文：郁 泽

广汽丰田雷凌轿车无级变速器简介

文：郁 泽

广汽丰田于2014年推出了雷凌车型，它实际上是卡罗拉的第11代车型。卡罗拉车型的销量之所以长期以来名列前茅，是因为它秉承了减少设计缺陷为首的理念，也就是说该车型的突出特点就是质量稳定。因此对用户来说，是非常理想的代步工具。

正因为该车型的设计队伍始终保持稳健作风，所以采用的技术都是非常经典的。在此笔者对其搭载的K313型CVT变速器做一专题介绍，一方面介绍其技术亮点，另一方面也以使读者能够通过举一反三的方式，掌握目前汽车行业中绝大多数无级变速器的工作原理。

1.控制系统

变速器的主要作用是让发动机的负荷率始终处于理想区域内，从而使发动机的进气系统能够有效克服空气惯性，增加扭矩响应的灵敏度。只有这样，整车的动力性能才会令人满意。

通常情况下，变速器控制单元是根据发动机的运行参数来控制变速器的传动比。其缺点是没有将车辆的行驶状态考虑在内，这使得控制显得有些滞后。K313利用加速度传感器的数据，对发动机负荷率的变化作出预测（图1），从而得到更加令人满意的变速效果。

2.控制元件

为了提高变速器的可靠性和可维修性，绝大多数传感器及电磁阀都布置在容易实施维修操作的位置上，动力系统控制单元也置于发动机舱内（图2）。

3.改进型油液

由于使用了FE型油液，变速器的功耗显著减小，同时也提高了变速器的使用寿命。油液的改进之处是：当油液温度较低时，FE型 CVT油液有较低的黏度，从而能减少摩擦损失；当油液温度较高时，油液黏度与TC型CVT油液相同（图3）。

4.双出油口油泵

变速器油泵增加了1个出油口（图4），从而进一步减小了发动机的功耗。发动机转速较低时，出油口2关闭，以便迅速建立变速器的工作油压。当发动机转速升高后，出油口2被阀体打开，2个出油口同时工作，减小了油道的节流效应，从而降低油泵驱动扭矩（图5）。

5.控制系统

变速器通过液压控制单元对执行元件进行控制（图6），以实现变速、倒车和变矩器锁止等功能。由于阀体电子控制部分不断完善，控制精度不断提高，阀体的结构变得越来越简单（图7），而且工作更加稳定。随着技术的发展，变速器控制单元中能够看到更多的控制细节。这给变速器的故障诊断带来了极大方便，使不解体诊断成为可能。

（1）变速控制

主动带轮和从动带轮分别有各自的油缸（图8），当油缸注油时，带槽变窄，直径加大；反之油缸泄油时，带槽变宽，直径减小。主动带轮与从动带轮的直径关系，决定了变速器的速比（图9）。变速器控制单元通过控制流入和流出带轮油缸的油量来控制变速器的速比。此外，2个带轮油缸内的油压要始终保持传递扭矩所需的压差，它决定着带轮对传动带的夹紧力。

主动带轮控制电磁阀SLP控制主动带轮油压阀的开度（图10），从而对主动带轮油缸的油量及油压加以控制。变速器控制单元根据速比和扭矩来控制油量和油压。在速比控制中，控制系统以变速器输入、输出轴的转速比作为油量控制的反馈控制信号，从而确保实际速比与其目标值相符。

从动带轮控制电磁阀SLS控制从动带轮油压阀的开度（图11），从而对从动带轮油缸的油量及油压进行控制。其控制过程与主动轮相似，只是它还要根据发动机的输出扭矩，在满足速比要求的基础上，再增加一定量的油压用于传动带的夹紧。低扭矩时，如果夹紧力过大，会增加不必要的摩擦失速。而高扭矩时，如果夹紧力不足，传动带与带轮之间会出现打滑并损伤变速器。

（2）P/N挡

P挡及N挡时，手动阀将离合器C1和制动器B1的油道同时关闭（图12），输入轴带动行星齿轮和齿圈空转，行星架受车轮控制保持静止（图13）。在这种情况下，主动带轮与变速器输入轴是分离的（图14）。

（3）R挡

该款变速器由于采用了双齿式行星齿轮，使前进挡和倒挡的齿轮传动比几乎相同。换入倒挡时，手动阀打开制动器B1的油道（图15），齿圈与车身固定（图16），行星架反转，实现倒挡。

（4）D挡

换入前进挡时，手动阀将离合器C1的油道打开（图17），输入轴与输出轴直接连接。此时行星齿轮组的所有元件均连成一体（图18），就连行星齿轮也停止了转动（图19）。在D挡状态下临时停车时，为了减轻发动机的负载，由电磁阀SL将离合器控制阀关闭（图20）。这时尽管手动阀仍然是将C1的油道打开的，但是由于其上游的离合器控制阀已经关闭，所以离合器还是分离的。

（5）油压调节

上述所有的执行元件，无论是制动器、离合器还是油压控制阀、电磁阀，其动作的产生都离不开油压。因此，油压在变速器中的地位是举足轻重的。在一个相对封闭的空间内，油压处处相等，只要将承受压力的器壁面积乘以油压，就能知道该器壁上所受的压力是多大。

车辆行驶时，变速器的工作油压要保持在规定范围内。如果油压过高，发动机、油泵和液压控制系统都要承载不必要的负担；如果油压过低，带轮、离合器和制动器都有可能受损。所以油压必须严格控制。但是车辆在行驶中，油泵转子的转速是随时改变的，所以要对油压进行调节。

油压的调节通过油压调节阀来实现，该阀A端的器壁面积大于B端（图21），所以阀芯始终有向A端移动的趋势。而阀芯的推力与油压成正比。因此，只要在A端的另一面施加一个控制力，就能制约阀芯的移动。这2个力的平衡点就决定了变速器的工作油压（图22）。

（6）变矩器锁止离合器

变矩器在车辆低速行驶时，对发动机的输出扭矩起到放大作用，这克服了发动机在低转速区扭矩响应差的缺陷。但车辆进入高速行驶后，发动机扭矩输出已经稳定，变矩器锁止离合器进入锁止，可以减少功耗（图23）。由于采用了线性电磁阀，所以锁止离合器的控制可以实现平滑控制。在发动机出现失速状态时，可以减小锁止量，从而使锁止更加平顺。

6.离合器与制动器

离合器与制动器在结构上是类似的（图24），只是离合器的从动部分与传动轴连接，而制动器的从动部分分别与车身连接（图25）。它们的活塞通过油压产生的推力来移动，油压进入油缸后压紧传动片，使主动片与被动片连成一体；油压从油缸内释放后，传动片分离。

7.离心油压

由于离合器的油缸在车辆行驶中是转动的，所以油缸中的油液会产生离心力。这个离心力同样会产生油压，该油压会推动活塞，从而影响离合器的控制。为此，变速器设置了解除油压室来抵消离心油压（图26），进行高精度的离合器控制。

8.散热系统

变速器工作时，会产生大量热。如果不及时将这部分热能散发出去，那么变速器的油液温度就会加剧升高。由此产生的后果是非常严重的。液压控制阀体过热后会产生变形，阀芯在阀孔中的移动不再平滑，控制精度受到影响。由于变矩器离合器的锁止过程不能精确控制，所以温度会迅速升高，反过来又加剧了阀体的变形。这种过程一旦形成恶性循环，变速器很快就会受损。

为此，在变速器上设置了热交换器（图27），通过冷却液将变速器油液中的热量迅速带走。通过这种方式不但能冷却变速器， 而且在冷车状态下，通过冷却液对变速器油液加温，还能加速油液达到正常工作温度。如果油液温度低，油液黏度大，转动部件的阻力加大，使车辆的燃效下降。