Трансмиссии с бесступенчатым изменением передаточного отношения (CVT)

Назначение любой трансмиссии - обеспечение максимальной эффективности использования мощности двигателя на всех режимах движения автомобиля. Для этого, как уже отмечалось в главе 1, желательно иметь характеристику двигателя, близкую к гиперболе (рис. 10-1).



Однако в настоящее время двигателей обладающих такой характеристикой и полностью отвечающих всем требованиям, предъявляемым к энергетическим установкам транспортных машин, не существует (рис. 10-2). Поэтому для исправления недостатка и устанавливается между двигателем и ведущими колесами трансмиссия.



Для оценки тяговых возможностей энергетической установки транспортного средства принято использовать динамическую характеристику, которая представляет собой графическую зависимость динамического фактора D от скорости транспортного средства V. В свою очередь, под термином динамический фактор понимается отношение свободной силы тяги Р_св на ведущих колесах к весу транспортного средства G:





где P_T - сила тяги на ведущих колесах;
P_B - сила сопротивления воздуха.

Сила тяги на ведущих колесах определяется моментом М_е, развиваемым двигателем, передаточным отношением u_тр и КПД η_тр трансмиссии



При движении транспортного средства в неподвижной воздушной среде сила сопротивления воздуха зависит от площади лобового сопротивления F_л транспортного средства, коэффициента обтекаемости k_в и скорости V



Коэффициент обтекаемости имеет размерность плотности, в системе СИ его размерность Нс²/м⁴. Приближенно площадь лобового сопротивления для грузовых автомобилей можно определить с помощью следующей зависимости





где В - колея автомобиля, м;
Н_г - габаритная высота автомобиля, м;
а для легковых автомобилей



Значения коэффициента обтекаемости кв для различных типов автомобилей представлены в таблице 10-1.

Таблица 10-1

Тип автомобиля
Легковые автомобили	0,2-0,35
Автобусы	0,35-0,45
Грузовые автомобили	0,5-0,7
Автопоезда	0,85-0,95

Скорость транспортного средства (м/с) определяется частотой вращения двигателя n (об/мин) и передаточным отношением трансмиссии и радиусом качения ведущих колес R_K, м,



В общем случае радиус качения ведущих колес является функцией крутящего момента, реализуемого этим колесом, но для приближенных расчетов вместо радиуса качения можно использовать динамический радиус колеса R_Д, который для дорог с твердым покрытием определяется следующим образом:





где d - посадочный диаметр обода (мм);
Δ=Н/В (Н и В - высота и ширина профиля шины, мм);
λ_см - коэффициент, учитывающий смятие шины под нагрузкой (λ_см=0,85-0,9 для диагональных шин легковых автомобилей и λ_см=0,8-0,85 - для радиальных шин легковых автомобилей).

Таким образом, динамическая характеристика представляет собой характеристику двигателя, приведенную к ведущим колесам транспортного средства. Динамическая характеристика автомобиля с механической четырехступенчатой коробкой передач показана на рис. 10-3. Пунктирная линия на этом графике соответствует идеальной характеристике двигателя, приведенной к ведущим колесам.



Следует иметь в виду, что увеличение количества передач в коробке способствует приближению реальной тяговой характеристики автомобиля к его идеальной характеристике. Одновременно с этим автомобиль может осуществлять разгон с гораздо большим ускорением и снижать расход топлива во время движения по магистрали. Таким образом, чем больше передач в коробке, тем выше эксплуатационные показатели автомобиля. Однако габаритно-массовые характеристики трансмиссии при этом ухудшаются.

В последнее время разработчики транспортной техники сосредоточились на создании агрегатов трансмиссии с выходными характеристиками, максимально приближенными к гиперболе идеального двигателя (см. рис. 10-1). К таким механизмам можно отнести гидродинамические (гидротрансформатор), гидростатические, электрические и фрикционные передачи.