易嚙合到那些活齒當中。
活齒CVT的工作原理關鍵在于活齒CVT無級半徑和無級活齒嚙合的工作原理,它們克服了傳統CVT加壓摩擦的先天性缺陷。而且對于控制等輔助設備也沒有傳統CVT要求那么高,而且還去掉了液壓加壓系統,這些都使成本大幅降低。
路漫漫仍需上下求索
前文也提到了,這個活齒CVT的工作原理其實很簡單,目前使用的CVT也有著先天的缺陷。那么,CVT發明出來這一百多年,就沒有人突破和改良傳統CVT嗎?對于這個問題,該項技術的設計者王國斌表示,他詢問了很多國內外專家,他們也做了非常詳盡的調研,確實之前沒有人徹底改良傳統CVT磨擦牽引傳動的先天缺陷。看來,如果有朝一日活齒CVT成功實現量產,真可謂是震撼世界。
不過,時至今日,從媒體宣傳來看,這項技術沒有什么進展。
近幾年,國內有不少像北京維艾迪汽車科技有限公司那樣的企業在研發CVT技術,但最終能批量生產的寥寥無幾。《品質汽車》記者了解到,洛陽的民營企業洛陽三明實業有限責任公司曾聘請60多名國內外汽車變速器專家攻克該項技術,但由于種種原因陷入停滯;長沙的江麓容大已經具備量產的能力,但由于國內企業相關技術精度的問題,其可靠性和穩定性尚與發達國家的產品相距甚遠,在國內主機廠的應用也已陷入停滯;沈陽越士達無級變速器有限公司擁有6項專利及4項申請專利,但目前項目已經杳無音訊;重慶工學院重慶汽車學院自主研發的汽車金屬帶式無級變速器獲得EM-CVT國家專利,但是量產卻遲遲不能進行。
《品質汽車》記者在致電北京維艾迪汽車科技有限公司,詢問活齒無級變速器目前的進展情況時被告知,活齒CVT項目已經得到了國外風投融資和某個大型企業的產品匹配合作,匹配的是一款排量6.0升的大型汽車產品,但目前仍處于科研當中,在進行后期試驗,未到宣傳階段,因此不方便講一些具體數據與細節。不過,北京維艾迪汽車科技有限公司方面向《品質汽車》記者透露,此項科研大概在一年之后結束。
看來,在實現量產之前,活齒CVT仍是個傳說。我們也靜待一年后科研結束時,它是否能具備從一個傳說成為現實的可能性。
Tips
無級變速器(CVT:ContinuouslyVariableTrans-mission)與有級式的區別在于,它的變速比不是間斷的點,而是一系列連續的值,譬如可以從3.455一直變化到0.85。
CVT結構比傳統變速器簡單,體積更小,它既沒有手動變速器的眾多齒輪副,也沒有自動變速器復雜的行星齒輪組,它主要靠主、從動輪和金屬帶來實現速比的無級變化。
《產品可靠性報告》2012年11月刊

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