发布于 04-18 17:45:07
前进与后退换向机构主要由一个单排双级行星齿轮机构和两个执行元件组成。两个执行元件配合单排双级行星齿轮机构来实现前进档和倒档，它们只起到传力作用而不改变速比，而在普通自动变速器里它们的功能是改变各档速比的。
无级变速器的关键部件是无级变速机构（速比变速器），奥迪01J Multitronic CVT最重要的同样也是无级变速机构，它主要由主动链轮装置和从动链轮装置以及工作于两个锥面链轮之间的V形槽内的专用传动钢链组成。主动链轮装置由发动机通过中间辅助减速机构中的主动齿轮驱动，发动机的转矩通过传动钢链传递到从动链轮装置，并由此传递给主减速器的主动齿轮。
每组链轮装置中都有一个锥面链轮可沿轴向移动，就是由于链轮的可轴向移动，从而来调整接触链轮与传动钢链的跨度尺寸，最终实现速比线性变化。
奥迪01J Multitronic CVT的传动钢链是新开发的，该传动钢链与传统的三角锥形钢带相比具有转矩大和效率高等优点。
01J变速器传动钢链的相邻链节通过转动压块连接成一排，转动压块在变速器锥面链轮间“跳动”，即锥面链轮互相挤压。转矩只靠转动压块正面和锥面链轮接触面的摩擦力来传递。每个转动压块永久连接到一排连接轨上，通过这种方式，转动压块不可扭曲，两个转动压块组成一个转动节。转动压块相互滚动，当其在锥面链轮跨度半径范围内“驱动”传动钢链时，几乎没有摩擦。在这种情况下，尽管转矩高和弯曲角度大，动力损失和磨损却降到最小，使其寿命延长并且提高了效率。
01J变速器使用了两种不同长度的链节，其目的是确保传动钢链运转时尽可能无噪声。当使用等长的链节时，转动压块按统一间距冲击锥面链轮，这将导致振动并产生令人厌烦的噪声。使用不同长度的链节可防止共振，并减小运动噪声。
不同长度的链节
传动钢链结构
由于01J变速器的传动机构受空间限制，在变速器中安装了中间辅助减速机构，它主要由主动齿轮和从动齿轮组成。中间辅助减速机构的主动齿轮与行星齿轮机构中的行星架相连接，从动齿轮与无级变速机构中的主动链轮装置相连接。中间辅助减速机构中的主、从动齿轮具有不同的齿数，相应组成的速比可适应发动机到变速器的转矩变化，最终可使变速器在最佳的转矩范围内工作。
中间辅助减速机构结构
无级变速机构采用的是两组滑动锥面链轮，其中每组滑动锥面链轮中又有一个可沿轴向移动的链轮，这两个可移动链轮分立于两侧。如果两个可移动的链轮位于一侧，当速比改变时，一个移动链轮向外移动，另一个链轮则向内移动，两个可移动链轮的移动方向相反，将引起传动钢链在两个锥面链轮组之间扭曲，加速锥面链轮和传动钢链的磨损。为了改善该缺点，设计师们巧妙的将两个可移动的链轮布置在两个锥面链轮组的两侧。这样，当速比改变时，两个可移动链轮的移动方向相同，使传动钢链在锥面链轮压紧力的作用下实现速比的改变。
控制系统由液压控制系统和电子控制系统组成。其中液压控制系统主要控制离合器的启动、冷却及锥面链轮接触压力和速比的变化等；电子控制系统主要用来监测变速器所有输入信息，根据自身系统所具有的DRP动态控制程序来实现经济模式与动力模式的转换、离合器的爬坡控制、过载保护控制以及手动模式控制等。01J无级变速器的液压控制系统和电子控制系统均安装在变速器壳体内部。
液压控制单元和油泵
锥面链轮工作原理
奥迪01J变速器控制系统位置
油泵的正常工作，要求必须有电流和足够的润滑油供应。油泵是变速器中消耗动力的主要部件，因此，其容量对于总效率是很重要的。油泵直接安装在液压控制系统上，避免了不必要的连接。油泵和液压控制单元形成一个整体，减少了压力损失并节约了成本。
奥迪01J Multitronic CVT装有高效率的月牙形内啮合齿轮
泵，主要由内扇形块、外扇形块、扇形弹簧、弹簧杆、密封滚柱、锁止销、驱动元件、轴向垫片和壳体等组成。月牙形油泵作为一个小部件集成在液压控制单元上，并直接由输入轴通过斜齿轮和泵轴驱动。油泵要求内部密封良好，以便在发动机低速下产生高压。齿轮与壳体间的轴向间隙以及齿轮与月牙形隔板间的径向间隙取决于部件的公差带，间隙过大会造成压力损失，效率下降。
油泵结构
两个轴向垫片封住油泵压力并在油泵内形成一个单独的泄油腔，垫片纵向（轴向）封住压力腔。垫片上有特殊的密封材料，垫片由油泵壳体或液压控制单元的泵垫支承。轴向垫片可使泵的压力在轴向垫片和壳体间起作用。密封件防止压力泄出，油泵压力增加时，轴向垫片被更紧地压到月牙形油封和油泵齿轮上，补偿了轴向间隙。
轴向间隙的调整
径向间隙调整功能是补偿月牙形油封和齿轮副（齿轮和齿圈）之间的径向间隙，因此，月牙形油封在内扇形块和外扇形块之间滑动。内扇形块将压力腔与齿轮油封隔开，同时也抑制外扇形块径向移动，外扇形块将压力腔与齿圈油封隔开。压力油在两扇形件间流动，油压压力增加时，扇形件被更紧地压向齿轮和齿圈，补偿径向间隙。当油泵泄压时，扇形件弹簧向扇形件和密封滚柱提供基本接触压力，并提高了油泵的吸油特性，同时保证油泵压力可在扇形件间动作，并作用于密封滚柱。
得益于径向和轴向间隙的调整，尽管油泵的体积小，但却能产生所需的高压，同时获得很高的效率。
径向间隙的调整
奥迪01J变速器为了保证充分冷却两个执行元件，装有吸气喷射泵。吸气喷射泵集成在离合器冷却系统中，以供应冷却离合器所需的润滑油量。吸气喷射泵为塑料结构，并且凸向油底壳深处。
吸气喷射泵是根据文丘里管原理工作的当离合器需要冷却时，压力油由油泵出来，通过吸气喷射泵进行导流并形成动力喷射流，压力油流经喷射泵的真空部分产生一定真空，将压力油从油底壳中吸出，并与动力喷射流一起形成一股大量的油流，在不增加油泵容量的情况下，冷却油量几乎加倍。单向阀阻止吸气喷射泵空转并且有助于对冷却油供应做出迅速的反应。
新的改进结构为油泵、液压控制单元和变速器控制单元集成为一个小型的不可分单元。液压控制单元和电子控制单元直接插接在一起。液压控制单元由手动换档阀、9个液压阀、3个电磁压力控制阀组成，液压控制单元可以完成以下功能：
1）前进档离合器或倒档制动器控制。
2）调节离合器或制动器压力。
3）冷却离合器或制动器。
4）为接触压力控制提供压力油。
5）传动控制。
6）为飞溅润滑油罩盖供油。
转矩传感器结构
吸气喷射泵结构原理
液压控制单元与电子控制单元
发动机转矩通过转矩传感器传递给变速器。转矩传感器通过液力-机械方式控制接触压力。液力-机械式转矩传感器集成于主动链轮装置内，静态和动态高精确地监控传递到液压缸的实际转矩并建立液压缸的正确油压。
液压缸中合适的油压最终产生锥面链轮接触压力，若接触压力过低，传动钢链会打滑，这将损坏传动钢链和链轮；相反，若接触压力过高，会降低效率。因此，转矩传感器的作用是根据要求建立起尽可能精确、安全的接触压力。
转矩传感器的主要部件为两个滑轨架，每个支架有7个滑轨，滑轨中装有滚子。滑轨架1装于主动链轮装置的输入齿轮中（中间辅助减速机构中的从动齿轮）；滑轨架2通过花键与主动链轮装置连接，可以轴向移动并由转矩传感器活塞支承。转矩传感器活塞调整接触压力并形成转矩传感器腔1和腔2。支架彼此间可径向旋转，将转矩转化为轴向力（因滚子和滑轨几何关系），此轴向力施加于滑轨架2并移动转矩传感器活塞，活塞与支架接触。转矩传感器活塞控制凸缘关闭或打开转矩传感器腔输出端。
变速杆位置P位、R位、N档和D位的机械连接（拉索）仍在变速杆通道和变速器之间通过变速杆可完成以下功能：
（1）触发液压控制单元的手动换档阀，即通过液压机械方式控制换档（D位/R位/N位）。
（2）控制驻车锁止机构。
（3）钥匙触发多功能开关，电子识别变速杆位置。
在变速杆处于P位时，与锁止齿轮相连的连杆轴向移动，停车锁支架被压向驻车锁止齿轮，停车锁啮合。驻车锁止齿轮与驱动小齿轮永久性连接。
输出转速传感器G195和G196
转矩传感器内部结构
变速杆及驻车机构
01J变速器的控制单元J217集成在变速器内。控制单元直接用螺栓紧固在液压控制单元上。3个电磁压力控制阀与控制单元之间通过坚固的插头连接（S形接头），没有连接线。控制单元用一个25针脚的小型插头与汽车线束相连。J217的底座为一个坚硬的铝壳板，此铝壳板起到了隔热作用。该壳体容纳了全部的传感器，因此，不再需要线束和插头，也没有单独的线束这种结构大大提高了J217的可靠性。
01J输入转速传感器G182监测主动链轮装置的转速，提供实际的变速器输入转速。控制单元J217根据实际转速与设定转速进行比较并计算出N216的控制电流，从而控制换档以实现不同速比。另外，变速器输入转速与发动机转速一起用于离合器控制并作为变速器控制的输入变化参考量。
G182电磁线圈匝数为40。如果G182损坏起步加速过程可利用固定参数来完成。这时微量打滑控制和离合器匹配功能将失效，发动机转速作为替代值，无故障码显示。当电磁线圈受到严重污染（因磨损产生的金属碎屑）时，会影响G182正常工作
传感器
变速器输出转速信号用于变速控制、爬坡控制、坡道停车功能和为仪表板组件提供车速信号。输出转速传感器G195和G196的电磁线圈匝数为32，安装在传感器轮背面。传感器G195的位置与G196的位置有偏差，通过此种方式两个传感器间的相位角差25%。的下降沿信号并记录其他传感器位置。当来自传感器G195的信号为下降沿时，传感器G196的位置为“Low”；当来自传感器G196的信号为下降沿时，传感器G195的位置为“High”。控制单元J217将这种模式理解为前进档；当来自传感器G195的信号为下降沿时，传感器G196的位置为“High”；当来自传感器G196的信号为下降沿时，传感器G195的位置为“Low”。控制单元J217将这种模式理解为倒档。
如果G195损坏，变速器输出转速可从G196的信号中获取，但坡道停车功能将失效；如果G196损坏，坡道停车功能失效；如果G195和G196两个传感器都损坏，可从轮速传感器信号中获取替代值（通过CAN总线传输），坡道停车功能失效，无故障码显示。若电磁线圈受到严重污染（因磨损产生的金属碎屑）时，会影响G195和G196的工作性能，因此，粘结到电磁线圈上的金属碎屑在维修前应予以清除。
识别旋转方向
识别旋转方向
油压传感器G193监测前进档离合器和倒档制动器的实际油压，用来监控离合器功能。离合器压力监控有很高的优先权，因此，在多数情况下，G193失效都会使安全阀被激活。若测得的实际压力超出规定压力时，会激活安全保护功能，用来监控离合器功能。
奥迪01J变速器油压传感器
01J油压传感器G194监测锥面链轮和传动钢链之间的接触压力，此压力由转矩传感器来调节。因接触压力总是与实际变速器输入转矩成比例，利用G194的信号可十分精确地计算出变速器输入转矩。G194信号用于离合器控制（爬坡控制功能和匹配功能），若G194信号不正确，爬坡控制功能和匹配功能失效，爬坡转矩由存储值来控制。
01J油温传感器G93集成在变速器控制单元电子器件中。G93记录变速器控制单元铝制壳体的温度，即相应的变速器油温。变速器温度会影响离合器的控制和变速器输入转速的控制，因此，在控制和匹配功能中发挥重要作用。
若传感器G93损坏，发动机温度被用一个计算出的值替代值，匹配功能和某些控制功能将会失效。故障警告灯显示为“倒置”。为了保护变速器内部部件，若变速器油温超过约145℃，发动机输出功率将下降。若变速器油温继续升高，发动机输出功率将逐渐减小。若有必要，直至发动机以怠速运转。
01J变速器的强制降档信息不需要单独开关，不像自动变速器具有强制降档开关和强制降档阀。该信息由加速踏板组件上的簧载压力元件产生一个“阻尼点”，将强制降档感觉提供给驾驶人。当驾驶人激活强制降档功能时，传感器G79和G185（加速踏板组件）的电压值超过节气门全开时的电压值。当与强制降档点相对应的电压值被超过时，发动机控制单元提供CAN总线向变速器控制单元发出一个强制降档信号。
强制降档控制
当变速杆置于D档位时，控制系统将控制前进档离合器接合，倒档制动器分离。前进档离合器接合后，将太阳轮和行星架连接在→起，整个行星齿轮机构将形成→个整体，形成直接传动，行星架的转速和转向与变速器输入轴的转速和转向相同。
总体的动力传递路线：发动机→飞轮减振装置斗变速器输入轴→太阳轮顺时针转动→前进档离合器→行星架顺时针转动→中间辅助减速机构的主动齿轮→中间辅助减速机构的从动齿轮斗主动链轮装置→传动钢链→从动链轮装置→从动链轮轴→主减速器→差速器一两半轴→车轮。
在D位行驶时，控制系统会根据汽车的行驶状况，自动调整传动钢链的跨度尺寸。
D位动力传递路线
当变速杆置于R位时，控制系统将控制倒档制动器接合，前进档离合器分离。倒档制动器接合后，将行星齿轮机构的内齿圈制动。针对于双级行星齿轮机构来讲，发动机工作后，动力经飞轮减振装置传递到输入轴，从而使太阳轮顺时针转动，由于此时内齿圈被倒档制动器制动，则必将致使行星架逆时针转动并将动力输出。
总体的动力传递路线：发动机斗飞轮减振装置→变速器输入轴→太阳轮顺时针转动→由于倒档制动器工作制动了内齿圈→行星架逆时针转动→中间辅助减速机构的主动齿轮斗中间辅助减速机构的从动齿轮→主动链轮装置→传动钢链→从动链轮装置→从动链轮轴→主减速器→差速器一两半轴→车轮，汽车倒向行驶。
KRG（锥环式无级变速器）是一种无级变速的靠摩擦传动的变速器，从传动原理上将属于CVT的分支。KRG的设计理念是避免采用任何方式的液压泵，仅用简单和耐用的部件实现纯机械控制。与传统无级变速旨贰CVT）相比，KRG的这种设计理念使它的制造成本和效率方面拥有巨大的优势。
KRG锥环式无极变速器
R位动力传递流程
传统CVT（无级变速器）的核心变速机构是由可变槽宽的主动链轮装置、从动链轮装置和传动钢链组成的，通过主、从动链轮装置V形槽槽宽的改变来改变传动钢链在两个链轮装置上转动的周长，进而实现速比的无级变化。而KRG（锥环式无级变速器）实现无级变速的主要执行机构是输入滚锥、输出滚锥和它们之间传递动力的锥环。锥环的平面在两个滚锥上得到的截面圆的周长决定了输入轴和输出轴的速比（当然还有锥环本身的尺寸引起的差异），所以，锥环在滚锥上的位置直接决定变速器的速比。由于锥环可以在滚锥上的左右止点之间任意移动，所以，能够提供在一定范围内连续可变的速比。
KRG（锥环式无级变速器）主要由干式离合器、前进与后退换向机构、无级变速机构、速比调节单元和胀紧机构组成。
前进与后退换向机构
KRG（锥环式无级变速器）解剖结构
KRG（锥环无级变速器）的档位切换（前进档位和倒档位）与CVT一样，是依靠行星齿轮机构来完成的。所不同的是CVT采用的是单排双级行星齿轮机构，而KRG采用的是单排单级行星齿轮机构。行星齿轮机构的太阳轮连接变速器的输入轴，而内齿圈连接行星齿轮机构后面的输入滚锥。不过，KRG并没像CVT那样依靠多片式离合器或制动器来对行星齿轮机构的行星架、内齿圈进行分别控制，而是采用了一套拨叉控制的花键套来控制行星架和内齿圈。
变速杆在D位下，拨叉移动花键套，将行星架和内齿圈锁死，整个行星齿轮机构成为一个整体，输入轴与输入滚锥同步旋转，通过锥环带动输出滚锥转动，锥环的来回移动可以改变输入滚锥和输出滚锥的速比。在R位下，花键套在拨叉的作用下仅锁死行星架，在行星架的作用下，太阳轮驱动内齿圈反向旋转，输入滚锥与变速器输入轴便反向旋转，实现倒档的功能。在N位下，花键套完全释放行星架和内齿圈，太阳轮只能带动行星架空转，无法将动力传递到内齿圈，与内齿圈相连的输入滚锥不动，实现空档功能。
CVT需要有一套液压泵机构来推动链轮装置，改变其槽宽，进而使速比发生变化。液压控制系统和执行机构的加入让CVT的结构变得复杂，也直接导致了较高的变速器成本。在KRG上，利用锥环本身的机械特性，仅用了一个很简单的模块就实现了速比的转换。
由于滚锥的特殊形状，当传递动力的锥环平面与滚锥中心线呈垂直状态时，锥环能够保持当前位置不变，即变速器能够以恒定的速比输出动力；而当锥环平面与滚锥中心线的角度发生变化时，锥环便会随着滚锥的转动在滚锥上相应的向左或向右移动，如下图所示。这种移动完全是由于滚锥的形状特性所导致的属于完全自发性的运动，而不需要外力推动锥环在滚锥上左右移动。而且，锥环平面与滚锥中心线的夹角越小，其左右移动的速度也就越快。
锥环保持位置不变
锥环在滚锥上左右移动
只要让锥环平面与滚锥中心线呈一定角度，锥环便会顺着滚锥的旋转相应的向左或向右移动，从而形成不同的速比。因此，为了调节锥环的角度，设计了一个控制架。
对锥环的角度控制就像我们转动自行车把一样，非常轻松，仅需要低功率的伺服电动机。控制架下端有一个带有滑轨的限位器（速比调节单元），用来控制传动锥环的角度。这个控制架由伺服电动机直接驱动，可以在变速器内做一定角度的转动。
输出滚锥控制架
当变速器需要固定速比输出时，控制架只需要保持锥环与滚锥中心线垂直状态即可，当变速器需要改变速比时，伺服电动机驱动控制架，相应地改变锥环角度，锥环便会随着滚锥的运动而自行移动，到达需要的速比时，控制架将锥环转回垂直角度状态即可。这样的速比调节过程仅仅需要克服锥环和控制架本身的惯量，仅需低功率的电动机即可实现。伺服电动机设计在变速器壳体外部，便于维护。
伺服电动机
KRG的动力传输结构与CVT一样，都不是使用传统的齿轮或链条等连接方式传递动力，而是依靠接触摩擦力来传递动力。KRG是通过胀紧机构为接触部分提供压力，以避免接触摩擦部位打滑而造成动力损失。
胀紧机构结构
张紧机构设计在输出滚锥上的，它能够减小两个滚锥之间的间隙，增加二者之间锥环的接触压力，保证动力传递效率。
当锥环带动输出滚锥转动时，输出滚锥的被动旋转和来自与轮端相连的输出轴的阻力使张紧机构发生扭转，这种扭转力使张紧机构内的滚珠沿着斜槽运动，将张紧机构推开，迫使输出滚锥向右侧移动，这样一来其与输入滚锥的间隙变小，锥环所承受的压力增加，从而提升了锥环和滚锥之间的摩擦力，保证了动力传递效率。
滚珠的运动情况
为了进一步保证摩擦界面的动力传递效率，厂家专门为变速器的锥环变速机构设计了独立的密封腔室，滚锥和变速器的其他轴承、齿轮使用的都是普通变速器油，而在该腔室内则使用的是特殊开发的润滑油。在腔室中，将输出滚锥浸在润滑油中采用飞溅润滑方式进行摩擦部位的润滑，相比普通的CVT用无级变速器油，这种润滑油增加了50%的摩擦以确保动力传递效率。
KRG的润滑
KRG节省了CVT复杂且成本较高的液压控制系统，在组装难度、制造成本、控制部件重量和养护便利性均超过CVT，并且其响应速度也要比液压控制系统具有优势。
