摘 要

在21世纪，能源日益紧张，油价节节攀升，科学技术日益发达，各种自动变速器不断冲击着传统的手动变速器。本文通过详实的市场调查与分析，对目前国内外市场的变速器的使用情况作了说明，以有级和无级变速器对比的形式，对各种自动变速器，尤其是金属带式无级变速器的工作原理、特点及发展现状进行了综合性的分析与概括。金属带式无级变速器在换挡舒适性，提高汽车整车燃油经济性等方面体现了极大的优势而具有广阔的发展前景。最后文章详细分析未来了金属带式无级变速器发展方向。

关键词：金属带式无级变速器；工作原理与特点；发展前景

Abstract

With the development of the science,the more nervous usage of the energy and the rising of the oil,a variety of automatic transmissions impact the manual transmission. In this paper,I elaborate of the usage at home and abroad by a detailed market research and analysis.Besides,I analyze all kinds of the transmission's operating principle and characters especially the Metal V-belt CVT in the contrast of them.the Metal V-belt CVT embodies the great adaptability in the transmission capacity, efficiency, comfort and so on in the car driving and has broad prospects for development.At last, the article analyzes the development direction of the Metal V-belt CVT in the future.

Key Words: Metal V-belt CVT shift characteristics

development prospect

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景以及意义 1

1.1.1 汽车行业的发展 1

1.1.2 研究意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国际市场变速器的研究现状 3

1.2.2 国内自动变速器的研究现状 4

1.3 本研究的主要内容及目的 6

第二章 有级变速器工作原理与特点 7

2.1 手动变速器 7

2.2 液力机械式自动变速器 8

2.3 电控机械式自动变速器 9

2.4 双离合变速器 10

2.5 本章小结.................................................................................................................12

第三章 金属带式无级变速器工作原理及控制 13

3.1 金属带式无级变速器的发展历史及其现状 13

3.2 金属带式CVT结构原理与工作特性 14

3.3 金属带式无级变速器控制分析 17

3.4 金属带式无级变速器的能量损失 19

3.5 本章小结.................................................................................................................20

第四章 金属带式无级变速器的未来发展趋势..............................................................21

4.1 金属带式无级变速器与有级变速器的对比分析 21

4.2 金属带式无级变速器的发展前景 22

4.3 未来金属带式无级变速器的发展方向 23

4.4 本章小结 24

第五章 全文总结 25

参考文献 26

致谢....................................................................................................................................27

第一章 绪论

1.1 研究背景以及意义

1.1.1 汽车行业的发展

自2001年中国加入世界贸易组织后，中国车市出现了被称作“黄金10年”的为期十年的高速增长。在这十年，包含了我国的“十五”和“十一五”期间，我国大力发展机械制造业，汽车销量从仅有的200多万上升到1800多万^[1]。其中，在2001年中国的汽车行业处于起步阶段，销量甚微，但是通过仅仅五年，在2006 年产销量就达到700万辆，具体来说，全年总销售量达到720万辆，其中乘用车销售量达到518万辆；即使是2008年全球遭遇金融危机，各行业产量下降，但是在此窘途中中国汽车工业产量仍保持了增长，全年汽车生产量达到938万辆，乘用车销售643万辆^[2]。2009 年，全球汽车市场遭遇下滑，但我国汽车行业却呈现了金鸡独立的状态，汽车产量一路飙升为1379万辆，销量为1364万辆，同比增长率分别是48.28%和45.42%^[3]。也就在这一年，中国开始成为世界第一汽车生产大国，汽车行业的发展呈现越来越欣欣向荣的状态，其汽车消费量占全球总消费量比例已达到12%^[4]。2010年，我国汽车行业继续保持较快的增长势头，2011年，汽车产量为1842万辆和销量1851万辆，同比增长0.84%和2.45%,其中：乘用车产量为1449万辆，销售量为1447万辆，同比增长4.23%和5.19%^[5]。自2011年中国进入“十二五”，在经济中低速发展的状态下，中国汽车市场发展增速明显趋缓，从消费者层面分析主要是因为经济下滑所导致的消费者观望心理的增强，以及由于市场上各种交车软件的推出使打车更加方便便宜，从而导致了部分消费者放弃购车，这几个因素中长期内将仍然存在。从市场层面看，随着市场竞争的日益激烈，汽车厂家之间开始打起“价格战”。从内来看，增长动力减小，从外来说，消费者的需求又减弱，经销商出现大面积亏损，在2015年整个汽车行业尤为不景气^[1]。

纵观15年来的发展，我国的汽车产业已经实现了从小到大的跨越过程，也在一步步由弱走向强最终实现中国创造。中国汽车早已变成了世界汽车产业的重要部分。中国产业调研网最新研究发现，目前，尽管中国汽车行业目前发展速度放缓，但是仍然会以不可阻挡的趋势迎来下一个黄金十年。预计未来十年，我国汽车市场年均增长率将达到7.1%^[2]。根据最新中国产业调研网发布的《2015-2020年中国汽车变速器市场现状调研分析及发展前景报告》显示，在汽车行业迅速崛起并高速发展的同时，与之相配套的汽车变速器也处于高速发展期，在全球能源稀缺、环境污染严重的情况下，自动变速器响应该号召而爆发出巨大的市场活力。我国汽车变速器(主要是自动变速器)近五年的平均增长速度超过百分之二十五^[3]。未来汽车将在满足现在需要的条件下向智能化与节能化发展，预计到了2020年，我国汽车的产销量可能会达到全球的四分之一左右,发展前景非常广阔^[4]。

1.1.2 研究意义

因为汽车功能的实现和性能的优化与汽车的发动机以及变速器技术有着莫大的关系，所以在汽车技术发展的浪潮中，这两大部件的技术变革也一直是关注焦点^[5]。其中，变速器的功能可以从内燃机曲线图1.1分析中得出。

图1.1 内燃机速度特性曲线^[7]

相比于内燃机的中高转速范围，内燃机在低转速范围内功率小、扭矩低、油耗大，但是汽车在日常行驶过程中会有各种各样的行驶速度，所以就有了一个矛盾：如何使汽车保持在低速运行但是发动机仍然维持在中高速的经济转速范围。汽车变速器的发明对此矛盾做了解决^[8]。变速器的主要功能还有两个：就是可以实现汽车的空档与在不改变发动机转矩方向的情况下倒挡行驶。现代汽车变速器主要用于传统汽车和混合动力电动汽车动力部分，其性能对整车的动力性、舒适性、经济性等有至关重要的影响。近年来，随着汽车保有量的大幅上升，为了建设资源节约型，环境友好型社会，生产一种操纵简便、节能环保的汽车越来越成为21世纪汽车发展的重中之重。在这个情况下，自动变速器应运而生。装载自动变速器的车辆，大大减少了甚至取消了驾驶员对于离合器踏板的使用，使开车时更加方便从而安全性能得到提升，同时具有汽车在起步时也会更平稳、乘客也会获得更好的乘坐舒适性等诸多优点，自动变速器从诞生以来市场份额就在不断提高，并且有着愈演愈烈的趋势。目前，国际上自动变速器主要有以下4种:液力机械式自动变速器(automatic transmission，简称AT)、电控机械式自动变速器(automated mechanical transmission，简称AMT)、机械无级式自动变速器(continuously variable transmission，简称CVT其中金属带式无级变速器最为常见)、双离合器式自动变速器(dual clutch transmission，简称DCT)。

目前，国内对自动变速器的研发与国外相比还有一定的差距。国内外对各种变速器的分析论文有很多，本文在综合前人研究的基础上，进行了目前国内外各种自动变速器使用情况的调查与分析，分析了金属带式无级变速器与其他四种有级变速器的发展现状、工作原理、优缺点，从而进一步对比分析金属带式无级变速器的特点与发展前景分析。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国际市场变速器的研究现状

目前来看，我国使用的变速器仍然以手动变速器为主体，自动变速器的市场占有率不到百分之二十。但是国际上自动变速器已成为使用与发展的主流。以几个发达国家为例，在美国，自动变速器的市场占有率高达百分之九十，由于自动变速器技术起步较早，并且美国人对于驾驶舒适性的要求较高，并且由于资源的相对不稀缺，美国人对于油耗的要求不高，所以液力机械式自动变速器(AT)的使用在美国占主导地位。在日本自动变速器的市场占有率高达百分之八十左右，由于其岛国资源稀缺，因此日本对于油耗特别注重，所以金属带式无级变速器(CVT)这种能使汽车工况与发动机技术达到最佳匹配的技术受到了日本人的热衷，CVT的装车率在日本是极高的，韩国作为岛国，与日本的情况也较为接近。在欧洲各国，其市场占有率平均虽然只达到百分之五十，但是带有节能与运动双重特性的电控机械式自动变速器(AMT )与双离合变速器(DCT)在欧洲收到了大家的欢迎。这是由于欧洲更多的驾驶者对于驾驶操控体验的要求比较高，并且相对来说，对于油耗的敏感度要大于美国人^[12]。尽管现在我国积极对外开放，引进先进的生产技术与经验，但是我国在这方面起步晚，技术基础薄弱，加上国内优秀科研人才的欠缺，目前我们国家自动变速器的技术并没有得到大的攻破，仍是以进口为主^[9]。

以下图片是在三个典型年份中不同变速器的产量对比。如图1.2所示：