汽車無級變速箱的原理是什麼？

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百科沒看明白

其實其他知友已經基本解釋的CVT工作原理。那我就直接上專欄文章解釋CVT的市場應用情況和具體車型啦

作者：辣筆小星

鏈接：CVT德系遇冷日系漸熱 - 辣筆小星 - 知乎專欄

來源：知乎

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CVT變速箱的全稱是Continuously Variable Transmission連續可變自動變速箱。這種變速箱作為有鮮明特點的變速箱被業界多次討論和熱議。但是你是否注意到在CVT變速箱的使用上，出現了德系車漸漸遠離CVT變速箱，而越來越多的日系車開始使用CVT變速箱的現象。今天我們就從CVT變速箱的原理和特點來分析一下這種德系遇冷日系漸熱表現的緣由。

首先來說一下CVT變速箱的工作原理。CVT的傳動方式不同於大多數自動變速箱所採用的齒輪傳動，而是使用了鋼帶摩擦傳動。其速比的控制由下圖所示的一組兩個可變寬度的滑輪槽實現。下圖上部所示為低速模式「Low Gear」。A部分滑輪槽PulleyGroove寬，D部分滑輪槽窄。導致B部分傳輸半徑Transfer Pitch小而C部分的傳輸半徑大。因此發動機輸入軸轉速大於輸出軸。相應的下圖下部所示為超速模式「Overdrive Gear」。E部分滑輪槽窄，H部分滑輪槽寬。導致F部分傳輸半徑大而G部分的傳輸半徑小。因此發動機輸入軸轉速小於輸出軸。由於滑輪槽的寬度是連續電控可變的，因此相應的輸出速比也是連續可變的。

由於上述的工作原理，CVT變速箱就有了它的幾個鮮明特點。

優點：

1.變速平順無頓挫。由於CVT變速箱速比連續可變，再也沒有了頓挫的煩惱

2.發動機可保持在經濟轉速區間。由於CVT變速箱速比連續可變且可和車速聯動，因此發動機轉速區間不再受車速變化的限制。這一點是CVT變速箱與AT或DCT等齒輪傳動變速箱的最大區別。

3.更好的爬坡性能。CVT變速箱在爬坡過程中不會出現其他類型變速箱由於換擋出現的動力中斷問題，整個爬坡過程中發動機都能夠很好的輸出動力。

缺點：

1.需要限制在重型車輛中的使用。由於CVT變速箱採用的是鋼帶摩擦傳動，因此對動力輸出必須進行限制。否則可能超出靜摩擦力而出現相對摩擦，從而磨損鋼帶（參考高中物理摩擦力）。

2.需要限制發動機的輸出功率和扭矩。同樣由於上述原因，過大的發動機輸出功率或扭矩會損壞鋼帶。這兩大缺點也是相比於AT或DCT等齒輪傳動變速箱的最大弱點。

由於如上提到的優點和缺點，註定CVT變速箱和目前德系車型推行注重動力的渦輪增壓車型不和，而卻與注重舒適和節油的日系車型理念配合的更好。這也是CVT變速箱德系遇冷日系漸熱的主要原因。

具體來說，我們先來看看哪些日系車型使用了CVT變速箱：

豐田集團：卡羅拉（1.6L NA自然吸氣發動機）、雷凌（1.6L NA）、RAV4 （2.0L NA）

本田集團：雅閣（2.0L NA，2.4L NA）、CRV（2.0L NA）、XRV （1.8L NA）、哥瑞（1.5L NA）、飛度（1.5L NA）、繽智（1.8L NA）、奧德賽（2.4L NA）、鋒范（1.5L NA）、傑德（1.8L NA）

日產集團：逍客（2.0L NA）、奇駿(2.0L NA)、樓蘭（2.5L NA）、軒逸（1.6L NA）、騏達（1.6L NA）、陽光（1.5L NA）、NV200 （1.6L NA）、英菲尼迪QX60（3.5L V6 NA）、英菲尼迪ESQ（1.6LNA）

如此眾多的車型，它們的共同點就是都是自然吸氣發動機。這一點從另一個方面說明CVT變速箱與自然吸氣發動機配合的更好，適合注重舒適和節油的溫和駕駛方式。從另一方面，自然吸氣發動機的經濟轉速區間比較固定，和CVT變速箱配合更能發揮節油效果。那麼多車型所使用的CVT變速箱鋼帶其實都幾乎來自一個供應商，那就是德國博世BOSCH。博世目前佔有非常大的CVT變速箱鋼帶的市場份額。而鋼帶可謂是CVT變速箱的核心部件。如下圖一為博世CVT鋼帶的介紹圖解，圖二為鋼帶剖面圖，可以看到實際上鋼帶是由非常多個三角鋼片組成的。

那麼也不是所有的日系車型都千篇一律的使用博世的鋼帶方案。其中比較有特殊的就要數日產集團。由於旗下的SUV車型（如樓蘭，奇駿）車重非常重，又要與大馬力的2.5L發動機配合。因此日產開發了旗下特有的XTronic變速箱方案。如下對比圖可以看出左側的XTronic變速箱方案在右側傳統CVT變速箱方案的液力變矩器Torque Converter和兩組傳輸滑輪Driven Pulley的基礎上去除了離合器模塊Clutch而換成了可傳輸更大動力的行星齒輪組Planetary Gear Mechanism。也因此XTronic變速箱可以和更大動力的發動機和更重的車型配合。

那麼是不是與自然吸氣的發動機配合，CVT變速箱就沒有問題了呢？答案是否定的。比如本田和日產都在北美市場涉及CVT變速箱相關的召回和延保。特別是本田的思域和飛度車型CVT變速箱傳動軸問題和日產的奇駿（美國稱Rogus）低速啟動及低溫使用的噪音問題。相關鏈接如下。總的來說，在選擇CVT變速箱之前，用戶必須考慮清楚是否能夠適應溫和的、沒有清晰換擋感受的變速行駛。非常推薦實車試駕以後再考慮購買。因為甚至有些客戶無法適應那種加速過程中連續變速的感受，產生了發動機卡在某個檔位的錯覺（相信我如果不習慣這種感覺你會非常心煩的）。

本田CVT召回

日產CVT延保

再來看看德系車型。實際上德系車型是第一個功破CVT和更大動力的發動機和更重的車型配合這一難題的一方，那就是奧迪Audi A4（2004年~2015年B7和B8兩代）車型。下圖一為使用CVT（奧迪稱Multitronic）變速箱的A4外觀照片，下圖二為內部變速箱照片。

而奧迪使用的這款CVT變速箱有什麼特點呢？那就是傳輸鋼帶做了特殊的強化，用來匹配近1.8噸的車重和大動力輸出的EA888 2.0T渦輪增壓發動機。下圖一和二為奧迪A4所用的Multitronic變速箱剖面圖，下圖三為對應所用的鋼帶。可以看到這款鋼帶相比前面提到的來自博世的鋼帶要粗壯很多。這也是為什麼這款變速箱可以和如此重的車型以及大動力輸出發動機配合的原因。這款鋼帶也來自一家德國供應商，那就是舍弗勒旗下的Luk。

但是經過多年的應用，德系車廠特別是奧迪發現CVT變速箱和其提倡的運動駕駛感受並不十分搭。舉個最明顯的例子，為了讓奧迪A4能夠配合大動力輸出的2.0T渦輪增壓發動機具有更運動的駕駛，雖然CVT變速箱實際上速比連續可變，但是奧迪卻硬是調出了八個變速檔位。讓駕駛這可以用換擋撥片配合這八個檔位進行更激烈的駕駛。這似乎本來就和CVT變速箱的設計初衷相違背。另一方面渦輪增壓發動機的經濟轉速區間和最大扭矩區間都比較寬廣，不再依賴於CVT變速箱連續可變的特性，與AT或DCT變速箱配合一樣可以發揮很好的節油效果和動力表現。因此CVT變速箱雖然出現在奧迪A4，A5，A6，A8車型上，但由於以上提到的原因以及無法與四驅系統配合的限制，自從最新一代的奧迪A4 B9上開始被替代成了7速的DCT變速箱（奧迪稱為S-tronic）。

說到這，那看起來就是日系愛用自然吸氣發動機，更能發揮CVT偏舒適節油的特點。德系更愛用渦輪增壓發動機和運動的駕駛感受，造成了與CVT變速箱的不和。但其實也有日系車廠特立獨行的讓CVT變速箱與渦輪增壓發動機配合。這個車廠就是富士重工旗下的斯巴魯（現歸屬豐田集團）。

代表車型斯巴魯森林人（2.0T FA20DIT，2.5L NA, 2.0L NA）,傲虎（2.0T FA20DIT，2.5LNA）,XV（2.0L NA），力獅（2.5L NA）。

特別是斯巴魯與豐田聯合開發的這款2.0T水平對置渦輪增壓發動機FA20DIT，其最大輸出功率達到了變態的240馬力。斯巴魯又是如何用其獨特的CVT變速箱駕馭如此大的動力的呢。那就是斯巴魯家的Lineartronic變速箱，所使用的鋼帶與奧迪的Multitronic一樣來自Luk。一樣具有粗壯的結構能夠駕馭非常大的動力。下圖一為斯巴魯家的剖面圖，可以看到內部使用了來自Luk的粗壯鋼帶。下圖二為水平對置發動機與Lineartronic變速箱配合的四驅系統。這就是斯巴魯特有的全對稱四驅系統Symmetrical AWD。我們在之前的四驅系統介紹文章中有提到過，水平對置發動機完全置於前軸前方，由Lineartronic變速箱分動後將相應的動力傳輸給前軸和後軸。其動力傳輸方向完全軸向對稱。下圖三為斯巴魯特有的全對稱四驅系統Symmetrical AWD示意圖。

綜上所述，CVT變速箱與日系常用的自然吸氣發動機配合的更好，更能發揮CVT偏舒適節油的特點。其CVT 鋼帶大部分來自供應商德國博世。CVT因為不符合德系常用的渦輪增壓發動機和運動的駕駛感受的要求而逐漸被其他變速箱種類替代。但是目前斯巴魯則使用特有的CVT變速箱技術，與強勁的發動機配合組成特有的全對稱四驅系統。其CVT鋼帶來自德國Luk。這就是CVT德系遇冷日系漸熱的主要原因。並且推薦用戶在選擇CVT變速箱之前，必須考慮清楚是否能夠適應溫和的、沒有清晰換擋感受的變速行駛。

目前國內的車型也開始嘗試CVT變速箱，其中的代表就是奇瑞汽車。這部分車型的走向會更接近日系還是德系車型則需要更長時間的觀察和市場的驗證。願自主品牌走出自己特有的變速箱之路。

就是個皮帶輪（其實是鋼帶），鋼帶本身是很多V型片拼起來的，每個輪是左右兩片合起來的，中間的槽也是V型。然後調整每個輪的左右兩片的距離，就調整了V槽的寬度，就調整了鋼帶接觸輪的位置的半徑。於是就變速了。

這種結構完全靠摩擦，顯然不能傳遞太大的力，所以只有小排量車才能用。

一大技術難點在於那個鋼帶要受很重的研磨，材料必須很好。

鋼帶錐輪串聯液力變矩器

想一下自行車，然後想一下前後兩個齒輪可以自己調節大小