CVT工作原理

CVT（Continuously Variable Transmission），直接翻译就是连续可变传动，也就是我们常说的无级变速箱，顾名思义就是没有明确具体的档位， *** 作上类似自动变速箱，但是速比的变化却不同于自动变速箱的跳挡过程，而是连续的，因此动力传输持续而顺畅。

CVT传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮其实是由两个椎形盘组成的V形结构，引擎轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。玄机就出在这特殊的滑轮上：CVT的传动滑轮构造比较奇怪，分成活动的左右两半，可以相对接近或分离。锥型盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片链条以此来调节V型槽的宽度。当锥型盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心以内运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。

CVT变速箱有哪些优点？

1、由于没有了一般自动挡变速箱的传动齿轮，也就没有了自动挡变速箱的换挡过程，由此带来的换档顿挫感也随之消失，因此CVT变速箱的动力输出是线性的，在实际驾驶中非常平顺。

2、CVT的传动系统理论上挡位可以无限多，挡位设定更为自由，传统传动系统中的齿轮比、速比以及性能、耗油、废气排放的平衡，都更容易达到。

3、CVT传动的机械效率、省油性大大优于普通的自动挡变速箱，仅次于手动挡变速箱，燃油经济性要比好很多。

CVT的工作原理　CVT (Continuously Variable Transmission) 即无级变速器，是能在保持发动机的低油耗和低转速的同时连续无级改变速比的变速器。

CVT技术目前只能用在小排量汽车上的，而各个汽车厂商针对CVT都有了不同的叫法，当然也会根据他们自己情况作出改动啦，比如本田就叫eCVT，而日产日产则称为Hyper CVT。

人们平时乖车时所关心的是油耗、动力以及车的驾驶性能。但是对发动机来说，油耗、动力、驾驶性能有其各自最佳转数范围。发动机的最佳运转试范围是扭矩曲线的峰值部分，通常也是指发动机的高速领域。但另一方面，油耗也是有其最佳 围的。不知大家是否听说过"合理油耗驾驶"一词。当车在高速路上以时速 80km 行驶时并且发动机转速保持在 2500 转左右，半油门状态时，即维持了最小限度的马力又不浪费汽油的高效率发挥，此时发动机处於最佳运转状态。如果以此状态在一般路面上行驶的油耗也能令人满意，但是，对於装配了只有4、5档变速器的汽车来说，这是相当困难的问题。解决此问题的最好方式就是使用CVT (无级变速器) 。CVT可以在维持最佳油耗下的发动机转速的同时实现无变档的连续变速。而且，CVT在提高发动机的转数达到发挥最佳功率的 围时，可以选择全功率状态下的行驶。普通车在倾斜路面上行驶，会发生3档时发动机转数过高，4档时马力不足的尴尬局面。而自动变速的车辆，变速箱会在3档4档之间往返，车子的变速处於不稳定的状态。安装了CVT的话，在保持发动机的最佳动力领域的同时可实现无级变速，使驾驶者能够真正享受轻松驾驶的感受。

只有在提高发动机动力的情况下，才能够实现全动力的驾驶。例如在盘山路上，就会出现用3档发动机转数过高，用4档动力不足的现象。这就是使用自动变速器 (AT) 的车辆自动改变档位而处於不稳定的状态。CVT可以在保持发动机输出动力的整个范围内实现动力的无级传递，从而实现顺畅驾驶。

通常的自动变速器是有档变速，通过几个齿轮来决定变速比。CVT是通过改变2个滑轮的槽的宽度而实现变速比的无级次改变，从而可以按驾驶的状况得到最佳驱动力。通常这2个滑轮受到的力量非常大，以前只能用在小排量的车辆上。而现在，日产最先推出了可以用在2升排量的汽车上，这就是Hyper CVT。

通过改变2个滑轮的槽的宽度，使加在滑轮上的钢带的输入轴/输出轴的各直径间实现无级连续变化，按各种状况选择最佳的变速比行驶，就像带有变速器的自行车的齿轮变成无级变速齿轮一样。由於是无级变速，在换档时完全没有变速的冲击，行驶非常平稳。通常的4档AT轿车是将4个档的齿轮按行驶状态进行变速。而CVT是无级变速，所以不会出现上坡时档位在3档、4档之间来回变化的情况。这种无齿的变速器，实现了扭矩的零损失传递，可实现平稳有力的行驶，对於汽车工业是一个巨大的贡献。

全电子控制提高了驾驶性能并同时降低了油耗。一般CVT的变速控制、油压控制、固定控制全部由电子控制，从而实现了按驾驶情况选择速比的最佳选择。

由於传统的CVT采用的是没有增大扭矩作用的电磁离合器，在起步时缺乏强有力的扭矩，所以起步加速性较差。Hyper CVT采用了液压变矩器，其增加扭矩的作用使起步加速性能有很大的提高。液压变矩器的超低扭力使传统CVT所不擅长的斜坡起步、倒车入库等性能也得到了提高。

Hyper CVT它可以使车辆在完全没有自动变速器换档冲击的同时获得强有力的加速性，且比自动变速器的车辆减少 20% 的油耗，减轻了对环境的污染。由於CVT首次使用了能增大发动机扭矩的传动装置--液压变矩器，能使车辆强有力的起步，加速并平稳的行驶。即使在斜坡起步、超低速行驶，倒车入库和纵向停车时也能够获得和AT车辆同样的驾驶感受。

最后我们介绍一款比较经典的CVT，就是日产的Hyper CVT-M6，它采用了运动高扭矩的高强度钢带及高油压齿轮控制，是在世界上首款应用在2000cc级别车辆上的CVT。

Hyper CVT-M6的CVT的性能并加上随意换档的6档变速器。一般的手动变速器在减档时要首先回油门，接着踩下离合器，随后将档，踩油门的动作必须迅速。职业赛车选手可以做到。Hyper CVT-M6变速器和F1赛车使用的顺序变速器一样，只需将变速杆卡嚓移动一下就可以简单地完成变速工作。

Hyper CVT-M6的特性：

1. 完全没有自动档车辆换档时冲击的平稳行驶。 (由於是无级变速，在换档时完全没有变速的冲击。)

2. 与自动变速器车辆相比可降低 20% 的油耗。 (由於是无电子控制，使用最佳的变速比，在市区道路大幅度降低了耗油量。10-15种工况)

3. 由於使用了液压变速器，提高了加速性和超低速行驶性能。 (斜坡起步、超低速行驶和倒车入库时也能够获得和AT车辆同样的驾驶感受。)

4. 使用"Hyper CVT-M6"档变速器可以充分享受驾驶乐趣。 (与自动变速器的手动方式不同，使用"Hyper CVT-M6"6档变速器可以充分享受驾驶乐趣。)

能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。目前世界能源结构是以煤炭、石油和天然气等化石能源为主体的结构，而化石能源是不可再生的资源，并且在生产和消费过程中有大量污染物排放，破坏生态和环境。太阳能通过太阳能电池将资源无限、清洁干净的太阳辐射能转化为电能的太阳能光伏发电，是新能源和可再生能源家族的重要成员之一

太阳能电池的基本原理及其伏安特性当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化会产生电动势和电流，这种现象称为光生伏打效应。该效应在液体和固体物质中都会发生，但只有在固体中，尤其是在半导体中，才会有较高的转换效率

太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换为电能的器件，当太阳光照射到半导体P-N结时，会在P-N结两边产生电压，使P-N结短路，就会产生电流。这个电流随着光的强度的加大而增大，当接受的光的强度一定时，就可以将太阳能电池看成恒流源。

<P>    对于太阳能电池方阵而言，应按照用户的要求和负载的用电量及技术条件确定太阳能电池组件的串并联数。串联数由太阳能电池方阵的工作电压决定，应考虑蓄电池的均浮充电压，线路损耗以及温度变化对太阳能电池的影响。蓄电池的容量决定其最大充电电流，该数值再结合负载电流，可决定太阳能电池并联数。</P>

<P>    太阳能电池的输出特性如图1所示，太阳能电池的输出伏安特性曲线是进行系统分析的最重要的技术数据之一。从图中可以看出，太阳能电池的伏安特性具有强烈的非线性。</P>

<P>    在光伏系统中,负载的匹配特性决定了系统的工作特性和太阳电池的有效利用率。要想在太阳电池供电系统中得到最大功率,必须跟踪日照强度和环境温度条件,不断改变其负载阻抗的大小,从而达到阵列与负载的最佳匹配,以提高系统的效率，该方法称为MPPT(最大功率点跟踪)法。</P>

<P>    <STRONG>2 小功率太阳能控制器</STRONG></P>

<P>    图2为小功率太阳能控制器电路结构图。蓄电池和太阳能电池阵列直接耦合,当白天有阳光时,太阳能电池阵列向蓄电池充电,当夜晚或阴天阳光不足时，蓄电池放电，保证负载不停电。</P>

<P>    对于小功率太阳能控制器而言，为节约成本，常用的控制方式为CVT(恒定电压跟踪)法，即通过合理选择太阳电池的串并联数,使阵列在最大功率点附近的运行电压近似于蓄电池的端电压,即可获得蓄电池和太阳电池方阵之间的电压最佳匹配。</P>

<P>    <STRONG>3 24V/5A太阳能控制器电路分析</STRONG></P>

<P>    图3为24V/5A太阳能控制器主回路电路图。该控制器采用单路旁路型充放电控制器形式，即MOSFET管VT1并联在太阳能电池阵列的输出端，当蓄电池端电压充到均充电压值时，VT1进入脉宽调制状态，避免蓄电池过充。</P>

<P>    图中Vin+和Vin-连接太阳能电池阵列的输出，Vout+和Vout-连接直流负载，VB和GND连接铅酸蓄电池的正负两端。</P>

<P>    V1为“防反充二极管”，只有当太阳能电池方阵输出电压高于蓄电池电压时，V1才能导通，反之V1截止，从而保证夜晚或阴雨天时不会出现蓄电池向太阳能电池方阵反向充电，起到“防反向充电保护”作用。</P>

<P>    V12为“防反接二极管”，当蓄电池极性接反时，V12导通，使蓄电池通过V12短路放电，产生很大电流快速使保险丝F1烧断，起到“防蓄电池反接保护”作用。</P>

<P>    MOSFET管VT2为蓄电池放电开关，在铅酸蓄电池放电时，从保护蓄电池的角度出发，当蓄电池电压小于“过放电压”时，VT2截止，切断蓄电池和负载的回路，进行“过放电保护”，避免电池放空，损坏蓄电池。当太阳能电池阵列重新供电，只有当蓄电池电压重新升到浮充电压时，VT2才重新导通，接通负载回路。</P>

<P>    需要指出的是，当控制电路切断负载回路后，控制回路仍然要消耗蓄电池能量，因此控制回路要尽量减少电子元件以降低功耗。出于此目的，该电路采用PHILIPS公司的单片机P87LPC767作为CPU。该单片机是20引脚封装的单片机，基本结构与51系列兼容，适合与许多要求高密度、低成本的场合。其内含4kB的OTP程序存储器和128B的RAM，并且内置4路8位A/D转换器。尤其是其工作在100kHz～4MHz，电源电压为3.3V时，其功耗仅为0.044mA～1.7mA，非常适合蓄电池供电系统。</P>

<P>    受体积和成本的限制，以单片机为核心的控制电路的电源直接通过蓄电池端电压变换得来，该电路中通过图4中的LM317三端可调稳压器变换出单片机的电源电压，控制电路与主回路共地。</P>

<P>    LM317为三端可调正压稳压器，其输出电压范围为1.25V～37V，只需2个外接电阻即可设置输出电压。LM317的输出端Vout和调整端adj之间提供1.25V的基准电压VREF，输出电压满足以下公式：</P>

<P>    Vout≈VREF (1+R2/R1)</P>

<P>    由于LM317的输入和输出电压差为40V，而对于24V的太阳能控制器，太阳能电池阵列的开路电压有可能达到50V，为避免瞬间过压，在LM317输入端并接稳压管V13进行保护。</P>

<P>    图5为单片机P87LPC767的管脚连接图。电路中单片机的主要功能就是测量蓄电池端电压，进而控制VT1和VT2的导通状况，保证电路的稳定运行。由于P87LPC767自带8位AD，单片机又与主回路共地，因此采用直接电阻分压测量即可，即电路图中的VAD1。</P>

<P>    当该控制器负载为路灯时，应具备光控功能，即有太阳光时，VT2截止；夜晚或阴雨天光线不足时，VT2导通，路灯照明。由于光线不足时，太阳能电池阵列的输出电压下降显著，因此可通过对其输出电压进行分压测量(VAD2)，判断光线情况，作为VT2导通和截止的一个判据。</P>

<P>    P87LPC767使用P1.7(Fzs)和P1.6(PWM)作为2个MOSFET的栅极控制信号。以VT1的控制为例，当P1.6输出高电平时，三极管V5导通，VT1栅极驱动信号VG1被拉低，VT1截止。由于MOSFET的栅极驱动电压不能超过20V，因此当P1.6输出为低，V5截止时，蓄电池电压经R9和R13分压后产生VT1的驱动信号。VT1和VT2在主回路中的连接方法可解决其驱动共地问题。</P>

<P>    控制器还配置了蓄电池放电容量指示灯，如图7所示。4个发光二极管分别对应蓄电池容量的100%、75%、50%和25%。P87LPC767测量蓄电池端电压后，根据其数值决定4个发光二极管的亮灭情况。需要指出的是，当蓄电池充电时，其端电压与容量没有直接关系，发光二极管的指示没有实际意义，只有当蓄电池放电时，其端电压可以在一定程度上反映电池容量，例如若12V的蓄电池端电压下降到10.8V时，则可认为其容量为0。</P>

<P>    本文提供了一套24V/5A太阳能控制器电路，其成本低廉且性能稳定，具备广泛推广的价值。

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