目前，国内CVT无级变速器的装车量与日俱增，自主品牌的CVT正在兴起。双状态CVT传动是轿车发展的一项先进技术。本文主要对其本结构系统进行了理论分析，给出了总体构成示意图，然后按功能将其分为四大部分，分别进行了结构和工作原理分析，为后续工作奠定了基础。

引言

金属带式CVT无级变速器作为理想的汽车变速传动装置，具有广阔的发展前景和市场空间，其优良的变速性能，容易实现的控制特征得到越来越多人的认可。通过合理的算法控制，可以使汽车能恰如其分地配合驾驶员的操作，将CVT优良的传动性能发挥得淋漓至尽。本文以双状态无级变速器传动系统为研究对象，详细分析了其基本结构，为深入研究CVT打好了坚实基础。

双状态CVT总体结构

本文研究的是双状态CVT电液控制系统。双状态CVT主要由液力变矩器、前进/倒退切换机构、金属带式变速机构及齿轮传动机构等组成（如图1所示）。

金属带式变速机构

金属带式CVT变速机构可使CVT在低速和高速之间进行无级变换。它由主动带轮、V型金属带和被动带轮组成（如图2所示）。其中，每个带轮都由两个带有直线锥面体的半轮而组成一体，其中一个半轮是固定的，另一个半轮通过液压伺服油缸控制，依靠钢球－滑道结构作轴向移动；金属带由大约400个金属片和两组金属环组成。每个金属片厚度大约1.8mm，在两侧工作轮挤压力的作用下传递动力。每组金属环由9～12层厚度为0.14mm的柔性环带叠合而成，在动力传递工程中，主要用来把金属片约束在一起，并正确地引导金属片运动。

变速机构的变速原理是：控制系统根据发动机节气门开度和车速控制主、从动带轮沿轴向移动（如图3所示）。两个带轮轴间的距离是固定的，传动带的周长是固定不变的，所以，在力的作用下，当主动带轮的可动部分向内移动，而从动带轮的可动部分沿轴向向外移动时，速比（从动带轮的工作半径与主动带轮的工作半径之比）将减小，反之速比则增大。在速比变化工程中，由于带轮工作半径是连续的，因此速比也是连续的。

液力变矩器

目前用作CVT起步装置的主要有电磁离合器、湿式多片离合器和液力变矩器等。而液力变矩器具有自动适应性，可自动增矩变速、减振隔振以及无机械磨损等优点，迄今为止仍被公认为是汽车最佳的起步装置，因此在第二代CVT传动中广泛采用。用液力变矩器作起步装置，可明显改善CVT车辆的起步性能、低速行驶性能和加速性能，保证在任何道路条件下起步平顺，发动机不熄火，上坡起步不溜坡，可按驾驶员的意图随意控制起步速度。同时由于液力变矩器的增矩变速作用，扩大了传动系统总传动比变化范围，减低了CVT自身的速比变化范围，使得通过对CVT的速比控制保证发动机按最佳经济性工作线运行更加可行，提高了燃料经济性，起步装置的控制也变得简单。

本系统的液力变矩器采用带锁止离合器的三元件液力变矩器，其三元件包括泵轮、涡轮和导轮（如图4所示）。变矩器内充满油液，发动机带动变矩器泵轮旋转，旋转的泵轮带动工作液随之旋转，旋转的工作液同时受到离心力作用，流向泵轮外缘，经固定不动的导轮（给涡轮一个反作用力矩，使涡轮输出的转矩不同于泵轮输出的转矩，即实现“变矩”），冲向涡轮，并由涡轮内缘通过导轮流回泵轮。如此循环，工作液即推动涡轮旋转，将动力传动给涡轮。

由于液力变矩器存在传动效率偏低的问题，为了提高其传动效率，在车辆起步及低速行驶工况时，液力变矩器工作在液力传动工况。当车速提高到一定值后，在锁止离合器作用下变矩器泵轮与涡轮锁止，成为直接机械传动，其效率接近100%。

前进/倒退切换机构

由于发动机不能反转，CVT的金属钢带只能同方向传递动力，也不具备换向功能。故为了实现汽车的前进与倒退行驶，需要一个前进/倒退切换机构（如图5所示）。本系统采用双行星齿轮系，它由太阳轮、内行星齿轮、外行星齿轮、齿圈、前进离合器、倒挡制动器和活塞缸等部分构成。双行星齿轮系具有结构紧凑、传递功率及扭矩大、承载能力高、传动平稳可靠以及抗冲击和振动能力强等特点。在CVT系统中，行星架与输入轴合件始终通过牙形齿固联在一起，太阳轮通过花键与CVT主动轴相联，这样，双行星齿轮系便能够方便地将发动机转速在正转和反转之间切换，很好地实现汽车的前进与倒退。

当汽车要运行于前进工况时，活塞缸2进入适当压力的液压油，推动液压缸活塞向左运动，使前进离合器进入接合状态（倒挡制动器分离）。此时，太阳轮、行星架和输入轴合件固联为一体，无相对转动，从而达到动力从换向机构的输入轴到CVT主动轴的1：1的传动的目的。

当汽车要运行于后退工况时，活塞缸1进入适当压力的液压油，推动液压缸活塞向右运动，使倒挡制动器进入接合状态（前进离合器分离）。此时，齿圈被制动。根据双行星齿轮系特性方程知，传动比（行星架转速与太阳轮转速之比）为负值，即实现了太阳轮（CVT输入轴）的逆转。

图5  前进/倒退机构的原理和结构图

当汽车要运行于空挡工况时，活塞缸1和2都不进液压油，前进离合器和倒挡制动器均处于分离状态。此时，齿圈和行星轮空转动，太阳轮不转动，与太阳轮相联的CVT主动轴亦不转动，故发动机的扭矩传递被切断。

齿轮传动机构

齿轮传动机构由减速齿轮、中间惰轮、主减速齿轮及差速齿轮机构等组成（如图1所示）。该齿轮传动机构为二级减速：第一级减速是通过从动轴上的齿轮与中间惰轮的啮合传动，把从动轴输出的运动和动力传递到中间轴上；第二级减速是通过中间轴上的另外一个惰轮，将运动和动力传到主减速齿轮的主动轮。主减速器接受中间减速器传来的动力，经差速器差速把动力按汽车的行驶要求分配到左右驱动半轴。